JoVE科教视频数据库在药物代谢动力学实验教学改革中的应用

胡巍，郑啸，何华，刘昊晨，刘李，郝海平

1中国药科大学教务处；2中国药科大学药学院 (南京 210009)

药物代谢动力学是创新药物研发过程中与药效学、毒理学研究处于同等地位的学科，为成药性评价及给药方案的优化提供依据，具有很强的实践性[1]。我国药物研发由仿制向原研的转型，对于具有药物代谢动力学背景的综合性研发人才提出了更高的要求，也催生了对于药学相关课程教学模式的思考与改革[2]。药物代谢动力学实验是中国药科大学药学院自2011年起面向药学(含药理学)和药物化学专业四年级本科生开设的专业必修课，在加深学生对于药物代谢动力学理论知识的理解和培养扎实的实验操作技能方面发挥了重要作用[3]。近年来，围绕复合型药学人才培养总体目标，学校药物代谢动力学教学团队积极探索综合设计性实验教学以及基于虚拟仿真技术的实验教学改革，在提高学生的参与度与课程的实践性等方面取得了显著效果[4]。然而，笔者在教学过程中发现有限的课堂教学内容尚不能满足学生对于国内外药物代谢动力学相关研究发展趋势与前沿技术掌握的需求，在拓展学生的国际化视野与创新性科研思维方面还存在较大局限[5]。

面向药物代谢动力学实验课程改革的总体目标，自2019年9月起，本校药学院药物代谢动力学教学团队将全球首个视频实验数据库资源Journal of Visualized Experiments (JoVE)科教视频库引入药物代谢动力学实验课程，进行教学资源和教学方式改革，探索其在拓展“第二课堂”学习空间、促进学生自主学习中的应用。现就改革内容及效果评价进行阐述。

1 JoVE科教视频数据库简介

JoVE是2006年创刊的综合性科研视频期刊，至今已发表7000多来自世界著名学术科研机构的实验视频文章，目前被Medline、Scopus、SciFinder等权威数据库收录，2020年影响因子为1.163[6]。JoVE科教视频数据库(Science Education，SE)是JoVE专门为教学设计的实验原理及演示视频，涉及生物学、医学、化学、环境科学等多个分支及交叉学科领域，旨在通过简单易懂的视频辅助基础实验教学。JoVE SE配有清晰的动画和音频解说，生动有趣地演示实验原理及方法，辅助教师更快速地展现实验原理与操作要点，有助于提升学生的学习兴趣。

2 教学资源的筛选与应用

2.1 JOVE SE数据库教学资源的筛选

本校药物代谢动力学实验课程目前主要围绕兰索拉唑大鼠血浆药物浓度分析而开展综合设计性教学，提倡学生以新药研发中药物代谢动力学评价具体问题为导向，参与教学过程，在分组查阅资料、设计实验并集中讨论完善方案的基础上，分别完成大鼠的给药与血浆样本采集、分析方法学考察、样品测定、结果分析等环节，最终进行分组汇报与讨论。实验过程中涉及大鼠给药、血样采集、仪器分析等多方面实验技能的要求，学生往往由于前期给药、采血、方法学建立等环节的失误而导致后期药动学数据不理想。此外，由于生物样本分析仅能在现有的高效液相色谱仪(HPLC-UV)上完成，学生对于目前已广泛应用于药代动力学研究的液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术缺乏有效的接触与认知。针对以上问题，课程组选取了JoVE SE数据库中“基础生物学”“化学”学科下的多个与实验室安全规范、基本仪器操作、动物实验技术密切相关的视频，具体包括“实验室安全(Lab safety)”“基本实验操作(General laboratory techniques)”“实验室称量(Measuring massIn the laboratory)”“移液器使用(Introduction to pipettes)”“离心机使用(AnIntroduction to Centrifuge)”“动物给药(Compound administration)”“血液采集(Blood withdrawal)”“高效液相色谱(High-performance-liquid-chromatography)”等视频，供学生于课前学习，以提高实验操作的规范性及实验结果的可靠性。课程组还选取“质谱原理(Introduction to mass spectrometry)”“串联质谱(Tandem mass spectrometry)”视频，以提高学生对于相关前沿分析技术的理解。

2.2 教学改革实施方案

在资源筛选的基础上,课程组在中国药科大学药学院2017级药学专业(3个班)及药物化学专业(4个班)在读本科学生(共计155人)中开展教学改革探索。其中药学专业1701206班、药物化学专业1701503班共计52名学生作为对照组，药学专业1701203、1701207班、药物化学专业1701501、1701502、1701504班共计103名学生作为试验组。对照组班级学生采用传统的综合设计性教学模式，试验组班级学生在对照组模式基础上增加JoVE线下学习资源，具体安排为：第一次课讲授药物代谢动力学基本理论时，教师介绍JoVE及JoVE SE视频资源特点及获取方式，推荐“实验室安全”“基本实验操作”视频课程；第二次课进行实验方案汇报时，教师推荐学习“实验室称量”“移液器使用”“离心机使用”“动物给药”“血液采集”视频课程；第三次课进行大鼠给药及血浆样本制备实验前，教师在总结线上学习资源基础上讨论相关实验要点，并推荐课后学习“高效液相色谱”视频课程；第五次课进行血浆样本中药物浓度测定后推荐学习“质谱原理”“串联质谱”视频课程；第八次课进行结果分析及讨论时，教师对相关学习资源要点进行回顾与点评，并收集学生反馈及建议。JoVE科教视频学习内容与现有综合设计性实验教学的具体整合方式如图1所示。

图1 JoVE科教视频学习内容与现有综合设计性实验教学的整合方式

3 教学改革效果评价与分析

3.1 问卷调研结果

课程组采用“问卷星”调查问卷(https://www.wjx.cn/wjx/design/previewmobile.aspx?activity=100621846&s=1)收集试验组学生对JoVE SE数据库引入药物代谢动力学实验课程的教学效果反馈。根据问卷分析，90%以上的学生认为JOVE SE视频资源的学习在加深实验操作原理的理解、提高实验要点的掌握、操作的成功率与信心、拓展药动学实验技术相关视野及增进对科学实验研究的理解方面具有积极作用。此外，89%左右的学生认为JoVE科教视频数据库的学习有助于提高自身专业英语和听力水平。结果表明，引入JoVE科教视频数据库得到了绝大多数学生的肯定，提高了药物代谢动力学实验课程的教学效果。

3.2 学生成绩比较结果

本研究通过SPSS软件对试验组与对照组学生药物代谢动力学课程期末测试成绩进行统计，进一步分析本次教学改革的效果，如图2所示。对照组学生期末成绩(百分制)平均值为72.83，中位数为77.00，众数为78.00，标准偏差为13.15；试验组学生期末成绩平均值为74.48，中位数为76.00，众数为82.00，标准偏差为10.52。试验组学生的期末成绩平均值略高于对照组，标准偏差低于对照组，表明试验组整体成绩略优于对照组且更加稳定。

图2 试验组与对照组期末测试成绩分布的直方图与正态曲线图

4 思考与讨论

随着国内外新药研发格局的改变，培养具有综合实践能力的高素质药学研发人才，成为医药院校教学改革的重要目标。药物代谢动力学与药理学、毒理学共同组成药物研发过程中“三位一体”的评价体系，如何培养在药物代谢动力学领域具有良好科研精神、创新思维与扎实实践能力的药学人才，是实验课程改革中需要不断思考的问题[7]。传统的实验教学模式主要依靠课堂示教及学生动手实践，相关学习资源较为局限，教学方式相对单一，难以满足学生对于前沿知识掌握的需求以及复合型药学人才培养目标的要求[8]。面向本校药物代谢动力学实验课程改革的整体目标，笔者探索在传统课堂教学基础上引入JoVE科教视频数据库资源，构建和拓展药物代谢动力学实验课程的“第二课堂”。目前在药学、药物化学专业7个班级开展教学改革试点，问卷调研和期末测试结果表明，这次改革在丰富教学手段和内容的基础上，切实提高了学生开展研究性学习的兴趣和能力，拓宽了对于药学研究前沿的理解和掌握，受到学生的好评，取得预期教学成效。

“第二课堂”作为课堂教学活动的补充和延伸，历来是高校素质教育的重要阵地。实验教学是培养和提高学生综合实践能力的重要手段之一[9]。目前“第二课堂”已在理论课教学体系中高度推广，但是在实验课程教学中“第二课堂”的应用并不充分，因而急需构建与学科特点和人才培养目标相契合的实施方案。本实验课程改革方案尝试将国际权威可视化实验资源数据库中的相关内容，作为学生实验课外学习的素材。实践证明，专业化、多元性、动态更新的视频教学资源，可以突破实验教学内容与软硬件条件的限制，向学生充分展示药物代谢动力学学科发展和新药评价实践中的前沿技术，切实提高学生的综合实践能力，丰富学生的国际视野。同时，由于学生课前观看了相关视频资源，实验操作的安全与规范意识显著提高，为后期从事药学相关研究打下基础。在总结本轮教学改革经验和不足的基础上，笔者所在教学团队拟形成更为完善的药物代谢动力学实验教学体系，提交学校审核论证后向更多开设药物代谢动力学理论课程的专业全面推广,在基础药学理科基地专业学生中进行试点。

传统的药学实验教学以验证性实验为主要内容，学生的参与度和主观能动性不强，不利于培养学生的自主学习能力[10]。药物代谢动力学实验课程实施综合性实验设计教学改革后，教学效果良好。如何在当前的教学模式下，进一步激发学生学习兴趣、培养良好的科学精神及科研习惯、提高学生解决实际问题的能力，是教学团队所关注的问题。基于JoVE科教视频数据库的教学改革是一次新尝试，未来的教学中课程组将继续从实验教学课程体系、教学模式、教学资源、考核评价方法等方面进行改进，以不断提高教学改革成效[11]。例如，如何建立多维度评价体系对学生自主学习效果进行分析，如何利用视频学习资源引导学生树立良好的科学研究理念，都是今后的教学改革中需要不断探索的方向。药物代谢动力学实验课程的改革对于教学团队也提出了新要求。为了更好地发挥科教视频资源在实验课程改革中的作用，教师不仅需要思考如何将科教视频与现有的实验与理论课堂教学模式对接,还需要密切关注新药研发动态及课程发展前沿，以及时调整学习内容与教学方法,更好地适应人才培养目标的需要。实验教学改革促使教师不断提高教学水平，提高科研创新能力，构建教学相长的实验教学体系。