大学化学, 2021, 36(5): 2009050-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202009050

 

"产学研用"协同育人视野下的药物化学课程教学实践

史蕾,, 何翠婷, 郑舒曼, 许逸戈, 黄柳珊, 曹曼丽, 尹伟, 霍朝晖, 张秀莲

The Teaching Practice of Medicinal Chemistry under the Corporation of Industry-University-Research and Application

Shi Lei,, He Cuiting, Zheng Shuman, Xu Yige, Huang Liushan, Cao Manli, Yin Wei, Huo Zhaohui, Zhang Xiulian

通讯作者: 史蕾, Email: shil@gdei.edu.cn

收稿日期: 2020-09-21   接受日期: 2020-11-23  

基金资助: 2018年度广东省高等教育教学改革项目
2019年广东省本科高校教学与教学改革工程建设项目:化学(师范)专业教学团队
2019年广东省教育厅"材料化学"特色专业立项建设项目
广东第二师范学院2018年度教学质量与教学改革工程项目.  2018jxgg01
2020年大学生创新创业训练计划项目
广东第二师范学院课程思政建设项目
广东省普通高校先进材料与节能减排工程技术开发中心项目.  2016GCZX007

Received: 2020-09-21   Accepted: 2020-11-23  

Abstract

At present, the international and domestic society urgently needs a large number of innovative pharmaceutical talents with outstanding capabilities in all aspects. As a discipline closely related to "organic chemistry", the teaching reform and practice of medicinal chemistry are of vital importance. Adopting the teaching mode reform of industry-university-research-application to the course of medicinal chemistry is beneficial to the cultivation of the talents, including the reform of classroom teaching, the introduction of the course platform and public account, the strengthen of the experimental teaching, and the promotion of the diversified practical teaching, etc.

Keywords: Medicinal chemistry ; Industry-university-research-application ; Teaching practice ; Innovative talent

PDF (1237KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

史蕾, 何翠婷, 郑舒曼, 许逸戈, 黄柳珊, 曹曼丽, 尹伟, 霍朝晖, 张秀莲. "产学研用"协同育人视野下的药物化学课程教学实践. 大学化学[J], 2021, 36(5): 2009050-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202009050

Shi Lei. The Teaching Practice of Medicinal Chemistry under the Corporation of Industry-University-Research and Application. University Chemistry[J], 2021, 36(5): 2009050-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202009050

"药物化学"是一门发现与发明新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与机体细胞(生物大分子)之间相互作用规律的综合性学科,是药学领域中重要的带头学科。随着国际化进程日益加快,我国药物化学相关企业从出口加工型转为品牌创新型、从做仿制药到研发具有自主知识产权的新药,要求企业与国际市场全面接轨[1, 2]。这时,药物产业不仅需要大量普通制药人才,更需要有创新精神和创业能力的新型专业人才来打造具有自主知识产权、高附加值的药物品牌。解决这一问题的关键,在于对人才的培养、供应和使用机制上进行变革。因此,根据药物产业结构调整需要,培养对口的药学人才,是我国药学发展实现突破的根本保障[3, 4]

从行业需求和化学专业的知识结构来看,不同层次的院校,培养的药物化学相关人才规格应是不同的。但是由于历史原因,我国目前的药物化学办学层次模糊、职能重复。就产学研用的药物化学人才培养而言,虽然许多职业学校也在提倡培养相关人才,然而,培养具有强综合能力和高社会适应能力的药物化学人才,显然不只是单纯地提高学生实践动手能力就可以实现的,而是一个相当复杂的系统工程,没有足够的时间、师资和设备保障是没办法完成的。因此,根据药物产业结构调整和大学药学教育发展的需要,进一步明确化学专业学生药物化学教育的发展方向,构建"产学研用"的药物化学人才培养模式显得非常必要[57]。经过多年的实践摸索,我们通过加强课程群建设、引入课程平台及公众号、改革课堂教学、加强实验教学、推进多样化实践教学等多种方式,对药物化学课程建设进行了相关摸索。

为了探查现阶段高校化学专业学生对待药物化学课程的真实态度与看法,也为了避免个人主观意识导致分析有失偏颇,故通过"问卷网"网络调研平台将电子问卷发放给广东第二师范学院化学系共137名大学生,请他们帮忙填写问卷。本次共发出137份问卷,共回收137份,有效回收率为100%。问卷包括了单项选择题和多项选择题,此外还让学生在做出选择的同时说明选择该选项的具体理由,以期获得现阶段化学专业学生药物化学教育发展方向的全面分析结果。

1 加强与有机化学课程的联系

在以往教学中,药物化学与有机化学课程设置的时间间隔较长,两门课程之间不注重交叉融合,使得学生在学习药物化学的时候不能很好地回顾和理解与有机化学相关的知识点,严重影响学习效果。为此,理论教学方面,我们以"基础知识与专业知识密切结合"为切入点,体现"以药物结构为基础,以药物研究实践为目标"的特色,整合原有课程内容。结合化学专业的学生对四大化学的学习基础较强这一特点,我们以"新药设计的基本原理与方法"为出发点,突出新药创制方法的理念,紧紧围绕这一主题开展相关"药物篇"的学习。有机化学是药物化学的学习基础,其基础部分的课程侧重化合物的结构与反应原理,后面章节的课程结合药物化学中的药物合成部分授课,侧重药物合成方法。通过结合有机化学的课程教学,促进药学基础课程与专业课程之间的交叉融合,加深学生对"大药学"的理解,拓展学生的知识结构,提升知识的综合应用能力,有利于复合型药学人才的培养[8, 9]。分析调查问卷数据也可以发现大部分学生认为有机化学与药物化学课程相衔接以及教学间隔的缩短可以有效促进其药物化学知识的学习。

2017年开始,我们以16级应用化学专业学生为授课对象,实践了有机化学课程中药物化学内容的引入,比如:缩酮在有机合成中是一类重要的化合物,在一些唑类抗真菌药物中也有缩酮的结构,据此,在讲述酮类化合物时,授课重点由有机化合物的官能团到药物、药物的合成,最后再介绍构效关系研究,这样就可以将有机化学与药物化学的知识点进行有机整合。2019年,我们在药物化学课程中,更加注重有机化学与药物化学两门学科之间的内在联系,从结构分析入手,推断药物的理化性质、合成以及进行合理的结构改造,同时,还十分注重理论课程与药物的研究及实践过程之间的联系。授课教师打破教科书传统的框架与要求,不是让学生死记硬背,而是注重新药研发的理念与方法,从众多药物研究与发现的案例中总结归纳出经验与规律。比如,先导化合物的发现途径、优化方法、新药设计的方法等内容,都体现为以知识点的形式始终穿插于整个课程中,这样会提高学生在新药设计与研发方面的敏感度,增加对药物发现的理性认识。

对选项"有机化学与药物化学相结合是否更好促进其学习药物化学"的结果分析(表 1第1题)可以发现,94.16%的大学生认为两课程的结合能更好地帮助其药物化学课程的深入学习。分析学生选择的具体理由发现大部分学生都认为有机化学是药物化学的基础,药物化学的学习又能进一步巩固有机知识,二者相互结合渗透,可以加深理论课程与药物的研究及实践过程之间的联系。从学生选择该选项的词频分析图(见图 1)也可以发现,"理解""结合"和"联系"等关键词出现较多。分析"有机化学实验和药物化学实验结合是否能帮助其更好地学习药物化学"这一选项的结果发现(表 1第2题),85.40%的学生认为二者相结合有助于他们更好地学习药物化学,分析其选择该项的具体理由发现大部分学生认为有机化学实验与药物化学实验相联系能够更好地检验理论知识,帮助理解抽象复杂的实验过程,使有机化学知识与药物化学知识更加有系统性等。从学生选择该选项的词频分析图也可以发现"理解""巩固""相通"等关键词出现率较高(见图 2)。这意味着有机化学理论课和实验课与药物化学课程的交叉融合可以有效地加深学生对药物化学课程中有机物结构、反应原理等的理解并提高有机化学理论知识的实际应用能力,减少药物化学学习障碍,提高学习效率。

表1   化学专业大学生对药物化学课程的态度调查结果

问题选项选中百分比
1、有机化学与药物化学相结合是否能帮助你更好地学习药物化学?请注意说明理由。有所帮助94.16%
未有明显帮助5.84%
2、有机化学实验与药物化学实验相结合能否帮助你更好地学习药物化学?请注意说明理由。有所帮助85.40%
未有明显帮助14.60%
3、有机化学与药物化学教学间隔缩短是否有助于你学习药物化学并巩固有机化学知识?有所帮助,两学科的内容可相互渗透与补充95.62%
帮助不大,难以将两学科真正做到相互渗透4.38%
4、课堂上引入"剥豆豆"等答题小程序是否有助于你更好地学习药物化学?有,能即时检验学习效果,有助于巩固新知识91.97%
帮助效果不大8.03%
5、除了课堂教学与实验教学,你认为下列哪种方式可以帮助你更好地学习药物化学知识?科教视频86.31%
Chemdraw或Kingdraw等画图软件的应用75.18%
GDEU有机化学微信公众号57.66%

新窗口打开| 下载CSV


图1

图1   问题1词频分析图


图2

图2   问题2词频分析图


分析学生认为"有机化学与药物化学教学间隔缩短是否有助于学习药物化学并巩固有机化学知识"选项的结果可以发现(表 1第3题),95.62%的学生认为缩短学科教学间隔能够帮助其学习药物化学。教学间隔的缩短可以在学生学习的最佳记忆期内使两学科的知识相互渗透与补充,在学生对两课程知识了解较清晰的时间段内让学生运用知识,结合药物化学课程实践,也能大大加强课堂教学效果。

在加强学科之间的联系渗透外,我们注重药物化学专业教学团队的建设,本课程团队教师除了长期承担药物化学的教学,还承担有机化学、有机化学实验等课程的教学工作。按课程内容和教师研究方向组合教学团队,教师之间不定时开展公开课教学,成员间相互点评,促进教师的交流合作,激励教师教学的积极性,提高教学水平。

2 改革课堂教学,引入课程平台及公众号

推进课堂教学改革,构建以学生为主体,形成包括教学思想、教学方法、教学内容、考核方式在内的新的教学方式。2019年,我们开设了"GDUE有机化学平台"微信公众号。除了在公众号推出有关课程教学的推文,我们还会推出与药物化学教学科研相关的最新热点,如在2020年新型冠状病毒肺炎爆发时期,我们推出了多篇有关治疗新型冠状病毒肺炎药物的最新研究报导,让学生切实认识到理论和应用的密切关系。以现代教育技术为依托的混合教学模式,融合了传统课堂和线上课堂两者的优势,打破了学生学习的限制,满足学优生和学弱生对于学习的不同需求,帮助学生获得最佳的学习效果,也有利于促进师生之间的交流与学习问题的解决[10, 11]。因此,我们还引入了"超星平台"进行课堂教学,丰富教学资源,提高教学质量。"超星平台"可以为学生提供大量的课程资源,包括视频录像、课件、电子书、文献资料等。学生可以就课程内容提前预习,通过相关作业练习摸底学生对内容的障碍点,适时调整课堂教学的重点,在课后亦可巩固复习。此外,通过"超星平台"可以非常便利地和学生进行线上讨论、答疑。通过线上布置作业及系统批改,可以全面地了解学生对知识点的掌握程度,适当地使用PBL (Problem Based Learning,基于问题的学习)栏目进行课程内容案例分析或前沿知识拓展,既能培养学生的思维能力和问题解决能力,又能内化知识,将理论知识运用到实际问题的分析和解决中,学以致用[12, 13]。在抓好课程教学的同时,我们根据课程教学模式的改变重新建构该课程的考核评价方式,采用多种评价方式,包括课堂表现、期中考核、期末论文三部分。课堂表现即线下课堂的参与度、课堂"剥豆豆"抢答情况、平时作业完成度和线上课堂进行阶段性考核,以鼓励学生课前主动预习和课后巩固复习,积极参与主题讨论。期中考核是利用移动学习APP设计药物合成路线,如利用Chemdraw绘制化合物的结构图以及合成路线。而期末考核则以药物化学相关论文撰写为主,通过归纳整理某种药物的发现、发明、开发、上市以及旧药新用的过程,进一步提高学生对"大药学"的宏观掌握[14]

分析学生认为"课堂上引入‘剥豆豆’等答题程序能否提高其药物化学学习效果"选项结果可知(表 1第4题),91.97%的学生认为该方法能够提高其学习效果,起到即时检验学习效果、巩固新知识的作用。说明这种以现代教育技术为依托的课堂参与方式能够一定程度上提高大学生的课堂参与度,并有利于教师及时了解学生对知识的实际掌握情况,促进师生之间的有效交流和学习问题的解决。

分析学生认为"可以帮助其更好地学习药物化学知识的课外手段"选项结果可以发现(表 1第5题),"科教视频"的选中率为86.31%,"Chemdraw或Kingdraw等画图软件的应用"的选中率为75.18%,"GDUE有机化学微信公众号"的选中率为57.66%。表明大部分学生喜欢从科教视频中学习药物化学知识,而Chemdraw或Kingdraw等画图软件又可以帮助他们更好地分析药物的有机结构,GDUE有机化学微信公众号的普及率还不算很高,因此选择率较低。但微信公众号的传播效率是极高的,年轻一代对微信的依赖程度也不容小觑,因此GDUE有机化学微信公众号在原有内容基础上增加最新、最权威的科教视频,给学生普及国际前沿的药物化学知识,更好地起到丰富学生知识储备、开拓学生视野的作用(图 3)。

图3

图3   "GDUE有机化学平台"微信公众号二维码及近期推文


通过以上对课堂理论教学组织形式的改革,改变了传统的教师宣讲式呆板的教学方法,能够全面培养学生的自主学习能力、与人沟通合作能力、资料分析和归纳能力,以及充分调动学生查阅文献、归纳综合、创新开发等多方面的能力。增强分析问题和解决问题的能力等并在此基础上培养创新精神和团队精神,以适应产业发展对化学专业药学人才的需要[1517]

3 加强实验教学及其与有机化学实验的联系

在实验教学过程中我们发现实验课程过于从属于理论教学,以验证课堂教学理论为主要目的,对实验课重视程度不够,有时还存在理论和实践相互脱节的问题。且近年来理论教学内容愈来愈深入,在教学实验室里验证课堂学习内容几乎是不可能的,应该重新认识实验课在药学教育中的地位[1820]。在调查分析中发现,大部分学生认为有机化学实验与药物化学实验相结合可以帮助其药物化学的学习。因此为强化实验课程、提高资源共享和使用效率、提高学生的实践创新能力,我们将有机化学实验和药物化学实验整合成为系统的实验体系,形成"有机药物合成实验模块",使内容有一定的连贯性及渐进性,实验教学减少了验证性实验,增加了综合性、研究探索性实验的比重,加大了实验、实践教学的学时数。

药物化学实验与有机化学实验在教学内容、实验方法等方面具有较大的相似性,如阿司匹林是药物化学课程的重要内容,它的合成及相关实验与有机化学实验中的内容有所重叠,后者是实验的基础,前者是实验的专业化[21, 22]。因此,我们将教学资源进行整合,充分、合理地利用实验资源,进行绿色化学实验,具体改革与措施如下:增强综合技能实验中阿司匹林的绿色合成、质量分析、片剂的制备、缓释等,该实验体现了药物化学、药物分析、药剂学与药理学的交叉融合,能够使学生在实验过程中了解药物研究、设计与生产的基本流程。这种综合性设计性实验能使学生得到实验技能的全面训练,有助于提升学生分析问题和解决问题的能力,开阔学生的视野,增强药品质量意识,能对所学知识有系统性的认识,能将各相关学科的知识融会贯通。

实验相关的信息数据的获取是进行实验设计和问题处理的关键,而通过手机或平板电脑获取信息数据是学生常用的手段。相比于传统学习方式,移动学习更为符合当代学生的需求,它具有便捷灵活、交互性强等特点,可实现随时随地、碎片化学习。移动学习APP在药物化学实验教学中的引入,可以使学生快速获取实验信息,优化药物合成路线,提高实验效率,如文献获取的Papers APP、经典药物合成路线Chemistry By Design APP等[2, 23]。但目前相关的移动学习APP存在不少缺陷,APP的设计有待进一步完善。有鉴于此,我们通过开设的"GDUE有机化学平台"微信公众号推送实验的相关操作以及药品的MSDS (Material Safety Data Sheet,化学品安全技术说明书) (图 4),既可让学生提前了解实验,也可以帮助他们解决在实验中遇到的问题,在使用效果和灵活度上不亚于相关的移动学习APP。

图4

图4   微信公众平台实验栏目设计情况


4 推进多样化实践教学

在实践教学方面,我们让学生参与药物研究与发现过程,实现多元化实践教学(图 5)。具体措施包括:(1) 引入了Seminar小组讨论的模式,学生将实验模块细化,如在阿司匹林的设计实验中,将阿司匹林的合成、分离、鉴定、缓释制剂的制备、应用领域的拓展等分成不同的知识点,学生分组讨论发现的问题及解决办法。通过这样的一个训练过程,学生在思维模式及自主研究方面均大有提高。(2) 以基础实验室及校企合作实验室为平台,开展"大学生科技创新实践活动",采取导师责任制,根据学生特点制定培养计划,利用课余、周末以及寒暑假时间,来参与导师课题。目前,该团队相关人员已指导多项与药物化学相关的国家级、省级及校级"大学生创新实验"项目、"大学生攀登计划"项目及"挑战杯"竞赛等项目,部分项目获得"结题优秀"及省级奖项。学生在实验室参与药物研究实践过程中,在科研实验室能够真正感受到药物的研究与发现过程。(3) 依托医药企业中试基地进行实践教学。目前,我院已经与多家制药企业建立了良好的合作关系,我们拟定期组织学生到医药企业进行参观、学习,让学生切实感受生产的工艺流程,缩短理论与实验、实验与实际生产的差距。(4) 开展"药物研究、实践与应用"相关讲座。邀请国内外学者、制药企业研发人员来校进行讲座,由企业人员介绍企业的生产、经营、产品研发等现状,增强学生对职业的认识和定位。

图5

图5   我系药物化学人才多元化实践教学结构


5 结语

总之,建立一个符合化学专业的特色鲜明的药物化学教学体系,打破传统的按二级学科统一教学的教学模式,并结合化学专业的自身优势采取"产学研用"的教学模式改革,对于克服传统药物化学课程教学模式的弊端具有重要意义。此外,采取"产学研用"的药物化学课程教学改革能够帮助实现校企结合、理论和实践结合,真正体现"基础性、综合性、实践性、创新性"的特点,充分调动学生的学习热情,培养和造就创新性人才。

参考文献

Scotti, A. M. Analyses of Course Features, Student Study Behaviors, and Outcomes in a Medicinal Chemistry and Molecular Phrmacology Course Suggest Multiple Targets for Increasing Learning and Retention; Honors Thesis, University of North Carolina at Chapel Hill: UNC Eshelman School of Pharmacy, 2019; pp. 1-33.

[本文引用: 1]

Yuriev E. ; Chalmers D. ; Capuano B. J. Chem. Edu. 2009, 86 (4), 477.

DOI:10.1021/ed086p477      [本文引用: 2]

Cristalli G. ; Mátyus P. ; Mohr P. ; Ronsisvalle G. ; de Souza N. G. ; Tsantili-Kakoulidou A Chem. Med. Chem. 200, 3, 561.

[本文引用: 1]

毛斐; 李剑; 张永强; 李浩; 马红梅; 邓卫平. 教育教学论坛, 2018, (28), 225.

DOI:10.3969/j.issn.1674-9324.2018.28.107      [本文引用: 1]

Krogsgaard-Larsen P. ; Pelliciari R. ; Souza D. E. ; Timmerman H. ; Triggle D. J. ; van Boeckel C. A. A. ; Wasley G. Drug Dev. Res. 2006, (66), 1.

[本文引用: 1]

Hall, B. L.; Watson, K. D.; Covey, T. Technology Integration in Chemistry Education and Research (TICER) in ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington DC, USA, 2019; pp. 131-142.

张黎明; 何希宏; 戴玉杰; 满淑丽. 中国轻工教育, 2018, (3), 65.

DOI:10.3969/j.issn.1673-1352.2018.03.013      [本文引用: 1]

Pitman S. ; Xu Y. Z. ; Taylor P. ; Turner N. Future Med. Chem. 2014, 6 (8), 865.

DOI:10.4155/fmc.14.51      [本文引用: 1]

Frey K. M. Currents in Pharm. Teach. & Learn 2020, 12 (3), 339.

[本文引用: 1]

陆征; 杨永青. 化学教育, 2015, 36 (12), 45.

URL     [本文引用: 1]

肖泽恩; 谭振; 林宁. 广东化工, 2019, 46 (24), 109.

URL     [本文引用: 1]

王志忠; 黄青; 白长财; 姚遥. 化学教育, 2017, 38 (7), 55.

URL     [本文引用: 1]

杨蓉; 钟世华. 化学教育, 2016, 37 (16), 66.

URL     [本文引用: 1]

周惠燕; 彭昕; 徐蓓华. 化学教育, 2018, 39 (4), 44.

URL     [本文引用: 1]

何林; 王涛. 化学教育, 2018, 39 (12), 52.

URL     [本文引用: 1]

邹宏斌; 刘滔. 药学教育, 2019, 35 (5), 30.

URL    

张小溪; 李坤; 徐缓; 王澈; 金晶; 邢永恒. 化学教育, 2016, 37 (2), 51.

URL     [本文引用: 1]

谢贺新; 刘慧; 任江萌. 教育教学论坛, 2018, (28), 266.

DOI:10.3969/j.issn.1674-9324.2018.28.127      [本文引用: 1]

王洁; 王洋. 实验室研究与探索, 2015, 34 (9), 230.

DOI:10.3969/j.issn.1006-7167.2015.09.056     

徐蓓华; 周子牛; 周惠燕. 化学教育, 2016, 37 (16), 52.

URL     [本文引用: 1]

彭颖; 高东红. 化学教育, 2018, 39 (12), 57.

URL     [本文引用: 1]

Zheng H. ; Hu B. J. ; Sun Q. ; Cao J. ; Liu F. M. J. Chem. Edu. 2020, 97 (2), 421.

DOI:10.1021/acs.jchemed.9b00551      [本文引用: 1]

庄春林; 汤华; 张文. 化学教育, 2017, 38 (8), 60.

URL     [本文引用: 1]

/