形象化教学方法在药学专业化学类课程中的应用

展鹏，刘新泳

山东大学药学院，药物化学研究所，济南 250012

1 引言

化学类课程是药学课程体系的基础，但普遍存在理论晦涩、内容庞杂、知识点零碎等特点。笔者作为无机化学的一线教师，同时也从事药物化学领域的研究。无机化学作为药学专业大一本科生先修课程，夯实基础、培养浓厚的兴趣对于后续药学类课程的学习至关重要[1–6]。药物化学作为药学专业课程，知识点多、涉及内容广泛，学习难度大，需要优化教学模式提高学生的学习兴趣。

坚实的“专业知识”(即学科内容知识，Content Knowledge)与灵活多样的“教学法知识”(Pedagogical Knowledge)是教师教学能力的两大基石。特别是在双一流建设背景下，只有将专业知识和教学法紧密结合，才能持续提升教师的教学能力。

通过运用教学法知识，教师将自己拥有的学科知识，通过比喻、比拟、类比、图示、举例和示范等“可视化”“故事化”“体验式”的教学手段，把枯燥、抽象、晦涩的知识，以易于学生理解的形式来展示，同时培养学生的形象思维。其中，比喻和比拟不仅是常见的修辞手法，而且还是简单有效、易于操作的形象化教学方法。

善喻作为形象化教学手段，由来已久[7–11]。早在先秦时期，就有“妙喻取譬”“辞喻横生”的文化取向，人们已认识到比喻等修辞在教育中的重要作用，例如，《学记》中就有“君子之教喻也：道而弗牵；强而弗抑；开而弗达。道而弗牵则和；强而弗抑则易；开而弗达则思。和易之思，可谓善喻也”。在西方，亚里斯多德曾说：“通过隐喻，我们才能更好地把握一些新鲜的事物。”如今，形象化教学已经成为人们普遍接受或者潜移默化中使用的教学方式[7–11]。在教学中灵活使用比喻和比拟可以使深奥的道理浅显化，抽象的事物形象化，启发人们通过联想和想象来理解和认识事物。例如无机化学中的Bohr氢原子结构理论的三点假设、电子云、自旋、屏蔽效应与钻穿效应、软硬酸碱理论，药物化学中的锁钥结合模型等，无一不是“日用而不知”的形象化教学案例。

本文中，笔者结合教学与科研实践，系统总结了比喻、比拟等形象化教学方法在无机化学与药物化学等药学专业化学类课程中的应用。

2 形象化教学在无机化学中的应用

无机化学包括物质结构、结构的变化、元素化学(描述化学)。无机化学的教学不但让学生建立完整的知识体系，更要建立无机化学学习方法，培养学生发现问题、提出问题与解决问题的能力。更重要的是，在素质目标方面，需要将化学哲学、人文美学和化学的发展有机结合，将知识传授与社会主义核心价值观内涵思政素材相结合，养成良好的科学思维方法，提高学生的人文素养，培养情感态度与价值观，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，成为德才兼备、满足新时代新要求的人才。

以比喻和比拟为特征的形象化教学方法(表1)，引导学生从感性认识出发，主动地去理解和掌握抽象理论知识，使抽象和枯燥的生化理论变得生动，使复杂问题变得形象，抽象问题变得具体，可提高学生的学习兴趣和热情，从而提高教学质量，实现预期教学目标。例如，在讲授过渡金属元素的配位性时，把配位能力比作社会中人与他人的合作能力，如果要建立起卓有成效的紧密合作，则需要自己具有对他人的接纳力、吸引力、对周围的影响力、对环境和他人的适应力；在讲授碱金属(钠与钾的性质差异)时，根据钠与钾性质的差异，创作了打油诗“钠钾兄弟俩”，通过各自主要化合物的典型用途，说明只要人们对物质世界充分认识，元素的性质无所谓缺点优点，都能变害为利，找到用武之地。进而借此知识点，阐发“天生我才必有用”的人生观。在职场上应该做到扬长避短，人尽其才。而教师的职责正是“长善救失”，千锤百炼、去除瑕疵，把学生锻造成日臻完美的可用之才。通过将知识点拟人化，大大突出了情感与价值观教育。

表1 无机化学知识点与形象化教学

(续表1)

(续表1)

(续表1)

同时，在元素化学部分，还指导本科生将该理念贯彻到科普文章的写作中，已有多篇文章发表[12,13]。在无机化学的形象化教学中，除了比喻与拟人的修饰手段，还需要充分利用元素周期表挂图和原子轨道模型等实物工具。同时要区别物理模型与概念模型，使知识点在形象化的同时，不失去科学性。

3 形象化教学在药物化学及药物发现中的应用

药物化学是药学专业的一门核心课程，药物化学教材中涉及大量基本概念[14–17]，在药物化学前沿领域，也涌现出向基于邻近效应的药物设计等新理念，为了提高课堂教学效果及研究生培养质量，笔者用形象的表述、恰当的比喻、生动的实例对课程中的抽象概念、重点和难点原理进行了不同层次的形象化解构和分析，初步形成了一套形象化教学设计的思路和具体方法(表2)。

表2 药物化学知识点的形象化教学

例如，共价修饰蛋白靶点的小分子药物已经在制药领域取得了巨大成功，然而共价修饰蛋白靶点的蛋白药物却是凤毛麟角。尽管非天然氨基酸技术可以实现蛋白质的定点修饰，但是仍不能研发出共价修饰的蛋白药物。这是由于若反应活性太高，蛋白药物自身就能实现共价交联；而反应活性太低，共价反应又无法实现。针对小分子共价药物的优点与缺点(脱靶)，理论上都可以用于共价蛋白药物，由于蛋白质的作用区域更大，而且对靶点的特异性通常比小分子更高。为了产生体内有效的共价蛋白药物，最近，加州大学旧金山分校的王磊教授与合作者开发了一种可发生邻近反应的新策略，即在蛋白药物中引入一种非天然氨基酸FSY，其可与天然氨基酸——组氨酸，通过邻近反应生成共价键，进而使蛋白药物与靶点共价交联(图1)。而且该反应不仅能使蛋白质的化学反应具有生物相容性，且能保持对目标靶点具有高度特异性。该思路理解的难点是，FSY上的磺酰氟很稳定，在生理条件下和很多基团不反应，但是在口袋中只能与特定的氨基酸发生反应。简而言之，基于邻近反应(Proximity效应)的共价蛋白药物，且共价反应需要药物-靶标结合和非天然氨基酸-天然残基配对的双重定位，从而具有独特的特异性和靶标选择性。笔者将自由碰撞的基团比作芸芸众生，而空间上被“约束”位置的基团(本例中的磺酰氟与咪唑)，如同“抬头不见低头见”的邻居，交往频率肯定高于一般路人。因此，共价反应能够发生。这一形象化教学使学生深刻掌握基础知识，并激发了学习药物化学的浓厚兴趣。

图1 基于邻近反应开发共价蛋白药物

近期，为切实解决我国基础研究缺少“从0到1”原创性成果的问题，科技部等部门印发了《加强“从0到1”基础研究工作方案》。具体到药物化学专业，发现新靶标、新机制、新结构的首创药物属于“从0到1”的研究范畴，药物开发的创新性与挑战性并存，“无限风光在险峰”，正如王安石在《游褒禅山记》中所说：“夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。而世之奇伟、瑰怪，非常之观，常在于险远，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”通过借助文学意象，进行情感与价值观教育，激发起药物化学专业研究生的创新意识。

近期，蒋争凡及其合作者的研究揭示了锰离子在肿瘤免疫中的关键作用及“锰免疗法”的巨大临床应用前景，为锰元素在体内的生理学功能，特别是作为免疫调节剂的功能研究开辟了新的方向。为了便于形象化理解，有报道把肿瘤的免疫治疗比作一辆行驶的汽车，使用PD-1抗体相当于松刹车，而锰离子(cGAS-STING激活剂)的使用相当于踩油门，给发动机加油。二者同时使用使肿瘤免疫治疗这辆汽车全速前进[22]。

4 总结与展望

综上，比喻、比拟等形象化教学方法在无机化学、药物化学等基础化学课程教学中的应用，有利于消解概念或术语的冷冰的形式，使学生对深奥的理论产生亲切感，加深对知识点的理解，并能激发学习兴趣，提高教学效果。

笔者将形象化教学理念用于平时课堂教学，受到学生的认可；在2019年秋季的无机化学课堂评教中(实评人数108人)，收到了良好的反馈，得到了99.27分(满分100分)。大部分同学认为：课程的挑战性和难度适中，上课生动有趣，思路清晰，讲解透彻，形式多样，互动较多，课堂活跃。在2020年山东大学“同频在线，共振育人”教学比赛中，笔者在“碱金属”和“铜族元素”中多次采用形象化教学方法，取得较好效果，获得一等奖。

需要指出的是，比喻与比拟仅仅是形象化的修辞方式，是教学手段，而非教学的目的。使用的对象是重要、晦涩、难理解的“高阶性”知识点，切忌为了应用而应用，以免弄巧成拙。要准确区分形象化中的物理模型与概念模型，避免陷入将原子轨道认为是行星轨道之类的机械化思维。

此外，要使比喻与比拟真正在课堂教学中发挥提高教学质量、活跃课堂气氛、改善学习效果的作用，关键要借助语言的力量，赋予语言生动的品格，带给人无穷的想象力。语言的运用，不但要善于从中国传统文化中吸收营养[23–32]，更要向近现代大师学习，形成新鲜活泼的、喜闻乐见的中国作风和中国气派。例如，毛泽东在语言运用方面已达到炉火纯青的境界，他在《一个极其重要的政策》中，为了说明精兵简政的重要性，运用了《西游记》中孙行者对付铁扇公主、柳宗元曾经描写过的“黔驴之技”中大驴子被小老虎吃掉等形象化的比喻修饰；他在《愚公移山》中，将帝国主义和封建主义比作两座压在中国人民头上的大山，号召全国人民一起来挖这两座山，极具感召力。

总之，教学方法浩瀚如海，形象化教学仅仅是浪花一朵。需要教师在实际的教学中不断摸索、领悟，并与模型道具(元素周期表、分子模型等)、多媒体和视听教材等多种教学形式及BOPPPS(Bridge-in, Objective/Outcome, Pre-assessment, Participatory Learning, Post-assessment, Summary)教学方法联合运用，投入情感，将语言的功效发挥到最佳，师生同频共振，发挥最佳效果。