药物化学实验教学模式探索

郑秉得,叶静,肖美添

华侨大学化工学院 (厦门 361021)

作为制药工程专业的核心课程,药物化学以有机化学为基础,综合分析化学、生物化学、药理学、药物代谢动力学、药剂学、计算机辅助药物设计等多学科发展的综合性学科,具有很强的实践性[1-2]。药物化学实验作为药物化学理论课的延伸,对加深理论知识的理解,培养学生的动手实践能力和独立思考的能力是不可或缺的教学环节。同时,实验教学在培养具有高素质和德才兼备的优秀“新工科”人才发挥着重要作用。药物化学实验课的开设及相关教学模式的改革,对学生的培养起到至关重要的作用。笔者从本校药物化学实验的实际教学情况出发,从教学模式、教学内容、教学方式和考核办法等方面探索实验教学改革的新方法和新手段,以提升教学效果。

1 药物化学实验教学中所面临的问题

1.1 “填鸭式”教育为主

以往药物化学实验教学,多以“填鸭式”教育为主,通常是教师在讲台上唱“独角戏”,台下学生被动听讲[3]。在教师讲解完整个实验操作过程及注意事项后,学生根据教材的操作说明对实验进行验证。久而久之,学生仅把药物化学实验课当成一项任务,即“为了实验而实验”。这令大部分学生对药物化学实验课失去了学习兴趣和热情,教师的教学目标无法达成,更无法引导学生对实验进一步深入探究和独立思考。如以“槐米中芦丁的提取”实验为例,教材要求槐米事先需要在乳钵(粉碎机)中研碎,但在实际操作过程粉碎后的槐米容易堵住纱布,对后续的过滤造成困难。如果学生没有独立思考只是根据教材按部就班,实验效果可想而知。

1.2 实验内容过于单一和片面

药物化学实验是一门多学科融合的学科,但在实验设计上,仍然局限于让学生成功合成某种药物,缺乏对药物化学本质(药物结构与活性间)的探讨,久而久之学生会对实验课产生惰性。以“对乙酰氨基酚的制备及质量控制”实验为例,以往实验的设置仅要求学生通过合成了解选择性乙酰化的方法,掌握药物合成和结构鉴定等方法与技能,实验设置过于单一。虽然合成的是药品,但仅局限于有机化学合成技能的培养,没有提升到对药物化学课程的理解上,对于对乙酰氨基酚的结构设计、生物活性评价、活性与结构间的关系等实验内容均未涉及。这样实验的设置不够合理,比较片面,不能适应药物化学的教学,学生无法理解所合成的药物如何起到治疗作用,更无法了解结构与活性的密切关系。

1.3 与理论课程产生脱节

药物化学实验作为药物化学理论课程的延伸,需要学生事先对药物化学理论课程所涉及的内容有所了解,包括药物的发现、理化性质、合成路线、构效关系等方面。但囿于课时限制等因素,会放在同一学期开设药物化学理论课和实验课,如药物化学理论课刚学到“镇静催眠药”时,实验课却已经安排了“解热镇痛药”章节中关于乙酰水杨酸的合成。理论课和实验课教学的不同步,让很多学生在缺乏对药物化学理论课程的初步了解,就盲目进入实验课程,一定程度上理论课与实验课程产生了脱节。

1.4 教学过程缺乏引导

药物化学实验课教学仍以传统讲授为主,以讲代做,缺乏对学生的引导,导致学生过分依赖教师,学生学习的积极主动性难以激发。教学过程中直接告诉学生结果和现象,未能通过实验引导学生作更深层次的探究。在实验过程中常有学生量取过量的盐酸、酸酐等易挥发的试剂,且未在通风橱中操作,存在安全隐患。而且学生间抄袭实验报告和篡改实验结果的现象也十分常见。如果在教学过程只在于讲授单次实验,忽略对学生的“传道”,缺少对实验室安全事项、实事求是、环保意识、生态文明、工程伦理等思政元素的引导和延伸[4-5],不利于对学生良好实验习惯的培养和缺乏有效的人文影响。

1.5 考核体系过于简单

实验教学比理论教学过程更为复杂,但通常在实验教学中,教师基本上是通过实验报告的撰写质量来评价学生实验操作,这容易受到教师主观性的影响,不能真实地评价学生的学习情况[6]。此外,还存在通过实验报告中学生对思考题的回答情况,来判断学生对该实验原理、实验操作等掌握情况,这种评价方式也不够客观。因为,实验报告并不能确保每个学生都是独立撰写的,可能存在抄袭或者查阅资料的情况。实验评价需要增加其他手段判断学生对实验原理、实验设计的掌握情况,更真实反映学生对药物化学实验的学习效果。

2 解决药物化学实验教学问题可采取的措施

基于上述问题,笔者以2019级制药工程专业作为试点班级,尝试从教学模式、教学内容、教学方式和考核办法等方面对药物化学实验教学进行一系列改革,目前已取得了一定的教学成效。

2.1 “以学生为中心”的教学模式

“以学生为中心”的教学模式,要求以学生学习和发展学生为中心,强调尊重和方便学生,教师仅作为“一个方便学习的人”,突出学生的主体学习地位。每次实验课前,教师会将本次实验的实验内容、操作说明、教学大纲、教学课件、仪器演示视频(如大学慕课MOOC、哔哩哔哩等视频资源)和文献书目等相关资料上传到教学平台(如雨课堂、Uclass智慧教学等),充分利用网络智慧教学平台,促进学生的自主学习,有利于提升课堂的实效性。部分仪器的使用通过视频演示,减少了教师在课堂讲授的时间,将更多的时间用于学生的实际操作上,更为直观的视频演示可有效扩展学生的眼界和思维。文献资料的提供可让有需要深入学习的学生有参考路径。

实验内容在安排上除了设置验证性实验以外,对于学有余力的学生,设置一些开放性的实验。通常安排在后两个验证性实验,此时学生在之前的验证性实验中已初步具有药物化学实验思维,也掌握了常用仪器的使用和操作技能。如在实验二“磺胺醋酰钠的合成”中,学生初步掌握了熔点的测试和熔点仪的使用方法。因此,后续实验可以让学生自主验证所合成的化合物的性质,进一步熟悉熔点的测试和熔点仪的使用。对于已经进入毕业论文阶段的学生,可鼓励他们利用所在实验室的仪器和设备对产物的性质或生物活性进一步的验证和表征。通过这种方式,可使学生完全被动地由“老师要求做什么”变为“我想做什么”的学习方式,学生在药物化学实验的学习过程中充分发挥主观能动性,学习兴趣提高,学习思维和活动空间得以提升。对于有科研倾向的学生,鼓励他们进一步参加科研训练计划项目,培养学生的科研思维。

2.2 “教学内容”融入思政元素

药物化学实验作为一门科学类和实验类课程,十分注重培养学生的实事求是、诚信等精神[7-8]。因此,在教学过程中就要着重强调和要求学生对实验操作要一丝不苟、对实验现象的记录要实事求是。如在“磺胺醋酰钠的合成”实验中,pH的控制对反应的成功具有至关重要的作用,这就要求学生掌握好乙酸酐和氢氧化钠滴加的量和时间,细致入微地用pH试纸监测pH值的变化,以培养学生严谨的实验作风。

实验教学不同于理论教学,更注重学生团队精神的培养[9]。药物化学实验通常以分组的形式进行,组员之间相互协调配合是顺利完成实验的前提。因此,在平常教学过程中,教师应多强调实验秩序,以培养学生友善、团队合作的精神。如取用公用药品、试剂和仪器时,要求学生相互礼让、按序领取,公用物品用完应及时归还,建立学生之间相互督促和教师监督的机制,并纳入实验操作过程考核。

环保教育是始终贯穿于制药工程专业学生的培养过程中。药物化学实验不可避免会用到一些强酸、强碱等试剂,同时实验过程中可能产生的废液、废气和废渣[10],因此如何合理地处理这些化学物质,对培养学生的绿色环保意识极为重要。根据学校实际情况,教师应注意以下几个方面：①在实验过程中,学生应秉承绿色化学的观念和环保的意识,按需取用药品,避免由于药品过度取用造成的浪费和污染。如在“乙酰水杨酸的合成”的实验过程需要用到浓硫酸,教师要在课前强调浓硫酸的安全注意事项。整个反应过程每组仅需3滴浓硫酸,这时可让多个实验小组共用一根滴管,避免浓硫酸的浪费和污染问题。②注重学生的课前预习。学生应事先梳理每个实验所使用的试剂和可能产生的对环境有害的化学物质,注重实验的善后工作。如“乙酰水杨酸的合成”和“烟酸的制备”这两个实验均需用到浓酸,即使适量的取用,不可避免会有浓酸剩余,因此告知学生如何通过酸碱中和合理地处理剩余的浓酸。通过课前和课中不断地强调使得环保意识起到“潜移默化”的作用。③将绿色化学理念和环保意识融入药物化学实验课的课程目标,教师在课程设计的时候要选用最优的工艺路线,坚持绿色、安全、低毒的原则。此外,还可通过调整实验顺序,合理设计和衔接关联实验,如实验一“乙酰水杨酸的合成”所合成的产物“乙酰水杨酸”,可用于后续药剂学实验“片剂的制备及影响片剂质量因素的考察”的实验原料。通过调整实验的顺序,节约了药品,学生耳濡目染中接受绿色化学的理念。

2.3 改革教学方式,提高学习主动性

改变教学方式,在于使学生的知识相互衔接,并提高学生的自主学习能力。针对理论学习与实验操作错位的课程设置,笔者将药物化学实验课挪到下一学期,等药物化学和药剂学理论课学习完成之后,开设“药物化学与药剂学综合实验”的课程,学生的学习是建立在对理论知识的理解之上,不至于产生理论与实践的脱节。对每一个实验项目,要求学生课前要撰写好预习报告(预习在过程考核中占比为20%),进入实验室得到任课教师的签字确认后,再开展对应的实验项目,避免学生实验中的盲目性。留有思考题和创新性实验设计的内容,通过课前预习,使学生带着自己的思考和疑问来做实验,在实验过程中通过自身的实践与理论的结合,达到举一反三和释疑解惑的目的。同时,授课过程也需要教师回顾一下本节实验与对应理论课程的相关知识点,并且对所需要合成药物的活性结构、合成背景等知识做简单的介绍和延伸。

值得一提的是,学校因侨而生,是拥有境外学生最多的大学之一,目前2021级的境外本科生占比38.3%。由于境外生在高中阶段的学习基础不一,针对他们的授课方式相比境内生需要多一些耐心和关心。比如平时应注意尊重他们的习惯和信仰,实验过程中多留意和关注这些学生的实验进度,学生提出的疑问及时给予解答,让学生融入且爱上药物化学实验课。

2.4 建立合理的考核体系

考核是教学过程中必不可少的重要环节,是对教师全面检验学生学习效果和提高自身教学质量的重要手段。基于学校实践情况以及新教学模式的要求,笔者对课程评价进行改革,强化学生自主学习的过程。把学生实验前预习、课堂讨论的表现、对思考题的分析及解决问题能力、创新性设计实验的开展情况和实验报告科学性及规范性等作为考核重点,占比为总成绩的50%。实验操作的考核占比为20%,主要考核学生的出勤、实际操作、绿色化学和环保意识等。期末综合考试,占总成绩的30%,用以检验学生对知识点的掌握程度。期末考试除了考察每个单元操作的原理以外,着重考查学生对所学知识的综合利用,通过设计实验方案等方式对学生进行考查,如设置“请结合所学知识帮助设计烟酸合成的工艺路线并提供相应实验方案”等考题。同时设置相关题目加深对环保意识、实验室安全等元素的考察。这种考核方式的改革,使整个考核体系更为综合、全面和科学。

3 结语

基于学校“为侨服务”的办学宗旨以及目前课程设置的实际情况和学生的培养特色,立足药物化学实验的实际教学情况,从优化教学内容和改变教学方式等方面出发,逐一解决存在问题,探索符合本校药物化学实验教学的新方法和新手段,倡导学生从被动学习到主动学习、从疲于探究到乐于探究,以“良工”为“导向”,以“化育”为“己任”。目前本校制药工程专业已通过中国工程教育专业认证,成功入选国家级一流本科专业。通过对药物化学实验教学模式的探索,药物化学实验课程的教学水平会在实践中逐步提高,为后期“新工科”的建设奠定良好的基础。