运用思维导图提高药物化学学习效率的应用研究

徐勇，张龙，韩维娜

哈尔滨医科大学药学院 (哈尔滨 150081)

1 思维导图的概念及特点

思维导图又叫心智导图，是英国心理学家、教育学家东尼·博赞发明的一种先进的表达发散性思维的有效图形工具，可以激发人丰富的联想力，提高人的思考能力[1]。思维导图充分运用人体左右脑机能，利用阅读、思维的规律，帮助人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展[2]。学生将思维导图运用于学习，可以打破传统笔记按条列举的记录手段，其利用节点、色彩、图像等关键要素，绘制知识网络，并通过线条和标记，使知识点之间的联系更加紧密、直观，有利于加强记忆和发散性思维的养成，并可以调动其学习积极性，变被动接受为主动理解与思考所学知识。思维导图具有四大特点：发散性：每一张思维导图都从一个中心开始，并具有多个子中心，其向四周发射形成无穷无尽的分支；联想性：当一个主题确定后，由该主题引发的与之有关的联想相互关联共同构成一张思维导图；条理性：相对于传统笔记，思维导图可提炼关键词进行逻辑梳理与归纳，使条理更清晰；整体性：思维导图可以借助图像、颜色等，在二维平面展现多维现实，着眼全局展现现实的宏观与微观。

2 运用思维导图提高药物化学学习效率

药物化学是一门发现与研究新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与生物之间相互作用规律的综合性学科[3]。它有着其自身的学科特点：基于有机化学的思维基础，以药物结构为核心，掌握药物的命名、理化性质，研究药物的代谢规律、构效关系，设计药物的合成途径以及通过结构改造进一步获得新的药物[4]。由于药物结构的多样性，理化性质各异、构效、代谢等不同，因此其内容繁杂，使药物化学知识体系过于庞大[5]，学生在学习过程中感觉任务量大、知识点杂，难于理解和记忆，其容易将药物结构和性质张冠李戴，这对药物化学的学习造成了极大的影响。而学生可借助思维导图层次分明、条理清晰、重点突出、色彩鲜明的特点，将其运用于药物化学的学习。如图1所示以每章药物基本结构母核为核心，通过思维导图发散，以结构改造过程的药化思维作为导图延长部分，逐渐建造相关网络。此网络将知识归一化的同时以结构为核心，通过对比结构建立起各章交联的知识体系，使知识系统化、对比化，以此提高学生学习积极性，同时发展药化思维，提高学习效率。本文以中枢神经系统药物为例，介绍如何将思维导图运用于药物化学的学习过程[6]。

图1 以药物基本结构为核心的药物化学思维导图

2.1 构建体系，发展演绎思维

药物化学课程枯燥难学，传统教育大多使学生被动地接受知识，难以调动学生学习积极性，固化其思维，难以达到相应教育目标。部分学生在学习过程中感觉药物分类繁多、结构复杂，课堂教学过于枯燥，导致其课上难理解、课下难记忆，久而久之，学生对药物化学的学习积极性逐渐下降，学习效率随之降低。想要增强药物化学学习效果，学生就要抓住学科特点，突出药物结构在药物化学学习过程中的重要性。此思维导图以药物结构为中心构建知识体系，联系药物的命名、作用靶点、代谢规律、理化性质、构效关系、合成途径及结构改造，再由这些子中心不断向四周辐射，形成一个完整的知识网络，便于学生理清知识脉络，可明显减少其记忆时知识点的遗漏和混淆。思维导图的绘制过程可极大调动学生思维，使其抓住各知识点之间的关联，提高学习主动性和积极性。形象化的知识网络有利于学生深刻理解和记忆相关知识，提高其学习效率。

2.2 对比辐射，强化理解记忆

思维导图本身以提炼关键词的方式记录相关知识主要内容，其整体性便于学生在学习过程中发现各类药物结构之间的联系及建立其对比性，方便学生理解和记忆。以中枢神经系统药物为例，在思维导图中学生会发现不同药物之间有着许多潜在联系：苯二氮类、二苯并氮杂类、二苯并二氮杂类药物均含有苯并氮杂环构成的母核结构(图2)。氯氮是最早用于治疗失眠的苯二氮类药物，为解决其味苦不足，研究人员通过简化结构得到了活性更强、毒性更低的西泮类药物地西泮。在地西泮结构基础上，其C-3位氧化得到了替马西泮、去甲基得到了去甲地西泮。去甲地西泮C-3位羟基化又得到了奥沙西泮，研究人员在后续研究中又发现，奥沙西泮和去甲地西泮均为地西泮在体内代谢的活性产物。为稳定苯二氮母核中的酰胺键，提高药物与受体的亲和力，研究人员又衍生出了唑仑类镇静催眠药。如稳定1，2位酰胺键的三唑仑、稳定4，5位酰胺键的美沙唑仑。研究人员还发现，苯二氮类药物同时又具有镇静催眠和抗癫痫作用。二苯并氮杂类药物同时具有抗癫痫和抗抑郁作用，其用于抗癫痫代表药为卡马西平。如果在卡马西平结构中的10位引入羰基，则获得前体药物奥卡西平，其与卡马西平具有相似临床疗效。二苯并氮杂类药物属于三环类抗抑郁药，可以抑制去甲肾上腺素的重摄取，代表药为丙米嗪。将二苯并氮杂类药物氮杂环乙撑基上的其中一个碳原子用氮原子替换，则获得二苯并二氮杂类药物，代表药为氯氮平，用于抗精神病，抗精神病药物还包括吩噻嗪类、噻吨类和丁酰苯类。二苯并二氮杂类药物可看作由吩噻嗪类扩环得到，吩噻嗪类药物通过生物电子等排原理，用乙烯基替换环上的氮原子，就得到了噻吨类抗精神病药。丁酰苯类抗精神病药是相关研究人员在研究镇痛药哌替啶的基础上发现的，哌替啶的结构是在天然产物吗啡结构基础上开环发现，研究人员在后续研究中又发现，吗啡结构中氮原子取代基具有重要作用：镇痛药阿片受体的部分激动剂纳洛啡，其烯丙基在氮上处于a键时产生激动作用，而处于e键时则产生拮抗作用，若使取代基完全固定于e键，就获得了完全的拮抗剂纳洛酮。通过思维导图，学生可对比药物类别与结构之间的相关性，发现药物结构与药物作用的联系，思考药物结构与药物改造的可能性，抓住共同点，关注独特性，在比较过程中理解药物发展过程，不断加深印象强化记忆，达到提高学习效率的目的。

2.3 举一反三，深化发散性思维

大学教师的职责，关键还在于培养学生的逻辑思维能力以及创造性思维。如何提高学生自主学习能力，提高学生学习兴趣，是其不断探索和研究的重要课题。思维导图的构建，有利于刺激学生求知欲，使其从中获得自主学习的满足感，从而提高学习兴趣。思维导图中的关系线，除了课本知识，还可来源于学生通过对比或知识储备的总结，抑或是查阅资料后的知识补充，在充分掌握课本内容的基础上，有助于学生将学过的知识内容进行回顾，使其知识面得以扩展，加深理解，并通过自己的思考将知识内容拓展到今后的应用中，对自身未来的发展有着积极的指导作用。以苯二氮类药物和GABA类似物为例，两者均可用于镇静催眠，并同样具有抗癫痫活性，那么是什么原因产生了这样的相似性呢？笔者发现，GABAA的α亚基上有特异的苯二氮类结合位点，增加氯离子通道的开放频率，很好地解释了不同类药物可产生相同或相似作用的原因，这使学生加强了对药物作用靶点的认识。又如，纳洛啡N原子上烯丙基的构象决定了其作用是激动还是拮抗，研究人员在14位引入羟基后使烯丙基完全处于e键，就获得了一种完全拮抗剂纳洛酮；参考哌替啶氮甲基的镇痛作用，改造安替比林的结构，获得了解热镇痛效果更强的氨基比林。这说明氮原子上的取代基对镇痛作用的产生具有重要意义，且取代基的空间构象可能影响药物的药理作用，甚至使药理作用完全相反，这为药物结构改造过程中取代基的大小及引入位置的设计提供了参考，并为作用于相同靶点时激动剂与拮抗剂结构之间存在一定的联系做了提示。

图2 以苯并氮杂环为母核的各化合物结构式思维导图

3 思维导图的绘制

思维导图用于知识记忆，应区别于课堂笔记。因为思维导图体现的是知识大纲，由此联想本章节具体内容，包括考点及重难点。将思维导图比作仓库的钥匙，而课堂笔记就是锁在仓库中的物品，通过思维导图的联想和扩展，打开仓库的大门，才能获取笔记中的知识。为体现思维导图与课堂笔记的不同，学生在绘制思维导图过程中，要注意以下几个要点[7]：子中心不宜过多，通过自己的总结将知识点进行归纳和分类；通读教材，根据自己的理解进行图形绘制，记忆不清的知识点可参考教材，但切忌对照书本，照葫芦画瓢似地整理笔记；不同子中心下的知识点如果有联系，可用带箭头的曲线连接，并简要标注其相关性；单一的思维导图无法完全体现章节内容之间联系性时，可考虑在旁边绘制另一张小的思维导图加以说明。只有这样，学生才能将死记硬背的内容最简化，使理解记忆占主导，在降低记忆难度的同时提高记忆效果。

4 思维导图运用于药物化学教学的效果

笔者将思维导图运用于药物化学教学中，将临床药学专业学生划分成多个小组，每个小组总结一章思维导图，做到人人参与，每组做一个约20分钟的理论课演讲。如此学生对药物化学课程的学习兴趣明显提高了，对他们来说药物化学不再是枯燥的结构，而是一张张系统完整的理论图，具有直观性。思维导图的引入，使学生学习效率明显提高；参与感增强，学会把握重点、善于总结，建立自己的学习方法；增强学生逻辑思维能力，提高思考问题的条理性和全面性；促进学生自主发展，按照个人的思维方式进行，有着自己的独特性；提高学生的学习兴趣，培养独立思考的习惯以及独立解决问题的能力；培养探究能力，提高学生科学素养，有利于将来的发展。

5 总结

李玉等通过标准化编码和描述性统计得出结论：思维导图对学生学业成就的平均效应量为0.763[8]。这表明将思维导图应用于学习以提高学习效率有一定的实践意义。思维导图的直观性和系统性，极大限度保证了学生药物化学学习过程中知识系统的完整性，可有效提高其药物化学学习效率，调动学生学习的积极主动性，有利于其思维的开发和以后的发展。学生将思维导图作为学科学习工具和课堂笔记相结合，改被动接受、消极应考为积极思维、从容应考，这样可以保证接受知识的完整性，降低记忆难度，提升学习效果。