孫建博
中國(guó)藥科大學(xué)中藥學(xué)院 (南京 211198)
天然藥物化學(xué)是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法研究天然產(chǎn)物中具有生理活性成分的化學(xué)分支學(xué)科,旨在全方位提高學(xué)生針對(duì)化合物本身的性質(zhì)解決其提取和鑒定的能力,是藥學(xué)專業(yè)的必修課程[1]。天然分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,與合成化合物或組合化學(xué)庫(kù)相比,天然分子結(jié)構(gòu)骨架多樣,提取分離原理抽象,波譜解析枯燥難懂。新冠疫情發(fā)生以來(lái),在線教學(xué)成為疫情之下高校教學(xué)的普遍模式[2]。然而,受困于教學(xué)的環(huán)境和方式,天然藥物化學(xué)線上教學(xué)只著重于天然分子理化性質(zhì)和提取分離技術(shù)等知識(shí)點(diǎn)的碎片化講解,而對(duì)化合物立體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)解析的講解抽象化,從而使學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容的理解碎片化,系統(tǒng)邏輯性不強(qiáng),難以完成教學(xué)目標(biāo)。
OBE(Outcome based education,OBE)教學(xué)理念,又稱為成果導(dǎo)向教育,是以學(xué)生為中心和以主動(dòng)探索為形式,以學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)具備的知識(shí)、能力和素養(yǎng)等方面的要求組織教學(xué)和考核內(nèi)容[3]。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比,基于OBE理念的天然藥物化學(xué)在線教學(xué)注重學(xué)生學(xué)習(xí)參與和學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出,能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源更好地支持學(xué)生學(xué)習(xí)。它聚焦于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解剖天然分子結(jié)構(gòu),針對(duì)具體結(jié)構(gòu)類型培養(yǎng)學(xué)生提取分離和結(jié)構(gòu)鑒定能力。筆者分析了前期天然藥物化學(xué)在線教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題,提出以“培養(yǎng)專業(yè)人才”為主體,以“調(diào)整教學(xué)內(nèi)容”“改革教學(xué)手段”和“優(yōu)化考核方式”為三翼的“一體三翼”在線教學(xué)模式,開(kāi)展在線教學(xué)改革實(shí)踐,打造一流在線課程。
在線教學(xué)最大的缺陷是缺乏對(duì)教學(xué)內(nèi)容的邏輯整理,學(xué)生接收到的知識(shí)碎片化,不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化以及對(duì)教學(xué)目標(biāo)的整體性認(rèn)識(shí)。另外,由于天然藥物化學(xué)涉及多學(xué)科交叉知識(shí),部分學(xué)生對(duì)波譜解析、有機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)課程知識(shí)掌握不牢固的情況下,學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中會(huì)遇到較大障礙。
線下教學(xué)模式下,師生在同一個(gè)教室通過(guò)互動(dòng)完成教學(xué)任務(wù),教師可以從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)語(yǔ)言等方面保障教學(xué)效果[4]。天然藥物化學(xué)在線教學(xué)與傳統(tǒng)課堂相比,致命缺點(diǎn)是互動(dòng)不足。如果教師不改變教學(xué)方法,課堂將會(huì)更加枯燥,而師生互動(dòng)的缺乏更易導(dǎo)致學(xué)生理解困難、不能有效消化所學(xué)知識(shí)。
天然藥物化學(xué)在線教學(xué)如果照搬傳統(tǒng)課堂教學(xué)的期中和期末考核方式,不僅會(huì)讓學(xué)生不能集中精力參與教學(xué),缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,而且也會(huì)造成學(xué)生單純追求分?jǐn)?shù)的現(xiàn)象,不能全面地反映他們對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的真正掌握情況。
OBE理念是以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)方式,針對(duì)目前天然藥物化學(xué)在線教學(xué)現(xiàn)狀,進(jìn)行改革的首要問(wèn)題就是明確課程學(xué)習(xí)的產(chǎn)出,即通過(guò)該門課程的學(xué)習(xí),確定學(xué)生需要掌握哪些知識(shí)點(diǎn),具備哪些能力[2]。依據(jù)天然藥物化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方案,以及在線學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標(biāo)(緒論-本課程的學(xué)習(xí)目的與要求、研究?jī)?nèi)容以及與其他課程的關(guān)系;天然產(chǎn)物化學(xué)成分生物合成-植物成分構(gòu)成的基本單元與主要的生物合成途徑;提取分離方法-常用提取、萃取分離法;常用色譜填料原理和應(yīng)用;結(jié)構(gòu)研究方法-結(jié)構(gòu)研究的一般程序、四大波譜在結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用;天然藥物的研究與開(kāi)發(fā)-天然藥物研究的新思路與新方法;糖和苷類-單糖立體化學(xué)、苷鍵水解、絕對(duì)構(gòu)型測(cè)定方法;醌類-化合物的分類、化學(xué)性質(zhì)、羥基蒽醌的分離方法;黃酮類-化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類、理化性質(zhì)、提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定;萜類和揮發(fā)油-化合物分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要性質(zhì);甾體類及苷類-強(qiáng)心苷和甾體皂苷的結(jié)構(gòu)與分類、理化性質(zhì);生物堿-生物堿結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、分離和鑒別方法;海洋天然藥物-常見(jiàn)海洋天然產(chǎn)物類型),學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)具備相關(guān)知識(shí)和能力。在線教學(xué)目標(biāo)與課堂教學(xué)目標(biāo)相比,前者要求更加具體,更多的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)天然藥物化學(xué)課程的認(rèn)識(shí),并能熟練運(yùn)用提取分離相關(guān)知識(shí),依據(jù)特征化合物的理化性質(zhì)進(jìn)行提取分離的有效設(shè)計(jì),而對(duì)結(jié)構(gòu)研究的要求降低?;诖?教學(xué)團(tuán)隊(duì)有必要對(duì)教學(xué)內(nèi)容做出調(diào)整。
在結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的情況下,教學(xué)團(tuán)隊(duì)調(diào)整緒論部分至4學(xué)時(shí),提取分離部分至3學(xué)時(shí),確保學(xué)生能夠相對(duì)深入地了解和熟悉天然藥物化學(xué)研究的基本內(nèi)容,對(duì)天然產(chǎn)物提取分離形成邏輯分析能力以及對(duì)天然藥物新藥開(kāi)發(fā)形成清晰的研究思路。這樣不僅可以為教師采用OBE教學(xué)法實(shí)施教學(xué)提供充分的教學(xué)課時(shí),同時(shí)也能夠讓學(xué)生在聽(tīng)課時(shí)有的放矢,梳理和串聯(lián)各分論章節(jié)的知識(shí)脈絡(luò)[5-6]。
根據(jù)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出及天然藥物實(shí)際發(fā)展需求,在生物堿、苯丙素、蒽醌、萜類等章節(jié)教學(xué)時(shí),教師應(yīng)側(cè)重在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、理化性質(zhì)、提取分離方法等理論基礎(chǔ)方面進(jìn)行講授,結(jié)構(gòu)解析部分可作為輔助講解內(nèi)容。黃酮類由于其結(jié)構(gòu)和提取分離的特殊相關(guān)性,教師在結(jié)構(gòu)解析部分需要投入足夠的授課時(shí)間,讓學(xué)生能夠利用已有的知識(shí)形成對(duì)黃酮類結(jié)構(gòu)解析的思路。以黃酮的結(jié)構(gòu)分類及理化性質(zhì)為例,該節(jié)課主要是讓學(xué)生學(xué)習(xí)黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各類型的差異性,教學(xué)的難點(diǎn)在于不同黃酮的結(jié)構(gòu)特征與理化性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性。在課中,學(xué)生不易掌握所有不同種類黃酮的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),不易理解黃酮結(jié)構(gòu)變化的原理,較難理解化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的改變對(duì)其理化性質(zhì)變化的影響。根據(jù)這部分內(nèi)容復(fù)雜難易程度以及專業(yè)培養(yǎng)需求,以學(xué)生對(duì)能夠具備判斷不同種類黃酮的顏色、溶解性、酸堿性的能力為導(dǎo)向,刪除黃酮類生物合成基本途徑及黃酮苷的類型等內(nèi)容,教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)合生活中常見(jiàn)現(xiàn)象進(jìn)行課程設(shè)計(jì)并且以提供課外教學(xué)資源的方式進(jìn)行內(nèi)容改革,使學(xué)生對(duì)課上傳授的知識(shí)能夠及時(shí)消化。
天然藥物化學(xué)成分具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、生物活性多樣等特點(diǎn)。天然產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)決定其理化性質(zhì)及活性特征,因此對(duì)不同種類化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的掌握是學(xué)生了解天然藥物化學(xué)提取分離、活性特點(diǎn)的有效途徑,而結(jié)構(gòu)的抽象性往往給天然藥物化學(xué)教學(xué)帶來(lái)一定的困難。因此,在進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí),教師要選擇章節(jié)中具有典型性、熱點(diǎn)性的結(jié)構(gòu),采用情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)與基礎(chǔ)知識(shí)相融合的內(nèi)容,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析。如在講解黃酮類化合物結(jié)構(gòu)與顏色之間的關(guān)系時(shí),教師以學(xué)生平時(shí)看到的花瓣顏色由白色→黃色→紅色的變化和黃酮類結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系為例,白色的花一般含有非共軛的黃酮類結(jié)構(gòu),黃色的花含有的簡(jiǎn)單共軛的黃酮類結(jié)構(gòu)較多,而顏色最深的紅花是因?yàn)楹泄曹棾潭容^深的醌式結(jié)構(gòu)較多。在課堂上教師對(duì)于案例的講解,要巧妙切入、高效引導(dǎo),并組織討論,引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生在課下能夠運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)對(duì)其他案例進(jìn)行分析和討論,以加深學(xué)生對(duì)黃酮類結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)關(guān)系的理解。
在線教學(xué)使師生分處于兩個(gè)不同的教學(xué)空間,師生之間缺乏現(xiàn)場(chǎng)交流,教師無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)感知學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋,不能及時(shí)根據(jù)學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)節(jié)奏;教師無(wú)法直接管理課堂,不能及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。這就要求教師基于OBE理念對(duì)新課堂進(jìn)行教學(xué)方式的改革,構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)模式,傳授學(xué)生真正需要的知識(shí)(圖1)。這也對(duì)學(xué)生時(shí)間管理、學(xué)習(xí)積極性和自律自強(qiáng)方面提出更高的要求。
圖1 基于OBE理念的天然藥物化學(xué)在線教學(xué)改革
為了讓學(xué)生通過(guò)在線學(xué)習(xí)掌握黃酮化合物的理化性質(zhì),教師可以通過(guò)建立情境創(chuàng)設(shè)的多媒體課件進(jìn)行知識(shí)的碎片化整理和邏輯的疏通。首先,教師可以使用PPT圖表形式和分級(jí)顯示,做好課程的導(dǎo)入,激發(fā)學(xué)生的興趣。同時(shí),利用多媒體圖表和動(dòng)畫配合創(chuàng)設(shè)花色素在不同pH條件下顯示不同顏色的情境來(lái)講解黃酮類化合物理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系。在講授黃酮類化合物溶解性時(shí),教師還可以利用多媒體視頻創(chuàng)設(shè)黃酮類在空間上的構(gòu)型情境來(lái)講解和溶解性的關(guān)系,引發(fā)學(xué)生對(duì)化合物構(gòu)型與溶解相關(guān)性的思考。其次,教師可借助中藥材提取分離的流程情境,將化合物的酸堿性特征應(yīng)用于黃酮類的提取和分離上,加深學(xué)生的印象,引發(fā)學(xué)生對(duì)黃酮類化合物進(jìn)行提取分離依據(jù)的思考。
豐富的課外網(wǎng)絡(luò)資源能夠拓展學(xué)生的視野,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增加學(xué)生課堂學(xué)習(xí)知識(shí)的深度與廣度。由于網(wǎng)絡(luò)資源的多樣性和復(fù)雜性,學(xué)生在尋找時(shí)需要花費(fèi)大量的時(shí)間,這就需要教學(xué)團(tuán)隊(duì)及虛擬教研室在教學(xué)平臺(tái)中篩選、共享適合的學(xué)習(xí)資源,如MOOC精品課程、教學(xué)視頻、題庫(kù)等,讓學(xué)生鞏固教師講過(guò)的理論知識(shí)。
獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)講解較為枯燥、碎片化嚴(yán)重,且學(xué)生不容易理解,所以教師需要構(gòu)建遞進(jìn)關(guān)聯(lián)的教學(xué)模塊,從而使知識(shí)體系形成邏輯,以提升學(xué)生在理解消化知識(shí)點(diǎn)后的應(yīng)用能力。在實(shí)踐過(guò)程中,教師可以參考如下教學(xué)方式:首先,設(shè)置情境,并以問(wèn)題的方式導(dǎo)課。為了達(dá)到課堂的最佳效果,策略實(shí)施的關(guān)鍵是營(yíng)造懸念氛圍,區(qū)分問(wèn)題的層次,達(dá)到教學(xué)內(nèi)容的遞進(jìn)。如在治療新型冠狀病毒的過(guò)程中,中藥發(fā)揮了較好的治療效果,獲得國(guó)際認(rèn)可,教師進(jìn)而引出中藥藥效概念,提出思考問(wèn)題:中藥藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么,這些化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么?如何對(duì)這些成分進(jìn)行有效地富集和分離?從而激發(fā)學(xué)生的興趣和探索意識(shí),引入化合物結(jié)構(gòu)類型和理化性質(zhì)內(nèi)容的講解。其次,注意總結(jié)。教師應(yīng)將課程內(nèi)容隨時(shí)進(jìn)行歸納總結(jié),使它們轉(zhuǎn)化為便于學(xué)生理解和記憶的知識(shí)點(diǎn)。筆者在講解影響生物堿堿性的因素時(shí),其內(nèi)容要點(diǎn)總結(jié)為雜化、誘導(dǎo)、共軛、空間和氫鍵,這些因素都是通過(guò)影響氮原子表面電子云密度,從而影響共軛酸的穩(wěn)定性來(lái)影響生物堿的堿性強(qiáng)弱。學(xué)生課后學(xué)習(xí)思考的內(nèi)容要通過(guò)學(xué)生陳述、教師點(diǎn)評(píng)等方法加以總結(jié),讓學(xué)生享受學(xué)習(xí)成果。再次,應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題。理論學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用,教師在傳授知識(shí)的同時(shí),讓學(xué)生能夠應(yīng)用學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,這是強(qiáng)化和鞏固所學(xué)知識(shí)的有效途徑。如在學(xué)習(xí)生物堿的性狀和理化性質(zhì)后,學(xué)生了解了馬錢子的溶解性、酸堿性以及能夠使馬錢子堿沉淀顯色的試劑。當(dāng)教師提出如何降低馬錢子的毒性時(shí),學(xué)生應(yīng)該首先想到其主要成分馬錢子堿的性質(zhì)以及毒性成分去除的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這種遞進(jìn)關(guān)聯(lián)的教學(xué)方式可以全方面考核學(xué)生內(nèi)化知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力,以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
目前,多數(shù)教學(xué)策略均倡導(dǎo)以學(xué)生為中心,OBE理念更是如此[7]。在線上教學(xué)中,教師應(yīng)從傳統(tǒng)主導(dǎo)教學(xué)模式中退出來(lái),實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)。教師可借助在線教學(xué)平臺(tái),在課前、課中、課后通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,并根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)和學(xué)生反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度。在教學(xué)中,課程講解的設(shè)計(jì)應(yīng)豐富多樣,通過(guò)講解引導(dǎo)學(xué)生提出疑問(wèn),教師展開(kāi)實(shí)例講述,引發(fā)學(xué)生思考。課堂教學(xué)要激發(fā)學(xué)生的分析和創(chuàng)造能力,給予學(xué)生發(fā)揮的空間。教師應(yīng)在授課過(guò)程中更多地起到引導(dǎo)作用,而并非將全部?jī)?nèi)容和盤托出。比如,在講解芐基四氫異喹啉類生物堿時(shí),教師可讓學(xué)生將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分,探究該類生物堿含有哪些結(jié)構(gòu),引導(dǎo)學(xué)生由喹啉結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)至四氫異喹啉,再到芐基基團(tuán),隨后連接形成芐基四氫異喹啉類生物堿骨架,最后在探索中解析化合物的結(jié)構(gòu)類型。
天然藥物化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相關(guān)人才培養(yǎng)中必不可少的環(huán)節(jié),其主要任務(wù)是讓學(xué)生掌握必要的天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能,為相應(yīng)的理論知識(shí)的掌握打下基礎(chǔ)[8]。新冠疫情期間,線下實(shí)驗(yàn)課不能和理論課同時(shí)開(kāi)展,學(xué)生對(duì)知識(shí)應(yīng)用的直觀性不強(qiáng),理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)。天然藥物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)符合OBE理念培養(yǎng)應(yīng)用型人才的初衷。在線教學(xué)過(guò)程中教師引入虛擬實(shí)驗(yàn)室是對(duì)教學(xué)形式的補(bǔ)充,利用三維立體動(dòng)畫,配以講解,真實(shí)還原實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容,展示不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)整體和關(guān)鍵步驟建立初步認(rèn)識(shí),從而發(fā)揮能動(dòng)性和開(kāi)拓性,為高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供保障[9]。另外,教師還可以錄制真人實(shí)驗(yàn)視頻,針對(duì)實(shí)驗(yàn)流程和涉及的理論知識(shí)進(jìn)行講解,學(xué)生多維學(xué)習(xí),反復(fù)復(fù)習(xí),更加便捷地理解和掌握課程知識(shí)。
天然藥物化學(xué)在線教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系適合形成性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合模式,通過(guò)“及時(shí)-形成-結(jié)果”全過(guò)程評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果,讓學(xué)生主動(dòng)地歸納、理解和活用知識(shí),以此來(lái)扭轉(zhuǎn)學(xué)生應(yīng)付式和被動(dòng)式學(xué)習(xí)狀態(tài)[10]。形成性評(píng)價(jià)主要由課堂成績(jī)和實(shí)踐成績(jī)組成,課堂成績(jī)可以設(shè)置為學(xué)習(xí)記錄+線上測(cè)試成績(jī)+討論參與,占比為20%。教師通過(guò)在線教學(xué)平臺(tái)專業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析功能對(duì)學(xué)生的上課行為(缺勤、學(xué)習(xí)行為)進(jìn)行記錄。實(shí)踐成績(jī)可設(shè)置為作業(yè)完成+成果展示,占比20%,通過(guò)線上討論、作業(yè)線上展示,將考核評(píng)價(jià)貫穿于課程教學(xué)全過(guò)程,將評(píng)價(jià)結(jié)果反作用于教學(xué)改進(jìn)。終結(jié)性評(píng)價(jià)主要通過(guò)期末考試(試卷考核,占比60%)考查,在設(shè)置考試題目時(shí),教師需要摒棄對(duì)碎片化的知識(shí)考核,將科研實(shí)例或熱點(diǎn)引入,如青蒿素和關(guān)附甲素等,實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)、提取分離設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)解析的系統(tǒng)性考查。