科研成果在药物化学实验教学中的应用

郭嘉亮，颜海波，杨凌,孙平华

暨南大学药学院；1暨南大学教务处　(广州　510632)



科研成果在药物化学实验教学中的应用

郭嘉亮，颜海波1，杨凌,孙平华*

暨南大学药学院；1暨南大学教务处(广州510632)

摘要目前，国内部分院校的实验教学过程中存在着缺乏培养学生科研能力、创新能力以及无法满足社会需求等不足。对科研成果在药物化学实验教学中的应用的必要性、方法和效果以及所面临的问题进行了讨论，为科研与教学交融平台的创设与实践提供可参考手段与方法。

关键词药物化学实验；科研成果；教学改革

科研成果是体现社会需求的重要形式，同时也是教学内容向社会需求靠拢过程中的重要过渡。随着教育部与科技部的深入合作，高等学校已成为当下科学研究的主力军以及科技创新体系的核心力量，为推动社会经济发展和科技进步做出了重大贡献。如何充分发挥高等院校在科研上的独特优势，并有效地服务于教学、服务于人才培养，甚至服务于社会是当前研究的热点问题之一[1]。目前，有关科研成果转化为教学资源方面的研究非常多，但普遍集中在理论层面，甚少涉及实践教学领域。

实验教学是培养学生创新能力的重要途径，更是提高整体教学质量的根本保证[2]。实验教学与科学研究在实践性方面具有一致性，因此，高校科研成果成为十分宝贵的潜在教学资源。但在科研教学“双轨制”下，教学与科研的被逼脱离造成两者的矛盾与冲突，如教学无法向科研输送满意的后备人才，同时出现科研课题挤占教学资源的乱象[1,3]。基于暨南大学教学改革项目《基于科研成果转化为教学资源的“药物化学实验”的教学模式创新》，本文探讨由暨南大学药物化学教研室与本课题组共同研究的科研成果转换成优质教学资源问题，旨在通过该课题的研究更好地服务于实验教学。课程的积累为创建科研与教学交融的平台，营造鼓励独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境。在课程建设中强化多维创新元素，组成暨南大学本科生创新教育体系，有助于实现科研带动教学、科研引领人才培养的目标。

1研究背景

良好的科研成绩是成果转化为教学资源的前提。近年来，暨南大学药学在科研方面取得优异成绩，先后承担了国家、省、市科研课题共187项，例如教育部长江学者创新团队、国家新药创制重大专项、教育部长江学者项目、国家杰出青年科学基金、“973”计划课题等，科研经费累计达1.14亿元；发表SCI收录论文600余篇；申请国内外发明专利92项，其中授权33项；获国家科技成果奖励2项，省部级以上科技成果奖励8项，获科技人物奖3项。同时，积极鼓励教师及时将科研成果转化为优质教学资源，通过本科生“科技创新工程项目”和“挑战杯”课外学术科技作品竞赛，利用科研平台和实习基地进行科学研究，先后荣获“国家金奖”1项、“国家银奖”2项、“国家铜奖”1项、“广东省金奖”2项及“广东省银奖”5项。鼓励本科生参与科研活动以及“大创”项目全面铺开，系统提升学生的创新、实践能力，取得了一系列良好的教学效果。

然而，相较科研项目、科技作品方面取得了显著的成绩，传统的实验课堂教学却呈现相对落后的局面，部分学科的实验项目甚至出现“十年如一日”的静止情况，即从未更新，从未改进；个别陈旧的实验项目还保留着高污染、高能耗，低技术、低水平的缺点，亟待通过先进科研成果的转换实现更新与升级[4-5]。直至近两年，笔者转变了思路，创新了模式，按照大学生的特点，贯彻全员创新的理念，逐步改变以往单纯以论文、获奖为主的评价方式，强调发展性评价，很大程度上激发了学生参与科学研究的积极性，成效显著[4,6]。药物化学作为药物科学中的龙头学科，也是药学专业的一门重要的应用基础课程，具有很强的实践性和应用性，其实验课程对巩固课堂教学的基本理论、扩大药学专业人才知识面、培养严谨的科研素质和加强动手能力起到至关重要的作用[4]；同时，药物化学也是暨南大学药学院的优势学科，具有大批相关的专家人才，在此领域有着深厚的科研积累与丰硕的科研成果。因此，基于大量药物化学领域的科研成果，寻求可转化为教学资源的实验项目，不仅可行而且十分必要。

2科研成果在药物化学实验教学中应用具体方法

2.1项目转化的目标

根据前期调研，笔者发现很多兄弟院校将药物化学实验等同于药物合成实验，停留在单纯的药物分子化合物的化学合成的层面。实际上随着药学科学研究的发展，药物化学研究与应用范围已经扩充到其他与药物相关的生物工程材料、药物辅料、亲和性色谱材料等领域，成为利用化学的概念和方法解决药物研发、生产、分析等一切相关问题的一门综合性学科。有鉴于此，有关领域所有先进的科学成果转化为实验项目，将有利于药物化学实验的改进与升级。不过，学院面临的新问题是：如何在传统实验的基础上，把最前沿的科研成果、实验室先进的技术、设备引入本科生的实验教学，使学生在完成由教师安排好的成熟实验以外，还能接触一些本学科最前沿的知识，并且从实践层面启发学生对本专业产生新的了解。

目前，科研成果转化为教学内容的研究多为“纸上谈兵”，因为科研成果直接用作教学内容时存在“水土不服”的问题，容易忽视学生知识基础的薄弱性、教学内容的系统完整性和授课过程的逻辑连贯性，笔者希望新的实验项目并非对科研成果的直接使用，而是结合现有实验项目与实验技能，循序渐进地向上拓宽，通过实验的延伸与深入来达到目的，兼具可行性与新颖性。

2.2前期调研与意见收集

在课题开展前期，笔者广泛进行文献检索，并收集多家兄弟院校(包括中山大学、广东药学院、广东工业大学等)的药物化学实验教材作为研究资料，并进行了系统分析，并对中山大学、广东药学院、上海中医药大学进行实地调研，尤其是对个别重要的实验方案进行深度了解与分析，初步确立了新实验方案的总体实验目的与实践内涵。

然后，开展以问卷调查的方式为主，配合网络调查方式，调查、收集、掌握教师与学生对目前实验课程的意见和改进需求以及对科研成果转化为教学资源的设想与要求。先是通过网络调查的方式(http://www.sojump.com/)进行初步的调查；而问卷调查分初步调研和深入调研两个阶段，初步调研主要是广泛收集各大高校理工医类专业的学生对目前本科实验教学方面意见征集调查，发放问卷150份，回收有效问卷139份，回收率达92.7%；深入调研是基于对初步调研结果进行统计分析，得出学生当前广泛关注的问题，从而设计出一套详细深入的调查问卷进行跟踪调研，调查对象主要是各高校药学类专业及相关专业的本科生以及在读研究生，发放问卷60份，回收有效问卷54份，回收率达90%。

通过总结前期调查的结果，笔者发现学生普遍认为“各类实验课程对提高实践能力帮助很大”(85%)，但同时反映目前本科实验教学“大部分在实验内容安排上缺乏创新，不能体现学科前沿”(92%)；此外，师生均认为由于(本科生)知识水平所限，对前沿科学了解不足，以及局限于教学内容的系统完整性和授课过程的逻辑连贯性，对新鲜的科研成果的认识与了解严重缺乏，导致难以接受没有知识水平以上全新的理论概念；很多学生表示“未有阅读任何科研论文的习惯”(55%)、无法“掌握一门以上的文献检索工具”(64%)，但对有所了解的新型实验技术、设备的操作与应用却抱有浓厚的兴趣，并“支持科研实验室、高端科研实验仪器向本科生开放”(75%)、“积极将科研成果、技术方法加入到实践教学中去”(81%)。因此，笔者确定对课题组内所有在研项目中采用新技术、新方法的内容进行筛选。

2.3项目筛选与实验设计

有关筛选合适的科研项目作为转化为教学资源的原材料，笔者确立了三个原则：①科研成果必须建立在学生一定的认识与了解之上，不能凭空引入研究前沿概念或者将系统性庞大的概念生硬地进行片面化截取。选择成熟的科研成果是为了方便学生的理解以及科学问题的精简，提高转化的成功率；②项目成果以技术、方法优先转化。根据此前调查的结果显示，新方法、新技术相较于新的前沿概念更能激发学生的兴趣，更加刺激到学生的求知意欲，将有助于提升学习的积极性；③相关科研成果必须兼顾可行性与新颖性，同时还需要满足教学效果的有关要求。前期，根据前人的报道[7]，笔者对科研型毕业论文进行了改革与尝试，获得了一定的研究基础与成果，有利于项目的筛选评估。

鉴于上述原则，笔者对课题组不同项目进行分析与考察，最终确定将本组已经发展的、比较成熟“微波催化”技术用于药物及其中间体、其他药用化合物中间体等的应用实践[8]。微波诱导催化反应的基本原理是将高强度短脉冲微波辐射聚集使某些表面点位与微波能强烈的相互作用，并诱导产生高能电子辐射、紫外光解和非平衡态等离子体等多种反应，从而发生有机化学反应。其应用于药物化学合成，具有反应速度较快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点；反应过程甚至无须溶剂参与，可避免使用价格较高或有毒的溶剂，使得成本和毒性降低；且操作条件较好控制，便于监测，还能节约能源，具备符合原子经济性和生态友好绿色等特点。基于上述优势，微波催化在科研乃至工业生产上都有着出色的应用，并产生了许多良好的应用成果[8]。然而，微波技术在药物合成研究中是个甚少被报道的领域，在本科实验教学领域也是一片空白。本课题组利用该技术在药物中间体的合成取得一系列的成果，并申请了相关的发明专利，发表了科研论文。

针对学生实验的特点并根据笔者项目筛选的原则，最终确立了“微波催化”技术应用于药物及中间体合成的综合性实验，具体包括“微波催化二氢吡啶钙离子拮抗剂的合成”以及“微波催化甲基丙烯酸-β-环糊精的合成”两部分。前者充分发挥微波催化的效率优势，较常规合成反应条件大为缩短了反应时间，而且是无溶剂参与，具备绿色环保的特点；后者体现了微波催化在立体选择性方面的优势，与常规加热反应方式会得到两种同分异构体所不同，微波催化特异性得到单一产物，副反应少、产率高。微波技术早已大规模出现在人们的生活之中，是一项成熟的、学生接受度高的科技手段，随着单模技术的成熟与发展在科学研究中的作用越发明显并带来了许多研究成果。基于课题组前期的研究，本实验项目既符合笔者选择的原则，也突显了微波的各种优势，具有一定的代表意义。

2.4实验的开展

在传统的验证性实验中，实验牵涉所有仪器、试剂均是提前准备好的，学生甚少参与这些工作。而在本实验项目中，启用设计性试验的方式，学生自行准备器皿的选用与清洗，学习微波合成仪的调试与操作，试剂的配制与保存，预处理均由学生独立完成，教师只给予适当的指导，有助于其动手操作能力和独立判断能力的提升。例如，市售β-环糊精一般含有结晶水，过多的水分子占据β-环糊精的内部空腔结构将导致反应效率下降，所以需要进行预处理。简化的预处理方式主要是加热烘烤，但选择烘干的温度和方式非常重要，常规加热有可能会导致多糖性质的环糊精出现焦化；过低的温度将无法使水分去除(水的沸点为100℃)。因此，建议使用低温下真空干燥的方式来除水。

在一般的药物化学实验过程中，教师往往给予学生很多指导与讲解，但学生很少有独立思考的空间，也缺乏兴趣。实验改革以后，激发了学生的兴趣以及主观能动性，促使学生不断地尝试和摸索来加以解决。同时，实验设计的合理性将有助于学生实际操作能力的提高。例如，药物合成反应中的中间控制以及终点确认是非常重要的内容，基于微波催化技术易于监控的特点，学生可以结合TLC方法自主的确立反应条件。在教师不提供具体反应参数(如反应时间、反应温度等)的情况下，学生通过TLC来监测反应，实现中控并确定反应终点。根据反应情况的实际差异，学生自行选择反应条件，不再“一刀切”地根据教师给的条件进行实验；但从根本上而言实验条件又是一致的，每一组实验都到达了反应终点。显然，这些改革方式提高了学生的探索欲望，有利于学生更好地理解教学内容，也有利于培养学生严谨的科研态度，激发学生兴趣的同时也产生满足感。

2.5数据处理与报告撰写

验证性实验的实验结果通常都已经经过了验证，学生只是将实验数据相互比较或作简单的计算。在新设计的实验体系中，将根据科研实验的标准进行处理，不仅要学生称量产物重量，计算产率等几种主要指标，还要求学生计算转化率、计算TLC的Rf值等等。而实验报告作为实验教学的最后环节，是对实验的全面总结和分析，由于实验项目来自科研，因此实验报告的撰写也需要同样按照科研实验的要求实施。很多学生的实验报告都是把实验指导书上的实验目的、原理、方法、步骤照抄过来，很少对实验结果作分析、评价和总结，这与科研实验大相径庭。笔者要求学生严格按照科研论文的标准格式完成实验报告，为附注查阅过的相关中英文文献资料；在分析讨论过程中，要求学生自己提出问题，并自己提出猜想，尤其是通过文献检索或者其他已证实的科研成果来支持自己的实验结论。这样有助于学生综合分析问题的能力的提高，也有助于学生学习论文总体框架层的撰写。

3初步成效与评价机制的建立

初步意见反馈表明，学生对科研成果在药物化学实验教学中的应用给予了充分的肯定以及较高的评价，高达88%的学生认为微波技术之类的新型的技术与方法可与未来深造、就业合理的对接，非常适用；100%的学生认为科研成果引入实验课堂有助于调整自己的知识结构和拓宽专业知识面；有78%的学生认为科研成果转化为优质教学资源符合社会对人才的需求。主要优势体现为：一是在实验教学过程不断渗透与之相匹配的知识点，有助于拓宽并整合了学生的专业知识；二是来源于科研成果的教学资源更为贴近学生未来深造或者实际工作岗位的需求；三是科研成果中具有极高教学价值的理论创新点、新技术、新方法以及所锻炼出的解决问题的能力对学生创新意识、独立思考能力的培养非常重要。此外，为了保证评价的科学性与公正性，必须制定合理的评价指标体系。笔者初步将科研项目成果向教学转化的评价指标分为转化方式、转化效率、转化效果三个方面来考察。依据这些评价标准，对项目向教学转化情况进行评价后，专家评价分数=转化方式得分(20%)+转化效率得分(20%)+转化效果(60%)。分值基本表明科研成果向教学资源转化的实际情况，甚至可兼作激励机制的依据。

4问题与思考

由于药物化学实验课程本身的系统性、知识性、专业性，决定了科研成果在药物化学实验教学中的应用必然面临着许多问题，需要进一步的分析与思考。

4.1学生的基础知识

药学科学的专业性决定了其科研成果通常是站在相关领域专家、学者或教学人员的角度来描述问题的，要求学生具有较好的知识基础才能理解科研成果的基本思路，切忌凭空引入研究的前沿概念或者对系统性庞大的概念生硬的进行片面化截取，造成“大而空”的弊端，恰得其反地影响了学生对科研成果的深入理解。

4.2缺乏科研教学相融合的完整系统

科研成果主要体现科研工作者对某一科学问题提出解决方案，在体系结构上重点突出其解决关键问题的方案，侧重于新颖性与可行性。相对而言，教学系统结构则要完整得多，强调各个知识点之间的内在逻辑关系。科研成果目标性更强和统筹性不足的特点并不符合教学工作中循序渐进的一般规律。陈瑛等[9]对基于基础教学的“通才”到精英科研“专才”提出了“金字塔式”药物化学教学方法，为此提供了很有价值的参考。

4.3缺乏有效的激励机制

目前还普遍缺乏明确的激励和约束机制，以理清权利和义务、教学与科研的关系。毕竟很多科研成果是源于教师的前期积累，不能单纯要求教师无私奉献，应适当激励，鼓励集体讨论，整合教授资源，形成合力，对提高转化率非常重要。

本项目将改变传统的落伍现状，弥补实践发展过程中出现的不足，使课程得到了进一步的向上拓展和延伸，对学生的知识选择能力、观察能力、分析能力和知识物化能力的培养具有重要意义。经验可以推广至其他实践课程，对具有良好科研基础的高校教学改革也有着一定的借鉴意义。

秉承学术“无起点”理念，以多元孵化项目和创新活动为“两翼”，搭建创新人才培养新平台。在教学全过程中，需要不断激发和鼓励学生的创造思维，也是一直缺乏的[10]。“独立思维创新培养”尽管早被提出，但之前的模式又不适宜。所以，在全员创新理念下，积极探索高等教育大众化教育背景下的“选择性精英教育”，有的放矢，根据学生的兴趣、特长，重点有针对性地加以项目扶持，以及搭建活动平台。要积极秉承学术“无起点”、研教交融、探究式学习的新理念，让学生真正接触科学研究前沿，参与科研项目，在项目研究中开拓学生的创新思维，培养学生自主学习和在科研中创新创造的能力，才能真正促进拔尖创新人才培养机制的变革，促使拔尖创新人才不断涌现。

参考文献

[1]王广彦.科研成果向教学内容的转化研究[J]．理工高教研究，2009，28(4)：120-123.

[2]朱丹雁,张翔南,李欢,等．大学生科研训练计划在药学创新型人才培养中的实施与展望[J]．药学教育，2009，25(3)：12-17.

[3]印莉萍,祁晓廷,刘祥林，等．坚持科研成果向实验教学转化提高探究型实验教学的效率[J]．实验技术与管理，2005，22(9)：4- 6.

[4]郭嘉亮,孙平华,陈卫民．药物化学实验境内外学生分流教学改革的探索[J]．山西医科大学学报:基础医学教育版，2010，12(9)：918-920.

[5]郑俊霞,杜志云,赵肃清,等．制药工程专业药物化学实验课程教学改革的探索与实践[J]．广东化工，2011，38(8):245-246.

[6]孙平华,易晖,杨兆琪,等．药物化学课分流教学在侨校中的新探索[J]．山西医科大学学报:基础医学教育版，2007，9(4)：387-389.

[7]魏欣,罗大力．科研课题型毕业实习与创新型药学人才培养[J]．药学教育，2012，28(3)：57-59.

[8]成丽,蔡菁,尹红梅,等．微波化学反应器在药物化学中的应用[J]．实验科学与技术，2011，9(3)：23-25.

[9]陈瑛,丁宁,常英．“金字塔式”药物化学教学方法[J]．药学教育，2013，29(4)：32-34.

[10]郭英德．教学与科研的双向互动[J]．中国大学教学，2011，(11):58- 62.

Practice and Exploration on the Application of Research Achievements in Medicinal Chemistry Experiments

GUO Jialiang，YAN Haibo1，YANG Ling，SUN Pinghua*

(SchoolofPharmacy,JinanUniversity;1DivisionofTeachingAffairs,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)

Abstract:At present,the domestic experimental teaching generally lack the training situation of students' scientific research ability,innovation ability,and the teaching content cannot meet the social demand.The application of the necessity of scientific research achievements in the experimental teaching of pharmaceutical chemistry methods and effect and problems were introduced and discussed in this paper.It provided a reference method to the creation and practice of scientific research and teaching integration platform.

Key words:Medicinal chemistry experiments;Research achievements;Educational innovation

基金项目：广东省教育厅教改项目：基于优势资源建立和发展“大药学”学科群的研究与实践；暨南大学第十三批教改项目，编号51061271。

收稿日期:2014-10-14。*

通信作者:孙平华,E-mail:pinghuasunny@163.com。