藥用有機(jī)化學(xué)中“拓展性”案例教學(xué)實(shí)踐

孫晶 李桂香 張國民

摘 要：以《有機(jī)化學(xué)》立體異構(gòu)中的旋光異構(gòu)為例，以完成教學(xué)大綱要求為基本原則，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，從課題背景、教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)方式等方面對案例教學(xué)法在有機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了探討。實(shí)踐證明，案例教學(xué)的合理運(yùn)用不僅有助于教師教學(xué)水平的提高，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué)；案例； 旋光異構(gòu)；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

在教育心理學(xué)中有一個(gè)公認(rèn)的準(zhǔn)則：只有當(dāng)人們清楚意識(shí)到有必要去了解某個(gè)事物時(shí)，他才會(huì)主動(dòng)地去學(xué)習(xí)。光是告訴學(xué)生某項(xiàng)知識(shí)或技能他們?nèi)蘸髸?huì)用得到，并不能起到有效的激勵(lì)作用[1]。 有機(jī)化學(xué)作為藥學(xué)專業(yè)必修基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)，化合物結(jié)構(gòu)繁多，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，難理解，難記憶，加之傳統(tǒng)教學(xué)傾向于知識(shí)的傳授、強(qiáng)調(diào)學(xué)科本位、注重書本知識(shí)等現(xiàn)狀，使學(xué)生感到枯燥、乏味、混亂，學(xué)習(xí)興趣下降，課堂教學(xué)效果不理想。對此，在有機(jī)化學(xué)教學(xué)嘗試中應(yīng)用案例教學(xué)法，通過學(xué)生參與、探究等活動(dòng)，使抽象的概念通俗易懂、晦澀的內(nèi)容生動(dòng)形象，有助于學(xué)生對難點(diǎn)、重點(diǎn)知識(shí)的理解，如旋光異構(gòu)，同時(shí)加強(qiáng)了有機(jī)化學(xué)與藥學(xué)專業(yè)課程、實(shí)際生活以及科技發(fā)展的聯(lián)系。

1.案例課題

旋光異構(gòu)——R/S構(gòu)型標(biāo)記法

2.案例背景

旋光異構(gòu)概念、手性結(jié)構(gòu)分子等是有機(jī)立體化教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)也是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。本課程內(nèi)容比較抽象，需要一定的立體思維能力，對學(xué)生有一定的難度[2]。知識(shí)層次上本課程安排在烴及其含氧衍生物等知識(shí)點(diǎn)后，學(xué)生已經(jīng)接觸了碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)、官能團(tuán)異構(gòu)、構(gòu)像異構(gòu)等了同分異構(gòu)體現(xiàn)象，對有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定其理化性質(zhì)，進(jìn)而直接影響藥物的藥性和藥效也有了一定的認(rèn)識(shí)，因此，在教學(xué)過程中如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是突破難點(diǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)實(shí)際特點(diǎn)本課程采用拓展性案例教學(xué)。

3. 案例設(shè)計(jì)

3.1 環(huán)節(jié)一：獨(dú)立自學(xué)，查閱資料

在進(jìn)入課堂前，請同學(xué)們認(rèn)真閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，標(biāo)記重要知識(shí)，做好疑難標(biāo)記，此內(nèi)容課前獨(dú)立完成。再以小組為單位討論較難的問題，全組的問題由小組長做好記錄。

各學(xué)習(xí)小組根據(jù)不同任務(wù)查閱相關(guān)資料：（1） 雌激素——己烯雌酚；（2）復(fù)合左旋肉堿膠囊；（3）氧氟沙星；（4）手性藥物及研究進(jìn)展。

3.2 環(huán)節(jié)二：教師分析預(yù)習(xí)記錄

完成預(yù)習(xí)后，以小組為單位提交預(yù)習(xí)記錄，教師認(rèn)真查閱并指出學(xué)生在預(yù)習(xí)中存在的問題，同時(shí)將共同的難點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容做好記錄以便在課堂上提出。這個(gè)環(huán)節(jié)體現(xiàn)學(xué)生的自學(xué)能力和對知識(shí)的理解能力，同時(shí)將主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓他們在學(xué)習(xí)中體會(huì)到快樂，感受到成功。

3.3 環(huán)節(jié)三：課堂導(dǎo)入，由淺入深

1、知識(shí)回顧：基本概念及同分異構(gòu)體的分類

2、新課導(dǎo)入——反應(yīng)停事件（拓展性案例）

為了克服概念抽象引起的厭學(xué)、畏難情緒，在講授該內(nèi)容引人了“沙利度安慘劇”的案例：在20世紀(jì)年代初期，歐洲出現(xiàn)了一萬多個(gè)具有嚴(yán)重生理性陷（主要體現(xiàn)為四肢畸形、腭裂、盲兒或聾兒、內(nèi)畸形等）的“海豹嬰兒”，其中有將近4000名患兒了不到一歲就夭折了。導(dǎo)致這種先天性殘疾的原是這些嬰兒的母親在懷孕期間服用一種用于治療婦早孕癥的藥物即沙利度安（Thalidomide）。該藥是1953年西德公司生產(chǎn)的，其主要成分是一苯酞茂二酰亞胺。但一苯酞茂二酰亞胺有兩種手性構(gòu)分子，藥理作用也有極大的差異。

（1）案例引入時(shí)機(jī) 本案例具有極強(qiáng)的震撼力和視覺沖擊力，因此在本章教學(xué)引言中適時(shí)引入，引起學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的高度關(guān)注和濃厚興趣。

（2）案例的進(jìn)一步分析探討 在對映異構(gòu)現(xiàn)象、對映異構(gòu)體及手性碳原子等基本概念基礎(chǔ)上，給出沙利度胺的結(jié)構(gòu)式（如圖），引導(dǎo)學(xué)生分析沙利度胺兩種異構(gòu)體分子結(jié)構(gòu)的差異、手性碳的數(shù)目。

隨著問題的解決，學(xué)生可以得出對映異構(gòu)體分子的空間構(gòu)型不同，其理化性質(zhì)及藥物活性有很大區(qū)別。進(jìn)而引出本課程的重點(diǎn)內(nèi)容即利用R/S構(gòu)型命名法對同分異構(gòu)體的構(gòu)型進(jìn)行標(biāo)記，同時(shí)利用本案例對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)道德與操守教育。

3、教師結(jié)合預(yù)習(xí)報(bào)告詳細(xì)講解R/S構(gòu)型標(biāo)記法內(nèi)容

a、按次序規(guī)則將手性碳原子上的四個(gè)基團(tuán)排序。

b、把排序最小的基團(tuán)放在離觀察者眼睛最遠(yuǎn)的位置，觀察其余三個(gè)基團(tuán)由大

→中→小的順序，順時(shí)針方向，構(gòu)型為R，反時(shí)針方向，則構(gòu)型為S [3]。

（1）由楔形透視式確定構(gòu)型

乳酸手性碳上的四個(gè)基團(tuán)：OH > COOH > CH3 > H

（2）由Fischer投影式確定構(gòu)型

3.4 環(huán)節(jié)四：小組合作，解決問題

組織學(xué)生以小組為單位有序地討論，小組合作討論完成課內(nèi)探究案中存在的問題，針對小組不能夠解決的問題，在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)與提示，并提醒他們對在討論中形成的問題做好記錄，以便點(diǎn)評時(shí)提出，使學(xué)生順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

課堂練習(xí)：指出下列化合物的R或S構(gòu)型。

3.5 環(huán)節(jié)五：案例（ppt）與點(diǎn)評講解

1、第一小組同學(xué)展示其預(yù)習(xí)討論結(jié)果：雌激素——己烯雌酚

（1） 結(jié)構(gòu)展示

（2） 性質(zhì)討論

己烯雌酚是雌激素，它有順、反兩種空間構(gòu)型，兩種異構(gòu)體屬于不同的化合物，理化性質(zhì)不同，生理活性也不同。臨床上廣泛應(yīng)用的是反式已烯雌酚，生理活性較強(qiáng)，而順式結(jié)構(gòu)由于兩個(gè)羥基間距較小，生理活性弱，不能藥用。

（3） 結(jié)論：順反異構(gòu)屬于立體異構(gòu)，化合物的空間構(gòu)型與其理化性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)直接影響藥物的藥性和藥效。

2、第二小組同學(xué)展示其預(yù)習(xí)討論結(jié)果：復(fù)合左旋肉堿膠囊

（1） 結(jié)構(gòu)展示

（2） 性質(zhì)討論

肉堿是一種類氨基酸，屬于季銨陽離子復(fù)合物。存在有兩個(gè)立體異構(gòu)體：生物活性的L-肉堿（維生素Bt）和非生物活性的對映異構(gòu)體D-肉堿。左旋肉堿是脂肪代謝過程中的一種關(guān)鍵的物質(zhì)，能夠促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體氧化分解?？梢哉f肉毒堿是轉(zhuǎn)運(yùn)脂肪酸的載體。目前，左旋肉堿已應(yīng)用于醫(yī)藥、保健和食品等領(lǐng)域。在世界各地，左旋肉堿經(jīng)常都被包裝成為營養(yǎng)補(bǔ)充劑而售賣，并聲稱能夠幫助燃燒脂肪，幫助減肥。

（3 ） 結(jié)論：化合物結(jié)構(gòu)不同，生物活性不同。

3、第三小組同學(xué)展示其預(yù)習(xí)討論結(jié)果：氧氟沙星

（1） 結(jié)構(gòu)展示

（2） 性質(zhì)討論

左氧氟沙星屬于奎若酮類的抗菌藥物，是抗生素類的。為氧氟沙星的左旋體，其體外抗菌活性約為氧氟沙星的兩倍。其作用機(jī)制是通過抑制細(xì)菌DNA旋轉(zhuǎn)酶的活性，阻止細(xì)菌DNA的合成和復(fù)制而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

（3） 結(jié)論：氧氟沙星是由左氧氟沙星和另一個(gè)無抗菌活性的物質(zhì)組成的等量混合物，左氧氟沙星的抗菌活性是氧氟沙星的二倍，由此藥物分子結(jié)構(gòu)不同，藥效不同，手性藥物是醫(yī)藥領(lǐng)域的亮點(diǎn)。

4、第四小組同學(xué)展示其預(yù)習(xí)討論結(jié)果：手性藥物及研究進(jìn)展

展示設(shè)計(jì)：安排各小組進(jìn)行課堂講述，并在全班展開討論。在課堂討論環(huán)節(jié)，其他小組同學(xué)、授課教師將對同學(xué)們的發(fā)言進(jìn)行評述。最后由教師、同學(xué)對討論評分，計(jì)入課程平時(shí)考核中。

此環(huán)節(jié)仍以書本內(nèi)容為核心，將順反異構(gòu)，D/L構(gòu)型等立體結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)融合在一起，向相關(guān)學(xué)科延展，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生探索新知。把課堂教學(xué)的以教師為中心轉(zhuǎn)移到以學(xué)生為中心，從而變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.6 環(huán)節(jié)六：教師點(diǎn)撥，歸納小結(jié)

（一 ）知識(shí)全方位、多層次、多角度的交流

1、 對映異構(gòu)體具有不同的生理活性

L-谷氨酸鈉（有鮮味） D-谷氨酸鈉（無鮮味） R-苧烯（橙子氣味） S-苧烯（松節(jié)油氣味）

2、手性藥物研究進(jìn)展

（1）2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家威廉·諾爾斯與日本科學(xué)家野依良治（合占1/2） 和美國科學(xué)家沙利普斯（占1/2），以表彰他們在發(fā)展手性催化/不對稱合成的新方法技術(shù)領(lǐng)域所作出的貢獻(xiàn)。瑞典皇家科學(xué)院評價(jià)說，這三位獲獎(jiǎng)?wù)邽楹铣删哂行绿匦缘姆肿雍臀镔|(zhì)開創(chuàng)了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。他們的成就已成功應(yīng)用于許多藥物如抗生素、消炎藥和心臟病藥物以及治療帕金森綜合癥等許多藥物的工業(yè)合成，此外也用于生產(chǎn)調(diào)味劑、甜味劑、殺蟲劑及其他一些生物活性物質(zhì)[4]。

（2） 2013年“手性科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心” 在南開大學(xué)啟動(dòng)。

3、對映體的應(yīng)用領(lǐng)域：制藥（人和動(dòng)物健康）、農(nóng)用化學(xué)、化妝品、香水、香料營養(yǎng)品（人和動(dòng)物）、學(xué)材料（如光電子用手性液晶）。

（二）知識(shí)小結(jié)

1、R / S構(gòu)型的標(biāo)記方法

2、相關(guān)參考閱讀資料：（1）確定構(gòu)型R—S標(biāo)記的簡易方法[5] ；（2） 手性藥物的研究進(jìn)展及開發(fā)應(yīng)用[6]； （3） 手性與手性藥物[7] ；（4） 手性分子研究與手性技術(shù)發(fā)展[8]。

3、鞏固與思考：

（1） D/L 、 R/S 標(biāo)記法與物質(zhì)的旋光性有何聯(lián)系？

（2）為什么生物體要采用單一手性的分子來構(gòu)建體內(nèi)環(huán)境呢？

4 . 結(jié)語

本教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：克服了長期以來有機(jī)化學(xué)旋光異構(gòu)以手性碳原子為中心展開討論，灌輸式教學(xué)為主的傳統(tǒng)授課模式。以完成教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)來開展每一個(gè)教學(xué)活動(dòng)，遵循人們對事物的認(rèn)識(shí)，一般總是從具體到抽象，從經(jīng)驗(yàn)到理論，循序漸進(jìn)，啟發(fā)誘導(dǎo)。以興趣為導(dǎo)向，基于教材，跳出教材，向多方向延展學(xué)習(xí)內(nèi)容[9]，形成了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)和探索性學(xué)習(xí)的氛圍，增加了師生交流，促進(jìn)了教學(xué)相長，同時(shí)從化學(xué)的視角關(guān)注生活與社會(huì)實(shí)際，充分展示化學(xué)學(xué)科魅力，取得較為滿意的學(xué)習(xí)效果。并且對于培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力，以及合作交流的能力是特別有益的。

教學(xué)反思：拓展性案例是《有機(jī)化學(xué)》教學(xué)中有益的嘗試，這種嘗試使我們看到了拓展性學(xué)習(xí)與課堂講授相結(jié)合的優(yōu)勢，但還應(yīng)根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，注意運(yùn)用層次，選擇標(biāo)準(zhǔn)等，不斷的改進(jìn)和深化，并制定合理的評價(jià)體系，使拓展性案例教學(xué)成為有機(jī)化學(xué)教學(xué)一種行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湯洪敏. 案例式教學(xué)法在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探索[J]. 教育文化論壇，2010， 5：83-85.

[2] 施麗娜. 在有機(jī)化學(xué)旋光異構(gòu)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的智力[J]. 昆明醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)， 1986， 4

[3] 劉斌，任宏. 有機(jī)化學(xué)[M]. 人民衛(wèi)生出版社， 2013.

[4] 張夢軍，廖春陽，蘭玉坤等. 對催化不對稱合成的重大貢獻(xiàn)——2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)[J]. 化學(xué)教育. 2002，1：5-13.

[5]曾育才，展力. 確定構(gòu)型R—S標(biāo)記的簡易方法[J]. 嘉應(yīng)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1997， 6.

[6]吳偉群， 何春， 齊雪飛. 手性藥物的研究進(jìn)展及開發(fā)應(yīng)用[J]. 中國現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)雜志， 2009， 26（6）： 452-454.

[7]范青華. 手性與手性藥物. 中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子識(shí)別與選擇性合成室. 2005.

[8] 王大偉， 曹會(huì)蘭. 手性分子研究與手性技術(shù)發(fā)展[J]. 渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2002， 17（2）： 30-33.

[9] 袁穎，金素安，何世民等. 《中藥學(xué)》教學(xué)引入拓展性教學(xué)的啟示[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育. 2014， 12（6）：82-83.