運用思維導圖提高藥物化學學習效率的應用研究

徐勇，張龍，韓維娜

哈爾濱醫(yī)科大學藥學院 (哈爾濱 150081)

1 思維導圖的概念及特點

思維導圖又叫心智導圖，是英國心理學家、教育學家東尼·博贊發(fā)明的一種先進的表達發(fā)散性思維的有效圖形工具，可以激發(fā)人豐富的聯(lián)想力，提高人的思考能力[1]。思維導圖充分運用人體左右腦機能，利用閱讀、思維的規(guī)律，幫助人們在科學與藝術、邏輯與想象之間平衡發(fā)展[2]。學生將思維導圖運用于學習，可以打破傳統(tǒng)筆記按條列舉的記錄手段，其利用節(jié)點、色彩、圖像等關鍵要素，繪制知識網絡，并通過線條和標記，使知識點之間的聯(lián)系更加緊密、直觀，有利于加強記憶和發(fā)散性思維的養(yǎng)成，并可以調動其學習積極性，變被動接受為主動理解與思考所學知識。思維導圖具有四大特點：發(fā)散性：每一張思維導圖都從一個中心開始，并具有多個子中心，其向四周發(fā)射形成無窮無盡的分支；聯(lián)想性：當一個主題確定后，由該主題引發(fā)的與之有關的聯(lián)想相互關聯(lián)共同構成一張思維導圖；條理性：相對于傳統(tǒng)筆記，思維導圖可提煉關鍵詞進行邏輯梳理與歸納，使條理更清晰；整體性：思維導圖可以借助圖像、顏色等，在二維平面展現(xiàn)多維現(xiàn)實，著眼全局展現(xiàn)現(xiàn)實的宏觀與微觀。

2 運用思維導圖提高藥物化學學習效率

藥物化學是一門發(fā)現(xiàn)與研究新藥、合成化學藥物、闡明藥物化學性質、研究藥物分子與生物之間相互作用規(guī)律的綜合性學科[3]。它有著其自身的學科特點：基于有機化學的思維基礎，以藥物結構為核心，掌握藥物的命名、理化性質，研究藥物的代謝規(guī)律、構效關系，設計藥物的合成途徑以及通過結構改造進一步獲得新的藥物[4]。由于藥物結構的多樣性，理化性質各異、構效、代謝等不同，因此其內容繁雜，使藥物化學知識體系過于龐大[5]，學生在學習過程中感覺任務量大、知識點雜，難于理解和記憶，其容易將藥物結構和性質張冠李戴，這對藥物化學的學習造成了極大的影響。而學生可借助思維導圖層次分明、條理清晰、重點突出、色彩鮮明的特點，將其運用于藥物化學的學習。如圖1所示以每章藥物基本結構母核為核心，通過思維導圖發(fā)散，以結構改造過程的藥化思維作為導圖延長部分，逐漸建造相關網絡。此網絡將知識歸一化的同時以結構為核心，通過對比結構建立起各章交聯(lián)的知識體系，使知識系統(tǒng)化、對比化，以此提高學生學習積極性，同時發(fā)展藥化思維，提高學習效率。本文以中樞神經系統(tǒng)藥物為例，介紹如何將思維導圖運用于藥物化學的學習過程[6]。

圖1 以藥物基本結構為核心的藥物化學思維導圖

2.1 構建體系，發(fā)展演繹思維

藥物化學課程枯燥難學，傳統(tǒng)教育大多使學生被動地接受知識，難以調動學生學習積極性，固化其思維，難以達到相應教育目標。部分學生在學習過程中感覺藥物分類繁多、結構復雜，課堂教學過于枯燥，導致其課上難理解、課下難記憶，久而久之，學生對藥物化學的學習積極性逐漸下降，學習效率隨之降低。想要增強藥物化學學習效果，學生就要抓住學科特點，突出藥物結構在藥物化學學習過程中的重要性。此思維導圖以藥物結構為中心構建知識體系，聯(lián)系藥物的命名、作用靶點、代謝規(guī)律、理化性質、構效關系、合成途徑及結構改造，再由這些子中心不斷向四周輻射，形成一個完整的知識網絡，便于學生理清知識脈絡，可明顯減少其記憶時知識點的遺漏和混淆。思維導圖的繪制過程可極大調動學生思維，使其抓住各知識點之間的關聯(lián)，提高學習主動性和積極性。形象化的知識網絡有利于學生深刻理解和記憶相關知識，提高其學習效率。

2.2 對比輻射，強化理解記憶

思維導圖本身以提煉關鍵詞的方式記錄相關知識主要內容，其整體性便于學生在學習過程中發(fā)現(xiàn)各類藥物結構之間的聯(lián)系及建立其對比性，方便學生理解和記憶。以中樞神經系統(tǒng)藥物為例，在思維導圖中學生會發(fā)現(xiàn)不同藥物之間有著許多潛在聯(lián)系：苯二氮類、二苯并氮雜類、二苯并二氮雜類藥物均含有苯并氮雜環(huán)構成的母核結構(圖2)。氯氮是最早用于治療失眠的苯二氮類藥物，為解決其味苦不足，研究人員通過簡化結構得到了活性更強、毒性更低的西泮類藥物地西泮。在地西泮結構基礎上，其C-3位氧化得到了替馬西泮、去甲基得到了去甲地西泮。去甲地西泮C-3位羥基化又得到了奧沙西泮，研究人員在后續(xù)研究中又發(fā)現(xiàn)，奧沙西泮和去甲地西泮均為地西泮在體內代謝的活性產物。為穩(wěn)定苯二氮母核中的酰胺鍵，提高藥物與受體的親和力，研究人員又衍生出了唑侖類鎮(zhèn)靜催眠藥。如穩(wěn)定1，2位酰胺鍵的三唑侖、穩(wěn)定4，5位酰胺鍵的美沙唑侖。研究人員還發(fā)現(xiàn)，苯二氮類藥物同時又具有鎮(zhèn)靜催眠和抗癲癇作用。二苯并氮雜類藥物同時具有抗癲癇和抗抑郁作用，其用于抗癲癇代表藥為卡馬西平。如果在卡馬西平結構中的10位引入羰基，則獲得前體藥物奧卡西平，其與卡馬西平具有相似臨床療效。二苯并氮雜類藥物屬于三環(huán)類抗抑郁藥，可以抑制去甲腎上腺素的重攝取，代表藥為丙米嗪。將二苯并氮雜類藥物氮雜環(huán)乙撐基上的其中一個碳原子用氮原子替換，則獲得二苯并二氮雜類藥物，代表藥為氯氮平，用于抗精神病，抗精神病藥物還包括吩噻嗪類、噻噸類和丁酰苯類。二苯并二氮雜類藥物可看作由吩噻嗪類擴環(huán)得到，吩噻嗪類藥物通過生物電子等排原理，用乙烯基替換環(huán)上的氮原子，就得到了噻噸類抗精神病藥。丁酰苯類抗精神病藥是相關研究人員在研究鎮(zhèn)痛藥哌替啶的基礎上發(fā)現(xiàn)的，哌替啶的結構是在天然產物嗎啡結構基礎上開環(huán)發(fā)現(xiàn)，研究人員在后續(xù)研究中又發(fā)現(xiàn)，嗎啡結構中氮原子取代基具有重要作用：鎮(zhèn)痛藥阿片受體的部分激動劑納洛啡，其烯丙基在氮上處于a鍵時產生激動作用，而處于e鍵時則產生拮抗作用，若使取代基完全固定于e鍵，就獲得了完全的拮抗劑納洛酮。通過思維導圖，學生可對比藥物類別與結構之間的相關性，發(fā)現(xiàn)藥物結構與藥物作用的聯(lián)系，思考藥物結構與藥物改造的可能性，抓住共同點，關注獨特性，在比較過程中理解藥物發(fā)展過程，不斷加深印象強化記憶，達到提高學習效率的目的。

2.3 舉一反三，深化發(fā)散性思維

大學教師的職責，關鍵還在于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力以及創(chuàng)造性思維。如何提高學生自主學習能力，提高學生學習興趣，是其不斷探索和研究的重要課題。思維導圖的構建，有利于刺激學生求知欲，使其從中獲得自主學習的滿足感，從而提高學習興趣。思維導圖中的關系線，除了課本知識，還可來源于學生通過對比或知識儲備的總結，抑或是查閱資料后的知識補充，在充分掌握課本內容的基礎上，有助于學生將學過的知識內容進行回顧，使其知識面得以擴展，加深理解，并通過自己的思考將知識內容拓展到今后的應用中，對自身未來的發(fā)展有著積極的指導作用。以苯二氮類藥物和GABA類似物為例，兩者均可用于鎮(zhèn)靜催眠，并同樣具有抗癲癇活性，那么是什么原因產生了這樣的相似性呢？筆者發(fā)現(xiàn)，GABAA的α亞基上有特異的苯二氮類結合位點，增加氯離子通道的開放頻率，很好地解釋了不同類藥物可產生相同或相似作用的原因，這使學生加強了對藥物作用靶點的認識。又如，納洛啡N原子上烯丙基的構象決定了其作用是激動還是拮抗，研究人員在14位引入羥基后使烯丙基完全處于e鍵，就獲得了一種完全拮抗劑納洛酮；參考哌替啶氮甲基的鎮(zhèn)痛作用，改造安替比林的結構，獲得了解熱鎮(zhèn)痛效果更強的氨基比林。這說明氮原子上的取代基對鎮(zhèn)痛作用的產生具有重要意義，且取代基的空間構象可能影響藥物的藥理作用，甚至使藥理作用完全相反，這為藥物結構改造過程中取代基的大小及引入位置的設計提供了參考，并為作用于相同靶點時激動劑與拮抗劑結構之間存在一定的聯(lián)系做了提示。

圖2 以苯并氮雜環(huán)為母核的各化合物結構式思維導圖

3 思維導圖的繪制

思維導圖用于知識記憶，應區(qū)別于課堂筆記。因為思維導圖體現(xiàn)的是知識大綱，由此聯(lián)想本章節(jié)具體內容，包括考點及重難點。將思維導圖比作倉庫的鑰匙，而課堂筆記就是鎖在倉庫中的物品，通過思維導圖的聯(lián)想和擴展，打開倉庫的大門，才能獲取筆記中的知識。為體現(xiàn)思維導圖與課堂筆記的不同，學生在繪制思維導圖過程中，要注意以下幾個要點[7]：子中心不宜過多，通過自己的總結將知識點進行歸納和分類；通讀教材，根據自己的理解進行圖形繪制，記憶不清的知識點可參考教材，但切忌對照書本，照葫蘆畫瓢似地整理筆記；不同子中心下的知識點如果有聯(lián)系，可用帶箭頭的曲線連接，并簡要標注其相關性；單一的思維導圖無法完全體現(xiàn)章節(jié)內容之間聯(lián)系性時，可考慮在旁邊繪制另一張小的思維導圖加以說明。只有這樣，學生才能將死記硬背的內容最簡化，使理解記憶占主導，在降低記憶難度的同時提高記憶效果。

4 思維導圖運用于藥物化學教學的效果

筆者將思維導圖運用于藥物化學教學中，將臨床藥學專業(yè)學生劃分成多個小組，每個小組總結一章思維導圖，做到人人參與，每組做一個約20分鐘的理論課演講。如此學生對藥物化學課程的學習興趣明顯提高了，對他們來說藥物化學不再是枯燥的結構，而是一張張系統(tǒng)完整的理論圖，具有直觀性。思維導圖的引入，使學生學習效率明顯提高；參與感增強，學會把握重點、善于總結，建立自己的學習方法；增強學生邏輯思維能力，提高思考問題的條理性和全面性；促進學生自主發(fā)展，按照個人的思維方式進行，有著自己的獨特性；提高學生的學習興趣，培養(yǎng)獨立思考的習慣以及獨立解決問題的能力；培養(yǎng)探究能力，提高學生科學素養(yǎng)，有利于將來的發(fā)展。

5 總結

李玉等通過標準化編碼和描述性統(tǒng)計得出結論：思維導圖對學生學業(yè)成就的平均效應量為0.763[8]。這表明將思維導圖應用于學習以提高學習效率有一定的實踐意義。思維導圖的直觀性和系統(tǒng)性，極大限度保證了學生藥物化學學習過程中知識系統(tǒng)的完整性，可有效提高其藥物化學學習效率，調動學生學習的積極主動性，有利于其思維的開發(fā)和以后的發(fā)展。學生將思維導圖作為學科學習工具和課堂筆記相結合，改被動接受、消極應考為積極思維、從容應考，這樣可以保證接受知識的完整性，降低記憶難度，提升學習效果。