英文课程“药物分析中的分离技术”教学有感

唐安娜，王京

1南开大学化学学院，分析科学研究中心，天津市生物传感与分子识别重点实验室，天津 300071

2南开大学化学学院，化学国家级实验教学示范中心，天津 300071

药物分析是运用化学的、物理学的、生物学的以及微生物学的方法和技术来研究药物的化学检验、药物稳定性、生物利用度、药物临床监测和中草药有效成分的定性和定量等的一门学科[1,2]。药物分析技术在药物的研制和生产过程中发挥了重要的作用，其中每一环节都要用到分析技术，尤其是各种分离技术手段[3–5]。在整个新冠病毒的疫情防控期间，许多重要的防控步骤(或措施)，如新冠肺炎病毒(2019-nCoV)的基因组测序、个人卫生防护、新冠肺炎病毒检测和感染患者的治疗等，都在很大程度上涉及到分离技术或分离原理。在授课过程中，将南开大学有效教学团队引入的有效教学O-AMAS模型(Objectives目标，Activation激活，Multi-learning多元学习，Assessment有效测评，Summary简要总结)融入课程教学中[6]。联系疫情，生动开启课程第一讲；通过课程思政，激发学生爱国情怀和担当精神；结合疫情进展，突出课程内容特色；运用多种授课模式，提高学生的参与度和获得感，同时加深学生对专业知识的理解和掌握，提高对英语的综合运用能力。改进考核方式，更好地反映学生对知识点的理解、掌握和运用能力。

1 课程目标(Objectives)

通过学习该课程，使学生掌握药物分析中各种分离技术的原理及其在药物分析中的应用；巩固并拓展以前所学习过的仪器分析知识，培养学生对科学研究的兴趣。开设该英文课程，在专业课教学的同时,创建一个运用英语的环境，提高学生英语听、说、读、写及交流能力。

2 激活(Activation)

2.1 联系疫情，开启课程第一讲

2020年1月10日，我国公布了第一个新冠肺炎病毒(2019-nCoV)的基因组序列数据，这为研究分析新型冠状病毒的进化来源、致病病理提供了第一手资料，同时也对开发特异性诊断试剂盒具有十分重要的意义。在向学生介绍这些情况时，自然而然过渡到人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划，是人类科学史上的又一个伟大工程，被誉为生命科学的“登月计划”[7]。然而，世界各国在开展这一计划的过程中刚开始并不是一帆风顺，可谓是困难重重。由于测序技术落后的原因，前七年半仅完成了总测序工作量的3%。“工欲善其事，必先利其器”，基于96通道高效毛细管电泳的新一代基因测序技术的出现，使人类仅用了五年半时间，就完成了剩余97%的工作，使得人类基因组计划比原定计划提前两年得以顺利完成。而高效毛细管电泳技术，就是药物分析中的常用分离手段，目前该技术已出现在越来越多的地方或国家标准中，在《中华人民共和国药典》(2015年版)和美国药典中也有应用。结合疫情，将相关知识进行串联和结合，引发了学生的求知欲，使得学生对后面将要学习的内容产生了浓厚的兴趣。

2.2 通过课程思政[8]，激发学生爱国情怀和担当

在众多的分离技术中，色谱分离技术可对复杂样品(多组分混合物)进行高效分离，因而具有明显的优势。吸附色谱法是利用组分在固体吸附剂(固定相)上的吸附能力强弱不同而实现分离的方法。吸附色谱法被广泛应用于永久性气体及气态烃类等的分离。

在此次抗击疫情的过程中，口罩成为个人出行时必不可少的防护工具。口罩一般都有外、中、内三层，其中起关键作用的中间层为隔离过滤层，其材质多为超细聚丙烯(PP)纤维熔喷布、活性碳或其他高分子纤维材料，而这些材料也大都是吸附色谱法中用到的吸附材料。中国是口罩的发源地，在《孟子∙离娄》中就有“西子蒙不洁，而人皆掩鼻而过之”的句子。到了元朝，从《马可波罗游记》中可了解到，“在元朝宫殿里献食的人，皆用绢布蒙口鼻，俾其气息不触饮食之物”。这里的“绢布”被认为是原始口罩，或现代口罩的雏形。1910年，我国东北地区鼠疫流行，医学博士伍连德(字星联)临危受命，出任了东三省防疫全权总医官。为了防止飞沫传播病菌从而造成更大范围的疫情，伍连德用双层棉纱夹一块吸水药棉，然后把两端剪开做绑带，发明了“伍氏口罩”。这种口罩制造原料取材方便、制作工序简单且防护效果明显，因而在当时被广泛推广使用，再结合他推荐采用的有效隔离和全面消毒措施，使得疫情仅仅两个多月就得到了全面的控制。梁启超先生曾赞誉道，“科学输入垂五十年，国中能以学者资格与世界相见者，伍星联博士一人而已”。1935年，伍连德获得了诺贝尔医学奖提名，成为获此提名的中国第一人。

在此次新冠疫情突发的关键时刻，钟南山院士，这位84岁的老人临危受命，出任国家卫生健康委员会高级别专家组组长，“逆行”冲往防疫最前线。“国家的大事，自己义不容辞”，曾在非典、H7N9禽流感等传染病防控中做出重要贡献的李兰娟院士，刚在北京做完疫情汇报，当晚就赶回杭州，第二天早上8点准时出现在医院的接诊室。此外，还有王辰、张伯礼、陈薇等多位医学领域的院士专家深入疫情防控第一线，从病毒溯源、临床救治方案、疫苗研发等多方面进行科学研判，精准发力，他们无疑是此次疫情中全国人民的“定心丸”，是值得每个国人尊重的真正意义上的“国士”。

在授课过程中，将分离技术基础理论知识与疫情期间医护、科研人员感人的事迹“同向同行”，形成了协同效应，大大激发了学生的爱国主义情怀和主动担当、无私奉献的精神。在传授专业知识的同时，将课程思政融入到每个章节的授课中(表1)。

表1 各个章节主要课程思政知识点

2.3 结合疫情进展，突出课程内容特色

通常，一类新药的研发过程是非常漫长的。一种新药从最初的实验室研究到最终的投放市场平均需要花费12年左右的时间。进行临床前实验的上千种药物候选化合物，可能只有几种进入到后期的临床试验，而最终得以批准上市的很可能只有一种。

作为药物的一种，疫苗属于生物制剂，以其研制为例，实验室阶段需进行病毒样本提取(纯化)；疫苗的设计(制备)；动物实验；疫苗的药学、药效学和药理毒理学研究；疫苗安全性、有效性评价等。我国的陈薇院士团队在疫情出现后，就集中力量开展了疫苗研制应急科研攻关。陈薇院士团队研制的新冠疫苗已于2020年3月底完成了一期临床试验受试者的接种工作，并于4月9日开始招募二期临床试验志愿者，这也是全球首个启动二期临床研究的新冠疫苗品种。截至2020年11月中旬，我国第五款疫苗已进入三期试验。

在疫苗、抗体的研究和生产过程中，都离不开有效的分离、纯化技术。拿疫苗制备过程来说，含有目标产物的培养液中通常含有较多的杂质(比如破碎细胞、蛋白多糖等)，此外，目标产物的浓度通常较低，不足以发挥效能，因此必须经过分离纯化，才能获得高纯度、符合质量标准的产品。在这一过程中，常用到的技术主要有沉淀法、离心法、超滤法和层析法。层析法又称为色谱法，由于具有高的分离纯化效率，同时分离过程条件温和，所以广泛应用在生物大分子、病毒和抗体蛋白的分离纯化过程中。

在对相关分离技术讲解的过程中，紧密结合历史上一些病毒、生物大分子的分离事例，不仅可充分调动学生学习的积极性，也可加深他们对不同分离技术分离机理和技术特点的理解和掌握。

3 多元学习(Multi-learning)

多元学习方式包括接受式学习、自主式学习、合作式学习、探究式学习、体验式学习等，现代信息技术的发展更是为多元学习拓宽了平台[9]。

3.1 运用多种教学模式、提高学生参与度和获得感

3.1.1 线上授课模式

在疫情期间，“药物分析中的分离技术”课程采用了线上授课的方式，具体流程如下：(1) 课前准备：教师准备课程资源、制定课程目标、学习计划、重点难点；学生准备好上课必备的手机、电脑，提前学习网络平台的使用(雨课堂首选，飞书会议、腾讯会议备选)。(2) 学习过程：教师提前录制好PPT音频、视频课件并将其发布到学堂云SPOC (Small Private Online Course，小规模限制性在线课程)平台，同时给学生布置每周的学习任务，发送学习及作业提醒，学生自主学习；(3) 学习效果检测：采用雨课堂直播课的形式，首先总结本章节的重点、难点。接下来，发布习题，学生线上做题，随机点名，提交答案，教师随后对习题进行解析。(4) 巩固提高：发给学生英文文献，学生在阅读文献后总结文献中用到的分离技术，介绍其原理，思考还可采用哪些分离、分析技术来提升、改进该工作(表2)。

疫情期间为了及时了解学生的学习情况，请参与课程学习的同学结合当前新冠疫情，用英文来谈一谈：

1) What is the role of separation technology in pharmaceutical analysis in the treatment of 2019-nCoV？(药物分析中的分离技术在当前治疗新冠肺炎中发挥了什么作用？)

2) How did I learn the course Separation Technology in Pharmaceutical Analysis in the epidemic period？(疫情期间我是如何来学习“药物分析中的分离技术”课程的？)

问题下发不久，就收到了79名学生发来的答复。这些答复形式多样：有文字表述、文字+图片、PPT、PPT+语音和视频等(图1)。大家普遍认为药物分析中的分离技术在抗击新冠疫情过程中发挥了重要作用，主要体现在以下几个方面：新冠肺炎诊断、抗新冠病毒新药的研发、疫苗的研制等。比如，在抗新冠病毒新药研制过程中，需要用到现代的药物分离/分析手段来研究药物在人体中的作用机理，药物与病毒的作用机制以及药物的药理学及药代动力学过程等。在药物的规模化生产阶段，高效、经济的药物分离和提纯手段更是必不可少的。

图1 “疫情期间我是如何来学习药物分析中的分离技术课程的”部分回复截屏

有学生在答题时还提到了上个世纪五六十年代，发生在欧洲的“反应停”事件。在这次事件中，孕妇服用了一种叫做沙利度胺的药物，产下了数以万计的四肢短小的畸形婴儿。后来人们对沙利度胺进行研究，发现该药物具有一个手性对称中心，其右旋体具有镇定和安神的作用，但左旋体却具有致畸作用。正是由于孕妇服用了其外消旋体，才导致了这次震惊世界的悲剧事件的发生。而对于药物外消旋体的拆分，手性色谱是最直接、也最为高效的方式。通过这个生动的事例，同学们深刻地认识到在药物研发过程中，必须实事求是，来不得半点的马虎和大意，必须时刻保持科学的精神和严谨的态度。而这些，其实也是从事自然科学研究的人员所应具备的基本素质。

3.1.2 线下+线上混合式课堂授课模式

英文课程药“物分析中的分离技术”，线下课堂授课以教师讲课为主，采用全英文PPT教学课件。通过疫情期间的线上教学，积累了比较丰富的线上教学经验，并将其用于目前的线下教学中。教师提前将预习课件发布到雨课堂中，学生提前预习。在线下授课中，每隔15 min左右会有知识点弹题，学生线上答题。部分章节小测验在雨课堂中随堂进行。习题解析过程，采用随机点名的方式，请学生回答。通过以上方式，能够吸引学生的注意力，及时了解学生对知识点的掌握情况。部分课后作业发布在雨课堂，要求学生在限定时间内完成。教师及时查看线上平台提供的数据，了解学生的学习情况，随之调整教学进度和改进教学方法。

为了进一步提高学生的参与度，加深学生对一些专业词汇的深入理解，引入更多课堂互动环节。比如，你来比划我来猜，使学生在游戏中学习到专业词汇，并进一步加深理解。对于部分知识点的学习，采用翻转课堂的教学模式。学生通过网络或数据库查找素材，制作PPT，进行课堂展讲。讲解完毕，同学提问，在互动和交流中进一步增强学生对专业知识的理解，同时提高了他们对英文的听、说、读、写和综合运用能力。邀请有丰富科研经验的教师用英文讲解相关科研领域的前沿知识以及亟待解决的关键科学技术问题，在讨论和交流中培养学生的思辨能力和探索精神。组织学生参观相关专业的实验室，通过演示或亲自动手实验，加深对课堂知识的理解和掌握(表2)。

表2 教学模式的对比

4 有效测评(Assessment)

课程的考核采用过程评价[10]与期末测验相结合的考核方法。过程评价：习题课答题情况、课后作业、出勤等。为保证学生扎实掌握基本原理与基础知识，要求学生进行阶段学习要点总结。过程评价作为平时成绩，占总成绩的50%，期末测验成绩占总成绩的50%。期末测验试题中的阅读文献题要求学生从文献中找出主要创新之处——“亮点”，介绍文献中用到哪些分离分析技术，解决了哪些问题。结合自己的科研、实验经验谈一谈可以采用哪些措施改进该工作等。采用这种考核方式，可以更好地体现和反映学生对知识点的理解、掌握和运用能力。

5 简要总结(Summary)

完成一章的课程学习或阶段性测试之后，要求学生总结本章的知识点、重点、难点，反馈教学效果。随后教师对本章内容或阶段性测试结果进行系统的总结、梳理，并根据学生反馈的意见、建议，适当调整教学进度、改进教学方式等。

6 结语

在英文课程“药物分析中的分离技术”的授课过程中，将南开大学有效教学团队引入的有效教学O-AMAS模型(Objectives目标，Activation激活，Multi-learning多元学习，Assessment有效测评，Summary简要总结)融入到课程的教学中。采用多样化教学模式，充分利用课程资源、网络资源和科技文献，调动学生学习的积极性、主动性。教师通过学习平台提供的数据和信息，时刻关注线上教学学生的学习情况，并根据学生反馈的意见、建议，适当调整教学进度、改进教学方式。疫情期间线上授课积累的经验，为线下课堂教学提供了很好的借鉴。通过以上措施，践行了“学以致用，用以促学，学用相长”的教学理念。在培养学生掌握专业知识的同时，进一步培养了学生严谨的科学态度和主动担当、无私奉献的爱国情怀。