形象化教學(xué)方法在藥學(xué)專業(yè)化學(xué)類課程中的應(yīng)用

展鵬，劉新泳

山東大學(xué)藥學(xué)院，藥物化學(xué)研究所，濟(jì)南 250012

1 引言

化學(xué)類課程是藥學(xué)課程體系的基礎(chǔ)，但普遍存在理論晦澀、內(nèi)容龐雜、知識(shí)點(diǎn)零碎等特點(diǎn)。筆者作為無(wú)機(jī)化學(xué)的一線教師，同時(shí)也從事藥物化學(xué)領(lǐng)域的研究。無(wú)機(jī)化學(xué)作為藥學(xué)專業(yè)大一本科生先修課程，夯實(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)濃厚的興趣對(duì)于后續(xù)藥學(xué)類課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要[1–6]。藥物化學(xué)作為藥學(xué)專業(yè)課程，知識(shí)點(diǎn)多、涉及內(nèi)容廣泛，學(xué)習(xí)難度大，需要優(yōu)化教學(xué)模式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

堅(jiān)實(shí)的“專業(yè)知識(shí)”(即學(xué)科內(nèi)容知識(shí)，Content Knowledge)與靈活多樣的“教學(xué)法知識(shí)”(Pedagogical Knowledge)是教師教學(xué)能力的兩大基石。特別是在雙一流建設(shè)背景下，只有將專業(yè)知識(shí)和教學(xué)法緊密結(jié)合，才能持續(xù)提升教師的教學(xué)能力。

通過運(yùn)用教學(xué)法知識(shí)，教師將自己擁有的學(xué)科知識(shí)，通過比喻、比擬、類比、圖示、舉例和示范等“可視化”“故事化”“體驗(yàn)式”的教學(xué)手段，把枯燥、抽象、晦澀的知識(shí)，以易于學(xué)生理解的形式來展示，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的形象思維。其中，比喻和比擬不僅是常見的修辭手法，而且還是簡(jiǎn)單有效、易于操作的形象化教學(xué)方法。

善喻作為形象化教學(xué)手段，由來已久[7–11]。早在先秦時(shí)期，就有“妙喻取譬”“辭喻橫生”的文化取向，人們已認(rèn)識(shí)到比喻等修辭在教育中的重要作用，例如，《學(xué)記》中就有“君子之教喻也：道而弗牽；強(qiáng)而弗抑；開而弗達(dá)。道而弗牽則和；強(qiáng)而弗抑則易；開而弗達(dá)則思。和易之思，可謂善喻也”。在西方，亞里斯多德曾說：“通過隱喻，我們才能更好地把握一些新鮮的事物。”如今，形象化教學(xué)已經(jīng)成為人們普遍接受或者潛移默化中使用的教學(xué)方式[7–11]。在教學(xué)中靈活使用比喻和比擬可以使深?yuàn)W的道理淺顯化，抽象的事物形象化，啟發(fā)人們通過聯(lián)想和想象來理解和認(rèn)識(shí)事物。例如無(wú)機(jī)化學(xué)中的Bohr氫原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)、電子云、自旋、屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)、軟硬酸堿理論，藥物化學(xué)中的鎖鑰結(jié)合模型等，無(wú)一不是“日用而不知”的形象化教學(xué)案例。

本文中，筆者結(jié)合教學(xué)與科研實(shí)踐，系統(tǒng)總結(jié)了比喻、比擬等形象化教學(xué)方法在無(wú)機(jī)化學(xué)與藥物化學(xué)等藥學(xué)專業(yè)化學(xué)類課程中的應(yīng)用。

2 形象化教學(xué)在無(wú)機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用

無(wú)機(jī)化學(xué)包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的變化、元素化學(xué)(描述化學(xué))。無(wú)機(jī)化學(xué)的教學(xué)不但讓學(xué)生建立完整的知識(shí)體系，更要建立無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題與解決問題的能力。更重要的是，在素質(zhì)目標(biāo)方面，需要將化學(xué)哲學(xué)、人文美學(xué)和化學(xué)的發(fā)展有機(jī)結(jié)合，將知識(shí)傳授與社會(huì)主義核心價(jià)值觀內(nèi)涵思政素材相結(jié)合，養(yǎng)成良好的科學(xué)思維方法，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)，培養(yǎng)情感態(tài)度與價(jià)值觀，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，成為德才兼?zhèn)?、滿足新時(shí)代新要求的人才。

以比喻和比擬為特征的形象化教學(xué)方法(表1)，引導(dǎo)學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)出發(fā)，主動(dòng)地去理解和掌握抽象理論知識(shí)，使抽象和枯燥的生化理論變得生動(dòng)，使復(fù)雜問題變得形象，抽象問題變得具體，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從而提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。例如，在講授過渡金屬元素的配位性時(shí)，把配位能力比作社會(huì)中人與他人的合作能力，如果要建立起卓有成效的緊密合作，則需要自己具有對(duì)他人的接納力、吸引力、對(duì)周圍的影響力、對(duì)環(huán)境和他人的適應(yīng)力；在講授堿金屬(鈉與鉀的性質(zhì)差異)時(shí)，根據(jù)鈉與鉀性質(zhì)的差異，創(chuàng)作了打油詩(shī)“鈉鉀兄弟倆”，通過各自主要化合物的典型用途，說明只要人們對(duì)物質(zhì)世界充分認(rèn)識(shí)，元素的性質(zhì)無(wú)所謂缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，都能變害為利，找到用武之地。進(jìn)而借此知識(shí)點(diǎn)，闡發(fā)“天生我才必有用”的人生觀。在職場(chǎng)上應(yīng)該做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，人盡其才。而教師的職責(zé)正是“長(zhǎng)善救失”，千錘百煉、去除瑕疵，把學(xué)生鍛造成日臻完美的可用之才。通過將知識(shí)點(diǎn)擬人化，大大突出了情感與價(jià)值觀教育。

表1 無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)與形象化教學(xué)

(續(xù)表1)

(續(xù)表1)

(續(xù)表1)

同時(shí)，在元素化學(xué)部分，還指導(dǎo)本科生將該理念貫徹到科普文章的寫作中，已有多篇文章發(fā)表[12,13]。在無(wú)機(jī)化學(xué)的形象化教學(xué)中，除了比喻與擬人的修飾手段，還需要充分利用元素周期表掛圖和原子軌道模型等實(shí)物工具。同時(shí)要區(qū)別物理模型與概念模型，使知識(shí)點(diǎn)在形象化的同時(shí)，不失去科學(xué)性。

3 形象化教學(xué)在藥物化學(xué)及藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用

藥物化學(xué)是藥學(xué)專業(yè)的一門核心課程，藥物化學(xué)教材中涉及大量基本概念[14–17]，在藥物化學(xué)前沿領(lǐng)域，也涌現(xiàn)出向基于鄰近效應(yīng)的藥物設(shè)計(jì)等新理念，為了提高課堂教學(xué)效果及研究生培養(yǎng)質(zhì)量，筆者用形象的表述、恰當(dāng)?shù)谋扔?、生?dòng)的實(shí)例對(duì)課程中的抽象概念、重點(diǎn)和難點(diǎn)原理進(jìn)行了不同層次的形象化解構(gòu)和分析，初步形成了一套形象化教學(xué)設(shè)計(jì)的思路和具體方法(表2)。

表2 藥物化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的形象化教學(xué)

例如，共價(jià)修飾蛋白靶點(diǎn)的小分子藥物已經(jīng)在制藥領(lǐng)域取得了巨大成功，然而共價(jià)修飾蛋白靶點(diǎn)的蛋白藥物卻是鳳毛麟角。盡管非天然氨基酸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的定點(diǎn)修飾，但是仍不能研發(fā)出共價(jià)修飾的蛋白藥物。這是由于若反應(yīng)活性太高，蛋白藥物自身就能實(shí)現(xiàn)共價(jià)交聯(lián)；而反應(yīng)活性太低，共價(jià)反應(yīng)又無(wú)法實(shí)現(xiàn)。針對(duì)小分子共價(jià)藥物的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)(脫靶)，理論上都可以用于共價(jià)蛋白藥物，由于蛋白質(zhì)的作用區(qū)域更大，而且對(duì)靶點(diǎn)的特異性通常比小分子更高。為了產(chǎn)生體內(nèi)有效的共價(jià)蛋白藥物，最近，加州大學(xué)舊金山分校的王磊教授與合作者開發(fā)了一種可發(fā)生鄰近反應(yīng)的新策略，即在蛋白藥物中引入一種非天然氨基酸FSY，其可與天然氨基酸——組氨酸，通過鄰近反應(yīng)生成共價(jià)鍵，進(jìn)而使蛋白藥物與靶點(diǎn)共價(jià)交聯(lián)(圖1)。而且該反應(yīng)不僅能使蛋白質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)具有生物相容性，且能保持對(duì)目標(biāo)靶點(diǎn)具有高度特異性。該思路理解的難點(diǎn)是，F(xiàn)SY上的磺酰氟很穩(wěn)定，在生理?xiàng)l件下和很多基團(tuán)不反應(yīng)，但是在口袋中只能與特定的氨基酸發(fā)生反應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，基于鄰近反應(yīng)(Proximity效應(yīng))的共價(jià)蛋白藥物，且共價(jià)反應(yīng)需要藥物-靶標(biāo)結(jié)合和非天然氨基酸-天然殘基配對(duì)的雙重定位，從而具有獨(dú)特的特異性和靶標(biāo)選擇性。筆者將自由碰撞的基團(tuán)比作蕓蕓眾生，而空間上被“約束”位置的基團(tuán)(本例中的磺酰氟與咪唑)，如同“抬頭不見低頭見”的鄰居，交往頻率肯定高于一般路人。因此，共價(jià)反應(yīng)能夠發(fā)生。這一形象化教學(xué)使學(xué)生深刻掌握基礎(chǔ)知識(shí)，并激發(fā)了學(xué)習(xí)藥物化學(xué)的濃厚興趣。

圖1 基于鄰近反應(yīng)開發(fā)共價(jià)蛋白藥物

近期，為切實(shí)解決我國(guó)基礎(chǔ)研究缺少“從0到1”原創(chuàng)性成果的問題，科技部等部門印發(fā)了《加強(qiáng)“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》。具體到藥物化學(xué)專業(yè)，發(fā)現(xiàn)新靶標(biāo)、新機(jī)制、新結(jié)構(gòu)的首創(chuàng)藥物屬于“從0到1”的研究范疇，藥物開發(fā)的創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)性并存，“無(wú)限風(fēng)光在險(xiǎn)峰”，正如王安石在《游褒禪山記》中所說：“夫夷以近，則游者眾；險(xiǎn)以遠(yuǎn)，則至者少。而世之奇?zhèn)?、瑰怪，非常之觀，常在于險(xiǎn)遠(yuǎn)，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”通過借助文學(xué)意象，進(jìn)行情感與價(jià)值觀教育，激發(fā)起藥物化學(xué)專業(yè)研究生的創(chuàng)新意識(shí)。

近期，蔣爭(zhēng)凡及其合作者的研究揭示了錳離子在腫瘤免疫中的關(guān)鍵作用及“錳免療法”的巨大臨床應(yīng)用前景，為錳元素在體內(nèi)的生理學(xué)功能，特別是作為免疫調(diào)節(jié)劑的功能研究開辟了新的方向。為了便于形象化理解，有報(bào)道把腫瘤的免疫治療比作一輛行駛的汽車，使用PD-1抗體相當(dāng)于松剎車，而錳離子(cGAS-STING激活劑)的使用相當(dāng)于踩油門，給發(fā)動(dòng)機(jī)加油。二者同時(shí)使用使腫瘤免疫治療這輛汽車全速前進(jìn)[22]。

4 總結(jié)與展望

綜上，比喻、比擬等形象化教學(xué)方法在無(wú)機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)等基礎(chǔ)化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用，有利于消解概念或術(shù)語(yǔ)的冷冰的形式，使學(xué)生對(duì)深?yuàn)W的理論產(chǎn)生親切感，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，并能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

筆者將形象化教學(xué)理念用于平時(shí)課堂教學(xué)，受到學(xué)生的認(rèn)可；在2019年秋季的無(wú)機(jī)化學(xué)課堂評(píng)教中(實(shí)評(píng)人數(shù)108人)，收到了良好的反饋，得到了99.27分(滿分100分)。大部分同學(xué)認(rèn)為：課程的挑戰(zhàn)性和難度適中，上課生動(dòng)有趣，思路清晰，講解透徹，形式多樣，互動(dòng)較多，課堂活躍。在2020年山東大學(xué)“同頻在線，共振育人”教學(xué)比賽中，筆者在“堿金屬”和“銅族元素”中多次采用形象化教學(xué)方法，取得較好效果，獲得一等獎(jiǎng)。

需要指出的是，比喻與比擬僅僅是形象化的修辭方式，是教學(xué)手段，而非教學(xué)的目的。使用的對(duì)象是重要、晦澀、難理解的“高階性”知識(shí)點(diǎn)，切忌為了應(yīng)用而應(yīng)用，以免弄巧成拙。要準(zhǔn)確區(qū)分形象化中的物理模型與概念模型，避免陷入將原子軌道認(rèn)為是行星軌道之類的機(jī)械化思維。

此外，要使比喻與比擬真正在課堂教學(xué)中發(fā)揮提高教學(xué)質(zhì)量、活躍課堂氣氛、改善學(xué)習(xí)效果的作用，關(guān)鍵要借助語(yǔ)言的力量，賦予語(yǔ)言生動(dòng)的品格，帶給人無(wú)窮的想象力。語(yǔ)言的運(yùn)用，不但要善于從中國(guó)傳統(tǒng)文化中吸收營(yíng)養(yǎng)[23–32]，更要向近現(xiàn)代大師學(xué)習(xí)，形成新鮮活潑的、喜聞樂見的中國(guó)作風(fēng)和中國(guó)氣派。例如，毛澤東在語(yǔ)言運(yùn)用方面已達(dá)到爐火純青的境界，他在《一個(gè)極其重要的政策》中，為了說明精兵簡(jiǎn)政的重要性，運(yùn)用了《西游記》中孫行者對(duì)付鐵扇公主、柳宗元曾經(jīng)描寫過的“黔驢之技”中大驢子被小老虎吃掉等形象化的比喻修飾；他在《愚公移山》中，將帝國(guó)主義和封建主義比作兩座壓在中國(guó)人民頭上的大山，號(hào)召全國(guó)人民一起來挖這兩座山，極具感召力。

總之，教學(xué)方法浩瀚如海，形象化教學(xué)僅僅是浪花一朵。需要教師在實(shí)際的教學(xué)中不斷摸索、領(lǐng)悟，并與模型道具(元素周期表、分子模型等)、多媒體和視聽教材等多種教學(xué)形式及BOPPPS(Bridge-in, Objective/Outcome, Pre-assessment, Participatory Learning, Post-assessment, Summary)教學(xué)方法聯(lián)合運(yùn)用，投入情感，將語(yǔ)言的功效發(fā)揮到最佳，師生同頻共振，發(fā)揮最佳效果。