计算机技术在《中药化学》线上教学中的设计与应用

＊赵 杰

（安徽医科大学第一附属医院 中医科/中西医结合系 安徽 230022）

引言

在当今世界形势下，线上教学不可避免的成为一个重要教育手段。传统的教学模式以线下教学为主，但在目前环境中出现了脱节问题。随着“互联网+”、多媒体等资源的整合与发展，教育的天秤开始从“教”向“学”倾斜，网络大数据、物联网及人工智能等新兴技术融合打造了区别于传统课堂的智能化、创新性学习环境，丰富了学生的视野和眼界，使得教学不再局限于课堂，创造了无处不在、触手可得的教学模式。线上教育与当代教育理念及现实情况的诉求不谋而合，泛发出新的活力，带来无限可能。

《中药化学》归根到底是在中国医学理论指导下，研究药物及其组份基本物质基础的一门学科。内容不仅包括中药材中各类有机无机化学成分的结构类型、理化性质，同时也涉及了药物及成分的提取和分离方法，以及如何检识、鉴别和鉴定等。所以说它既是药学专业的一门核心专业课，也是和其他专业课如中药药剂学、中药药理学等课程的衔接课程。因此，《中药化学》课程在药学人才培养和药物现代化中具有不可替代的地位。但传统的教学缺乏专用的教学设备和智能化的教学手段。如何在线上教学过程中提高教学效果，让学生熟练掌握各种课程的重点难点，从而更好地指导临床工作，值得每个教育教学工作者深入探讨。

近年来，随着互联网、信息技术的迅猛发展以及多学科交叉互融，越来越多的现代数字技术渗入到医学领域中，中药学的信息化建设也打开了新的篇章[1-2]。在教学实践中运用计算机辅助教学、体验式教学软件等方法，取得了不错的反响，现分述如下。

1.理论教学

(1)计算机辅助教学在课堂实践中的应用设计

不同于理论医学基础知识的深奥模糊，中药化学相对直观形象。因此，在线上理论教学中，引入计算机辅助教学[3-4]（Computed Aided Instruction，简称CAI），摒弃了传统医学教学板书、口授等无法适应特殊时期的教学方式，综合应用多媒体、超文本和知识库等计算机技术，将多种药物化学软件（Chem Bio Office、Model Chemlab及Universal Protein等）和网络数据资源融入到日常的教学工作中，探索现代信息技术在药物化学教学中的应用，比如课堂演示药物化学成分的3D结构等，能够最大程度上激发学生的自主学习兴趣，帮助其深刻理解和牢固掌握理论知识，为创新型药学人才培养打下良好基础。

在讲授各种成分时穿插真实生动的画面、动态形象的演示，帮助学生更好的理解模糊的医学术语，观察到鲜明的客观指征，在激发学生学习兴趣的同时，也最大程度上调动了师生互动，因势利导，再告知本节课教学的学习目标、重点难点，让学生明白学什么、怎么学，才能引起学生的好奇心和求知欲望，收到良好的教学效果。

(2)利用互联网将理论知识形象化

在此基础上，如果能在教学过程中叠加直观的演示，就更加有利于教学内容在学生脑海中形成深刻的印象。因此，我们常在课堂上根据教学内容选择相应的软件。比如化学领域常用的软件Chem Bio Office，这款工具包功能强大，集齐了化学结构绘图（Chem Draw）、3D模型仿真（Chem 3D）及化学信息收集整合（Chem Finder）等研究药物化学的常用目的板块，在线上教学中指导学生熟练使用后，布置相应的需要掌握的化合物立体结构，让很多复杂抽象的问题形象化，同时也为后续的研究打下基础，部分学生甚至可自主学习计算机模拟对接和生物活性研究，极大提高了学生的研究兴趣和科研上的自主性，也便于学生直观地感受药物的空间结构。此外，在《中药化学》教学过程中我们发现，学生对核磁共振分析技术的认识不足，导致该项技术在药物化学研究领域难以得到全面的开展和重视，同时，学生运用这些知识解析图谱的能力也有所欠缺。

为此，我们在课堂上引入了MestReNova软件，课堂上运用它可以让学生直观地看到图谱中氢信号、碳信号的化学位移及碳信号不同的呈现规律等裂分规律。这些互联网数据资源不仅帮助解释晦涩的化学理论知识，更增添了课堂上的趣味性，调动学生的自主学习潜能，同时也进一步加深和拓宽了药物化学书本理论的理解和掌握。同时，授课教师们也在此过程中提高了教学水平和教学技能，同时也对指导教师引导和聚焦提出了更高的要求，引导学生在学业上精进的同时，也要充分培养他们主动学习及终身学习的习惯。

2.实验教学

(1)现阶段实验教学存在的问题

我校《中药化学》在线课程建设方面积累了一定的经验，但也存在一定的不足，比如，实验教学内容过于简单，课下延伸性较差，不能满足未来学生深入挖掘的学习需求。同时实验教学手段略显单一，与现代化网络资源与教学平台衔接性不够紧密，不利于学生自主学习能力和创新思维的培养。现有的药物化学线上实验教学资源难以满足线上教学的需要，专业分类模糊、区分度不大。因此，随着现代信息技术的不断进步，为了激发学生的学习兴趣、培养学生的科研思维、提高学生的动手能力，我们根据专业培养目标对基础实验内容进行了优化，明确了实践教学过程中能力与知识的训练培养框架。

在继承以往基本操作与要求的前提下，深入挖掘实验细节内涵与延伸，明确了需要强化的知识点及对应的要求，从而让学生在掌握实验所涉及仪器的基本操作、基本原理及注意事项的同时，达到培养学生药物化学成分提取分离的实验能力与科研实践的思维的目的。设计相关重点难点问题及案例，督促学术完成思维导图，共同促进每位同学建立个性化的知识体系。引导学生利用多元化的知识资源形成自我吸收后的、能够联系实际、可持续延展的“变形”知识体系，学以致用，这点能够极大的提高学生的逻辑思维惯性，帮助学生创新思维上升到更高层次。

(2)中药化学实验平台的优化

课前通过互联网收集整理中药化学实验仪器图片、视频资料、及实验室常规与精细操作过程实况，以构建知识体系为目标，充分整理线上教学资源，借助现有教学资源平台与技术，指导学生课前线上预习；教学过程中运用现代计算机的增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）可以把虚拟世界套在现实世界并进行互动[5-6]，能够丰富教学呈现的内容，将实验过程中的真实信息和互联网虚拟世界进行“无缝”衔接。

通过AR技术在某个特定对象注释相应的知识要点，让学生在移动客户端凭借注释信息提取图片3D图像，从而增强现实的感官和认知的强化，帮助学生更好地掌握学习要领。同时对于课堂上收集来的实际操作信息，融合模板操作的真实音视频信息，通过AR技术打造一个模拟的“真实”环境，让学生仿若置身真实情景之下，将理论与实际相结合，做到学以致用[7]。这种虚拟的学习环境有音频、视频等丰富的呈现形式，更是随时可以通过移动设备抓取教材中的附件信息，把课堂嵌入理想化的真实临床环境中，不仅可以快速的吸引学生注意力，更能获得身临其境的体验，课堂与实践有机的结合起来，强调知识要点的同时又增强了互动性、趣味性[8]。在此基础上基于通用模型设计，以实物化形式体现药物化学结构影像，将虚拟现实以实物再现，帮助学生更直观地了解药物，取得更好的认知效果。

课后根据实践教学内容及时检测学生的学习效果，进行知识技能的巩固扩展及学情反馈后，授课教师可以按期布置课外内容，也即是重点书写实验讨论内容，这样将课堂延续到课外，不仅能够督促学生复习课堂教学内容，更能充分调动学生主动思考的能力，授课老师也可以从学生上交的实验报告中了解到学生对中药化学知识点的掌握情况及应用程度，对于学习过程中存在的问题及难点补缺补差。

3.课程评价

讲授后的教学质量评价是对于教师授课结果及学生所学技能的综合考量，这对在线课堂尤为重要。从学生和教育工作者双重角度评价教学，整合不同评价方法优缺点，更加有的放矢，有助于师生全面提高知识传授成果[9]。采用不同的测评方式，以满分100为例，期末考试成绩占比40%，在线学习成绩和实验操作各占30%。形式多样，常规的如练习题、课堂课后问卷、教学评价量表等。设计问卷及其他形式在线检测软件，按照出勤率、课堂参与度、观看课程音视频、课后作业及课堂章节知识点测验等按权重进行综合评定。实际教学工作中，我们会提前告知各项得分的标准：如每签到一次加1分，观看完教学课程视频/音频成得5分，完成小组任务获得10分等，目的是检测学生是否掌握了书本内容的重点难点部分，强化本章节部分相关知识点的掌握，对临床辨证思维进行锻炼，从而进一步完善教学策略。通过反馈我们也得知一些共性的问题，虽然大部分学生对线上教学效果满意，超过五成学生能够提前完成预习课程内容的任务，课堂上通过弹幕等形式充分提出自己的疑问，与老师良好的互动。但是也会有学生反映长时间的线上教学，面对手机或电脑，会感觉视力下降、浑身酸痛疲劳，困倦疲惫，容易受到网络速度或者周围环境的干扰，无法集中精神上课，针对这种现象，教师要提前做好应对，如缩短教学时间，授课过程中穿插不同形式的互动答疑环节，从而视力和心理上缓解疲劳，减少对着屏幕时间[10]，使学生保证休息的同时取得更好的教学效果。

4.存在问题

在临床授课过程中，我们也总结了特殊时期下计算机辅助教学课堂上一些共性的问题，总结如下：

第一点就是网络设备条件支撑不足，相较学生而言，特殊时期所有高校、所有学科同时开展线上教学，这就导致了网络通讯阻塞、卡顿等现象，授课效果差强人意；而我们的授课对象，在日常生活中网络条件难以满足教学软件的需求，在线上教学时难以统一不同的的授课平台，在网络监管或者限制条件下难以下载相关教学软件，网络不稳定导致学生端信息接收不及时，容易滋生抵触情绪。而一堂成功的课不仅是老师提供精彩的授课内容，更需要学生的全身心参与，如果二者之间有偏差，不同主体性发挥程度不一，教学效果也将大打折扣。

第二点需要警惕的是线上教学环境相对宽松，没有教师及课堂纪律的约束，容易引起懈怠心理，有些自主性欠缺的学生将学习视频独自打开，而本人在从事其他的事情，这里需要反复提及的是学习最终的学习效果与投入程度呈正相关。最后也是最难的一点是特殊时期突如其来，无法对线上教学的老师进行系统培训，导致线上教学能力欠缺，对线上线下教学差别缺乏思考，无法整合网络资源，对于突发事件应对混乱，甚至形成教学事故，无法及时的纠正技能操作，通常的说学习任务完成度较高，但是从知识到临床实践知识掌握仍显不足。因此需要后续课程中反复巩固，优化课程资源建设，提高高校和教学医院教师线上教学能力，以期达到知行合一的学习效果。

5.小结展望

在线授课是现阶段的最优选择，作为任课教师，唯有通过不断提高中药学信息化建设水平，丰富教学手段，才能在特殊时期保证教学质量，充分提升学生临床实践技能。基于计算机信息技术数据化，不仅能更好的结合当下医学实际，关联各种检测指标，也能启发学生思维，调动学生的科研兴趣，广泛整合现代教育资源[11-12]。而计算机技术及软件设计应为中药化学教学提供配套的仪器设备和形象化的教学手段，最大程度上模拟实际环境，对这些未来的从业者们的进行思维锻炼和考核，减少人为主观因素干扰，实现真实世界与虚拟平台的理想化交互，设计出更加优化的软件来展现教学成果、方便数字化储存及多平台的交互[13-14]，从根本上提高学生对于中药化学知识的掌握。