浅谈药物化学设计性实验教学方案的构建与实施

钟霞 张俊清 任兆平 高炳淼 陈年根 黄艳

[摘 要] 我国现行药物化学相关实验教材中实验内容多以验证性实验为主，设计性实验所占的比例不足，缺乏对于学生创新能力和综合能力的培养。在药物化学实验中增加一些设计性实验的教学内容是对现有实验课程的一次有益的探索。设计性实验教学方案的构建和实施需要从选择课题、设计方案、准备实验、实施实验及分析结果等多个环节入手，要求学生自主完成查阅文献、选择合理的合成路线、具体操作实验和分析总结的整个科研过程。这种教学方式在教学实践中取得了良好的效果，不仅提高学生学习的主观能动性和实验操作技能，而且学生的科研兴趣和创新能力也得到培养。

[关键词]药物化学；设计性实验；构建；实施

中图分类号：G64文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016） 01 （a）-0000-00

药学专业作为药学知识传播应用和创新的主要教育平台，担负起培养大量药学专门人才的重任。现代医药产业的蓬勃发展和全球药品研发领域的客观现状使得对药物研发创新性人才的需求量大增。因此，高等药学教育发展的方向和目标之一就是实施创新教育、培养创新型医药人才。药学是一门以实践教学为主的学科，药学教学应该紧紧加强实践教学这一学科基石，着力启发学生的创新意识、综合能力和动手能力，造就理论知识扎实适应社会需求的创新型高素质人才。因此，实践教学在药学的专业教学体系中占据相当重要的作用。药物化学的教学内容涉及范围很广，包括了药物的化学结构、中英文名称、理化性质、合成方法、体内代谢、作用机理和构效关系等基础内容，还包括了药物的发现、发展、优化、新理论和新技术、新药研发动向等。药物化学的主要研究内容就是先导化合物的发现及其结构优化，它是新药发现和研究的重要环节，对于药学创新性人才的培养起着至关重要的作用[1]。

药物化学的主要任务就是探索新药开发的途径和方法，创制安全高效的新药，以满足临床的需要。开发有某种活性且有价值的先导化合物，对其结构进行一系列的改造和优化以期创造出疗效较好、毒副作用较小的新药；改造现有的药物或有效化合物以期获得更为安全和有效的药物。故药物化学是一门非常注重实验教学的学科，实验教学不仅是理论教学的重要补充，更是培养学生创新能力和综合能力、提高学生综合素质的重要途径。传统的实验教学的主要形式均是针对药学专业的各门课程的验证性实验为主，在实验过程中学生们按部就班地根据书本上已有的实验步骤和方法去操作，这样的教学形式虽然教授了学生基本的实验技能，但却没有给学生以自我发挥的机会，很容易导致学生主动学习的意识不强，束缚了学生自由思维的空间，不利于创新精神的培养。设计性实验的引入旨在培养学生的综合素质，提高其创新能力和综合能力。

那么如何在药物化学实验中实施设计性实验教学呢？首先，由任课教师给出实验目的及要求，其次，学生通过查阅相关文献自行设计实验方案并开展相关实验操作[2-5]。这是以教师为引导、学生为主体的实验教学方式，需要学生在学习过程中投入更多的精力、发挥更大的主观能动性，教师则需要完成更多的课前准备工作：从课题选择、方案设计、实验准备、实验实施、结果分析等多个环节入手进行准备，充实和完善设计性实验的教学方案。在具体实施过程中，我校选择了药学本科已经掌握了有机合成基本知识的大三学生进行设计性实验教学[6-8]。

1 如何设计课题

1.1 实验课题的选择

如何进行设计性实验课题的选择呢？这首先需要教师完成很多的课前准备工作，譬如原料是否容易获得、实验仪器能否满足、实验操作的难易程度、实验时间的长短、参与人数的多少等，同时还需要考虑学生的基础知识掌握情况、《有机化学》课程的开展情况和学生具体学过了哪些基本操作，在药物化学设计性实验课程中如何从更深的层面来进行研究性学习。

我校学生在已有课程中已经学过有机化学和药物化学的理论知识，在设计性实验课程中选择扑热息痛这一经典的解热镇痛药作为研究对象。针对药物化学专业的基本要求、特点以及设计性实验的题目和内容设计的原则，讨论后提出了《扑热息痛的合成》这个题目和本实验设计的一些基本要求。学生三到四人一组，采取组长负责制，各自选取不同的合成路线来进行方案设计。

1.2 实验方案的设计

在以往的验证性实验中，通常都会给出具体的原料和试剂用量，以及详细的实验步骤，学生只需机械性、按部就班地完成实验操作，即可获得预期的实验结果，虽然学生在实验操作过程中发现的问题教师也都能及时帮助解决，但学生的实验的主动性不能得以体现。

在设计性实验教学中，没有现成的实验步骤供学生参考，实验方案需要学生通过文献调研自行设计，所以首先要培养学生如何进行查阅文献、如何通过整理分析获得所需要的信息。实验方案在很大程度上决定了实验的成败与否。授课教师首先要讲解如何进行专业文献的查阅，并對学生的文献查阅进行指导，譬如可以利用网络搜索工具或现有的图书期刊等，网上资源主要包括一些常用的中英文数据库，如Scifinder和Beilstein检索，以及中国知网、万方、维普、Web of Science、ACS、Elesevier、Wiley-Blackwell等，另外还包括专利文献的检索和获取，二次文献的使用等等。之后每组学生再就各自选题查阅相关文献，对文献进行分类整理并讨论分析。本着节省经费、操作简便、安全无毒的原则，讨论每种合成方法的优缺点及可行性，选定最优的合成路线。接下来就各组实验方案进行组间讨论，教师给予一定的指导，引导学生互相交流、独立思考并如何解决问题。各组学生经过多次组间讨论以及与教师的讨论都可完成实验方案，包括实验题目、目的要求、仪器试剂、实验步骤、预期结果及参考文献等。这种以学生为主、教师为辅的设计性实验教学方式不但提高了了学生学习的主观能动性，而且锻炼了学生查阅文献和分析问题、解决问题的能力，还促进了学生的团队协作精神。

2 如何实施实验

2.1 实验的前期准备

实验的前期准备工作需要任课教师、实验教辅人员和学生的相互配合。学生依据实验方案列出所需设备和仪器试剂等，提前一周递交给实验室管理人员。实验教辅人员再根据学生提交的实验方案准备所需的实验设备和仪器试剂，另外，实验教辅人员还可以指导学生正确使用相关仪器。任课教师需进行预实验，在学生提交的实验方案的基础上，对该药物的合成方法进行全面而系统的检索和总结，找出适合实验室操作的多种合成方法和路线。在预实验的过程中，认真记录实验现象和结果，列出实验的注意事项，并对各条路线的优缺点进行全面的分析，对每步反应做到心中有数，这样才能指导学生进行实验操作。实验前要向学生特别强调安全问题及注意事项。

2.2 实验的具体实施

以“扑热息痛的合成”为例，除了让学生了解设计扑热息痛的一般方法，培养学生灵活运用已掌握的理论知识和实验技能，通过查阅有关资料，自行设计实验方案，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。图1就是学生查阅的扑热息痛的几种常用合成路线及各条路线的优缺点。

具体方案如下：①学生提前一周从网上查阅药物的合成方法，完成相应药物合成方法的综述，并说明现行的工业生产方法，设计出合理的实验室合成工艺路线。②进行组间讨论，方案经教师审阅后，若方法合理，条件具备，学生可按照自己的设计方案进行实验。③学生依据与教师研讨的结果，在一周内写出相关药物的合成方法的具体操作步聚，做出具体的实验方案，包装化学反应方程式，原料的物化常数，原料的配料比，反应所用的仪器设备和辅助材料，反应的装置图，反应的关健控制点，产品纯化的方法，预期的收率等。④要求学生按事先规定的投料比进行实验，仔细观察实验现象，认做好实验记录。⑤实验结果和实验报告作为学生药物化学实验考核的主要指标。

设计性实验教学的开展就是为了促进学生主动思考，提高他们分析问题和解决问题的能力。在实验过程中，教师不再讲解实验内容，而是鼓励学生按照各自查阅好的实验方案完成具体操作，对于实验过程中出现的问题教师并不立刻给出建议，而是鼓励学生互相交流、共同研讨解决方案。通过这种教学改革的尝试，发现基本上每组学生都能完成实验方案，达到预定的目标，取得了预期成果。但在实验过程中也发现了一些值得注意的问题：一是学生对实验现象的观察和记录不够仔细，很多学生的实验记录本上只有几组简单的实验数据；二是部分学生实验中遇到问题不能很好地处理，导致实验进程的延缓或结果的误差；三是教师对实验可能出现的问题预计不足，譬如个别试剂短缺造成实验进度减慢等等。这些问题在今后的教学实践中都有待逐步解决，教师和学生共同努力才能更好地完善设计性实验教学。

图1 扑热息痛的常用合成路线及各自的优缺点

2.3 实验的分析总结

在设计性实验教学中，分析总结实验结果也是非常重要的一个环节，学生通过对整个实验过程的思考与整理，锻炼了他们分析问题和解决问题的能力，奠定了他们从事初步的科学研究工作的基础。

各组学生均要完成一份实验报告，实验报告内容包括实验目的、实验要求、实验步骤、实验现象、实验结果、实验讨论等几部分，主要讨论设计性实验的过程和结果，对不同反应路线的优缺点进行讨论和总结。分析实验成功或者失败的原因，然后师生一起总结交流，找出需要改进的地方并提出解决方案。教师对学生所采用的合成路线及实验结果进行点评，分析利弊，使学生更好地了解如何设计药物的合成路线并对其进一步研究。

3 如何分析总结实验效果

在药物化学设计性实验教学中，教师为辅助，他们需要提出实验课题，做好文献调研工作和预实验，与学生分析讨论实验方案，这样不仅是教师引导帮助学生，学生的一些新思维、新想法也启发了教师，使得教师对课堂及课题的掌控能力及对学生的引导能力都有了明显的提高。以学生为主体，使学生由被动学习转为主动学习，由以往验证性实验的机械操作者变为实验设计者，积极主动地完成了实验的每一个环节，极大地发挥了其主观能动性，各方面能力都得到锻炼和提高。通过设计性实验的实施，更好地激发了学生的学习兴趣，学生积极踊跃参与讨论各种合成路线的优势和弊端，从而确定出最优的实验方案。通过这些动脑、动嘴、动手的环节，也让学生们爱上了实验课，变以往较为枯燥的实验课为课堂气氛活跃、科学思维活跃的创新课。

设计性实验教学是开展素质教育和培养学生创新精神的重要方法[6]，这在一定程度上弥补了现有以验证性为主的实验教学的不足。通过设计性实验的实施，更好地激发了学生的学习兴趣，学生们能够积极踊跃地参与讨论各种合成路线的优势和弊端，从而确定出最优的实验方案。通过这些动脑、动嘴、动手的环节，也让学生们爱上了实验课，变以往较为枯燥的实验课为课堂气氛活跃、科学思维活跃的创新课。

总之，培养具有创新意识的综合型药学人才离不开新技术、新方法的应用。多年来，我校药学实验教学改革虽已取得了一定的成果，但这是一项长期而艱巨的任务，新时期要与时俱进，采取新的对策加快推进药学实验改革的步伐，积极构建以综合设计性实验为主导的药学专业实验课程新体系。

参考文献

[1] 夏金鑫，丁启龙.药学实验教学改革探索[J].药学研究，2015， 34（1）：53-54.

[2] 李佳常，田吉来，丁启龙，等.药学类高校构建药学多学科综合性实验的探索[J].药学研究，2014，33（5）：305-306.

[3] 黄海英，胡聪，郄文娟..药物化学设计性实验初探：以阿司匹林的制备为例[J].卫生职业教育，2012，6：82-83.

[4] 杜文婷，邓卫平，唐赞.大药学背景下的药物化学创新教育[J].药学教育，2009，5：23.

[5] 中华人民共和国教育部.普通高等学校本科教学工作水平评估方案（试行）[s].2002.

[6] 余瑾，张艺，杨劲.八年制细胞生物学设计性实验教学实践[J]. 基础医学教育，2012，14（1）：41-42.