药物化学实验课创新实践教学改革*

郑鹏飞，欧阳勤，刘天渝（第三军医大学药学系，重庆400038）

药物化学实验课创新实践教学改革*

郑鹏飞，欧阳勤，刘天渝△（第三军医大学药学系，重庆400038）

【提要】药物化学是药学专业重要的基础课程之一，在以往的教学中药物化学实验课仅仅作为药物化学理论课的辅助，旨在通过实践操作加深学生对药物化学基本理论的理解。随着创新性教育理念的不断深入，对药学专业创新性人才的培养提出了新的更高的要求。该文根据作者近年教学实践，探索性地提出自主设计合成目标药物化合物的药学化学实验课创新实验改革方案，通过该项创新实践教学，训练学生运用基本知识解决专业研究问题的能力，培养学生批判性思维，树立创新性研究理念。

化学，药物；教学方法；实验课；自主设计；药物化合物库

药物化学是一门发现和发明新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与机体相互作用规律的综合性学科，是药学专业的主干课程，也是连接化学与生命科学并使之融为一体的交叉学科［1］。开设药物化学实验课的目的是通过实践操作加深学生对药物化学理论知识的理解，熟练掌握药物合成的操作技能，了解药物合成的基本过程及结构修饰改造的基本思路，养成严谨科学的实验作风。同时，通过药物化学实验课程训练，进一步夯实学生对药学基础知识的理解，训练学生用基本知识解决专业研究问题的能力，培养学生的批判性思维，树立创新性研究理念［2-3］。但是，在具体教学实践过程中发现，由于实验内容多为“重复”、“验证性”的实验，教学方法相对单一，没有针对性地提供给学生研究的自主性，往往不能激发学生的学习兴趣。在课程实施过程中，学生们往往表现为实验积极性不高，更重要的是，教员在整个实验过程中很少关注学生创新性、批判性思维的培养，个性化地拟定研究方案，分析讨论实验结果。因此，药物化学实验课往往花费了许多时间，但是没有收到预期的培养效果［4-6］。

本文根据作者近年带教实践，提出基于自主设计合成目标药物化合物的药学化学实验课程创新实验改革方案，该方案通过前期建立小型目标药物分子化合物库，经过3个阶段训练：（1）调研文献，撰写研究计划；（2）开展实验，分析实验结果；（3）通过口头汇报或书面报告的形式交流研究结果和心得。充分调动学生参与具体实验设计的积极性，帮助学生学习如何查阅研究相关的文献，掌握实验操作技能，培养学生对于数据的分析解读能力，从而为药学专业创新型人才的培养奠定基础。

1　构建目标药物化合物库

药物化合物分子的合成，本质上属于合成化学的问题，作者在选择目标药物化合物分子时，坚持了以下原则：药物化合物分子合成路线的简洁性，所需化学基础知识贴近学生知识水平，便于学生掌握和理解一些有机化学的新进展，合成设计的新策略及药物改造设计的新理念。同时，这些化合物的合成还包括了近年来发展新的合成方法、反应机制［7］。根据这一选择标准遴选了以贝诺酯、苯妥英钠、苯佐卡因等为代表的10种常见药物分子，构建了小型目标药物化合物库。在实验课程中，每个小组可以选择自己感兴趣的1个或2个药物化合物作为目标化合物。按照实验课程的教学安排，完成目标药物化合物的合成。

2　实验课程的实施计划

该课程计划按照80学时制订实施计划，将20名学生分成五组，每小组分别由1名责任指导教师和1名助教全程参与整个教学实施计划。责任指导教师负责讲解药物分子合成设计的宏观思路及相关的知识点，助教具体参与到学生小组中，帮助学生按照科学方法进行研究，鼓励学生在实验过程中提出遇到的问题，帮助他们解决实验中遇到的困难，总结分析具体的实验结果。通过这一方式，能够实时掌握学生参与实验项目的进程。同时，助教还可以帮助学生理解他们不懂的设计及不会使用的实验技术。更重要的是，助教可以监督学生高效利用时间，调动学生参与的积极性。在整个实验课的过程中，特别是在合成路线的设计讨论时，对与错意义已经不再那么重要，责任指导教师和助教在教学过程中通过启发、分析、讲解，能够让学生在学习过程中深刻意识到：存在许多方法能够实现目标药物分子合成，但是其中可能只有一条路线是最安全、最经济、最高效的方法。

学生在实验过程中，会发现要成功地实现目标化合物的合成，需要在多方面进行思考准备。例如他们必须要用以前的有机化学基础和新的检索工具结合（如 SciFinder）学习新的知识，制订可行的实验方案［8］。当遇到与设想不一致的结果时，学生必须重新评估他们的合成方案和相应地改进方案。最终目的是让学生自主参与到学习实验过程中，同时，通过自主设计也会让学生获得对于自己研究计划的责任感。除此之外，学生还会对其他学生的研究计划产生兴趣，并积极参与到与他们不同的合成步骤及新设计思路的讨论中。作者已经发现当学生们对他们的研究计划有浓厚兴趣时，他们就会主动寻找指导教师和助教对他们的研究计划进行指导，这种学习方式的转变非常重要，这就意味着他们正在向创新性学习方式发生转变。

2.1调研文献，自行撰写实验计划课程的第1阶段是利用网络资源完成实验计划方案书的撰写。学生在助教的指导下通过逆合成分析法，了解将要合成的药物化合物分子的结构特点、药理学特性及临床主治。随后在检索工具（如SciFinder）的帮助下，查找设计可行的合成路线。在实际操作中会发现，许多目标化合物不仅具有一条可行合成路线，此时，学生需要与指导教师讨论，选择一条合理可行、高效安全的实验方案，根据这一方案，实验准备助理将会提前为各组准备实验过程中所需的仪器设备和化学试剂。当然，在有足够文献资料支撑的情况下学生们也可以自行选择其他的合成路线和试剂。在开始实验前，学生需要和他的导师就实验合成路线进行讨论并做出必要的调整。对拟合成的药物分子的背景调研，逆合成分析及合成计划要写成一个计划方案，最终作为正式报告的一部分内容［9］。

2.2开展实验，分析实验结果在这一阶段，学生要完成目标药物分子的合成，每一条合成路线需要3～5步。通常使用一些简单的原料，每一个小组起始底物的原料大约为4 g，首先通过一个小反应（约100 mg），进行预实验，预实验成功后可以进行大量实验。由于每一步反应在本质上是不同的，因此，需要学生认真做好实验记录的填写，如实验的目的、实验的原理、反应方程式、流程、后处理及结构的鉴定。同时，学生需要在使用之前了解使用试剂的物理化学性质及安全性。当所有的学生按着这一流程完成实验操作，他们就可以使用TLC和NMR来分析实验结果［10］。尽管所有的实验步骤在文献中都有报道，但是学生需要结合实验室现有的条件采用可行的实验方法。助教在这一过程中要跟踪实验进度并在实验过程中给予指导。

2.3汇报研究结果与心得在课程的最后一个阶段，每一个小组展示他们的实验研究结果，撰写一份研究报告，交流研究进展，在课程结束2周前，学生提交研究报告的初稿和将要用于口头陈述的PPT。在正式提交报告和陈述前，助教将修改或改进的反馈意见转述给学生进行修改。在课程的最后1 d利用口头陈述的方式展示给实验室的学生、助教及责任指导教师。学生需要提出问题并且给出评价建议，在学生互相提出问题后，导师提出补充性的问题并且对其陈述的内容和表达方式提出建设性的意见。事实上，作者发现这是学生第1次正式汇报他们的科研成果。

3　需要注意的问题

3.1危险与安全课程中使用的一些试剂对健康是有害的，特别是当使用不当时会有危险。为了确保学生合理使用这些试剂，根据文献及实验室的经验制订一个标准操作流程（SOPs），学生在阅读理解SOPs后签字，助教要对学生使用的各种试剂做到心中有数，同时在使用危险试剂时提醒并监督操作过程。要准备合适的容器回收废液，学生要严格穿戴防护工具，包括实验服、护目镜、口罩等。

3.2学生的反馈学生的反馈表明了他们参与实验课程的积极性，同时也反映了他们与助教在完成课程教学过程中建立融洽的师生关系。当然，在学习合成的过程中或解决问题时，同样也会受到助教和责任指导教师的批评。学生会在这一过程中学习到分析问题的逻辑方法，例如目的是什么，为什么这样做和怎样操作最优化。更重要的是，学生们会在这一过程中发现通过助教们的鼓励独立地思考，帮助他们理解一些概念性的知识点，从头开始一步步解决问题，直到最后攻克一个复杂问题在过程中学习知识是非常有意义的，这比让他们在课程中仅仅练习实验操作的对错意义更大。尽管有许多学生认为，有机化学知识比较难懂，但是通过具体的实验来学习知识会让他们理解得更深入。

综上所述，药物化学作为一门理论性和实践性兼具药学专业的一门基础课程，对于学生能否系统地掌握好药学专业知识起着至关重要的作用。通过教学实践，探索性地提出自主设计的药学化学实验课创新实验改革方案，努力营造鼓励独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境，努力为药物化学教学改革寻找创新点和突破口。当然，要完成创造性药学人才的培养是一个系统长期的过程，需要广大教学工作者的不断努力和长期摸索。

［1］郑虎.药物化学［M］.北京：人民卫生出版社，2007：2.

［2］王新杨．谈药学专业的特色建设［J］．药学教育，2009，25（2）：9-11.

［3］ National Research Council.Discipline-based education research：understanding and improving learning in undergraduate science and engineering［M］.Washington：The National Academies Press，2012：282.

［4］李念光，施志浩.提高药物化学教学质量初探［J］.南京中医药大学学报：社会科学版，2008，9（4）：247-248.

［5］郑明.对当今大学化学实验教学改革的探究［J］.吉林教育，2009，8（22）：83.

［6］顾军，韩香，张秋燕，等.药物化学实验教学创新初探［J］.华夏医学，2004，17（17）：244-245.

［7］Weaver MG，Samoshin AV，Lewis RB，et al.Developing students′critical thinking，problem solving，and analysis skills in an inquiry-based synthetic organic laboratory course［J］.J Chem Educ，2016，93（5）：847-851.

［8］Graham KJ，Schaller CP，Jones TN.An excercise to coach students on literature searching［J］.J Chem Educ，2015，92（1）：124-126.

［9］Cole KE，Inada M，Smith AM，et al.Implementing a arant proposal writing exercise in undergraduate science courses toIncorporate real-world applications and critical analysis of current literature［J］.J Chem Educ，2013，90（10）：1316-1319.

［10］Soulsby D.Using cloud storage for NMR data distribution［J］.J Chem Educ，2012，89（8）：1007-1011.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.14.056

C

1009-5519（2016）14-2253-03

第三军医大学学科建设项目（sydxk201402）。

△，E-mail：liutianyu@tmmu.edu.cn。

（2016-04-14）