疫情防控期间在线教学活动的实践与思考——以笔者所在药物化学课题组为例

展 鹏，刘新泳

(山东大学药学院药物化学研究所 化学生物学教育部重点实验室，山东 济南 250012)

1 引言

2020年春天一场突如其来的冠状病毒感染疫情导致高校开学全面延期。但是，开学延期，教学不延期。2020年2月28日，教育部发布《中共教育部党组关于统筹做好教育系统新冠肺炎疫情防控和教育改革发展工作的通知》，对教育系统新冠肺炎疫情防控和教育改革发展工作进行部署。按照通知要求，笔者结合本课题组实际情况，针对本科生理论课程、本科毕业实习生、在读研究生、拟毕业研究生不同课程特点，制定并实施灵活多样的在线教学方案(图1)，及时进行动态调整。本文总结了本课题组在疫情防控期间针对本科生及研究生的在线教学活动的实践与思考。

图1 疫情防控期间本课题组在线教学活动的实践与思考

2 本科毕业实习

本学期，笔者课题组共有9名本科实习学生，在延期开学的情况下，采取了调整毕业实习内容、创新成果体现形式、强化阶段性督导等举措。

2.1 调整毕业实习内容

正常情况下药物化学专业的本科毕业实习一般是依托指导教师的科研项目，通过“项目”的形式进行教学，从项目中寻找科学问题，在导师的指导下，进行文献调研、课题设计、化合物合成、分离及结构表征等一整套的科研训练。专题实习结束时，除了要求撰写毕业论文，还要求完成一篇英文文献的翻译。在开学前，我们通过雨课堂、微信群等(图2)多种途径提供学习资料，增加了文献阅读的比重，将实验操作内容挪到开学后，并适当减少比重。

图2 采用雨课堂及微信群等形式向学生提供学习资料

2.2 创新成果体现形式

根据每位本科生的实习题目，结合药物化学专业特色，指导学生确定与课题相关的一个主题，尝试文章写作，综合训练文献检索、谋篇布局、遣词造句能力，并学习规范的文献著录格式、图表结构式的绘制等一整套技能，争取可以发表。

同时，围绕药物化学专业热点或课题相关的主题，通过文献检索、PPT制作，准备20分钟左右的演讲，开学后通过组会交流。

此外，新型冠状病毒检测、疫苗及新药研发中涉及大量的病毒学、免疫学、生物化学、药物设计等课堂基础知识，是案例教学的绝佳素材。例如冠状病毒检测方法包括基于核酸水平的检测和基于蛋白水平的检测，前者涉及RT-PCR/测序等生物化学知识点，后者涉及抗原/抗体等免疫学知识点，目前抗新冠药物研发的一些实践充分运用了药物化学专业的经典策略与最新技术。另外，疫情下也反映出大众对于医药科普知识的匮乏。在此背景下，向同学们布置了两个值得进行文献调研的题材：(1)新型冠状病毒检测、疫苗及新药研发中的基础药学知识；(2)疫情下的医药科普。鼓励同学们写成文章发表，并得到了积极响应。

2.3 强化阶段性督导

图3 利用在线办公软件制作的每周任务完成确认单

为了提高学习效果，一方面，每周让同学们将自己的文献阅读制作成PPT，在微信群中与大家分享，互学互鉴。作为导师，拟从这些PPT中梳理基本知识点，制作考试题目，已验证学习效果。另一方面，笔者利用在线协作办公文档，制作了学生的每周任务完成确认单(图3)，以起到阶段性督导之效。

3 本科非毕业生的理论教学

笔者本学期第9-16周将参与元素化学的教学，元素化学属于描述性化学，知识点多，内容凌乱，如果照本宣科，往往枯燥乏味。针对元素化学的课程特点，结合往年的教学经验[1-4]，在疫情下除了熟悉雨课堂、腾讯课堂、腾讯会议、Zoom等在线平台功能，还应从优化教学内容、改变教学方法、改革考核方式等方面对在线教学进行新探索，兼顾导学和助学。此外，以该课程为载体，帮助学生建立高效自学方法。

3.1 在线教学新举措

3.1.1 优化教学内容

在线课堂面临的主要困难之一是居家学习，受外界干扰较大，精力不集中，依从性低。因此，如何提高学生注意力，限制学生思想的游离，是需要重点考虑的问题。“授学须小作课程，责其精熟。若只似目前大餐长啜，贪多务速，即不济事。”因此，应该在传统课堂教学基础上，借助雨课堂、腾讯直播等形式，优化精炼教学内容，使主题明确、重点突出、形象生动，提升网课质量。并且及时将最新的学术前沿成果引入课堂教学，结合新型冠状病毒检测、疫苗及新药研发中涉及元素化学基础知识的案例，激发学习动机、唤起求知欲。例如胶体金法是新近上市的新型冠状病毒抗体检测试剂盒的主要原理之一，胶体金是由氯金酸(HAuCl4)在白磷、抗坏血酸、枸橼酸钠、鞣酸等还原剂作用下，可聚合成一定大小的金颗粒，并由于静电作用成为一种稳定的胶体状态，形成带负电的疏水胶溶液，由于静电作用而成为稳定的胶体状态，故而得名。胶体金在弱碱环境下带负电荷，可与蛋白质的正电荷基团形成牢固的结合，由于这种结合是静电结合，所以不影响蛋白质的生物特性。可以在过渡金属元素(金)部分引入该素材，同时设置开放性问题(如：胶体金法的优势与不足？)，通过调研文献，拓展视野。

图4 运用软硬酸碱理论和晶体场稳定化能解释锌离子与核衣壳蛋白螯合机理(视频资料截图)

再如，在学习锌元素时，可以引入笔者课题组基于锌离子螯合机制的抗病毒药物靶标——HIV-1核衣壳蛋白(Nucleocapsid Protein)，运用软硬酸碱理论和晶体场稳定化能等解释锌离子与核衣壳蛋白巯基螯合的机理(图4)。类似地，在学习镁元素时，可以引入笔者课题组基于镁离子螯合机制的抗病毒药物靶标——HIV整合酶、核糖核酸水解酶及流感病毒内切酶等，通过科研转化教学的方式，将枯燥的基础知识与形象的研究案例结合，丰富教学内容。

近日，国家自然科学基金委公布了医学科学部优先发展领域及主要研究方向(含跨科学部)，其中化学元素生物地球化学循环的微生物驱动机制涉及元素化学，可作为拓展性教学材料。

3.1.2 改变教学方法

在教学方法上，多采用促使学生深度思考、有助于培养学习兴趣的技巧。例如，启发式教学、案例教学法、PBL教学法(基于问题的学习)、“任务驱动”教学法等有效方法[5]，目的是以问题、主题或任务为抓手，把学生的积极性充分调动起来。

建构主义认为教学要以学习者为中心的，教师的角色是学生学习的辅导者，意义建构的帮助者与促进者[3]。因此，教师应该根据课程内容，积极创造与当前学习主题特征相联系的情境，提供主题与问题，培养学生的自主学习能力。在此理论的指导下，笔者结合讲授式课堂与讨论式课堂的优点，在具体实践中一直推行“精讲+翻转”教学法，将课堂内容分为教师精讲和学生互动两部分，利用雨课堂等途径提前把问题列表、背景知识、文献、课件以及视频、音频等资源提供给学生，学生根据自己的兴趣以及研究方向自主选择主题，满足学生自主选择学习的需求。课堂上选择重难点进行精讲，然后留出一定的时间让学生就具体问题进行汇报讨论，“击石乃有火，不击元无烟。”充分使用雨课堂弹幕、投稿、习题和分组讨论等功能，畅所欲言，将雨课堂成为管理课堂秩序、提高学习注意力的工具，逐步提高自主学习、分析问题与解决问题能力，最终以点带面构建完善的知识体系。例如，一些代表性的问题包括：汞为何在常温常压下是唯一的液态金属？ 汞单质的致毒机制？ 锌离子形成配合物，配体数为何多为4？等等。往年教学的调研问卷表明，基于问题或者案例的“精讲+翻转”教学法有效增强了学生学习的主动性，教学效果良好。针对2019年春节学期《元素化学》(金属元素部分)雨课堂+翻转课堂的教学模式进行问卷调查(参与人数97人)，86.6%的同学认可《元素化学》的“精讲+翻转”课堂授课模式。在使用了雨课堂的混合式教学模式中，同学们认为课堂变得丰富多彩，提高了学习兴趣；学习非常认真、专注；积极参与课堂练习和课堂活动；会重视预习,并认真完成预习作业；作业形式丰富，很有兴趣认真完成课后作业等。在教师经常使用的几个雨课堂工具中，同学们认为对学习最有帮助的是课前、课后推送的PPT。因此，“精讲+翻转”教学法有可能是一种适合延期开学期间在线教学的模式，值得进一步尝试和推广。需要注意的是，该教学法需要合理设计问题情境、任务要求及评价标准。

3.1.3 重视学习效果，改革考核方式

教学的全部精髓在于了解学生知道了什么，并据此进行教学。正所谓“以其所知，喻其不知，使其知之”。教师应该重视教学效果，建立“效验”的教学方法。“事莫名于有效，论莫定于有证。”清华大学于歆杰教授认为“雨课堂让学生、教师和管理者知道教室里真正发生了什么。它有助于实现数据驱动的教学，帮助教师在提升教学艺术的同时，实现科学教学和教学科学。”厦门大学郭建鹏教授认为“雨课堂最大的优势就在于能够让老师及时、充分地了解学生的认知水平和难点，从而有针对性地设计教学，真正做到以学生为中心。”无疑，雨课堂作为慧慧教学工具，依据雨课堂提供的直观、可视化课前、课堂和课后数据，了解学生的知识掌握程度和学习中的困难，且能实时收集学生对课堂教学内容、进度的反馈，灵活修正教学方案。在课程考核方面，将标准化考试与非标准答案考试相结合，非标准答案考试通过撰写小论文来体现。具体要求是撰写元素化学相关的科普论文或学术论文，力争发表。通过该过程的训练，不仅能加深对基础知识的理解，还能锻炼文献检索与写作能力。笔者曾向学生建议的题材有：金属药物研究进展、金属离子探针研究进展、某类元素的故事、毒物漫谈等。通过雨课堂的公告功能，实时发布学习资料，包括参考文献著录格式规则、提供科普论文与学术论文的范文、PPT制作与论文写作的技巧，此外还征集元素化学中的“课程思政”案例。问卷调查显示，89.69%的同学(2019年春季学期，参与人数97人)认可《元素化学》提交小论文的考核方式。

在《元素化学》课程结束后，同学们提交了较高质量的科普论文作为作业，已有文章发表在《大学化学》[6]，另有多篇正在修改投稿中。

3.2 倡导建立高效自学方法

对于本科生而言，自主学习能力是人生中不可或缺的重要能力。对于教师而言，“授人以鱼不如授人以渔”，因此教师不仅应该讲授具体的课程知识，还应该借助具体知识点，帮助学生建立有效的学习方法，提高自主学习能力。

具体到元素化学，该课程不仅涉及原子结构、分子结构、沉淀溶解、氧化还原、配合物的理论，具有理论的深度，还涉及元素及其化合物的溶解性、热稳定性、氧化还原性、配位性等，具有知识的广度。此外，从由周期和族的共性及元素个性的角度，元素化学蕴含着丰富的哲学思维。清代学者严复曾说：“至于格物穷理之用，不过二端：一曰内导(即归纳法)；一曰外导(即演绎法)。此二者不是学人所独创，乃人人自有生之初所同用，用之而后知识日辟者也。”通过归纳，由事实得到概括性的结论，可抽象为共同点，上升为本质规律，这是人们认识事物的一般规律。

在治学方法的角度，推荐专题式研究性深度学习法。早在北宋时期，苏轼提出了类似的“八面受敌”读书法，见《又答王庠书》：“欲少年为学者，每一书皆作数过尽之。书富如入海，百货皆有，人之精力，不能兼收尽取，但得其所欲求者尔。故愿学者每次作一意求之。如欲求古今兴亡治乱、圣贤作用、但作此意求之，勿生余念。又别作一次，求事迹故实典章文物之类，亦如之。他皆仿此。此虽迂钝，而他日学成，八面受敌，与涉猎者不可同日而语也。”“八面受敌”读书法作为一种基于归纳思维的专题式研究性深度学习法，与建构主义理念暗合，在元素化学的学习中同样具有重要的实用性。苏轼所言“每一书皆作数过尽之”，即把元素化学按照内容分为诸多专题，逐个有重点地深入学习、研读，学生在一系列专题的探究之后，自主完成知识体系的构建，掌握分析问题、解决问题的思路。即便是“八面受敌”，也应对自如，的确是自学与治学的经验之谈。

例如可以进行总结的基础知识点专题包括：元素化学中的规律性(元素周期律的具体体现)、元素化学中的反常现象(大部分锰化合物颜色较深，而Mn(II)颜色较浅；Hund规则中，Cr与Cu价层电子排布的特殊性；N、P、As元素的电离能分别比O、S、Se元素的电离能高；IIIA至VII各族的第二周期元素(B、C、N、O、F)的电子亲和能均比第三周期相应元素小；卤素中，氟元素的特殊性等)、相邻迥异现象(钠钾化合物的性质差异、铬锰金属电负性与标准电极电势递变趋势)、元素化学中的相似性问题(对角线规则、族号相同的主族和副族的双向相似性)、元素化学中的一题多解(用软硬酸碱规则或离子极化解释卤化银溶解性规律；用标准电极电势或配合物价键理论解释配合物稳定性：[Co(NH3)6]3+>[Co(NH3)6]2+；)、能发生歧化反应的元素氧化态等。

例如，IB族和IA族元素性质的对比(图5)以及IIB族和IIA族元素性质的对比(图6)，前后跨度大，内容涉及广，“学者原始要终，寻其枝叶，究其无穷”，不但总结现象，而且需要运用元素化学基本原理来解释性质差异与电子层结构的关系。

图5 元素化学中的相似性问题示例(IB族和IA族元素性质的对比)

图6 元素化学中的相似性问题示例(IIB族和IIA族元素性质的对比)

再如可以进行总结的拓展性专题包括：冠醚与相转移催化、铂类配合物抗癌药物研究进展、现有的无机化合物药物述评、元素化学与食品安全、环境污染、诺贝尔奖与元素化学、元素毒性机理、元素化学与无机化学基本知识点的桥接、基于金属离子螯合机制的抗病毒药物研究进展、过渡金属元素在药物发现中的新应用。在技术的角度，建议学生运用思维导图，将不同元素的不同性质绘制成知识网络，梳理周期和族的共性及元素个性，通过增加知识的系统性，举一反三、事半功倍。

4 研究生指导

新冠疫情，不仅对本科教学造成不同程度的影响，科研工作也不例外。笔者课题组共有硕士、博士研究生40余人，其中2020年6月份拟毕业近10人。自疫情发生以来，笔者根据学校发布的《山东大学关于应对新型冠状病毒感染的肺炎疫情期间学生返校及相关工作的通知》，督促研究生在家安心学习生活，并要求在接到学校及培养单位返校或返岗通知前，一律不要提前返校。同时，加强研究生学业指导。根据博士、硕士、毕业与非毕业研究生的不同情况，针对性地指导研究生做好文献调研、阅读、课题规划、数据分析、科研论文或毕业论文撰写等科研工作，借助微信、腾讯会议等信息化技术和网络平台布置、交流、汇报有关科研工作，努力让研究生停课不停学。具体做法与已有成效如下：

4.1 导师指导方式的转变

首先要强化任务导向与目标导向的指导方式，针对每位同学的具体课题，布置前沿文献的调研、课题的深度论证，同时要求形成材料，每周书面汇报。同时，让研究生参与到国家自然科学基金申请书的撰写中，在组织材料、凝练科学问题中加深对课题的理解，对课题不足进行深度思考。此外，通过腾讯视频进行组会工作汇报，并实时与研究生进行电话或语音交流，拉近师生之间的心理距离。

冠状病毒感染所引起的疫情对人类生命健康造成严重威胁，但目前尚无特异性治疗药物或疫苗。笔者课题组多年从事抗病毒药物研究，疫情期间，结合专业所长，指导研究生从药物化学的视角撰写相关综述文章，精选抗SARS-CoV、MERS-CoV等冠状病毒药物的研究案例，总结了药物发现策略，并分析了新近爆发的SARS-CoV-2感染疫情的药物研究新动向，提出了未来研究的新思路。目前文章已在中国知网上线出版[7]，拟正式发表在《药学学报》2020年第3期。

此外，笔者还组织研究生，对抗病毒药物研究领域开展系统调研，撰写了18篇综述文章，拟以抗病毒药物研究专刊形式发表于《药学学报》2020年第4期。需要特别强调的是，计算机辅助药物设计是药物化学的重要组成部分，在合理药物设计中，可进行虚拟筛选、药物-靶点作用模式模拟、分子活性构象分析、构效关系分析、药效团构建、药物成药性预测，在当下抗新冠病毒药物研发中发挥着非常重要的作用。鼓励研究生在硬件条件允许的前提下，“长善救失”，学习虚拟筛选、合理设计的思路和技术，提高课题组药物设计的水平、速度和成功率，使得药物发现从基于偶然性趋向于合理化。

4.2 研究生学习方式的转变

笔者认为，研究生与本科生的最大区别是对学习效果评判标准的不同，本科生主要看“输入性”的学习，而研究生主要看“输出性”的创造，即能够做出哪些创造性的成果，对人类的认知做出哪些新的贡献。“善学者，师逸而功倍，又从而庸之；不善学者，师勤而功半，又从而怨之。”《礼记》因此，研究生的学习应该是有针对性的、任务导向型或者问题导向型的学习，通俗地讲，就是为了创造的需要而学习，为了写作而阅读。

无疑，前文所述的专题式研究性深度学习法对研究生同样适用。基于该方法，笔者指导研究生聚焦本课题组的研究方向，结合每个人的课题，对课题组已有基础、未解决的科学问题、药物化学前沿理论、药物设计先进技术等进行专题式、拉网式的梳理，并结合个人课题，形成新的方案，反复讨论，为开学后的科研奠定扎实基础。

4.3 拟毕业研究生的针对性指导

帮助研究生拟定毕业论文提纲，梳理家中可完成工作，及时修订初稿；总结毕业论文常见的各类问题，从学位论文学术道德与规范和学位论文规范性角度，制作毕业论文自纠自查表，例如：重要的环节论证是否充分，无关的地方是否说得太多？思路是否清晰，逻辑是否严密？语言是否准确、洗练？行文、引证、格式是否合乎规范？文献综述部分，是否吸收国内外同行近三年的最新研究成果？讨论部分是否对研究结果做深度分析，反思是否解决科学问题？是否对该领域的未来发展有清晰的认识？同时，与毕业生及时单独沟通，缓解疫情下的心理压力。

5 总结与展望

综上，疫情期间，笔者作为教学与科研工作者，结合本课题组具体情况，因地制宜，积极采取了有效的在线教学措施。针对本科毕业实习，及时调整毕业实习内容，创新成果体现形式，并运用网络平台强化阶段性督导；针对即将开展的元素化学网络教学，结合往年经验，在优化教学内容、改变教学方法、改革考核方式等方面形成新的在线教学方案，此外倡导本科生建立高效自学方法；在研究生指导方面，及时学习在线指导方式，帮助研究生建立专题式研究型深度学习方式，并对毕业研究生的论文写作进行针对性的指导。“足不出户克时艰，教学科研两不耽。光阴荏苒须当惜，风月阴晴任变迁。”令人欣喜的是，一些举措，已经取得了显性的成效。

恩格斯说，“没有哪一次巨大的历史灾难不是以历史的进步为补偿的。”一方面，作为以抗病毒药物研发为特色的课题组，面对重大疫情面前仍缺乏特效药物的现状，深感责无旁贷、重担在肩，激发起努力奋斗、不断创新、做创新药物的不竭动力。另一方面，在信息化环境下，利用现代教育技术为教学服务成为适应新时期教学改革的必然。相信随着疫情防控期间“停课不停学”的实践，必将在整体上大大提升移动、远程、在线教学的能力。