英文課程“藥物分析中的分離技術”教學有感

唐安娜，王京

1南開大學化學學院，分析科學研究中心，天津市生物傳感與分子識別重點實驗室，天津 300071

2南開大學化學學院，化學國家級實驗教學示范中心，天津 300071

藥物分析是運用化學的、物理學的、生物學的以及微生物學的方法和技術來研究藥物的化學檢驗、藥物穩定性、生物利用度、藥物臨床監測和中草藥有效成分的定性和定量等的一門學科[1,2]。藥物分析技術在藥物的研制和生產過程中發揮了重要的作用，其中每一環節都要用到分析技術，尤其是各種分離技術手段[3–5]。在整個新冠病毒的疫情防控期間，許多重要的防控步驟(或措施)，如新冠肺炎病毒(2019-nCoV)的基因組測序、個人衛生防護、新冠肺炎病毒檢測和感染患者的治療等，都在很大程度上涉及到分離技術或分離原理。在授課過程中，將南開大學有效教學團隊引入的有效教學O-AMAS模型(Objectives目標，Activation激活，Multi-learning多元學習，Assessment有效測評，Summary簡要總結)融入課程教學中[6]。聯系疫情，生動開啟課程第一講；通過課程思政，激發學生愛國情懷和擔當精神；結合疫情進展，突出課程內容特色；運用多種授課模式，提高學生的參與度和獲得感，同時加深學生對專業知識的理解和掌握，提高對英語的綜合運用能力。改進考核方式，更好地反映學生對知識點的理解、掌握和運用能力。

1 課程目標(Objectives)

通過學習該課程，使學生掌握藥物分析中各種分離技術的原理及其在藥物分析中的應用；鞏固并拓展以前所學習過的儀器分析知識，培養學生對科學研究的興趣。開設該英文課程，在專業課教學的同時,創建一個運用英語的環境，提高學生英語聽、說、讀、寫及交流能力。

2 激活(Activation)

2.1 聯系疫情，開啟課程第一講

2020年1月10日，我國公布了第一個新冠肺炎病毒(2019-nCoV)的基因組序列數據，這為研究分析新型冠狀病毒的進化來源、致病病理提供了第一手資料，同時也對開發特異性診斷試劑盒具有十分重要的意義。在向學生介紹這些情況時，自然而然過渡到人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)。人類基因組計劃與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃并稱為三大科學計劃，是人類科學史上的又一個偉大工程，被譽為生命科學的“登月計劃”[7]。然而，世界各國在開展這一計劃的過程中剛開始并不是一帆風順，可謂是困難重重。由于測序技術落后的原因，前七年半僅完成了總測序工作量的3%。“工欲善其事，必先利其器”，基于96通道高效毛細管電泳的新一代基因測序技術的出現，使人類僅用了五年半時間，就完成了剩余97%的工作，使得人類基因組計劃比原定計劃提前兩年得以順利完成。而高效毛細管電泳技術，就是藥物分析中的常用分離手段，目前該技術已出現在越來越多的地方或國家標準中，在《中華人民共和國藥典》(2015年版)和美國藥典中也有應用。結合疫情，將相關知識進行串聯和結合，引發了學生的求知欲，使得學生對后面將要學習的內容產生了濃厚的興趣。

2.2 通過課程思政[8]，激發學生愛國情懷和擔當

在眾多的分離技術中，色譜分離技術可對復雜樣品(多組分混合物)進行高效分離，因而具有明顯的優勢。吸附色譜法是利用組分在固體吸附劑(固定相)上的吸附能力強弱不同而實現分離的方法。吸附色譜法被廣泛應用于永久性氣體及氣態烴類等的分離。

在此次抗擊疫情的過程中，口罩成為個人出行時必不可少的防護工具。口罩一般都有外、中、內三層，其中起關鍵作用的中間層為隔離過濾層，其材質多為超細聚丙烯(PP)纖維熔噴布、活性碳或其他高分子纖維材料，而這些材料也大都是吸附色譜法中用到的吸附材料。中國是口罩的發源地，在《孟子?離婁》中就有“西子蒙不潔，而人皆掩鼻而過之”的句子。到了元朝，從《馬可波羅游記》中可了解到，“在元朝宮殿里獻食的人，皆用絹布蒙口鼻，俾其氣息不觸飲食之物”。這里的“絹布”被認為是原始口罩，或現代口罩的雛形。1910年，我國東北地區鼠疫流行，醫學博士伍連德(字星聯)臨危受命，出任了東三省防疫全權總醫官。為了防止飛沫傳播病菌從而造成更大范圍的疫情，伍連德用雙層棉紗夾一塊吸水藥棉，然后把兩端剪開做綁帶，發明了“伍氏口罩”。這種口罩制造原料取材方便、制作工序簡單且防護效果明顯，因而在當時被廣泛推廣使用，再結合他推薦采用的有效隔離和全面消毒措施，使得疫情僅僅兩個多月就得到了全面的控制。梁啟超先生曾贊譽道，“科學輸入垂五十年，國中能以學者資格與世界相見者，伍星聯博士一人而已”。1935年，伍連德獲得了諾貝爾醫學獎提名，成為獲此提名的中國第一人。

在此次新冠疫情突發的關鍵時刻，鐘南山院士，這位84歲的老人臨危受命，出任國家衛生健康委員會高級別專家組組長，“逆行”沖往防疫最前線。“國家的大事，自己義不容辭”，曾在非典、H7N9禽流感等傳染病防控中做出重要貢獻的李蘭娟院士，剛在北京做完疫情匯報，當晚就趕回杭州，第二天早上8點準時出現在醫院的接診室。此外，還有王辰、張伯禮、陳薇等多位醫學領域的院士專家深入疫情防控第一線，從病毒溯源、臨床救治方案、疫苗研發等多方面進行科學研判，精準發力，他們無疑是此次疫情中全國人民的“定心丸”，是值得每個國人尊重的真正意義上的“國士”。

在授課過程中，將分離技術基礎理論知識與疫情期間醫護、科研人員感人的事跡“同向同行”，形成了協同效應，大大激發了學生的愛國主義情懷和主動擔當、無私奉獻的精神。在傳授專業知識的同時，將課程思政融入到每個章節的授課中(表1)。

表1 各個章節主要課程思政知識點

2.3 結合疫情進展，突出課程內容特色

通常，一類新藥的研發過程是非常漫長的。一種新藥從最初的實驗室研究到最終的投放市場平均需要花費12年左右的時間。進行臨床前實驗的上千種藥物候選化合物，可能只有幾種進入到后期的臨床試驗，而最終得以批準上市的很可能只有一種。

作為藥物的一種，疫苗屬于生物制劑，以其研制為例，實驗室階段需進行病毒樣本提取(純化)；疫苗的設計(制備)；動物實驗；疫苗的藥學、藥效學和藥理毒理學研究；疫苗安全性、有效性評價等。我國的陳薇院士團隊在疫情出現后，就集中力量開展了疫苗研制應急科研攻關。陳薇院士團隊研制的新冠疫苗已于2020年3月底完成了一期臨床試驗受試者的接種工作，并于4月9日開始招募二期臨床試驗志愿者，這也是全球首個啟動二期臨床研究的新冠疫苗品種。截至2020年11月中旬，我國第五款疫苗已進入三期試驗。

在疫苗、抗體的研究和生產過程中，都離不開有效的分離、純化技術。拿疫苗制備過程來說，含有目標產物的培養液中通常含有較多的雜質(比如破碎細胞、蛋白多糖等)，此外，目標產物的濃度通常較低，不足以發揮效能，因此必須經過分離純化，才能獲得高純度、符合質量標準的產品。在這一過程中，常用到的技術主要有沉淀法、離心法、超濾法和層析法。層析法又稱為色譜法，由于具有高的分離純化效率，同時分離過程條件溫和，所以廣泛應用在生物大分子、病毒和抗體蛋白的分離純化過程中。

在對相關分離技術講解的過程中，緊密結合歷史上一些病毒、生物大分子的分離事例，不僅可充分調動學生學習的積極性，也可加深他們對不同分離技術分離機理和技術特點的理解和掌握。

3 多元學習(Multi-learning)

多元學習方式包括接受式學習、自主式學習、合作式學習、探究式學習、體驗式學習等，現代信息技術的發展更是為多元學習拓寬了平臺[9]。

3.1 運用多種教學模式、提高學生參與度和獲得感

3.1.1 線上授課模式

在疫情期間，“藥物分析中的分離技術”課程采用了線上授課的方式，具體流程如下：(1) 課前準備：教師準備課程資源、制定課程目標、學習計劃、重點難點；學生準備好上課必備的手機、電腦，提前學習網絡平臺的使用(雨課堂首選，飛書會議、騰訊會議備選)。(2) 學習過程：教師提前錄制好PPT音頻、視頻課件并將其發布到學堂云SPOC (Small Private Online Course，小規模限制性在線課程)平臺，同時給學生布置每周的學習任務，發送學習及作業提醒，學生自主學習；(3) 學習效果檢測：采用雨課堂直播課的形式，首先總結本章節的重點、難點。接下來，發布習題，學生線上做題，隨機點名，提交答案，教師隨后對習題進行解析。(4) 鞏固提高：發給學生英文文獻，學生在閱讀文獻后總結文獻中用到的分離技術，介紹其原理，思考還可采用哪些分離、分析技術來提升、改進該工作(表2)。

疫情期間為了及時了解學生的學習情況，請參與課程學習的同學結合當前新冠疫情，用英文來談一談：

1) What is the role of separation technology in pharmaceutical analysis in the treatment of 2019-nCoV？(藥物分析中的分離技術在當前治療新冠肺炎中發揮了什么作用？)

2) How did I learn the course Separation Technology in Pharmaceutical Analysis in the epidemic period？(疫情期間我是如何來學習“藥物分析中的分離技術”課程的？)

問題下發不久，就收到了79名學生發來的答復。這些答復形式多樣：有文字表述、文字+圖片、PPT、PPT+語音和視頻等(圖1)。大家普遍認為藥物分析中的分離技術在抗擊新冠疫情過程中發揮了重要作用，主要體現在以下幾個方面：新冠肺炎診斷、抗新冠病毒新藥的研發、疫苗的研制等。比如，在抗新冠病毒新藥研制過程中，需要用到現代的藥物分離/分析手段來研究藥物在人體中的作用機理，藥物與病毒的作用機制以及藥物的藥理學及藥代動力學過程等。在藥物的規模化生產階段，高效、經濟的藥物分離和提純手段更是必不可少的。

圖1 “疫情期間我是如何來學習藥物分析中的分離技術課程的”部分回復截屏

有學生在答題時還提到了上個世紀五六十年代，發生在歐洲的“反應停”事件。在這次事件中，孕婦服用了一種叫做沙利度胺的藥物，產下了數以萬計的四肢短小的畸形嬰兒。后來人們對沙利度胺進行研究，發現該藥物具有一個手性對稱中心，其右旋體具有鎮定和安神的作用，但左旋體卻具有致畸作用。正是由于孕婦服用了其外消旋體，才導致了這次震驚世界的悲劇事件的發生。而對于藥物外消旋體的拆分，手性色譜是最直接、也最為高效的方式。通過這個生動的事例，同學們深刻地認識到在藥物研發過程中，必須實事求是，來不得半點的馬虎和大意，必須時刻保持科學的精神和嚴謹的態度。而這些，其實也是從事自然科學研究的人員所應具備的基本素質。

3.1.2 線下+線上混合式課堂授課模式

英文課程藥“物分析中的分離技術”，線下課堂授課以教師講課為主，采用全英文PPT教學課件。通過疫情期間的線上教學，積累了比較豐富的線上教學經驗，并將其用于目前的線下教學中。教師提前將預習課件發布到雨課堂中，學生提前預習。在線下授課中，每隔15 min左右會有知識點彈題，學生線上答題。部分章節小測驗在雨課堂中隨堂進行。習題解析過程，采用隨機點名的方式，請學生回答。通過以上方式，能夠吸引學生的注意力，及時了解學生對知識點的掌握情況。部分課后作業發布在雨課堂，要求學生在限定時間內完成。教師及時查看線上平臺提供的數據，了解學生的學習情況，隨之調整教學進度和改進教學方法。

為了進一步提高學生的參與度，加深學生對一些專業詞匯的深入理解，引入更多課堂互動環節。比如，你來比劃我來猜，使學生在游戲中學習到專業詞匯，并進一步加深理解。對于部分知識點的學習，采用翻轉課堂的教學模式。學生通過網絡或數據庫查找素材，制作PPT，進行課堂展講。講解完畢，同學提問，在互動和交流中進一步增強學生對專業知識的理解，同時提高了他們對英文的聽、說、讀、寫和綜合運用能力。邀請有豐富科研經驗的教師用英文講解相關科研領域的前沿知識以及亟待解決的關鍵科學技術問題，在討論和交流中培養學生的思辨能力和探索精神。組織學生參觀相關專業的實驗室，通過演示或親自動手實驗，加深對課堂知識的理解和掌握(表2)。

表2 教學模式的對比

4 有效測評(Assessment)

課程的考核采用過程評價[10]與期末測驗相結合的考核方法。過程評價：習題課答題情況、課后作業、出勤等。為保證學生扎實掌握基本原理與基礎知識，要求學生進行階段學習要點總結。過程評價作為平時成績，占總成績的50%，期末測驗成績占總成績的50%。期末測驗試題中的閱讀文獻題要求學生從文獻中找出主要創新之處——“亮點”，介紹文獻中用到哪些分離分析技術，解決了哪些問題。結合自己的科研、實驗經驗談一談可以采用哪些措施改進該工作等。采用這種考核方式，可以更好地體現和反映學生對知識點的理解、掌握和運用能力。

5 簡要總結(Summary)

完成一章的課程學習或階段性測試之后，要求學生總結本章的知識點、重點、難點，反饋教學效果。隨后教師對本章內容或階段性測試結果進行系統的總結、梳理，并根據學生反饋的意見、建議，適當調整教學進度、改進教學方式等。

6 結語

在英文課程“藥物分析中的分離技術”的授課過程中，將南開大學有效教學團隊引入的有效教學O-AMAS模型(Objectives目標，Activation激活，Multi-learning多元學習，Assessment有效測評，Summary簡要總結)融入到課程的教學中。采用多樣化教學模式，充分利用課程資源、網絡資源和科技文獻，調動學生學習的積極性、主動性。教師通過學習平臺提供的數據和信息，時刻關注線上教學學生的學習情況，并根據學生反饋的意見、建議，適當調整教學進度、改進教學方式。疫情期間線上授課積累的經驗，為線下課堂教學提供了很好的借鑒。通過以上措施，踐行了“學以致用，用以促學，學用相長”的教學理念。在培養學生掌握專業知識的同時，進一步培養了學生嚴謹的科學態度和主動擔當、無私奉獻的愛國情懷。