疫情防控期間在線教學活動的實踐與思考
——以筆者所在藥物化學課題組為例

展 鵬，劉新泳

(山東大學藥學院藥物化學研究所 化學生物學教育部重點實驗室，山東 濟南 250012)

1 引言

2020年春天一場突如其來的冠狀病毒感染疫情導致高校開學全面延期。但是，開學延期，教學不延期。2020年2月28日，教育部發(fā)布《中共教育部黨組關(guān)于統(tǒng)籌做好教育系統(tǒng)新冠肺炎疫情防控和教育改革發(fā)展工作的通知》，對教育系統(tǒng)新冠肺炎疫情防控和教育改革發(fā)展工作進行部署。按照通知要求，筆者結(jié)合本課題組實際情況，針對本科生理論課程、本科畢業(yè)實習生、在讀研究生、擬畢業(yè)研究生不同課程特點，制定并實施靈活多樣的在線教學方案(圖1)，及時進行動態(tài)調(diào)整。本文總結(jié)了本課題組在疫情防控期間針對本科生及研究生的在線教學活動的實踐與思考。

圖1 疫情防控期間本課題組在線教學活動的實踐與思考

2 本科畢業(yè)實習

本學期，筆者課題組共有9名本科實習學生，在延期開學的情況下，采取了調(diào)整畢業(yè)實習內(nèi)容、創(chuàng)新成果體現(xiàn)形式、強化階段性督導等舉措。

2.1 調(diào)整畢業(yè)實習內(nèi)容

正常情況下藥物化學專業(yè)的本科畢業(yè)實習一般是依托指導教師的科研項目，通過“項目”的形式進行教學，從項目中尋找科學問題，在導師的指導下，進行文獻調(diào)研、課題設(shè)計、化合物合成、分離及結(jié)構(gòu)表征等一整套的科研訓練。專題實習結(jié)束時，除了要求撰寫畢業(yè)論文，還要求完成一篇英文文獻的翻譯。在開學前，我們通過雨課堂、微信群等(圖2)多種途徑提供學習資料，增加了文獻閱讀的比重，將實驗操作內(nèi)容挪到開學后，并適當減少比重。

圖2 采用雨課堂及微信群等形式向?qū)W生提供學習資料

2.2 創(chuàng)新成果體現(xiàn)形式

根據(jù)每位本科生的實習題目，結(jié)合藥物化學專業(yè)特色，指導學生確定與課題相關(guān)的一個主題，嘗試文章寫作，綜合訓練文獻檢索、謀篇布局、遣詞造句能力，并學習規(guī)范的文獻著錄格式、圖表結(jié)構(gòu)式的繪制等一整套技能，爭取可以發(fā)表。

同時，圍繞藥物化學專業(yè)熱點或課題相關(guān)的主題，通過文獻檢索、PPT制作，準備20分鐘左右的演講，開學后通過組會交流。

此外，新型冠狀病毒檢測、疫苗及新藥研發(fā)中涉及大量的病毒學、免疫學、生物化學、藥物設(shè)計等課堂基礎(chǔ)知識，是案例教學的絕佳素材。例如冠狀病毒檢測方法包括基于核酸水平的檢測和基于蛋白水平的檢測，前者涉及RT-PCR/測序等生物化學知識點，后者涉及抗原/抗體等免疫學知識點，目前抗新冠藥物研發(fā)的一些實踐充分運用了藥物化學專業(yè)的經(jīng)典策略與最新技術(shù)。另外，疫情下也反映出大眾對于醫(yī)藥科普知識的匱乏。在此背景下，向同學們布置了兩個值得進行文獻調(diào)研的題材：(1)新型冠狀病毒檢測、疫苗及新藥研發(fā)中的基礎(chǔ)藥學知識；(2)疫情下的醫(yī)藥科普。鼓勵同學們寫成文章發(fā)表，并得到了積極響應(yīng)。

2.3 強化階段性督導

圖3 利用在線辦公軟件制作的每周任務(wù)完成確認單

為了提高學習效果，一方面，每周讓同學們將自己的文獻閱讀制作成PPT，在微信群中與大家分享，互學互鑒。作為導師，擬從這些PPT中梳理基本知識點，制作考試題目，已驗證學習效果。另一方面，筆者利用在線協(xié)作辦公文檔，制作了學生的每周任務(wù)完成確認單(圖3)，以起到階段性督導之效。

3 本科非畢業(yè)生的理論教學

筆者本學期第9-16周將參與元素化學的教學，元素化學屬于描述性化學，知識點多，內(nèi)容凌亂，如果照本宣科，往往枯燥乏味。針對元素化學的課程特點，結(jié)合往年的教學經(jīng)驗[1-4]，在疫情下除了熟悉雨課堂、騰訊課堂、騰訊會議、Zoom等在線平臺功能，還應(yīng)從優(yōu)化教學內(nèi)容、改變教學方法、改革考核方式等方面對在線教學進行新探索，兼顧導學和助學。此外，以該課程為載體，幫助學生建立高效自學方法。

3.1 在線教學新舉措

3.1.1 優(yōu)化教學內(nèi)容

在線課堂面臨的主要困難之一是居家學習，受外界干擾較大，精力不集中，依從性低。因此，如何提高學生注意力，限制學生思想的游離，是需要重點考慮的問題?！笆趯W須小作課程，責其精熟。若只似目前大餐長啜，貪多務(wù)速，即不濟事?！币虼?，應(yīng)該在傳統(tǒng)課堂教學基礎(chǔ)上，借助雨課堂、騰訊直播等形式，優(yōu)化精煉教學內(nèi)容，使主題明確、重點突出、形象生動，提升網(wǎng)課質(zhì)量。并且及時將最新的學術(shù)前沿成果引入課堂教學，結(jié)合新型冠狀病毒檢測、疫苗及新藥研發(fā)中涉及元素化學基礎(chǔ)知識的案例，激發(fā)學習動機、喚起求知欲。例如膠體金法是新近上市的新型冠狀病毒抗體檢測試劑盒的主要原理之一，膠體金是由氯金酸(HAuCl4)在白磷、抗壞血酸、枸櫞酸鈉、鞣酸等還原劑作用下，可聚合成一定大小的金顆粒，并由于靜電作用成為一種穩(wěn)定的膠體狀態(tài)，形成帶負電的疏水膠溶液，由于靜電作用而成為穩(wěn)定的膠體狀態(tài)，故而得名。膠體金在弱堿環(huán)境下帶負電荷，可與蛋白質(zhì)的正電荷基團形成牢固的結(jié)合，由于這種結(jié)合是靜電結(jié)合，所以不影響蛋白質(zhì)的生物特性。可以在過渡金屬元素(金)部分引入該素材，同時設(shè)置開放性問題(如：膠體金法的優(yōu)勢與不足？)，通過調(diào)研文獻，拓展視野。

圖4 運用軟硬酸堿理論和晶體場穩(wěn)定化能解釋鋅離子與核衣殼蛋白螯合機理(視頻資料截圖)

再如，在學習鋅元素時，可以引入筆者課題組基于鋅離子螯合機制的抗病毒藥物靶標——HIV-1核衣殼蛋白(Nucleocapsid Protein)，運用軟硬酸堿理論和晶體場穩(wěn)定化能等解釋鋅離子與核衣殼蛋白巰基螯合的機理(圖4)。類似地，在學習鎂元素時，可以引入筆者課題組基于鎂離子螯合機制的抗病毒藥物靶標——HIV整合酶、核糖核酸水解酶及流感病毒內(nèi)切酶等，通過科研轉(zhuǎn)化教學的方式，將枯燥的基礎(chǔ)知識與形象的研究案例結(jié)合，豐富教學內(nèi)容。

近日，國家自然科學基金委公布了醫(yī)學科學部優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域及主要研究方向(含跨科學部)，其中化學元素生物地球化學循環(huán)的微生物驅(qū)動機制涉及元素化學，可作為拓展性教學材料。

3.1.2 改變教學方法

在教學方法上，多采用促使學生深度思考、有助于培養(yǎng)學習興趣的技巧。例如，啟發(fā)式教學、案例教學法、PBL教學法(基于問題的學習)、“任務(wù)驅(qū)動”教學法等有效方法[5]，目的是以問題、主題或任務(wù)為抓手，把學生的積極性充分調(diào)動起來。

建構(gòu)主義認為教學要以學習者為中心的，教師的角色是學生學習的輔導者，意義建構(gòu)的幫助者與促進者[3]。因此，教師應(yīng)該根據(jù)課程內(nèi)容，積極創(chuàng)造與當前學習主題特征相聯(lián)系的情境，提供主題與問題，培養(yǎng)學生的自主學習能力。在此理論的指導下，筆者結(jié)合講授式課堂與討論式課堂的優(yōu)點，在具體實踐中一直推行“精講+翻轉(zhuǎn)”教學法，將課堂內(nèi)容分為教師精講和學生互動兩部分，利用雨課堂等途徑提前把問題列表、背景知識、文獻、課件以及視頻、音頻等資源提供給學生，學生根據(jù)自己的興趣以及研究方向自主選擇主題，滿足學生自主選擇學習的需求。課堂上選擇重難點進行精講，然后留出一定的時間讓學生就具體問題進行匯報討論，“擊石乃有火，不擊元無煙?！背浞质褂糜暾n堂彈幕、投稿、習題和分組討論等功能，暢所欲言，將雨課堂成為管理課堂秩序、提高學習注意力的工具，逐步提高自主學習、分析問題與解決問題能力，最終以點帶面構(gòu)建完善的知識體系。例如，一些代表性的問題包括：汞為何在常溫常壓下是唯一的液態(tài)金屬？ 汞單質(zhì)的致毒機制？ 鋅離子形成配合物，配體數(shù)為何多為4？等等。往年教學的調(diào)研問卷表明，基于問題或者案例的“精講+翻轉(zhuǎn)”教學法有效增強了學生學習的主動性，教學效果良好。針對2019年春節(jié)學期《元素化學》(金屬元素部分)雨課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式進行問卷調(diào)查(參與人數(shù)97人)，86.6%的同學認可《元素化學》的“精講+翻轉(zhuǎn)”課堂授課模式。在使用了雨課堂的混合式教學模式中，同學們認為課堂變得豐富多彩，提高了學習興趣；學習非常認真、專注；積極參與課堂練習和課堂活動；會重視預(yù)習,并認真完成預(yù)習作業(yè)；作業(yè)形式豐富，很有興趣認真完成課后作業(yè)等。在教師經(jīng)常使用的幾個雨課堂工具中，同學們認為對學習最有幫助的是課前、課后推送的PPT。因此，“精講+翻轉(zhuǎn)”教學法有可能是一種適合延期開學期間在線教學的模式，值得進一步嘗試和推廣。需要注意的是，該教學法需要合理設(shè)計問題情境、任務(wù)要求及評價標準。

3.1.3 重視學習效果，改革考核方式

教學的全部精髓在于了解學生知道了什么，并據(jù)此進行教學。正所謂“以其所知，喻其不知，使其知之”。教師應(yīng)該重視教學效果，建立“效驗”的教學方法。“事莫名于有效，論莫定于有證。”清華大學于歆杰教授認為“雨課堂讓學生、教師和管理者知道教室里真正發(fā)生了什么。它有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學，幫助教師在提升教學藝術(shù)的同時，實現(xiàn)科學教學和教學科學。”廈門大學郭建鵬教授認為“雨課堂最大的優(yōu)勢就在于能夠讓老師及時、充分地了解學生的認知水平和難點，從而有針對性地設(shè)計教學，真正做到以學生為中心?！睙o疑，雨課堂作為慧慧教學工具，依據(jù)雨課堂提供的直觀、可視化課前、課堂和課后數(shù)據(jù)，了解學生的知識掌握程度和學習中的困難，且能實時收集學生對課堂教學內(nèi)容、進度的反饋，靈活修正教學方案。在課程考核方面，將標準化考試與非標準答案考試相結(jié)合，非標準答案考試通過撰寫小論文來體現(xiàn)。具體要求是撰寫元素化學相關(guān)的科普論文或?qū)W術(shù)論文，力爭發(fā)表。通過該過程的訓練，不僅能加深對基礎(chǔ)知識的理解，還能鍛煉文獻檢索與寫作能力。筆者曾向?qū)W生建議的題材有：金屬藥物研究進展、金屬離子探針研究進展、某類元素的故事、毒物漫談等。通過雨課堂的公告功能，實時發(fā)布學習資料，包括參考文獻著錄格式規(guī)則、提供科普論文與學術(shù)論文的范文、PPT制作與論文寫作的技巧，此外還征集元素化學中的“課程思政”案例。問卷調(diào)查顯示，89.69%的同學(2019年春季學期，參與人數(shù)97人)認可《元素化學》提交小論文的考核方式。

在《元素化學》課程結(jié)束后，同學們提交了較高質(zhì)量的科普論文作為作業(yè)，已有文章發(fā)表在《大學化學》[6]，另有多篇正在修改投稿中。

3.2 倡導建立高效自學方法

對于本科生而言，自主學習能力是人生中不可或缺的重要能力。對于教師而言，“授人以魚不如授人以漁”，因此教師不僅應(yīng)該講授具體的課程知識，還應(yīng)該借助具體知識點，幫助學生建立有效的學習方法，提高自主學習能力。

具體到元素化學，該課程不僅涉及原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、沉淀溶解、氧化還原、配合物的理論，具有理論的深度，還涉及元素及其化合物的溶解性、熱穩(wěn)定性、氧化還原性、配位性等，具有知識的廣度。此外，從由周期和族的共性及元素個性的角度，元素化學蘊含著豐富的哲學思維。清代學者嚴復(fù)曾說：“至于格物窮理之用，不過二端：一曰內(nèi)導(即歸納法)；一曰外導(即演繹法)。此二者不是學人所獨創(chuàng)，乃人人自有生之初所同用，用之而后知識日辟者也。”通過歸納，由事實得到概括性的結(jié)論，可抽象為共同點，上升為本質(zhì)規(guī)律，這是人們認識事物的一般規(guī)律。

在治學方法的角度，推薦專題式研究性深度學習法。早在北宋時期，蘇軾提出了類似的“八面受敵”讀書法，見《又答王庠書》：“欲少年為學者，每一書皆作數(shù)過盡之。書富如入海，百貨皆有，人之精力，不能兼收盡取，但得其所欲求者爾。故愿學者每次作一意求之。如欲求古今興亡治亂、圣賢作用、但作此意求之，勿生余念。又別作一次，求事跡故實典章文物之類，亦如之。他皆仿此。此雖迂鈍，而他日學成，八面受敵，與涉獵者不可同日而語也?！薄鞍嗣媸軘场弊x書法作為一種基于歸納思維的專題式研究性深度學習法，與建構(gòu)主義理念暗合，在元素化學的學習中同樣具有重要的實用性。蘇軾所言“每一書皆作數(shù)過盡之”，即把元素化學按照內(nèi)容分為諸多專題，逐個有重點地深入學習、研讀，學生在一系列專題的探究之后，自主完成知識體系的構(gòu)建，掌握分析問題、解決問題的思路。即便是“八面受敵”，也應(yīng)對自如，的確是自學與治學的經(jīng)驗之談。

例如可以進行總結(jié)的基礎(chǔ)知識點專題包括：元素化學中的規(guī)律性(元素周期律的具體體現(xiàn))、元素化學中的反?，F(xiàn)象(大部分錳化合物顏色較深，而Mn(II)顏色較淺；Hund規(guī)則中，Cr與Cu價層電子排布的特殊性；N、P、As元素的電離能分別比O、S、Se元素的電離能高；IIIA至VII各族的第二周期元素(B、C、N、O、F)的電子親和能均比第三周期相應(yīng)元素??；鹵素中，氟元素的特殊性等)、相鄰迥異現(xiàn)象(鈉鉀化合物的性質(zhì)差異、鉻錳金屬電負性與標準電極電勢遞變趨勢)、元素化學中的相似性問題(對角線規(guī)則、族號相同的主族和副族的雙向相似性)、元素化學中的一題多解(用軟硬酸堿規(guī)則或離子極化解釋鹵化銀溶解性規(guī)律；用標準電極電勢或配合物價鍵理論解釋配合物穩(wěn)定性：[Co(NH3)6]3+>[Co(NH3)6]2+；)、能發(fā)生歧化反應(yīng)的元素氧化態(tài)等。

例如，IB族和IA族元素性質(zhì)的對比(圖5)以及IIB族和IIA族元素性質(zhì)的對比(圖6)，前后跨度大，內(nèi)容涉及廣，“學者原始要終，尋其枝葉，究其無窮”，不但總結(jié)現(xiàn)象，而且需要運用元素化學基本原理來解釋性質(zhì)差異與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

圖5 元素化學中的相似性問題示例(IB族和IA族元素性質(zhì)的對比)

圖6 元素化學中的相似性問題示例(IIB族和IIA族元素性質(zhì)的對比)

再如可以進行總結(jié)的拓展性專題包括：冠醚與相轉(zhuǎn)移催化、鉑類配合物抗癌藥物研究進展、現(xiàn)有的無機化合物藥物述評、元素化學與食品安全、環(huán)境污染、諾貝爾獎與元素化學、元素毒性機理、元素化學與無機化學基本知識點的橋接、基于金屬離子螯合機制的抗病毒藥物研究進展、過渡金屬元素在藥物發(fā)現(xiàn)中的新應(yīng)用。在技術(shù)的角度，建議學生運用思維導圖，將不同元素的不同性質(zhì)繪制成知識網(wǎng)絡(luò)，梳理周期和族的共性及元素個性，通過增加知識的系統(tǒng)性，舉一反三、事半功倍。

4 研究生指導

新冠疫情，不僅對本科教學造成不同程度的影響，科研工作也不例外。筆者課題組共有碩士、博士研究生40余人，其中2020年6月份擬畢業(yè)近10人。自疫情發(fā)生以來，筆者根據(jù)學校發(fā)布的《山東大學關(guān)于應(yīng)對新型冠狀病毒感染的肺炎疫情期間學生返校及相關(guān)工作的通知》，督促研究生在家安心學習生活，并要求在接到學校及培養(yǎng)單位返?；蚍祶?fù)ㄖ?，一律不要提前返校。同時，加強研究生學業(yè)指導。根據(jù)博士、碩士、畢業(yè)與非畢業(yè)研究生的不同情況，針對性地指導研究生做好文獻調(diào)研、閱讀、課題規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析、科研論文或畢業(yè)論文撰寫等科研工作，借助微信、騰訊會議等信息化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺布置、交流、匯報有關(guān)科研工作，努力讓研究生停課不停學。具體做法與已有成效如下：

4.1 導師指導方式的轉(zhuǎn)變

首先要強化任務(wù)導向與目標導向的指導方式，針對每位同學的具體課題，布置前沿文獻的調(diào)研、課題的深度論證，同時要求形成材料，每周書面匯報。同時，讓研究生參與到國家自然科學基金申請書的撰寫中，在組織材料、凝練科學問題中加深對課題的理解，對課題不足進行深度思考。此外，通過騰訊視頻進行組會工作匯報，并實時與研究生進行電話或語音交流，拉近師生之間的心理距離。

冠狀病毒感染所引起的疫情對人類生命健康造成嚴重威脅，但目前尚無特異性治療藥物或疫苗。筆者課題組多年從事抗病毒藥物研究，疫情期間，結(jié)合專業(yè)所長，指導研究生從藥物化學的視角撰寫相關(guān)綜述文章，精選抗SARS-CoV、MERS-CoV等冠狀病毒藥物的研究案例，總結(jié)了藥物發(fā)現(xiàn)策略，并分析了新近爆發(fā)的SARS-CoV-2感染疫情的藥物研究新動向，提出了未來研究的新思路。目前文章已在中國知網(wǎng)上線出版[7]，擬正式發(fā)表在《藥學學報》2020年第3期。

此外，筆者還組織研究生，對抗病毒藥物研究領(lǐng)域開展系統(tǒng)調(diào)研，撰寫了18篇綜述文章，擬以抗病毒藥物研究?？问桨l(fā)表于《藥學學報》2020年第4期。需要特別強調(diào)的是，計算機輔助藥物設(shè)計是藥物化學的重要組成部分，在合理藥物設(shè)計中，可進行虛擬篩選、藥物-靶點作用模式模擬、分子活性構(gòu)象分析、構(gòu)效關(guān)系分析、藥效團構(gòu)建、藥物成藥性預(yù)測，在當下抗新冠病毒藥物研發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。鼓勵研究生在硬件條件允許的前提下，“長善救失”，學習虛擬篩選、合理設(shè)計的思路和技術(shù)，提高課題組藥物設(shè)計的水平、速度和成功率，使得藥物發(fā)現(xiàn)從基于偶然性趨向于合理化。

4.2 研究生學習方式的轉(zhuǎn)變

筆者認為，研究生與本科生的最大區(qū)別是對學習效果評判標準的不同，本科生主要看“輸入性”的學習，而研究生主要看“輸出性”的創(chuàng)造，即能夠做出哪些創(chuàng)造性的成果，對人類的認知做出哪些新的貢獻?！吧茖W者，師逸而功倍，又從而庸之；不善學者，師勤而功半，又從而怨之?！薄抖Y記》因此，研究生的學習應(yīng)該是有針對性的、任務(wù)導向型或者問題導向型的學習，通俗地講，就是為了創(chuàng)造的需要而學習，為了寫作而閱讀。

無疑，前文所述的專題式研究性深度學習法對研究生同樣適用?；谠摲椒?，筆者指導研究生聚焦本課題組的研究方向，結(jié)合每個人的課題，對課題組已有基礎(chǔ)、未解決的科學問題、藥物化學前沿理論、藥物設(shè)計先進技術(shù)等進行專題式、拉網(wǎng)式的梳理，并結(jié)合個人課題，形成新的方案，反復(fù)討論，為開學后的科研奠定扎實基礎(chǔ)。

4.3 擬畢業(yè)研究生的針對性指導

幫助研究生擬定畢業(yè)論文提綱，梳理家中可完成工作，及時修訂初稿；總結(jié)畢業(yè)論文常見的各類問題，從學位論文學術(shù)道德與規(guī)范和學位論文規(guī)范性角度，制作畢業(yè)論文自糾自查表，例如：重要的環(huán)節(jié)論證是否充分，無關(guān)的地方是否說得太多？思路是否清晰，邏輯是否嚴密？語言是否準確、洗練？行文、引證、格式是否合乎規(guī)范？文獻綜述部分，是否吸收國內(nèi)外同行近三年的最新研究成果？討論部分是否對研究結(jié)果做深度分析，反思是否解決科學問題？是否對該領(lǐng)域的未來發(fā)展有清晰的認識？同時，與畢業(yè)生及時單獨溝通，緩解疫情下的心理壓力。

5 總結(jié)與展望

綜上，疫情期間，筆者作為教學與科研工作者，結(jié)合本課題組具體情況，因地制宜，積極采取了有效的在線教學措施。針對本科畢業(yè)實習，及時調(diào)整畢業(yè)實習內(nèi)容，創(chuàng)新成果體現(xiàn)形式，并運用網(wǎng)絡(luò)平臺強化階段性督導；針對即將開展的元素化學網(wǎng)絡(luò)教學，結(jié)合往年經(jīng)驗，在優(yōu)化教學內(nèi)容、改變教學方法、改革考核方式等方面形成新的在線教學方案，此外倡導本科生建立高效自學方法；在研究生指導方面，及時學習在線指導方式，幫助研究生建立專題式研究型深度學習方式，并對畢業(yè)研究生的論文寫作進行針對性的指導?！白悴怀鰬艨藭r艱，教學科研兩不耽。光陰荏苒須當惜，風月陰晴任變遷?！绷钊诵老驳氖?，一些舉措，已經(jīng)取得了顯性的成效。

恩格斯說，“沒有哪一次巨大的歷史災(zāi)難不是以歷史的進步為補償?shù)??！币环矫妫鳛橐钥共《舅幬镅邪l(fā)為特色的課題組，面對重大疫情面前仍缺乏特效藥物的現(xiàn)狀，深感責無旁貸、重擔在肩，激發(fā)起努力奮斗、不斷創(chuàng)新、做創(chuàng)新藥物的不竭動力。另一方面，在信息化環(huán)境下，利用現(xiàn)代教育技術(shù)為教學服務(wù)成為適應(yīng)新時期教學改革的必然。相信隨著疫情防控期間“停課不停學”的實踐，必將在整體上大大提升移動、遠程、在線教學的能力。