教研共生發(fā)展模式在藥化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索*

丁麗娜，高琦冰，高珊珊，鄭甲信，李 雯，陳衛(wèi)華

(1 鄭州大學(xué)藥學(xué)院，河南 鄭州 450001；2 鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450001)

《教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》(教高〔2019〕6號(hào)文件)中提出“推動(dòng)科研反哺教學(xué)”：強(qiáng)化科研育人功能，推動(dòng)高校及時(shí)把最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科研活動(dòng)的指導(dǎo)，加大科研實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)力度，支持學(xué)生早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)團(tuán)隊(duì)，以高水平科學(xué)研究提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力[1]。這啟發(fā)了我們關(guān)于實(shí)驗(yàn)課程改革的思路——在本科教學(xué)中滲透科研內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生研究性思維，逐步實(shí)現(xiàn)科研引導(dǎo)教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教研共生目標(biāo)。藥物化學(xué)屬于將化學(xué)知識(shí)與思維有效應(yīng)用于藥學(xué)的關(guān)鍵學(xué)科，同時(shí)它的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在藥學(xué)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的地位非常重要。該課程體系的改革和探索，旨在實(shí)現(xiàn)本科教學(xué)中推進(jìn)教研共生發(fā)展：實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行研究的銜接，加強(qiáng)學(xué)生科研思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生適應(yīng)國(guó)家未來創(chuàng)新型人才的需求[2-5]。

1 藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

藥學(xué)屬于化學(xué)和生命科學(xué)的交叉學(xué)科，而藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程作為藥學(xué)專業(yè)必修課程，其開展具備特點(diǎn)如下：一方面通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)藥物化學(xué)的基本理論知識(shí)的理解，掌握藥物合成的基本方法；另一方面加強(qiáng)學(xué)生對(duì)藥物結(jié)構(gòu)及作用靶點(diǎn)的認(rèn)識(shí)、對(duì)藥物作用機(jī)制的了解。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是針對(duì)經(jīng)典藥物采取比較成熟的合成路線開展的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生安全常識(shí)、基本儀器的認(rèn)識(shí)以及動(dòng)手操作等能力，同時(shí)也鞏固了學(xué)生的理論知識(shí)。但在中國(guó)應(yīng)試教育模式下成長(zhǎng)的學(xué)生，普遍存在機(jī)械性學(xué)習(xí)，理論知識(shí)較強(qiáng)但探索性學(xué)習(xí)能力較弱這一問題[6]。更有甚者，在實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中不做預(yù)習(xí)課上也只是按照講義上的步驟操作完成實(shí)驗(yàn)，整節(jié)實(shí)驗(yàn)課只有“手在動(dòng)”的現(xiàn)象普遍。

2 研究性思維模式的提出

國(guó)家需要的創(chuàng)新型人才和科學(xué)發(fā)展需要的研究型人才不僅理論基礎(chǔ)扎實(shí)和實(shí)驗(yàn)基本功熟練，更多的是具備從探究中主動(dòng)獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)并解決問題的能力。為推動(dòng)基礎(chǔ)研究的發(fā)展，培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才，高校教育培養(yǎng)模式一直在不斷改革[7]。我們根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在課程改革與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，研究性思維是不可或缺且需要逐步滲透的。研究性思維是基于探究性學(xué)習(xí)的一種思維模式。探究性學(xué)習(xí)(HIBL，Hands-on Inquiry Based Learning)，是20世紀(jì)60年代中后期前蘇聯(lián)著名教育理論家和教育改革家蘇霍姆林斯基等創(chuàng)立的教學(xué)方法，是新課程倡導(dǎo)的一種學(xué)習(xí)的理念、方法、模式，探究性學(xué)習(xí)能讓學(xué)生從探究中主動(dòng)獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)并解決問題[8]。

針對(duì)當(dāng)前藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的情況：本科生理論基礎(chǔ)扎實(shí)，理解與動(dòng)手操作能力強(qiáng)，思維活躍，但自主學(xué)習(xí)能力較弱，科研素養(yǎng)有待進(jìn)一步提高。另外我們發(fā)現(xiàn)教學(xué)與研究之間無法很好的銜接，學(xué)生專業(yè)課程成績(jī)很好卻很難適應(yīng)進(jìn)一步深造的研究模式。為了改善這種現(xiàn)象，我們?cè)谒幬锘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了探索，希望可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)與研究的共生發(fā)展——在教學(xué)中將研究性思維傳遞給學(xué)生，提高學(xué)生的研究素養(yǎng)，幫助其更好更快的進(jìn)入研究性學(xué)習(xí)階段?；诖耍覀兲岢鰧⒀芯啃运季S引入藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，形成以設(shè)計(jì)性和探索性為主體的雙層次開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在教學(xué)過程中注意培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和科研素養(yǎng)，激發(fā)與引導(dǎo)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成敏銳的學(xué)術(shù)嗅覺，增強(qiáng)其在實(shí)踐中捕捉科學(xué)研究方向的能力，提高學(xué)生在未來的研究生涯中的競(jìng)爭(zhēng)力[9]。

3 基于研究性思維培養(yǎng)的雙層次課程設(shè)計(jì)

為適應(yīng)藥學(xué)學(xué)科對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，培養(yǎng)學(xué)生的研究性思維、強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力，我們學(xué)院針對(duì)藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革?；谀壳暗慕虒W(xué)條件以及課程安排，將課程設(shè)計(jì)為兩個(gè)層次，采取先進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)再進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)的階梯式教學(xué)模式。

3.1 在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)研究性思維

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)之前，教師首先要講解課程的設(shè)計(jì)理念，讓學(xué)生盡量對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程有全面的認(rèn)識(shí)和理解，并且鼓勵(lì)學(xué)生提出建議，使其有更多的參與感；然后帶教老師需強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作與實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)章的重要性，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育不容忽視；之后教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容標(biāo)出關(guān)鍵詞，引導(dǎo)學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)或資料了解實(shí)驗(yàn)合成路線，鍛煉其資料檢索、文獻(xiàn)調(diào)研能力；最后，引入計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)(CADD，Computer Aided Drug Design)內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)藥物結(jié)構(gòu)及靶點(diǎn)有初步認(rèn)識(shí)，掌握藥物的作用機(jī)制以及藥物結(jié)構(gòu)修飾的基本方法，從而加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，同時(shí)也幫助學(xué)生對(duì)于CADD課程的了解、認(rèn)識(shí)和運(yùn)用。

在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，同樣是合成經(jīng)典藥物分子與應(yīng)用比較成熟的反應(yīng)路線，但與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同之處在于：通過實(shí)驗(yàn)原理、關(guān)鍵點(diǎn)以及注意點(diǎn)的小組討論，引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，目的在于帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，鍛煉其文獻(xiàn)調(diào)研能力和實(shí)驗(yàn)基本操作能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)藥物結(jié)構(gòu)及作用靶點(diǎn)的認(rèn)識(shí)并對(duì)計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)有初步的認(rèn)知，更重要的是培養(yǎng)其探究性學(xué)習(xí)習(xí)慣，為下一階段的開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施做準(zhǔn)備[10]。

3.2 在開放性實(shí)驗(yàn)中深化研究性思維培養(yǎng)

開放性實(shí)驗(yàn)主要是模擬經(jīng)典藥物的研發(fā)過程但路線開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有設(shè)計(jì)性、探索性等特點(diǎn)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的研究性思維、探索精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。根據(jù)教學(xué)安排，將40名學(xué)生分成10個(gè)組，每組4人，設(shè)組長(zhǎng)1名。以局部麻醉藥的合成為例，方案如下：首先，教師提供局部麻醉藥靶標(biāo)鈉離子通道以及CADD得到的三種氨基苯甲酯類化合物與靶標(biāo)的分子對(duì)接圖及相關(guān)數(shù)據(jù)(見圖1、表1)。引導(dǎo)學(xué)生了解靶標(biāo)靶點(diǎn)以及化合物結(jié)合位點(diǎn)、分析打分函數(shù)與活性數(shù)據(jù)的關(guān)系，嘗試小組內(nèi)討論分析藥物構(gòu)效關(guān)系。結(jié)合本學(xué)院的實(shí)驗(yàn)條件以及藥物構(gòu)效關(guān)系等因素，最終選擇以局部麻醉藥苯佐卡因的合成作為教學(xué)目標(biāo)。針對(duì)苯佐卡因合成實(shí)驗(yàn)，每組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)課前調(diào)研、討論并提交合成路線，課上教師組織學(xué)生討論各組所提交的合成路線，最終整理出4條最優(yōu)合成方案(表2)。

圖1 三種氨基苯甲酯類化合物與局部麻醉藥靶標(biāo)鈉離子通道的 對(duì)接表面圖

表1 三種氨基苯甲酯類化合物采用MOE軟件Docking的 打分函數(shù)

表2 局部麻醉藥苯佐卡因的4種合成方案

得出4種方案后，教師需再引導(dǎo)學(xué)生分析各個(gè)方案進(jìn)行的具體實(shí)驗(yàn)條件及相關(guān)注意事項(xiàng)；最終經(jīng)討論，學(xué)生一致認(rèn)為第3種方案最佳。該方法操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)收率高、產(chǎn)品純度好，并且該方法污染少，符合清潔生產(chǎn)工藝。經(jīng)過師生互動(dòng)、學(xué)生互動(dòng)，可以讓實(shí)驗(yàn)方案更加完善、更合理，讓學(xué)生更加清晰的了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟以及所需儀器、藥品等。

4 雙層次實(shí)驗(yàn)所需的配置條件與思考

雙層次實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐以及在教學(xué)中引入研究性思維，筆者有以下四點(diǎn)體會(huì)：一、教學(xué)改革需要學(xué)校、院系的大力支持；二、教學(xué)改革需要教師具有較高的業(yè)務(wù)水平與盡心盡力為學(xué)生服務(wù)的奉獻(xiàn)精神；三、教學(xué)改革中本科實(shí)驗(yàn)室不具備的實(shí)施條件，需要學(xué)校及相關(guān)合作研發(fā)單位、企業(yè)的支持。四、教學(xué)改革離不開學(xué)生的參與，需要學(xué)生積極配合教師工作并提高自身學(xué)習(xí)自主性。

雙層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來的思考：從資料的調(diào)研、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)到結(jié)果討論等實(shí)現(xiàn)學(xué)生全程參與，使得學(xué)生能夠更加深刻理解實(shí)驗(yàn)原理及注意事項(xiàng)，面對(duì)疑問可以自行查閱和主動(dòng)溝通，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，去探索、解決問題，教師進(jìn)行指導(dǎo)和協(xié)助；師生互動(dòng)、學(xué)生互動(dòng)，共同提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。尤其開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，整個(gè)過程呈現(xiàn)出的是新藥研發(fā)的基礎(chǔ)思路與流程，培養(yǎng)了學(xué)生的科研性思維；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中了解了新藥研發(fā)的基本流程、學(xué)會(huì)了基本的科研方法。

5 科研性思維的培養(yǎng)為實(shí)現(xiàn)教研共生奠定基礎(chǔ)

藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的雙層次課程設(shè)計(jì)引入了研究性思維，這一改革能更好的將科研思維、科研方法滲透進(jìn)本科教學(xué)過程中。通過研究性思維在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)踐，我們認(rèn)為這種方法有利于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)、認(rèn)真的科研態(tài)度、科學(xué)的思維模式、勇于探索的創(chuàng)新意識(shí)；有利于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考能力，以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，保證未來的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

希望在未來能更多的推廣研究性思維在教學(xué)過程中的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和研究的共生發(fā)展，推進(jìn)我國(guó)高等教育教學(xué)實(shí)踐的改革，為我國(guó)醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)培養(yǎng)更多具有創(chuàng)造力的人才。