新工科背景下制藥工程專業(yè)提升有機化學基礎能力的研究與實踐

張文謙，李書慧，楊俊杰*

(1.信陽農(nóng)林學院 生物與制藥工程學院，河南 信陽 464000；2.廣州匯標檢測技術(shù)中心，廣東 廣州 510700)

1 引言

制藥工程專業(yè)是以培養(yǎng)醫(yī)藥生產(chǎn)工程技術(shù)人才為目標的重點本科專業(yè)，其中，有機化學課程在制藥工程專業(yè)中起著舉足輕重的作用，不僅能使學生掌握制藥行業(yè)中有機化學的基礎概念、理論和知識，而且為后續(xù)藥物化學、制藥工藝學、藥物合成、生物化學、天然藥物化學等課程的學習提供了基礎，在培養(yǎng)創(chuàng)新型制藥類人才體系中占有重要地位?，F(xiàn)代有機化學教學普遍重視理論講解，輕視學生的吸收和消化，以“灌輸式”教學模式為主導，導致學生在課堂教學中處于被動地位；再加上有機化學涉及內(nèi)容廣泛、化學反應多，機理復雜，理論抽象等問題，因此，學生普遍感到“聽懂容易、記住較難、運用更難”，從而逐漸喪失了學習有機化學的熱情和興趣[1]。此外，有機化學的實驗教學也大多是以驗證性實驗為主，學生機械地按照實驗步驟操作，限制了自身的思考能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)[2]。因此，要真正實現(xiàn)制藥專業(yè)人才的培養(yǎng)，就需要進行多層面的基礎有機化學教學模式調(diào)整。

目前普遍采用的教學模式主要包括以教師為中心的LBL(Lecture-based learning)、CBL(Case-based learning)教學模式，和以學生為中心的PBL(Problem-based learning)、RBL(Resource-based learning)、TBL(Team-Based Learning)教學模式[3]。每種教學模式各有優(yōu)缺點，因此，只有突破單一教學模式的桎梏，根據(jù)具體教學內(nèi)容整合各種教學模式才能達到教學效果最優(yōu)化的目的。為提升制藥工程專業(yè)有機化學基礎能力，我校在傳統(tǒng)有機化學課程的基礎上，結(jié)合制藥工程專業(yè)特點，整合構(gòu)建新型制藥人才教學協(xié)同模式，將師生關(guān)系由依賴轉(zhuǎn)變?yōu)楣餐M步，從而創(chuàng)造積極、開放的教學氛圍，培養(yǎng)高素質(zhì)實用性藥學人才。

2 有機化學課程的知識內(nèi)容合理布局

我校有機化學課程教學以教學大綱為基準，根據(jù)制藥工程專業(yè)的特點和課時限制，在內(nèi)容安排上進行合理取舍。教學內(nèi)容以“藥”為中心，弱化與“藥”專業(yè)關(guān)聯(lián)性不高的內(nèi)容(如用于有機合成的反應)，并刪去過于抽象、深奧的部分(如重氮甲烷以及卡賓等)[4]。課程教學從各類化合物的結(jié)構(gòu)入手，依據(jù)結(jié)構(gòu)特征重點介紹其主要的化學性質(zhì)，并分析化合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，同時注重歸納有機化學的反應類型和反應機理，從而達到使制藥專業(yè)學生能通過有機化合物的結(jié)構(gòu)特征分析其主要性質(zhì)和應用，從而實現(xiàn)藥物分析、合成與應用的最終目的。

制藥工程專業(yè)有機化學課程分為兩個學期。上學期介紹有機化學基礎內(nèi)容，周學時為4學時，包括相關(guān)的結(jié)構(gòu)理論，化合物命名方法，解釋有機化合物結(jié)構(gòu)與反應的基本理論，立體化學，以及基本有機化合物的內(nèi)容，如烷烴、環(huán)烷烴、烯烴、炔烴、二烯烴、芳香烴、鹵代烷、醇酚醚、醛酮。下學期介紹有機化學相關(guān)的衍生內(nèi)容，周學時為2學時，包括羧酸類化合物；胺類化合物；雜環(huán)化合物；生物有機化學，如蛋白質(zhì)、核酸、脂類等；天然有機化合物，如糖類、萜類、生物堿等內(nèi)容。與此同時，重點章節(jié)對應相應的實驗訓練，突出應用型本科教育"能力為本"的原則，如正溴丁烷的制備，環(huán)己烯的制備，葡萄糖溶液旋光度的測定，環(huán)己酮的制備，苯乙酸的制備，乙酰水楊酸的制備，從茶葉中提取咖啡因等，并在實驗中進行重結(jié)晶、過濾、萃取、蒸餾、色譜、熔沸點測定等基礎操作訓練，此外，還根據(jù)學生的自主需求，設計綜合實訓，重點訓練學生的綜合操作技能。

3 LBL-CBL模式，講解系統(tǒng)理論知識，激發(fā)學習興趣

有機化學涵蓋知識面廣，理論基礎知識多，因此以講授為導向的傳統(tǒng)LBL教學模式仍然有著不可替代的作用。高校教師具備良好的文化素質(zhì)，受過系統(tǒng)的科研訓練，因此，在課堂中可以全面?zhèn)魇趯W科理論知識，按時保質(zhì)地完成預定教學目標。教師通過在課堂中講解各類有機化合物的結(jié)構(gòu)、化學性質(zhì)、反應機理，有機化合物的分離鑒定，以及有機化合物的設計合成等系統(tǒng)基礎內(nèi)容，幫助學生掌握與制藥專業(yè)密切相關(guān)的有機化學基本知識，并打通該課程與前期無機化學課程知識及后續(xù)藥物化學、制藥工藝學、藥物合成等課程知識鏈條。但是有機化學的重難點內(nèi)容多，機理多而復雜，理論抽象，因此，為了提高課堂教學效率，教師還要具備良好的教學素養(yǎng)。首先，對課程內(nèi)容重點和難點有充分認識，處理好知識銜接，降低坡度，由簡衍繁，分散難點。其次，在整理教學問題、設計教學過程等方面投入更多的精力，盡量將抽象思維生動化、形象化。然后，要用心制作多媒體課件，對于有機反應，可將分子中參與反應的化合物結(jié)構(gòu)部位用特殊顏色或線框進行標記，使學生能夠直觀地看出反應中哪些官能團發(fā)生了變化，以及發(fā)生了怎樣的變化；對于立體化學內(nèi)容，可以借助分子模型以及利用軟件模擬三維動態(tài)結(jié)構(gòu)；而對于一個連續(xù)的動態(tài)化學反應，可利用現(xiàn)代化多媒體技術(shù)，如視頻講解或虛擬仿真平臺，模擬反應過程中反應中間體的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化以及化合物中化學鍵的斷裂與生成，使學生形象生動的理解和掌握相關(guān)知識內(nèi)容。

此外，在傳授知識的過程中要結(jié)合CBL輔助教學模式，根據(jù)授課知識點拋出典型案例進行介紹，激發(fā)學生的學習興趣和動機，引導學生積極參與到課堂中，同時深入形象地理解相關(guān)內(nèi)容。例如，在烷烴章節(jié)中介紹辛烷值的概念，認識加油站汽油型號的意義；在烯烴章節(jié)中介紹乙烯的價值，了解水果催熟的奧秘；在芳烴章節(jié)中引入凱庫勒在夢境中獲得啟發(fā)的苯環(huán)結(jié)構(gòu)假說，理解芳香烴環(huán)閉共軛大π鍵的構(gòu)型；在立體化學中介紹反應停事件等典型案例，引發(fā)對藥物中對映異構(gòu)體的思考；在鹵代烴章節(jié)中介紹運動員的神器——氯乙烷；在格氏試劑的講解中介紹科學家Grignard如何從不學無術(shù)到獲得1912年諾貝爾化學獎；在醇章節(jié)中介紹乙醇的氧化，了解酒精測試儀的原理；在醛酮章節(jié)中介紹我國老一輩化學家黃鳴龍如何偶然性改進Wolf-Kishner還原反應。此外，在實驗課教學中，可引入實驗事故的預防和處理、血液中葡萄糖含量測定、酒類窖藏酒原理、折射率測定在制藥工業(yè)中的應用等實驗教學案例。還可以舉一些自己或同行的科研內(nèi)容的例子，包括研究中的遇到的實驗現(xiàn)象、科研困惑及其解決思路。教師在教學實踐中融入教學案例，讓課程教學貼近生活、生產(chǎn)和科研實際，理論聯(lián)系實際，夯實學生的理論基礎，并提升其分析、設計能力，二者相結(jié)合互促進，實現(xiàn)教學目的[5]。

4 PBL-RBL-TBL模式，合理設計問題，整合資源信息

除了以教師為中心的LBL-CBL課堂教學模式外，還需要采用以學生為中心的PBL-RBL-TBL協(xié)同教學模式，以增加學生學習的主觀能動性和積極性。首先，在課堂中采用PBL模式進行教學的關(guān)鍵是問題的選取和設置，可從各個重點、難點知識進行問題設計。如對于羥醛縮合反應可設置以下問題：①羥醛縮合反應可以實現(xiàn)的原因是鑒于醛酮的哪種特殊性質(zhì)？②羥醛縮合反應的機理是什么？③醛的羥醛縮合與酮的羥醛縮合有什么差異？什么實驗方法可以更好的實現(xiàn)酮的羥醛縮合？④若想實現(xiàn)交叉羥醛縮合反應有什么反應方法？⑤羥醛縮合反應與claisen酯縮合反應有哪些異同點？⑥醛酮是否可以與酯進行交叉縮合？這樣的交叉縮合又能表現(xiàn)出什么特色？⑦羥醛縮合反應在藥物合成中有哪些實際案例的應用？

將全班分成多個學習小組(每組5～6人)，每組學生進行分工協(xié)作解決提出的相應問題(TBL)。學生利用教材、在線學習平臺等，以及在圖書館、網(wǎng)絡資源等收集文獻資料開展RBL模式自主學習，對課堂中設置的問題進行分析匯總、PPT制作、并輪流作為小組成員代表闡述本組負責的相關(guān)問題內(nèi)容；同時，由教師適當引導，全班同學對各小組匯報的問題進行補充并展開討論；最后，再由教師強調(diào)重點、解釋難點疑點，并對各小組進行點評、總結(jié)，鼓勵學生繼續(xù)學習和研究。這種以小組為形式，以問題為導向，以資源為支撐的PBL-RBL-TBL協(xié)同教學模式，實現(xiàn)了課堂教學素材與網(wǎng)絡教學資源的相互補充和信息整合，使得學生能夠形成自己的思考和觀點，培養(yǎng)了學生的團隊合作能力、語言表達能力、交流溝通能力、自主創(chuàng)新能力等。

5 PBL-TBL模式，分組協(xié)作訓練，提高實踐技能

有機化學實驗是培養(yǎng)學生動手能力，將基礎操作轉(zhuǎn)化為崗位技能的主要環(huán)節(jié)。在實驗教學中，首先，針對制藥工程專業(yè)有機化學實驗項目采用 PBL 教學方法合理設計問題并編制問題庫。提前一周將相關(guān)實驗的問題發(fā)到學生手中，小組學生通過教材、互聯(lián)網(wǎng)等文獻資料收集信息，然后，在實驗前進行組內(nèi)討論，由每組選出代表總結(jié)查閱相關(guān)實驗問題的方案，并由其他組同學進行補充。通過各抒己見，學生可從多個層面和方向獲得答案，拓寬知識面，也能激發(fā)學生對實驗項目的興趣[6]。

在實驗操作過程中，將2～3人分為一個小組，各組學生根據(jù)設計的實驗方案采用TBL模式開展實驗，同組學生分工協(xié)作訓練，組內(nèi)根據(jù)實際碰到的操作問題繼續(xù)討論和反饋，教師觀察學生操作并及時予以指導。下課前十分鐘左右，由每組學生對實驗過程、實驗結(jié)果和操作過程中的注意事項進行分析總結(jié)，完成實驗，最后由教師點評。此外，我院還積極鼓勵學生加入各個實驗室，以小組形式參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、科研興趣培養(yǎng)項目和導師科研項目等。這種以問題為基礎，以小組為形式進行實驗操作的PBL-TBL協(xié)同實訓模式，培養(yǎng)了學生的團隊合作能力和創(chuàng)新能力，全面提升了學生的綜合素質(zhì)及實踐技能。

6 結(jié)語

有機化學是制藥工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，單一的教學模式往往桎梏了有機化學的教學活力，我校整合多樣化教學模式，依據(jù)有機化學知識特點探索出一種有效的 LBL-CBL-PBL-RBL-TBL協(xié)同教學模式，以教材為基礎，以案例為輔助，以問題為導向，以資源為支撐，以小組為形式，激發(fā)學生的主觀能動性和學習積極性，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、交流溝通能力、自主創(chuàng)新能力，為全面提高學生的綜合素質(zhì)及實踐技能提供了保障，對于在新工科背景下提升制藥工程專業(yè)有機化學基礎能力具有顯著的作用。