翻转课堂在“药物化学”课程教学中的实践探索与思考

闫忠忠，罗再刚，方丽

（1.安徽理工大学医学院药学系，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大学化学化工学院制药工程系，安徽 淮南 232001）

“药物化学”课程是药学类和制药工程类各专业的重要专业课程之一，它是一门发现与发明新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与机体细胞或者生物大分子之间相互作用规律的综合性学科[1]。由此可看出，“药物化学”建立在化学学科基础上，涉及药学、医学和生物学等学科内容，探寻有机化合物用作新药对机体特定疾病的防治作用。随着化学学科的发展，探索有效植物中存在的有活性作用的内在物质成为了可能。早在十九世纪，人们便从有效植物中发现了具有药用价值的小分子有机化合物，例如从罂粟的未成熟果实中得到的胶状物质阿片中分离得到纯品吗啡，用作镇痛药物；从颠茄等茄科植物中分离得到阿托品，被广泛用于解除平滑肌痉挛的抗胆碱药物；从古柯树叶中分离得到了具有局部麻醉作用的可卡因，后在此基础上研究发现了普鲁卡因、利多卡因等。这一系列发现为“药物化学”的形成奠定了基础。

随着我国经济社会发展的不断进步，人民生活水平的不断提高，公众对药品安全性越来越关注，药品直接关系着人民的健康和生命安全。近年来，国家对药学行业也越来越重视，国内在药物领域不断推陈出新，不断积累行业经验，行业对药学人才的需求也在不断增加[2]。自2019 年12 月新冠疫情爆发以来，人民的生命安全和身体健康受到了严重威胁，此外，本次疫情也让我们认识到国内对部分重大疾病治疗药物自主研发能力的不足，同时意识到国家药品研发人才的短缺。为此，2020年国家已经明确提出要加强药学人才培养。“药物化学”作为药学领域中的带头学科，在培养新药创新人才方面扮演着重要角色。因此，培养学生对“药物化学”的兴趣，提高“药物化学”课程的教学质量尤为重要。

1 “药物化学”课程教学现状

在第一堂课上，老师们会给同学们讲授“药物化学”的重要性，同学们在意识到该课程学习的重要性的同时充满了学好“药物化学”的激情。老师在“药物化学”课堂上往往会引入课程思政，同学们在了解药物化学发展史和一些药物化学家发现和发明药物案例的同时也引导同学们树立了学好“药物化学”为今后我国药学事业发展作出贡献的伟大志向。然而，在真正进入课程实质内容的学习后，由于在现有教学模式中教师仍然以讲授法为主，多媒体教学为辅“满堂灌”方式授课，加之该课程所涉及药物种类繁多，化学结构复杂，理化性质繁琐，合成路线多样，临床用途易混，构效关系抽象等，致使学生的学习任务重，学习兴趣逐渐下降，尤其是对于化学基础薄弱的学生来说更是出现了畏惧甚至厌烦情绪[3]。学生在有限的课堂时间内往往忙于记笔记、划要点，导致动脑少，创伤学习积极性，教学效果较差，甚至导致了一些学生的志向由“学好药物化学，为我国药学事业做贡献”变成了“期末考试60 分万岁”。看似戏剧性的转变，却是现实存在的。究其原因，是这种“填鸭式”的教学忽视了学生学习的主动性和创造性，在一定程度上影响了学生对“药物化学”的学习兴趣以及科研思维和创新能力的培养，导致学生在今后的学习和工作中容易产生依赖性，缺乏独立分析和解决问题的能力，无法满足“健康中国”背景下社会对创新型药学人才的需求[4]。根据药物化学学科特点，在教学过程中利用翻转课堂这一教学理念，让学生成为课堂的主导，调动学生的积极性，发挥学生的主动性并训练学生的科研思维，能够兼顾学生专业素质能力培养和职业生涯发展需求，是培养创新型药学人才的重要途径之一。

2 翻转课堂教学法

2007 年春天，美国科罗拉多州洛基山林地公园高中化学教师乔纳森·伯尔曼（Jon Bergmannn）和亚伦·萨姆斯（Aaron Sams）使用屏幕捕捉软件录制PowerPoint演示文稿的播放和讲解声音，并把结合实时讲解和ppt演示的视频上传到网络，帮助课堂缺席的学生补课，与此同时，两位教师更是开创性地让学生在家看视频、听讲解，并将节省出的课堂时间用于帮助在完成作业或做实验过程中遇到困难的学生。此后，翻转课堂教学模式引起了越来越多的关注。如今，随着互联网的普及和计算机技术在教学领域的应用，学生可以通过互联网获取优质的教育资源，不需要依赖教师在课堂上教授知识，这让课堂转变成了教师与学生之间互动的场所，从而获得更好的教学效果。随着这种转变，教师的责任更多的是为学生答疑解惑并引导学生去运用知识。因此，这种颠倒“教”与“学”的反转模式被人们称为“翻转课堂教学法”[5]。

3 “药物化学”翻转课堂教学模式设计

针对目前“药物化学”授课模式存在的问题，我们以“药物化学”“第四章中枢神经系统药物”中的“第五节镇痛药”为例实施课堂翻转教学，探索该模式下本课程的教学效果。本节内容主要包括吗啡及其衍生物、合成镇痛药、阿片受体和内源性阿片样镇痛物质和阿片样镇痛药的构效关系。关于吗啡发明背后的故事能够吸引同学们的兴趣，然而“药物化学”教材上由于篇幅问题却很少有介绍药物发现背后的故事。此外，人们合成了哌替啶、芬太尼和美沙酮等很多合成镇痛药，但是这些药物的化学结构相差很大，却为什么都具有镇痛作用？这些药物之间又有什么共同点？课本上均未深入讲解，同学们也很少主动关注。为此，我们利用翻转课堂在课程设计环节将学生分成六组，分别以教材第四章1~6 节中的代表性药物发现和结构特征主题，根据老师课前给的资料以及教材和网络资源在课前制作ppt，然后在课堂中就各自的主题向大家介绍。具体流程如图1所示。

图1 翻转课堂在“药物化学”课程的实践流程Fig.1 The practice process of flipped classroom in Medicinal Chemistry course

3.1 课前准备

3.1.1 资料获取

课前老师将ChemDraw 化学结构绘图等软件包及本章节的课件等资料发给学生，围绕本节的主要内容，学生还可以通过参考书籍、视频教程、网上查阅资料和文献等教学资源获取最新研究动态。此外，学生还可以使用老师给的软件包绘制课本上的药物结构和合成路线，并通过运行软件程序来获取信息，并对课本上的知识进行验证。在资料获取的过程中，学生可以自由安排学习时间，在寝室、图书馆、教室甚至食堂等场合观看教学视频及资料，不受场地限制，给予了学生学习的最大时间和空间自由性。

3.1.2 引导学习

“药物化学”是一门跨学科、综合性的学科，它将化学和生命科学联系起来，并将它们融合在一起。学生想要学好“药物化学”就需要掌握化学、药理学、细胞学、分子生物学等相关知识，但传统的“填鸭式”教学方法不能充分调动学生的学习积极性，影响教学效果，这就要求老师引导学生根据需要去补充相关学科知识。此外，近年来与药学相关的生物和医学学科不断发展，不断有新的化学药物或靶点被发现，受体的结构、功能和疾病相关信号通路逐渐明确。这些发现不断丰富药物化学的内容，为新药的发现提供了重要线索和手段。因此，“药物化学”课程在现有教学内容的基础上，有必要增加相关新药研究和靶点发现前沿知识的学习，引导学生在学习“药物化学”教材知识的基础上，利用网络进行文献调研，了解药物化学最新研究动态。由于课时有限，这部分的学习主要以课后自主学习和课下指导的模式进行。例如，学生在制作ppt 的过程中需要绘制药物结构与合成路线，所需的ChemDraw 软件由老师提供，老师引导学生网上查阅信息自行安装并学习软件，针对软件安装和使用过程中遇到的问题，老师采用线上或线下指导的方式进行答疑。

3.1.3 反馈交流

学生在资料获取和被引导学习的过程中遇到问题可以通过微信、QQ 或者“雨课堂”等线上教学工具随时与老师建立联系，老师在为学生答疑解惑的同时也能够很好地掌握学生对知识的理解程度，有助于老师在课堂上有针对性地讲解。学生则需要自己预习课本内容，并思考老师提出的问题。小组成员之间通过讨论、交流，对课本上的疑问或者老师提出的问题给出自己的看法。“授人以鱼不如授人以渔”，老师在反馈交流环节中更多的是向学生传递获取答案的方法和途径，而不是直接将答案告诉学生。以课本“第四章中枢神经系统药物”中“第五节镇痛药”为例提出问题：如何理解“吗啡及本类药物的镇痛活性与其立体结构严格相关”这句话？在和同学们交流的时候老师提示可以利用ChemDraw 画出结构并运行ChemDraw3D 程序优化得到药物的优势立体构象，并比较该类药物构象有何异同。同学们在进行授课时要能够对老师提出的问题进行回答。

（1）学生授课

围绕“药物化学”“第四章中枢神经系统药物”6 节内容，这6 节内容分别讲述不同类别药物，因此将学生分成6组，每组5～6人。以“第五节镇痛药”为例，要求学生在准备ppt 时必须多方面查阅资料，形成自己的看法，不能照本宣科，一味地讲述课本内容。在这一过程中，学生可以讲述药物发现背后的故事及对我们的启示，也可以讲述该类药物的结构特点或分析临床应用上的案例。例如在讲解吗啡时，同学们讲述吗啡的发现故事，并讲解镇痛药吗啡与毒品之间的区别与联系，引发同学们关于药品与毒品的思考；讲授吗啡的结构特点并引导学生思考合成镇痛药与吗啡在结构上的关联等，比如具有活性的左旋吗啡在质子化状态时构象成三维的“T”形，合成镇痛药的构象是否和左旋吗啡构象一致，同学们可以通过ChemDraw 3D 程序对合成镇痛药进行结构优化，寻找能量最小构象，并观察能量最小构象是否为“T 型”；在思辨查找问题的同时，也帮助学生掌握了知识。此外，在学生上课过程中优先安排后排学生和老师作为评委共同对学生授课情况进行点评并打分，其他同学也可以主动举手对学生汇报情况进行评价，老师根据评价者意见的合理性给予评价者平时分酌情加分，这样可以调动学生积极性，让学生充分参与到课堂中来，一方面学生在获得知识的同时各方面能力也能够得到很大的锻炼；另一方面老师在听取其他同学对授课学生评价的同时，在一定程度上也能够反省自身，以提高教学质量。这样不仅带给学生不一样的听课体验，提高课堂趣味性，保证了学习内容的全面性，也有助于老师自身教学方式向着更符合学生要求的方向提升。

（2）评委点评

老师及课前指定的5 位同学（优先考虑后排或者学习积极性不高的学生）组成评委组，分别对学生授课情况进行点评，主要针对授课内容、语言表达、课件制作等方面进行评价并分别打分，非评审组同学也可以对发现授课过程中的问题进行提问或评价。老师对学生授课内容进行总结，给出自己的评价并打出相应的分数。学生授课最终成绩由学生评委去掉最高分和最低分后的平均分和老师打分两部分构成。学生授课、学生点评、教师补充，不仅实现了师生角色翻转，将课堂还于学生，也给予了学生自我展现的机会。这一过程不仅让学生学到了课本知识，并且训练了学生收集资料、查阅文献、制作课件、语言表达等各方面能力。

4 结论

对于药学和制药工程专业来说，如何有效提升“药物化学”课程的教学效果一直是相关专业任课教师所面临并亟需解决的问题。“药物化学”课程所涉及药物品种繁多、结构复杂，且涉及大量的化学合成知识，为了避免学生学习过程中出现任务重、压力大甚至产生厌烦情绪，采取翻转课堂教学模式不失为一种理想的选择。翻转课堂可有效调动学生学习的主动性、参与性及课堂专注度，充分运用学生为教学主体的教育方式。相比欧美国家，我国在创新药研发上明显落后，尤其是在首创药（first-in-class）研发方面，为了实现派生药（Me-Too 药）向首创药的转变，就需要培养学生对于“药物化学”的研究兴趣，培养学生对于问题思考和科研创新的能力。因此，我们在“药物化学”教学方面绝不能一味采用传统“填鸭式”模式教授知识，而需要利用翻转课堂模式培养学生对于药物化学课程的兴趣，培养学生发现和解决问题的能力以及培养学生科研创新和为我国医药事业做贡献的意识。事实上，在教授“药物化学”课程中，翻转课堂模式需要不断在教学过程中实践、总结和完善，完成翻转课堂和“药物化学”教学有机融合，真正实现“药物化学”-翻转课堂教学模式，从而更好地达到“药物化学”课程的培养目标。