計算機技術在《中藥化學》線上教學中的設計與應用

＊趙 杰

（安徽醫科大學第一附屬醫院 中醫科/中西醫結合系 安徽 230022）

引言

在當今世界形勢下，線上教學不可避免的成為一個重要教育手段。傳統的教學模式以線下教學為主，但在目前環境中出現了脫節問題。隨著“互聯網+”、多媒體等資源的整合與發展，教育的天秤開始從“教”向“學”傾斜，網絡大數據、物聯網及人工智能等新興技術融合打造了區別于傳統課堂的智能化、創新性學習環境，豐富了學生的視野和眼界，使得教學不再局限于課堂，創造了無處不在、觸手可得的教學模式。線上教育與當代教育理念及現實情況的訴求不謀而合，泛發出新的活力，帶來無限可能。

《中藥化學》歸根到底是在中國醫學理論指導下，研究藥物及其組份基本物質基礎的一門學科。內容不僅包括中藥材中各類有機無機化學成分的結構類型、理化性質，同時也涉及了藥物及成分的提取和分離方法，以及如何檢識、鑒別和鑒定等。所以說它既是藥學專業的一門核心專業課，也是和其他專業課如中藥藥劑學、中藥藥理學等課程的銜接課程。因此，《中藥化學》課程在藥學人才培養和藥物現代化中具有不可替代的地位。但傳統的教學缺乏專用的教學設備和智能化的教學手段。如何在線上教學過程中提高教學效果，讓學生熟練掌握各種課程的重點難點，從而更好地指導臨床工作，值得每個教育教學工作者深入探討。

近年來，隨著互聯網、信息技術的迅猛發展以及多學科交叉互融，越來越多的現代數字技術滲入到醫學領域中，中藥學的信息化建設也打開了新的篇章[1-2]。在教學實踐中運用計算機輔助教學、體驗式教學軟件等方法，取得了不錯的反響，現分述如下。

1.理論教學

(1)計算機輔助教學在課堂實踐中的應用設計

不同于理論醫學基礎知識的深奧模糊，中藥化學相對直觀形象。因此，在線上理論教學中，引入計算機輔助教學[3-4]（Computed Aided Instruction，簡稱CAI），摒棄了傳統醫學教學板書、口授等無法適應特殊時期的教學方式，綜合應用多媒體、超文本和知識庫等計算機技術，將多種藥物化學軟件（Chem Bio Office、Model Chemlab及Universal Protein等）和網絡數據資源融入到日常的教學工作中，探索現代信息技術在藥物化學教學中的應用，比如課堂演示藥物化學成分的3D結構等，能夠最大程度上激發學生的自主學習興趣，幫助其深刻理解和牢固掌握理論知識，為創新型藥學人才培養打下良好基礎。

在講授各種成分時穿插真實生動的畫面、動態形象的演示，幫助學生更好的理解模糊的醫學術語，觀察到鮮明的客觀指征，在激發學生學習興趣的同時，也最大程度上調動了師生互動，因勢利導，再告知本節課教學的學習目標、重點難點，讓學生明白學什么、怎么學，才能引起學生的好奇心和求知欲望，收到良好的教學效果。

(2)利用互聯網將理論知識形象化

在此基礎上，如果能在教學過程中疊加直觀的演示，就更加有利于教學內容在學生腦海中形成深刻的印象。因此，我們常在課堂上根據教學內容選擇相應的軟件。比如化學領域常用的軟件Chem Bio Office，這款工具包功能強大，集齊了化學結構繪圖（Chem Draw）、3D模型仿真（Chem 3D）及化學信息收集整合（Chem Finder）等研究藥物化學的常用目的板塊，在線上教學中指導學生熟練使用后，布置相應的需要掌握的化合物立體結構，讓很多復雜抽象的問題形象化，同時也為后續的研究打下基礎，部分學生甚至可自主學習計算機模擬對接和生物活性研究，極大提高了學生的研究興趣和科研上的自主性，也便于學生直觀地感受藥物的空間結構。此外，在《中藥化學》教學過程中我們發現，學生對核磁共振分析技術的認識不足，導致該項技術在藥物化學研究領域難以得到全面的開展和重視，同時，學生運用這些知識解析圖譜的能力也有所欠缺。

為此，我們在課堂上引入了MestReNova軟件，課堂上運用它可以讓學生直觀地看到圖譜中氫信號、碳信號的化學位移及碳信號不同的呈現規律等裂分規律。這些互聯網數據資源不僅幫助解釋晦澀的化學理論知識，更增添了課堂上的趣味性，調動學生的自主學習潛能，同時也進一步加深和拓寬了藥物化學書本理論的理解和掌握。同時，授課教師們也在此過程中提高了教學水平和教學技能，同時也對指導教師引導和聚焦提出了更高的要求，引導學生在學業上精進的同時，也要充分培養他們主動學習及終身學習的習慣。

2.實驗教學

(1)現階段實驗教學存在的問題

我校《中藥化學》在線課程建設方面積累了一定的經驗，但也存在一定的不足，比如，實驗教學內容過于簡單，課下延伸性較差，不能滿足未來學生深入挖掘的學習需求。同時實驗教學手段略顯單一，與現代化網絡資源與教學平臺銜接性不夠緊密，不利于學生自主學習能力和創新思維的培養。現有的藥物化學線上實驗教學資源難以滿足線上教學的需要，專業分類模糊、區分度不大。因此，隨著現代信息技術的不斷進步，為了激發學生的學習興趣、培養學生的科研思維、提高學生的動手能力，我們根據專業培養目標對基礎實驗內容進行了優化，明確了實踐教學過程中能力與知識的訓練培養框架。

在繼承以往基本操作與要求的前提下，深入挖掘實驗細節內涵與延伸，明確了需要強化的知識點及對應的要求，從而讓學生在掌握實驗所涉及儀器的基本操作、基本原理及注意事項的同時，達到培養學生藥物化學成分提取分離的實驗能力與科研實踐的思維的目的。設計相關重點難點問題及案例，督促學術完成思維導圖，共同促進每位同學建立個性化的知識體系。引導學生利用多元化的知識資源形成自我吸收后的、能夠聯系實際、可持續延展的“變形”知識體系，學以致用，這點能夠極大的提高學生的邏輯思維慣性，幫助學生創新思維上升到更高層次。

(2)中藥化學實驗平臺的優化

課前通過互聯網收集整理中藥化學實驗儀器圖片、視頻資料、及實驗室常規與精細操作過程實況，以構建知識體系為目標，充分整理線上教學資源，借助現有教學資源平臺與技術，指導學生課前線上預習；教學過程中運用現代計算機的增強現實技術（Augmented Reality，簡稱AR）可以把虛擬世界套在現實世界并進行互動[5-6]，能夠豐富教學呈現的內容，將實驗過程中的真實信息和互聯網虛擬世界進行“無縫”銜接。

通過AR技術在某個特定對象注釋相應的知識要點，讓學生在移動客戶端憑借注釋信息提取圖片3D圖像，從而增強現實的感官和認知的強化，幫助學生更好地掌握學習要領。同時對于課堂上收集來的實際操作信息，融合模板操作的真實音視頻信息，通過AR技術打造一個模擬的“真實”環境，讓學生仿若置身真實情景之下，將理論與實際相結合，做到學以致用[7]。這種虛擬的學習環境有音頻、視頻等豐富的呈現形式，更是隨時可以通過移動設備抓取教材中的附件信息，把課堂嵌入理想化的真實臨床環境中，不僅可以快速的吸引學生注意力，更能獲得身臨其境的體驗，課堂與實踐有機的結合起來，強調知識要點的同時又增強了互動性、趣味性[8]。在此基礎上基于通用模型設計，以實物化形式體現藥物化學結構影像，將虛擬現實以實物再現，幫助學生更直觀地了解藥物，取得更好的認知效果。

課后根據實踐教學內容及時檢測學生的學習效果，進行知識技能的鞏固擴展及學情反饋后，授課教師可以按期布置課外內容，也即是重點書寫實驗討論內容，這樣將課堂延續到課外，不僅能夠督促學生復習課堂教學內容，更能充分調動學生主動思考的能力，授課老師也可以從學生上交的實驗報告中了解到學生對中藥化學知識點的掌握情況及應用程度，對于學習過程中存在的問題及難點補缺補差。

3.課程評價

講授后的教學質量評價是對于教師授課結果及學生所學技能的綜合考量，這對在線課堂尤為重要。從學生和教育工作者雙重角度評價教學，整合不同評價方法優缺點，更加有的放矢，有助于師生全面提高知識傳授成果[9]。采用不同的測評方式，以滿分100為例，期末考試成績占比40%，在線學習成績和實驗操作各占30%。形式多樣，常規的如練習題、課堂課后問卷、教學評價量表等。設計問卷及其他形式在線檢測軟件，按照出勤率、課堂參與度、觀看課程音視頻、課后作業及課堂章節知識點測驗等按權重進行綜合評定。實際教學工作中，我們會提前告知各項得分的標準：如每簽到一次加1分，觀看完教學課程視頻/音頻成得5分，完成小組任務獲得10分等，目的是檢測學生是否掌握了書本內容的重點難點部分，強化本章節部分相關知識點的掌握，對臨床辨證思維進行鍛煉，從而進一步完善教學策略。通過反饋我們也得知一些共性的問題，雖然大部分學生對線上教學效果滿意，超過五成學生能夠提前完成預習課程內容的任務，課堂上通過彈幕等形式充分提出自己的疑問，與老師良好的互動。但是也會有學生反映長時間的線上教學，面對手機或電腦，會感覺視力下降、渾身酸痛疲勞，困倦疲憊，容易受到網絡速度或者周圍環境的干擾，無法集中精神上課，針對這種現象，教師要提前做好應對，如縮短教學時間，授課過程中穿插不同形式的互動答疑環節，從而視力和心理上緩解疲勞，減少對著屏幕時間[10]，使學生保證休息的同時取得更好的教學效果。

4.存在問題

在臨床授課過程中，我們也總結了特殊時期下計算機輔助教學課堂上一些共性的問題，總結如下：

第一點就是網絡設備條件支撐不足，相較學生而言，特殊時期所有高校、所有學科同時開展線上教學，這就導致了網絡通訊阻塞、卡頓等現象，授課效果差強人意；而我們的授課對象，在日常生活中網絡條件難以滿足教學軟件的需求，在線上教學時難以統一不同的的授課平臺，在網絡監管或者限制條件下難以下載相關教學軟件，網絡不穩定導致學生端信息接收不及時，容易滋生抵觸情緒。而一堂成功的課不僅是老師提供精彩的授課內容，更需要學生的全身心參與，如果二者之間有偏差，不同主體性發揮程度不一，教學效果也將大打折扣。

第二點需要警惕的是線上教學環境相對寬松，沒有教師及課堂紀律的約束，容易引起懈怠心理，有些自主性欠缺的學生將學習視頻獨自打開，而本人在從事其他的事情，這里需要反復提及的是學習最終的學習效果與投入程度呈正相關。最后也是最難的一點是特殊時期突如其來，無法對線上教學的老師進行系統培訓，導致線上教學能力欠缺，對線上線下教學差別缺乏思考，無法整合網絡資源，對于突發事件應對混亂，甚至形成教學事故，無法及時的糾正技能操作，通常的說學習任務完成度較高，但是從知識到臨床實踐知識掌握仍顯不足。因此需要后續課程中反復鞏固，優化課程資源建設，提高高校和教學醫院教師線上教學能力，以期達到知行合一的學習效果。

5.小結展望

在線授課是現階段的最優選擇，作為任課教師，唯有通過不斷提高中藥學信息化建設水平，豐富教學手段，才能在特殊時期保證教學質量，充分提升學生臨床實踐技能。基于計算機信息技術數據化，不僅能更好的結合當下醫學實際，關聯各種檢測指標，也能啟發學生思維，調動學生的科研興趣，廣泛整合現代教育資源[11-12]。而計算機技術及軟件設計應為中藥化學教學提供配套的儀器設備和形象化的教學手段，最大程度上模擬實際環境，對這些未來的從業者們的進行思維鍛煉和考核，減少人為主觀因素干擾，實現真實世界與虛擬平臺的理想化交互，設計出更加優化的軟件來展現教學成果、方便數字化儲存及多平臺的交互[13-14]，從根本上提高學生對于中藥化學知識的掌握。