关于药物化学实验教学的探索

关于药物化学实验教学的探索

蒋坤，魏晔

(第三军医大学 药学院药物化学教研室，重庆400038)

摘要：基于创新性药学人才培养的要求以及第三军医大学药物化学专业实验教学的特点，作者对药物化学实验教学进行了积极探索。本文从建立多样性的实验教学平台和多样性的实验教学课程两方面，探讨了提高药物化学专业实验教学的方法。

关键词：药物化学课程；实验教学平台；实验教学课程；教学改革

收稿日期：2015-02-07

作者简介：蒋坤(1983-)，女(汉族)，重庆人，讲师，博士，从事药物化学的教学和科研工作。

DOI:10.13555/j.cnki.c.m.e.2015.03.030

中图分类号：G642.0

基金项目[5]张黎明，王敏，戴玉杰，等. 基于实验室开发综合性实验的实施[J].药学教育， 2011，27(1)：52-55.

Study on the Experimental Teaching of Medicinal Chemistry

JIANG Kun, WEI Ye

(Department of Medicinal Chemistry, College of Pharmacy,

Third Military Medical University, Chongqing 400038, China)

Abstract：We have implemented much investigation on the experimental teaching of medicinal chemistry in view of the increasing requirement of creative pharmacists and the course features about the experimental teaching of the medicinal chemistry of the third military medical university. This paper will provide effective methods to improve the experimental teaching focusing on the construction of diverse experimental teaching platform and experimental teaching course.

Key Words：medicinal chemistry; experimental teaching platform; experimental teaching course; teaching reform

药物化学是一门发现与发明新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与机体细胞(生物大分子)之间相互作用规律的综合性学科，是药学领域中重要的带头学科[1]。该门课程的研究内容涉及发现、修饰和优化先导化合物，从分子水平上揭示药物及具有生理活性物质的作用机理，研究药物及生理活性物质在体内的代谢过程。作为药学专业的基础课程，药物化学是药学专业学生必须掌握的课程之一。对该门课程，除了要求学生掌握较多的理论知识以外，还需要具有很好的实践能力，因为该课程与化学、医学、生物学等学科相互交叉和渗透，具有很强的实践性。这种实践能力，不但要求学生具有扎实的实验操作技能，而且还要求他们具有能够根据实验目的，合理设计实验方案并最终完成实验的能力。但是，由于一定的客观原因和主观原因，学生以往主要是将时间和精力用在了理论课程的学习中，而忽略了对自身实践能力的培养。这样一来，就造成了学生四年的本科学习以后，实践能力较差，没有达到预期的教学目标。此外，随着我国医药科学和制药工业的迅猛发展，对药物化学专业人才的素质也提出了更高的要求，尤其是具有创新精神的高素质应用型人才的培养还远远不能满足行业发展的需求，这也成为制约我国医药企业健康快速发展的一个重要因素。

为培养大学生创新思维和创新意识，教育部提出了大学生创新性实验计划[2]，探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以本科生为主体的创新性实验改革，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，全面提升学生的创新实验能力。第三军医大学药学院药物化学教研室在教育中注重理论与实践相结合，并在实验教学活动中，通过合理安排实验内容，努力培养学生独立观察、发现、分析和解决问题的能力。但是，面对当今科学技术发展迅猛，知识体系更新快速的局面，必须认真思考，如何通过实验教学模式的改革，最大限度地激发学生的学习热情，让他们认识到药物化学专业的重要性和有用性，让他们从被动学习变为主动学习，并最终成为基础知识扎实、创新意识较强的高素质的药学人才。笔者近年来参与了第三军医大学药物化学专业的实验教学的课程，也指导过三届本科生毕业论文设计，在这些过程中对药物化学实验教学有深刻的体会和认识，也对相关的实验教学模式的改革进行了深入的思考，认为可以从硬环境(实验教学平台)和软环境(实验教学内容)两个方面来进行尝试改革，现阐述如下。

1建立多样性的实验教学平台

药物化学实验要求学生能够对一些重点药物的合成、结构表征等方面有一定的了解和认识。要达到这些目的，良好的药物化学实验平台必不可缺。为此，教学实施单位要为学生提供一个良好的实验平台来开展相关的实验。可以从以下三方面来进行实验教学平台的建设。

基础实验平台的建设。这个平台配置开展药物化学实验所需的基本操作仪器，比如加热搅拌器、旋转蒸发仪、旋光仪、熔点仪、溶剂蒸馏装置、薄层色谱分离柱等。这些基本的操作仪器可以让学生在尽可能短的时间内，掌握基本的操作技能。比如，化合物熔沸点的测定、旋光度、萃取、减压蒸馏、薄层色谱等。这些基本操作技能的完成，一方面可以加强学生的基本操作和技能的训练，让他们体会到实验课程的有趣性；另一方面可以培养他们严谨认真的实验态度，让他们掌握规范性的实验操作。

现代药物合成平台的建设。一方面，目前的药物化学实验课程环节多数是围绕一些经典药物的合成来开展，其中涉及到的合成方面的内容大多数是传统的有机合成反应，尽管这些方法被广泛采用，但是部分方法存在反应步骤冗长、产率较低等缺点，因此并不符合当今化学合成的标准。另一方，由于许多方法涉及的化学反应类型单一，不利于丰富学生的知识体系。随着现在合成方法和合成技术的快速发展，已经出现了越来越多的新的药物合成方法，尤其是催化合成方法，这些方法在反应原料的可获性、实验操作的简便性、反应的产率等方面能与传统的方法媲美。比如，2010年获得诺贝尔化学奖的钯催化的交叉偶联反应已经大量的使用在了药物分子、工业化生产中，可以将这些前沿的合成技术引入到药物化学实验中，建设相应的实验平台。这样，可以让学生更好的认识到现代合成手段对药物分子合成的重要性。鉴于这些催化合成方法的重要性和有用性，现代药物合成平台可以围绕催化领域的有机小分子催化、金属催化、酶催化三个方面来进行建设。同时，在条件允许的情况下，可以添置一些先进的实验仪器，比如核磁共振仪、红外等，这些仪器的配置，除了可以让学生掌握药物分子的合成方法以外，还能够学习药物分子结构表征的常用方法。总之，这个平台的建立将极大的丰富学生的知识面，扩大他们的眼界，让他们了解和掌握一些前沿的知识，掌握药物合成的一些新的方法和技术。

计算机辅助药物设计平台的建设。计算机辅助药物设计以计算机化学为基础，通过计算机的模拟、计算和预测药物与受体生物大分子之间的关系，设计和优化先导化合物的方法[2]。计算机辅助药物设计实际上就是通过模拟和计算受体与配体的这种相互作用，进行先导化合物的优化与设计。药物化学实验课除了要让学生掌握一些已知药物的合成方法以外，也应该让学生了解药物分子具有药性的原因，在这方面计算机化学模拟和计算药物分子与相关靶点的相互作用便能够给出一些合理的解释。通过这些模拟和计算，能够加深学生对药物分子的理解。此外，基于模拟和计算的结果，学生可以更有针对性地对化合物分子进行结构改造和修饰，一旦实验结果与计算结果吻合，这不仅能增加他们的学习兴趣，而且能使他们体会到药物的发现是一个有理有据的过程，而不是一个对众多化合物进行盲目筛选的过程。

2建立多样性的实验教学课程

在建立了多样性的实验教学平台的基础上，可以围绕实验课的教学内容进行以下三方面的探索，以提高学生的综合能力。

基础性实验教学。基础性药物化学实验包括基本的合成操作和部分验证性实验。通过基础性的实验教学使学生了解和掌握药物合成的基本知识、常用实验方法、常用仪器的使用以及常见数据的处理方法等，使得学生具有基本的实验技能和实验分析能力。尽管所涉及的只是基础性的实验，但是这些过程要涉及到许多药物合成的原理(如拼合原理)和实验方法的运用。实验中要记录实验现象和检测反应的进程；实验后要对实验数据进行分析和总结并完成实验报告。所以，完成一个基本的实验涉及到基本原理、实验方法和数据总结等方面的学习和训练。这样通过实验现象的记录和数据总结可以培养学生的动手能力，而通过实验报告的完成可以培养学生严谨的态度和写作能力。

为了保证教学的顺利进行，对于教师来说，需要合理设计实验内容，既不能太难也不能过于简单。此外，教师应在课前进行预实验，从中发现学生可能出现问题的地方。在学生动手实验前，需要针对具有的实验内容，详细地讲授相关的原理、实验步骤、注意事项和数据分析，使学生对实验的内容有一个初步的理解和掌握。在实验过程中，要及时纠正学生的不规范操作。

对于学生而言，要做好课前的预习，写好预习报告，设计好原始数据表格。在实验中，要认真记录实验现象，保存好原始记录数据。在实验完成后，要认真地进行实验数据的分析，找出实验失败或者结果不理想的原因，并认真撰写实验报告。经过这些环节的严格训练，学生能够在一定程度上掌握相关的知识。

综合性实验教学。综合性实验在实验要求的深度、广度以及难度方面都要高于基础性实验。在这些实验中，涉及到更多的原理、实验方法和实验仪器的使用，这些有利于培养学生综合运用知识、独立思考和解决问题的能力。通过综合性实验，学生可以更好的理解基础知识和掌握前沿内容，比如药物的构效关系、电子等排原理等。除了让学生具有更多的理论知识和操作技能，还可以让他们接触到更多的仪器，了解这些仪器的用途、实验效果等，消除对仪器的神秘感。通过这些实践，将极大的开阔学生的视野、拓宽他们的知识面、增强他们的自主能动性和提高他们的兴趣和积极性。

设计性实验教学。设计性实验主要是学生根据自己的兴趣提出或者教师给定实验题目来开展。在教师的指导下，学生独立完成相关的实验，包括数据库的搜索、实验方案和方法的制定、实验仪器的选择、实验报告的撰写等。设计性实验能够很好的培养学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，是对他们在基础性和综合性实验中获得的各种能力的检验。学生通过自己兴趣的选题并最终完成实验，这对提高他们的学习兴趣和增强信心非常有利。在具体的教学实施中，教师可以给出几个目标化合物的结构，然后让学生去查询相关的数据库，制定出几种可行的实验方案，然后根据实验条件选择适合自己的方案进行实验[4]。

设计性实验教学是培养学生综合实验能力的一种有效的教学模式，这种教学模式具有许多优点，比如可选择内容较广泛、选题有多样性和灵活性。这些优点可以避免实验内容过于陈旧，进而让学生接触到新的实验内容，跟上时代的前进步伐，除此以外，也可以使学生变被动学习为主动学习，让他们在自主学习中体会到成功带来的乐趣和失败带来的痛楚，这些不仅对他们心理素质的锻炼非常重要，而且也利于培养他们的探索和大胆创新的精神[5]。

参考文献：

[1]尤启冬.药物化学[M].北京：人民卫生出版社，2007：1.

[2]任良玉，张吉维. 本科创新人才培养的制度环境和文化环境[J].清华大学教育研究，2009，30(3)：108-113.

[3]牛彦，雷小平，徐萍.将现代教育技术应用于计算机辅助药物设计教学[J].药学教育，2010，26(6)：54-57.

[4]马大友，胡高云.药物化学探索性实验的实践与思考[J].西北医学教育，2008，16(1)：132-133.

(编辑：张梦华)

研究生教育