军事药学专业《计算机辅助药物设计》实践教学探索

董国强

(第二军医大学 药学院，上海 200433)

军事药学专业《计算机辅助药物设计》实践教学探索

董国强

(第二军医大学 药学院，上海 200433)

计算机辅助药物设计是现代新药创制的前沿学科，也是培养"战学研用"全面综合性军事药学人才的重要组成部分。本文从教学平台建设、教学内容、教学方法和课程考核四个方面对计算机辅助设计实践教学进行了探索和总结。

军事药学;计算机辅助药物设计;实践教学;教学改革

军事药学是关于防治特种及常规武器伤和防治军队特殊环境引发疾病所用药物的研究、生产、储运、供应和使用的科学[1]。我军在《“十二五”军队重点建设学科专业领域指南》中明确新增军事药学学科，确定学科建设方向及内涵为军队特需药品创制关键技术及指标体系、多样化军事任务中药材保障模式和方法。秦伯益院士则从面向战争、服务和平、军民两用等多个角度阐述了军事药学的重要作用，同时基于军事科技发展以及未来战争的需要，提出重视军事药学的发展，提升药品保障和军特药研发能力[2]。其中，创新药物特别是军特药的研发是军事药学专业人才培养的重要任务。

近年来，计算机科学取得长足的进步，计算机辅助药物设计(computer-aided drug design, CADD)方法呈现出突飞猛进的发展趋势，已经成为药物发现的重要手段，许多用计算机辅助药物设计的药物相继上市或进入临床研究。计算机辅助药物设计是以计算机为载体，综合运用物理、数学、化学、生物等多学科的基本原理，对药物研发的各个阶段进行辅助诠释，对药物小分子进行设计和预测的新兴交叉学科。计算机辅助药物设计诞生于20世纪60年代，20世纪90年代才得以迅猛发展。尤其是近10年，计算机辅助药物设计发展极为迅速，应用各种理论计算方法和分子模拟技术进行计算机模拟药物设计，已成为国际上十分活跃的研究领域。各大制药公司纷纷投资建立各自的计算机辅助药物设计实验室，运用计算机进行理论研究和药物分子设计以带动新药开发[3]。如今计算机辅助药物设计方法能够有效加速新药研究与开发的进程，研究药物代谢和动力学性质，已经成为广大药学和生命科学研究者普遍认同的观点。基于此点共识，许多著名高校例如中国药科大学、山东大学、华东理工大学等都已经建立自己的计算机辅助药物分子设计教学平台，或者在《药物化学》授课中增加计算机辅助药物设计实践教学，或者单独开设计算机辅助药物设计课程，进行理论与实践相结合的模式开展教学[4]。第二军医大学药学院是国内首批两个军事药学军事重点学科承建单位之一[5]，为了适应新时期军事斗争卫生勤务保障需要，培养"战学研用"全面综合性军事药学人才，从2012年开始陆续设置多门特色课程，《计算机辅助设计》即是其中之一，作为我校军事药学本科专业选修课程。第二军医大学药学院药物化学教研室是国内最早开展计算机辅助药物设计相关研究的科室，迄今已有20多年历史。相关研究在J. Med. Chem.等著名期刊发表多篇高水平论文。长期以来，《计算机辅助设计》主要作为药物化学研究生培养的必修课程，面向本科生开展实践教学尚属首次。

1 教学平台建设

2010年教研室引入拥有16个刀片组，128个CPU的戴尔高性能计算机集群。2014年，在学校教学平台建设支持下购进20台联想电脑，构成服务器--终端一体化集群系统，为计算机辅助药物设计的相关教学提供了强有力的硬件基础。本教研室在国家和地方各类基金支持下购买了各类分子模拟软件包，包括Discovery Studio 3.0、SYBYL-X 1.2、GOLD、MVD、Amber，这些软件不仅应用于科学研究还用于本科生和研究生培养，为相关教学提供了坚实的软件基础。

2 教学内容

本课程教学时数不多，总计18学时。计算机辅助药物设计理论知识涉及到量子力学和高等数学等难以理解的内容，单纯的理论学习会令学生学习极为枯燥，产生厌学情绪。针对这一问题，在前期课程调研中我们通过调研资料和参观学习兄弟院校相同课程教学模式，结合本教研室多年来在计算机辅助药物设计教学和科研中积累的经验，制定了相应教学内容：(1)压缩纯理论授课。理论课2学时，采用陈凯先院士的《计算机辅助药物设计--原理、方法及应用》和魏冬青教授的《计算机辅助药物设计》作为理论授课的主讲教材，课堂上舍去晦涩难懂的纯理论部分，主要介绍计算机辅助药物设计基本概念和基本思想，基于受体药物设计方法和基于配体药物设计方法；(2)提高实践课比例，以实践教学为主。实践课16学时，实践教学采取上机操作边讲边练的授课模式，主要借助市面上主流的两大综合性药物设计软件Discovery Studio 3.0和SYBYL-X 1.2，开展小分子构建、蛋白模建、分子对接、药效团构建、分子动力学模拟、3D-QSAR和ADME/T预测。通过具体的典型成功案例，由简到繁，由易到难逐步将计算机辅助药物设计的知识和运用教授学员。

3 教学方法

虽然计算机辅助药物设计已经获得人们的认可，多所高校也已开设计算机辅助药物设计课程，但是对计算机辅助药物设计本科课程教学模式来说，仍存在一些问题需要解决：(1)教学模式比较单一。教学过程中多采用老师演示，学生重复的单调教学手段，学生在学习的过程中只是对老师上一步操作的简单重复，缺少自主探索思考的过程。(2)前沿知识了解不够。缺少对新技术、新方法和新文献内容的学习，造成学到知识陈旧的缺陷，与日后的工作和研究生学习产生脱节。(3)与军事斗争需求相脱节，不利于军事药学专业人才培养。针对这些问题，本课程教学引入项目式教学方法。项目式教学法是由老师指导，由学生参与进行信息收集、方案设计、实施和评价的新型教学方法。整个项目由学生自己负责，以学生为主体、项目为主线实施开展，老师负责指导和引导，从而将理论知识与实践应用直接对接，提高学习效率[6]。在实际教学过程中通过优化教学内容，强化军事特色，将教学重点放在药效团构建、大分子同源模建、3D-QSAR和分子对接四大块内容。增加军队特需药物研发实例，如神经毒剂防治药物、抗真菌药物、抗疲劳药物、镇痛药物和疟疾防治药物等。按学生自愿分成4个小组(每组5人)，通过内容整合形成四个项目，要求学生围绕项目进行文献查阅和课题开展，在项目进行中遇到的困难，要求教师不能直接予以解答，而是给予相关提示，调动学生思考问题和解决问题的能力。最后在项目实施最终阶段，以小组为单位撰写研究报告，进行课题答辩。

4 课程考核

改变传统教学成绩评价中一考定全局的评价模式，将以往以记忆力测试为主的知识性考核向以实践运用考核为主的能力和素质测试转变。本课程采用多元化的考核评价方式，总成绩由三部分组成：平时成绩(20%)，包括学员课前预习、课堂提问等环节；期末上机考核(40%)，针对四大重点内容，设计真实案例真实药物数据，要求学员在2个学时内通过上机操作完成考核内容；项目答辩(40%)，针对项目研究成果，由每组学员选代表进行答辩展示，成绩由评审教员(5人)综合成绩确定。整个考核方式从学习知识掌握知识的实际出发，将考核重点从重理论到重应用转变。通过对2014级军事药学本科学员问卷调查发现，共20名学员中17人(85%)认为完全达到或基本达到预期学习效果，并希望后续仍然延续新的考核方式，3人(15%)表示不确定，基本学习效果受到学员的肯定。

5 结语

《计算机辅助药物设计》实践课程建设中，合理增加实践课程安排，有效推进项目式教学方法，强化军事特色，增加军队特需药品研发案例，将抽象的只是变得具体，重点突出，最后采用合适的多元化考核方式进行学业评价，激发学生学习兴趣、培养学生的创新能力。然而，这项教学工作仍需要不断探索，不断改进和完善，以培养"战学研用"全面综合性军事药学人才。

[1] 万新良，陈志祥，刘 强. 军事药学[M]． 北京: 中国医药科技出版社，2003．

[2] 秦伯益． 军事药学与现代化建设[J]． 人民军医药学专刊，1997，13( 2) : 88-90．

[3] 徐筱杰，侯廷军，乔学斌，等．计算机辅助药物分子设计[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[4] 李 炜，叶德泳，仇缀百，等．基于创新型人才培养的药物设计学课程建设[J]．药学教育，2011，27(1)：24-27．

[5] 施沅坤，王松俊．论建设军事药学学科的必要性[J]．军事医学，2015，39(1)：68 70．

[6] 冷淑君．关于项目教学法的探索与实践[J]．江西教育科研，2007(7)：119-120.

PracticeofComputer-AidedDrugDesignCourseforMilitaryPharmacySpecialty

DongGuoqiang

(School of Pharmacy, Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)

Computer-aided drug design (CADD) is considered as the frontier subject in modern drug discovery, which also serve as an important component of high-quality military pharmacy talent training. This paper introduced the practice on the course of CADD by focusing on the four aspects of construction of teaching platform, teaching content, teaching method and course assessment.

military pharmacy;computer-aided drug design; practical course;educational reform

2017-09-11

董国强(1986—)， 山东德州人，讲师，研究方向：计算机辅助药物设计和多靶点抗肿瘤药物研究。

G642.0

A

1008-021X(2017)18-0180-02

(本文文献格式董国强.军事药学专业《计算机辅助药物设计》实践教学探索[J].山东化工，2017，46(18)：180-181.)