“科研反哺教學”理念結合“實例教學”方法在我校本科天然藥物化學課程中的應用

趙磊,夏鵬飛,武曉玉,段文達,張啟立

(1.甘肅中醫藥大學,甘肅 蘭州 730000;2.甘肅中醫藥大學,甘肅省高校中藏藥化學與質量研究省級重點實驗室,甘肅 蘭州 730000;3.甘肅中醫藥大學,甘肅省道地藥材質量標準化技術研究與推廣工程實驗室,甘肅 蘭州 730000)

習近平總書記強調教育是國之大計、黨之大計。高校在人才培養過程中,主要依據兩個重要的抓手,即教學與科研。早在2019年10月,教育部在《關于深化本科教育教學改革面提高人才培養質量的意見》中明確提出“推動科研反哺教學,強化科研育人功能,推動高校及時把最新科研成果轉化為教學內容”。現階段,隨著“科研反哺教學”理念在本科教育中逐步落實,高等院校、授課教師等從不同角度探討了“科研反哺教學”在實施中存在的問題,并對實施路徑及模式進行了一系列摸索,取得了一定的進展。實踐證明,“科研反哺教學”是激發學生專業學習興趣,提高高校人才培養質量的有效手段之一[1]。“實例教學”就是在教師的指導下,根據教學目的要求,組織學生對實例的調查、思考、分析、討論和交流等活動,教給他們分析問題和解決問題的方法或道理,進而提高分析問題和解決問題的能力,加深學生對基本原理和概念的理解的一種特定的教學方法[2-3]。筆者多年從事天然藥物化學本科課程教學,天然藥物化學是我國高等院校藥學類專業的主干課程,在藥學教育體系中具有重要地位。涉及各類天然藥物的來源、結構特點、理化性質、提取、分離、結構鑒定、構效關系、藥物開發等內容。天然藥物活性成分結構類型、理化性質多樣,波譜特征復雜,使得本課程的知識點煩瑣、內容抽象,學生普遍反映學習壓力較大、記憶東西過多,學習過程枯燥。在傳統教學過程中,往往采用老師講學生聽的單向“灌輸式”模式,這種模式下,筆者梳理發現教學中主要存在學生學習的主動性差,理論知識探討深度不足、理論脫離實際,課程內容陳舊,缺少高階認知能力的訓練。教學中的這些痛點和難點,最終也影響了教學效果,不利于學生創新能力和綜合素質的培養。所以,筆者探討了多種教學方法,其中,將“科研反哺教學”理念結合“實例教學”方法在我校本科天然藥物化學課程教學中實施,取得了較好的成效,現介紹如下。

1 “科研反哺教學”結合“實例教學”理念在本科教學中應用的意義

與傳統的直接傳授式教學方法相比,“科研反哺教學”教師能將及時掌握的國內外科研發展的動向,并結合自身的科研特色及優勢,將科研成果有機融合到教學中,可以加快理論教學內容的更新,及時彌補課程知識的斷層[4]。其次,將新的技術思想以及新的科技動向融入教學活動中,不僅可以使學生學習到新的知識和思想,與時俱進;還可以激發學生對新技術和新方法的興趣和熱情,促進師生間深層次的學習與交流。比如,筆者在教學中將自己申請的專利、發表的論文和項目的研究報告作為學生學習的拓展資料,這不僅可以拓展學生的視野,還可以讓學生深入理解教材中的知識點,將所學的知識點與實踐有機結合,進而達到提升教學質量的目的。

隨著科學技術的飛速發展,學生僅靠在學校學到的知識遠不能適應社會的需求。步入社會后會面臨各種困難,需要學生具有用創新性思維來解決實際問題的能力。而這些能力的培養不是一蹴而就的,而需要在日常的學習和科研中不斷積累而獲取。近年來,通過指導學生畢業專題和“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等活動,有效提升了學生分析問題和利用所學知識解決實際應用問題的能力,對大學生創新能力的培養能夠起到了積極作用。

如何將科研成果與課程內容有機融合,筆者在實踐中,主要應用實例教學方法,實例教學直接、明確,可以起到活躍課堂氣氛、增強學生理解能力的效果。因此,將科研成果以實例的方式在課堂上講授,是一種適合本科學生的方式,也起到了反哺教學的作用。

2 “科研反哺教學”結合“實例教學”理念在本科教學中的實踐

“科研反哺教學”是人才培養過程中科研推動教學的一種方法,也是教學過程中科研與教學的自然融合[5]。筆者通過實例形式講述該理念在我校天然藥物化學課程教學中的應用。

實例1,基礎研究反哺理論教學,豐富了教學內容,彌補了教材與科研之間的斷層。

“新型黃芩素衍生物的設計、合成及生物活性研究”是課題組一位博士的研究論文。黃芩是常用傳統中藥,具有抗腫瘤、抗炎、抗菌等活性。黃芩苷、黃芩素是黃芩的主要藥效成分,近年來備受關注,研究表明黃芩中黃酮類成分生物合成途徑中的查爾酮、甲氧基黃酮等關鍵前體化合物同樣具有良好的抗腫瘤、抗炎、抗菌等活性[6]。因此,研究生物合成途徑中的前體化合物和終產物的生物活性具有同等重要的意義,也可為黃芩中先導化合物的發現提供一種新途徑。基于以上思路,本論文基于生物合成途徑中的關鍵前體化合物和終產物的骨架結構,運用藥效團拼合原理,在其結構中引入具有抑制微管蛋白聚合活性的三甲氧基苯基藥效團,設計、合成查爾酮、甲氧基黃酮及黃芩素類似物(見圖1),并系統研究所合成化合物的生物活性,為基于黃芩素先導化合物的發現提供新的思路。

這是我們依據黃酮類化合物的生源合成途徑,結合拼合原理合成了其關鍵前體化合物查耳酮,進而合成三甲氧基黃酮及黃芩素類衍生物,并通過其抗炎、抗腫瘤、抗菌實驗篩選出了活性較好的化合物。

這個實例在黃酮類化合物中講解,使學生們感受到科研不是高深莫測的,而是有據可循的,這個科研的創新點運用了生物合成途徑,進而研究其查耳酮、三甲氧基黃酮、黃芩素類衍生物三大類化合物,這和我們課本上講解的黃酮類化合物的生源途徑是一致的,黃酮類化合物具有抗炎、抗菌、抗腫瘤活性,因此,課題通過抗炎、抗菌、抗腫瘤活性篩選活性成分,結果也發現一個查耳酮衍生物有良好的抗腫瘤細胞增殖的作用,分子對接模擬實驗結果顯示有一衍生物可通過阻礙細胞微管蛋白自組裝過程,破壞腫瘤細胞正常的微管網狀形態分布,抑制腫瘤細胞增殖,推測其為一種潛在的微管蛋白抑制劑。該實例加深了學生理論學習,豐富了課程研究內容,增加了學習興趣,也彌補了教材與科研之間的斷層。

實例2,技術開發研究反哺理論教學,激發學生學習興趣,達到理論聯系實際。

課題組一種龍膽苦苷的制備方法獲得發明專利[7],這是我們利用甘肅地產藥材黃管秦艽為原料,采用比較簡單的溶劑提取法和重結晶的方法,得到95%以上純度的龍膽苦苷單體化合物,為地產藥材的開發利用提供了有力的技術支持。這個實例我們在理論課講到環烯醚萜提取方法時,作為實例講解,對照課本中此類化合物的溶解性,說明我們為什么采用溶劑法、選擇溶劑的依據及重結晶方法的原理,并將得到的高純度的單體化合物的圖片及含量測定的色譜圖(見圖2～3)展現給學生,在這個過程中,教室的氣氛馬上熱烈起來了,也激發了學生的學習興趣,讓學生更深地理解環烯醚萜類化合物的溶解性。

同樣這個課題,我們也應用于本科學生的專題中,為研究龍膽苦苷對軟骨細胞的作用,首先自己制備龍膽苦苷單體化合物,加強學生提取分離的技術,大大節約了實驗成本,達到了教學相長的作用。

圖1 基于生物合成途徑設計的目標化合物的結構

圖2 龍膽苦苷結構及制備所得龍膽苦苷晶體

圖3 制備所得龍膽苦苷的色譜圖及峰面積

實例3,應用研究反哺教學,有效提升了學生分析問題和利用所學知識解決實際問題的能力。

圖4 大黃通便腸溶膠囊

“大黃通便顆粒”二次開發項目是筆者課題組獲得的甘肅省科技廳重點項目[8-9],目的之一將“大黃通便顆粒”制成“大黃通便腸溶膠囊”(見圖4),改變劑型、提高藥效、減少用量,防止胃腸道不良反應、擴大用藥人群,滿足臨床治療需求,進而更好地為臨床治療服務;之二對大黃滲漉法提取工藝進行優化,結合國家《藥品注冊管理辦法》9類中藥新藥的技術和《中國藥典》要求的實際生產條件確定最佳工藝參數;之三采用HPLC制定大黃通便腸溶膠囊質量標準對產品質量進行有效控制,按照《中國藥典》2010年版,中腸溶膠囊項下規定進行制劑通則檢查及穩定性相關的研究,為大黃通便腸溶膠囊進一步申報中藥新藥提供理論依據。項目技術創新點主要有兩個方面:①制劑創新,腸溶膠囊劑是采用現代世界先進制備工藝制成具有靶向定位釋放作用的新劑型。腸溶膠囊劑也屬于延遲釋放劑型,膠囊殼是經特殊處理加入了的藥用高分子材料,能夠在胃液中不溶解直接進入人體腸道釋放出藥物活性成分來發揮治療作用的。藥物隨腸溶膠囊以最高濃度定位釋放于小腸、結腸等吸收部位發揮治療的作用。這一過程避免由于普通顆粒劑口服吸收后形成的血藥濃度谷峰現象,也可使藥物緩慢釋放進而將血藥濃度在長時間內維持在一定的水平。腸溶膠囊劑毒副反應的預防和減少方面相對普通制劑有較突出的優越性,如改善吸收速率的同時提高了藥物的生物利用度,減少含糖量擴大用藥人群、依從性好等。與傳統顆粒劑相比,徹底解決大黃通便顆粒吸收過程中的藥效差、副作用大、服用人群小等缺點;②工藝創新[10],本研究選擇接近大規模生產的滲漉法為提取方法,并結合中心符合設計-效應面優化法對其提取工藝參數進行曲面動態優化,使藥物活性成分含量達到最高,服用量減小,治療效果顯著;同時運用現代色譜光譜技術對其質量進行有效控制,使大黃通便腸溶膠囊比傳統顆粒的療效有了顯著提高。經過創新性研究后,使得大黃通便顆粒制劑在傳統的基礎上,發揮現代新劑型的優勢,使產品結構有了突破性的進展。

這個課題的內容在蒽醌類化合物內容結束后講解,學生能夠通過實例明白不是為學習而學習,而是通過學習理論知識,可以服務生產,服務社會的,因此,增加了他們的社會責任感,也有效提升了學生們的創新能力,“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽中,通過這些課題的研究,有效提升了學生分析問題和利用所學知識解決實際問題的能力。

3 結語

筆者基于多年教學經驗,結合自身科研特點,提出將“科研反哺教學”理念結合“實例教學”的教學模式,對教學內容、教學方法、教學目標等進行改革,該教學模式豐富了教學方式和教學內容,有效打通了教學中的難點和堵點,激發了學生學習的積極性,提高了本科學生理論聯系實際的水平和實踐應用能力,增強了學生的核心競爭力,是培養創新型高素質專業人才的有效途徑之一。