可視化學(xué)習(xí)資源在藥物化學(xué)課程中的應(yīng)用與探討

蔣超意 湯艷榮 楊文娟

[摘 要] 可視化是一種用視覺(jué)方式將信息表達(dá)出來(lái)的學(xué)習(xí)方法。可視化能夠幫助人們對(duì)信息進(jìn)行更有效的整理，并發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的結(jié)構(gòu)關(guān)系，因此可視化是一種非常有效的學(xué)習(xí)方法。側(cè)重點(diǎn)在于介紹如何幫助學(xué)生在藥物化學(xué)課程中創(chuàng)建可視化資源，并且應(yīng)用于具體的課程內(nèi)容學(xué)習(xí)中從而達(dá)到錦上添花的效果。

[關(guān) 鍵 詞] 可視化；學(xué)習(xí)資源；藥物化學(xué)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2019）03-0210-02

目前，動(dòng)態(tài)的、直觀的可視化技術(shù)正在改變著科學(xué)教育。這個(gè)技術(shù)可以將復(fù)雜系統(tǒng)的大規(guī)模不可觀察的變化現(xiàn)象，如分子反應(yīng)、氣候變化、太陽(yáng)系運(yùn)動(dòng)規(guī)律等進(jìn)行視覺(jué)上的直觀模擬[1]?？梢暬夹g(shù)使學(xué)生能夠研究動(dòng)手活動(dòng)無(wú)法輕易探索的現(xiàn)象?？梢暬膶W(xué)習(xí)環(huán)境可以對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)材料進(jìn)行比較，也可以輕松實(shí)現(xiàn)將抽象知識(shí)進(jìn)行可視化的替代[2]。

中職藥物化學(xué)課程中，藥物分子結(jié)構(gòu)，藥物分子間的相互作用，藥物分子與生物大分子的相互作用等知識(shí)點(diǎn)是課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3]。這些知識(shí)點(diǎn)對(duì)于中職學(xué)生來(lái)說(shuō)過(guò)于抽象，學(xué)生無(wú)法完全理解，這使他們?cè)趯W(xué)習(xí)藥物化學(xué)課程時(shí)產(chǎn)生畏難心理[4]。因此，利用可視化的技術(shù)可以促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)化為更加有趣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而幫助學(xué)生理解藥物化學(xué)課程中的抽象知識(shí)點(diǎn)。

同時(shí)，對(duì)可視化是否有利于科學(xué)教學(xué)研究的分析發(fā)現(xiàn)，可視化學(xué)習(xí)方式有助于在不同教學(xué)環(huán)境下對(duì)不同年齡組的學(xué)生來(lái)闡明教學(xué)過(guò)程[5]。故而該方法也為研究教學(xué)和學(xué)習(xí)的研究人員，為課堂使用和完善教學(xué)材料的設(shè)計(jì)師以及制作具有動(dòng)態(tài)效果的可視化教學(xué)從業(yè)者提供指導(dǎo)。

一、藥物化學(xué)的課程概況

（一）課程性質(zhì)

藥物化學(xué)課程是將藥物的化學(xué)類學(xué)科與生物醫(yī)學(xué)類學(xué)科相連接的橋梁學(xué)科。該課程既討論藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)、穩(wěn)定性、制備方法等化學(xué)問(wèn)題，又闡釋藥物的作用靶點(diǎn)、體內(nèi)過(guò)程、代謝反應(yīng)等生物醫(yī)學(xué)內(nèi)容。

（二）課程特點(diǎn)

主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）涉及的藥物名稱很多而且化學(xué)結(jié)構(gòu)各異。（2）內(nèi)容抽象、繁雜，且較為松散、牽扯學(xué)科較多，但系統(tǒng)性不強(qiáng)，學(xué)生普遍掌握較差。（3）課程之間內(nèi)容的規(guī)律性和聯(lián)系性不明顯，在具體教學(xué)中存在無(wú)法與基礎(chǔ)知識(shí)銜接的問(wèn)題。

（三）主要教學(xué)問(wèn)題

主要有以下兩個(gè)方面問(wèn)題：（1）課程內(nèi)容較多、課時(shí)較少。教師在授課時(shí)受到時(shí)間的挑戰(zhàn)，缺乏時(shí)間去引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拓展性學(xué)習(xí)。（2）教學(xué)方式仍以課堂教學(xué)講授方式為主。在教學(xué)時(shí)教師只注重把知識(shí)講授給學(xué)生，讓學(xué)生記住，而較少引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并構(gòu)建自己的知識(shí)體系。

二、可視化學(xué)習(xí)方法的原理和特點(diǎn)

（一）可視化學(xué)習(xí)方法的原理

可視化的關(guān)鍵在于整理信息與想法間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，并用視覺(jué)語(yǔ)言直觀表達(dá)出來(lái)。相比于文字，圖像還是會(huì)帶來(lái)一些更為獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。

（二）可視化學(xué)習(xí)方法的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式相比，可視化方法具有以下特點(diǎn)：（1）分布式認(rèn)知：可視化是分布式認(rèn)知的一種，可視化降低了大腦中需要同時(shí)處理的信息量，減輕了思考的負(fù)擔(dān)。（2）明確相互關(guān)系：可視化的作用在于圖像比文字描述更能準(zhǔn)確地表達(dá)出蘊(yùn)藏的關(guān)系，這使作圖成為衡量學(xué)習(xí)者是否理解到位的絕佳方法。（3）信息結(jié)構(gòu)可視化：人類的視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)非常自然地為空間排列賦予結(jié)構(gòu)，人們可能隨時(shí)發(fā)現(xiàn)一些意料之外的新規(guī)律。（4）易于學(xué)生解釋：可視化的第四個(gè)優(yōu)勢(shì)是學(xué)習(xí)者從視覺(jué)上可以輕松地解讀信息的結(jié)構(gòu)關(guān)系，輔助學(xué)生理解。

三、可視化方法在藥物化學(xué)課程中的應(yīng)用

可視化學(xué)習(xí)方法對(duì)藥物化學(xué)各章節(jié)的教學(xué)都是適用的，具體可應(yīng)用于以下方面：（1）用于揭示藥物化學(xué)課程內(nèi)容的規(guī)律性，例如某個(gè)藥物與同類藥物之間的異同點(diǎn)，以便于理解和掌握。（2）用于組織教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。（3）作為幫助學(xué)生創(chuàng)建學(xué)習(xí)工具和評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果的手段。

（一）應(yīng)用可視化方式揭示課程的規(guī)律性

經(jīng)過(guò)對(duì)教材的分析，發(fā)現(xiàn)在介紹某一特定藥物時(shí)，基本上是圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論：藥物結(jié)構(gòu)、名稱、理化性質(zhì)、來(lái)源或合成路線、代謝反應(yīng)與產(chǎn)物、作用靶點(diǎn)、構(gòu)效關(guān)系、結(jié)構(gòu)改造與同類藥物比較[6]。然而教材并沒(méi)有明確按這幾個(gè)方面進(jìn)行分點(diǎn)闡述，且并不是每個(gè)藥物都包含這幾個(gè)方面，對(duì)不同藥物闡述的順序和詳略點(diǎn)也不盡相同。因此，需要借助一些合理的可視化結(jié)構(gòu)來(lái)盡可能多地整理這些零散的信息，讓它們層次鮮明且邏輯順暢。在這里我們采用可視化思維導(dǎo)圖工具幫助學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理和歸納，這對(duì)明確學(xué)習(xí)的目的是很有效的。

以中樞鎮(zhèn)痛藥嗎啡為例進(jìn)行說(shuō)明。繪制可視化思維導(dǎo)圖時(shí)，嗎啡為核心概念，以上述幾個(gè)方面為關(guān)節(jié)點(diǎn)，各關(guān)節(jié)點(diǎn)下的內(nèi)容可進(jìn)一步派生若干次級(jí)關(guān)節(jié)點(diǎn)。利用可視化思維導(dǎo)圖對(duì)上述概念進(jìn)行歸納，使嗎啡所包含的主要知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系基本清晰，再通過(guò)進(jìn)一步闡釋概念間可能存在的關(guān)系，然后用適當(dāng)?shù)姆?hào)和標(biāo)注將各個(gè)概念有序連結(jié)起來(lái)，即得到反映嗎啡課程內(nèi)容規(guī)律性的可視化思維導(dǎo)圖。

（二）應(yīng)用可視化技術(shù)展示課程教學(xué)內(nèi)容

藥物化學(xué)課程中，藥物與靶點(diǎn)選擇性相互作用的知識(shí)點(diǎn)是該課程的一個(gè)難點(diǎn)。利用可視化的技術(shù)資源可以促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)化為更加有趣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而幫助學(xué)生理解藥物與靶標(biāo)之間的選擇性相互作用。可視化的分子對(duì)接技術(shù)技術(shù)可以幫助學(xué)生有效識(shí)別藥物分子和靶點(diǎn)的作用部位，提高學(xué)生對(duì)藥物選擇性作用的認(rèn)識(shí)。

使用藥物分子對(duì)接技術(shù)作為可視化學(xué)習(xí)策略，利用Pymol軟件作為分子對(duì)接后的可視化工具。該軟件能夠?qū)λ幬锇悬c(diǎn)選擇性相互作用時(shí)的細(xì)微變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，學(xué)生能夠直觀感受這個(gè)過(guò)程發(fā)生時(shí)藥物分子和靶點(diǎn)的變化情況，這個(gè)可視化過(guò)程可以有效幫助學(xué)生理解藥物與靶標(biāo)之間的選擇性相互作用[7]。因此，利用可視化分子對(duì)接技術(shù)允許學(xué)生從三維空間去探索藥物靶標(biāo)復(fù)合體的互動(dòng)軌跡，這為學(xué)生學(xué)習(xí)藥物化學(xué)課程中后續(xù)的知識(shí)點(diǎn)打下了良好基礎(chǔ)。

（三）應(yīng)用可視化技術(shù)創(chuàng)建和評(píng)價(jià)教學(xué)過(guò)程

對(duì)藥物化學(xué)課程學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，正確地傳達(dá)化學(xué)分子的三維結(jié)構(gòu)信息是至關(guān)重要的。因此，有效創(chuàng)建和評(píng)價(jià)藥物分子模型對(duì)學(xué)生了解藥物化學(xué)中教授的基本概念是非常重要的。塑料吸管便宜易得，并且可以回收重復(fù)利用，同時(shí)吸管的可塑性保證它能夠扭曲、伸展、變形，從而表達(dá)我們所需要的分子結(jié)構(gòu)，例如富勒烯結(jié)構(gòu)、8電子軌道結(jié)構(gòu)等。

使用塑料吸管建立可視化分子模型，除了增強(qiáng)手工技能的開(kāi)發(fā)，也使學(xué)生關(guān)注分子特性，可用于促進(jìn)學(xué)生對(duì)不同種類分子表示之間轉(zhuǎn)化的理解。這些都能從學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果調(diào)查問(wèn)卷中體現(xiàn)出來(lái)，如100%的學(xué)生認(rèn)為利用自己構(gòu)建的可視化分子模型可以幫助自己理解有機(jī)物分子的空間結(jié)構(gòu)，這也有助于學(xué)生從3D結(jié)構(gòu)側(cè)面了解藥物有機(jī)物分子與藥物靶標(biāo)相結(jié)合的藥理知識(shí)；98%的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)自主學(xué)習(xí)模型構(gòu)建的方法，自己可以獨(dú)立完成模型的構(gòu)建過(guò)程，并且整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程新穎別致，促進(jìn)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)分子相關(guān)知識(shí)的興趣。

總的來(lái)說(shuō)，這些結(jié)果說(shuō)明了可視化學(xué)習(xí)資源的應(yīng)用對(duì)于復(fù)雜的科學(xué)學(xué)習(xí)，例如藥物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)提供了新的思路與設(shè)計(jì)指南?？梢暬茉趯W(xué)習(xí)的各個(gè)方面發(fā)揮作用：能提升學(xué)習(xí)者的參與度；能幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)如何展示信息；能幫助學(xué)習(xí)者掌握科學(xué)領(lǐng)域的邏輯推理方法；是科學(xué)領(lǐng)域中對(duì)數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行交流討論的主要方法，更是一種重要的學(xué)習(xí)策略?？梢暬膶W(xué)習(xí)方法正如其他鼓勵(lì)創(chuàng)新與探索的方法一樣，可以提高成功的概率，能夠幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)全新的信息結(jié)構(gòu)，既能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)理解，又能輔助他們更好地解決相關(guān)問(wèn)題，并且增加學(xué)習(xí)興趣從而提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率。

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編輯 陳鮮艷