現(xiàn)代信息技術(shù)的中藥化學(xué)教學(xué)改革

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摘要：中藥化學(xué)是一門以中醫(yī)藥基本理論為指導(dǎo)，結(jié)合臨床用藥經(jīng)驗，運用化學(xué)的理論和方法及其他現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)研究中藥防病治病的物質(zhì)基礎(chǔ)的重要專業(yè)課程，內(nèi)容側(cè)重研究中藥成分的提取分離、理化性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物活性及構(gòu)效關(guān)系等。信息技術(shù)的快速發(fā)展為本門課程的教學(xué)提供了新的機遇，探索現(xiàn)代信息技術(shù)如多種化學(xué)軟件和數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)資源在中藥化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，從而達到傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的相融合，提高教學(xué)效率，提升教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生深刻理解和牢固掌握中藥化學(xué)理論知識的目的。

關(guān)鍵詞：中藥化學(xué)；信息技術(shù)；化學(xué)軟件；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫

中藥化學(xué)是一門以中醫(yī)藥基本理論為指導(dǎo)，結(jié)合臨床用藥經(jīng)驗，運用化學(xué)的理論和方法及其他現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)研究中藥防病治病的物質(zhì)基礎(chǔ)的重要專業(yè)課程［1］。其所涵蓋的基本理論和實踐技能是中藥學(xué)學(xué)生后續(xù)專業(yè)知識體系所必需的基礎(chǔ)。課程涉及很多復(fù)雜的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)、枯燥的提取分離工藝、晦澀難懂的理化鑒別和結(jié)構(gòu)鑒定方法，是一門學(xué)生普遍認(rèn)為難記憶、難掌握的課程［2］。因此，如何將繁雜、抽象的理論內(nèi)容生動、形象化以便于學(xué)生記憶和掌握，是本門課程教學(xué)改革的目標(biāo)。隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的快速發(fā)展，中共中央在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要〔2010—2020年〕》中明確提出“加快信息化進程”“提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平”等重要指示［3］?，F(xiàn)代信息技術(shù)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)逐漸融合，將極大豐富中藥化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。教研組老師針對當(dāng)前中藥現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化人才培養(yǎng)的需求，積極創(chuàng)新課程教學(xué)模式，將多種化學(xué)軟件（ChemBioOffice、ModelChemlab和Me⁃stReNova等）和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源融入到日常的教學(xué)工作中，探索現(xiàn)代信息技術(shù)在中藥化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，引導(dǎo)轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)興趣，幫助其深刻理解和牢固掌握中藥化學(xué)理論知識，為創(chuàng)新型中藥學(xué)人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)。

1結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的中藥化學(xué)教學(xué)

中藥化學(xué)教學(xué)內(nèi)容繁雜、理論性較強，信息豐富、內(nèi)容龐雜，有效地應(yīng)用專業(yè)化學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫可改進傳統(tǒng)的授課方法與教學(xué)內(nèi)容［4］，譬如制作精美直觀的多媒體課件，繪制3D化學(xué)結(jié)構(gòu)，形成精準(zhǔn)快速的化學(xué)成分網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等。這些現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)過程中的融入，可以將傳統(tǒng)課堂上抽象的理論知識以可視化的，形象化的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，以此激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，且便于記憶和理解，極大地提高了中藥化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。本文結(jié)合近年來的教學(xué)實踐，介紹現(xiàn)代信息技術(shù)在本教研組中藥化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用情況，以此促進中藥化學(xué)課程建設(shè)的改革與實踐，提高中藥化學(xué)的教學(xué)效果。

1．1多媒體技術(shù)在中藥化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的突飛猛進，多媒體技術(shù)（集文本、圖像、聲音、動畫及模擬等手段為一體）廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)的教學(xué)中，在知識的傳播與交流中發(fā)揮重要作用［5－6］。本教研組老師在中藥化學(xué)的教學(xué)中參考權(quán)威網(wǎng)絡(luò)資源和教材，制作多媒體中藥化學(xué)課件，內(nèi)容新穎，專業(yè)性強，知識覆蓋面廣，并結(jié)合了多年的專業(yè)科研進展和經(jīng)驗積淀，實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容多角度、多層次及“視、聽、思”的有機結(jié)合。例如：根據(jù)文獻制作了介紹青蒿素結(jié)構(gòu)的溶解性特點、注意事項和最新研究動態(tài)的多媒體課件，可形象生動地將所有相關(guān)信息傳授給學(xué)生，再輔以教師的講解，學(xué)生可在短時間內(nèi)掌握并理解青蒿素用藥的特點和結(jié)構(gòu)修飾的必要性。在教學(xué)過程中設(shè)計與課程內(nèi)容相關(guān)的課題，如“生活中的中藥化學(xué)”“生活中的多糖”，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源進行文獻收集整理，制作PPT并在班級里完成匯報。多媒體技術(shù)將書本中抽象的概念和枯燥的內(nèi)容，以形象生動、圖聲并茂的具體形式展示給學(xué)生，引導(dǎo)并較好地維持學(xué)生的有效注意力，將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，積極探尋中藥化學(xué)知識的奧秘。

1．2專業(yè)化學(xué)軟件工具在中藥化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

中藥化學(xué)教學(xué)中結(jié)構(gòu)解析和結(jié)構(gòu)特點是很難理解的知識點，其極強的抽象性，往往需要學(xué)生具備較強的專業(yè)基礎(chǔ)知識和空間思維能力，才能正確理解并掌握。專業(yè)化學(xué)軟件的應(yīng)用，可以很大程度上幫助學(xué)生克服這方面的學(xué)習(xí)困難，直觀、高效的專業(yè)工具通常會輔助學(xué)生在學(xué)習(xí)上達到事半功倍的效果。目前，中藥化學(xué)領(lǐng)域常用的專業(yè)軟件工具有Chem⁃BioOffice工具包、ModelChemlab和MestReNova核磁軟件等［7－10］。ChemBioOffice工具包，包含ChemDraw（化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖）、Chem3D（分子模型及仿真）和Chem⁃Finder（化學(xué)信息搜尋整合系統(tǒng)）等模塊，是國際通用的集化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖，3D分子模擬分析和智能快速化學(xué)結(jié)構(gòu)式搜索為一體的專業(yè)軟件。比如，本教研組老師培養(yǎng)學(xué)生熟練使用ChemBioOffice軟件（試用版），將中藥化學(xué)課程中需要掌握的化合物結(jié)構(gòu)繪制出來并以作業(yè)的形式完成提交，從而讓學(xué)生熟練掌握化合物立體構(gòu)型，如β⁃D⁃葡萄糖、α⁃L⁃鼠李糖、三萜和甾體母核環(huán)之間的順反稠合方式，并將二維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為三維結(jié)構(gòu)，熟悉這些化合物結(jié)構(gòu)中不同取代基之間的空間關(guān)系。這些結(jié)構(gòu)式的掌握為下一步的計算機模擬對接和生物活性研究打下基礎(chǔ)。ModelChemlab是一個可采用動畫，預(yù)演等方式模擬真實實驗操作的軟件，尤其對于有時間限制、有毒有害、或有一定危險的實驗，是模擬操作過程的理想工具。MestReNova核磁軟件（試用版）是一個專業(yè)處理化合物核磁共振（NMR）圖譜數(shù)據(jù)的軟件，本教研組老師將中藥化學(xué)有效成分的NMR信息清晰準(zhǔn)確地展現(xiàn)給學(xué)生，并借助軟件對化合物結(jié)構(gòu)進行小組討論分析，很大程度上幫助了學(xué)生領(lǐng)會和掌握中藥化學(xué)成分NMR圖譜解析過程的授課內(nèi)容。

1．3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源在中藥化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

中藥化學(xué)中有效成分的生物活性、構(gòu)效關(guān)系和結(jié)構(gòu)修飾是合成或半合成高效、低毒、安全的新的衍生物的重要基礎(chǔ)。為了讓學(xué)生擴大視野，提升專業(yè)技能，掌握現(xiàn)代化的中藥化學(xué)成分新藥研究技術(shù)，在近年來的教學(xué)中，我們逐漸引入DockDataBank和D3Pharma為工具，建立中藥化學(xué)教材中化學(xué)成分生物活性探究方案，形成中藥化學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源。例如，通過文獻檢索，建立常用清熱中藥小分子化合物庫，并采用計算機模擬對接技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，快速篩選出清熱中藥中潛在的治療新冠肺炎的活性成分。以網(wǎng)上資源D3Targets2019⁃nCov網(wǎng)站為基礎(chǔ)，網(wǎng)站上共列出77個與新冠肺炎相關(guān)的靶標(biāo)蛋白，讓學(xué)生構(gòu)建清熱中藥治療新冠肺炎的中藥活性成分－靶標(biāo)－疾病網(wǎng)絡(luò)，對清熱中藥治療新冠肺炎的有效成分和作用機制從系統(tǒng)水平進行篩選研究。這些中藥化學(xué)成分網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和分析可以將化學(xué)成分的聚類、差異、以及有效成分與相關(guān)靶標(biāo)及疾病的復(fù)雜分子作用機制可視化。具體見圖1。

2結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的中藥化學(xué)教學(xué)實踐的效果與分析

本教研組結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的中藥化學(xué)教學(xué)實踐，使原本復(fù)雜抽象的理論知識形象化、生動化、具體化，對于提升高校教師的中藥化學(xué)授課質(zhì)量和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率都起到了積極有效的推動作用。同時，讓現(xiàn)代信息技術(shù)走進中藥化學(xué)課堂，也使得學(xué)生們盡早地接觸和了解，進而掌握專業(yè)化學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源的使用方法，為進一步提高學(xué)生應(yīng)用中藥化學(xué)知識解決實際問題的能力打下扎實基礎(chǔ)，對于培養(yǎng)學(xué)生的科研及專業(yè)綜合素養(yǎng)十分有利。

2．1教師教學(xué)質(zhì)量得到有效提升

現(xiàn)代中藥化學(xué)的理論知識和研究技術(shù)更新速度很快，提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定、構(gòu)效關(guān)系與結(jié)構(gòu)修飾等科學(xué)技術(shù)在傳統(tǒng)的方法上日新月異地發(fā)展，這就要求教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段都必須適時修改并給予更新。目前高校中藥化學(xué)的教學(xué)模式依然局限于教材固有知識的傳授與解惑，不利于現(xiàn)代大學(xué)生科研能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。我們將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到中藥化學(xué)課程的黃酮、三萜和生物堿等各章節(jié)中，覆蓋比例由3年前的30％提高到90％，借助現(xiàn)代信息技術(shù)將這些更新的內(nèi)容引入中藥化學(xué)的教學(xué)后，既能實現(xiàn)“視、聽、思”一體化的教學(xué)方法，又能增加該領(lǐng)域最新的國際學(xué)術(shù)動態(tài)和研究進展在教學(xué)中的體現(xiàn)，豐富教學(xué)內(nèi)容。教師們通過自己多年來牢固堅守在科研與教學(xué)第一線的寶貴經(jīng)驗積累，對這些科研信息相關(guān)問題進行教學(xué)分析，多層次、多方位地將中藥化學(xué)知識呈現(xiàn)給學(xué)生。這一教學(xué)改革與實踐活動極大地活躍了中藥化學(xué)課堂學(xué)習(xí)氛圍，增強了中藥專業(yè)知識的授課效果，從而提升了教學(xué)質(zhì)量。

2．2學(xué)生學(xué)習(xí)效率得到有效提高

高校的教學(xué)改革是以培養(yǎng)現(xiàn)代化創(chuàng)新人才，培養(yǎng)學(xué)生探索知識、發(fā)現(xiàn)知識及應(yīng)用知識的能力為目標(biāo)的。中藥化學(xué)課程理論性強、敘述性強、抽象化概念多、思辨性強等特點，涉及到很多晦澀難懂的定義，化學(xué)檢識反應(yīng)，復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。以往的灌輸式教學(xué)下學(xué)生要花費大量時間去反復(fù)記憶，學(xué)習(xí)效率較低，而利用專業(yè)化學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源等現(xiàn)代信息技術(shù)可以明顯改進中藥化學(xué)教學(xué)中多媒體課件的展示效果，學(xué)生不僅能更直觀地學(xué)到原有教材中的理論知識，而且能夠借助現(xiàn)代的信息工具，自己動手去畫化合物結(jié)構(gòu)，探索化合物生物活性知識、梳理各章節(jié)中藥化學(xué)成分結(jié)構(gòu)特點，在信息工具中親身經(jīng)歷、不斷試錯并歸納總結(jié)。這樣的學(xué)習(xí)過程是主動的、探索的、有趣的，因此學(xué)習(xí)效率得到有效的提高，空間想象力和創(chuàng)新能力都得到了很好地培養(yǎng)，在一定程度上提高了獨立直面問題、分析問題、思考問題，最終解決問題的能力。

2．3課程教學(xué)效果得到有效肯定

通過現(xiàn)代信息技術(shù)的引入，培養(yǎng)了學(xué)生中藥化學(xué)專業(yè)理論與實踐相結(jié)合、中醫(yī)藥傳承與創(chuàng)新相結(jié)合的重要能力。自2018年以來針對本校2016級、2017級和2018級中藥班的學(xué)生，我們重點加強現(xiàn)代信息技術(shù)與中藥化學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。經(jīng)過這3年的教學(xué)實踐，我們?nèi)〉昧肆己玫慕虒W(xué)效果。3年來對420名學(xué)生中藥化學(xué)綜合考試成績分析，優(yōu)秀率（80分以上）從之前的15％提高到33％。課后問卷調(diào)查表明，學(xué)生對該課程的認(rèn)可度普遍較高，96％的學(xué)生認(rèn)為與傳統(tǒng)教學(xué)相比，現(xiàn)代信息技術(shù)在中藥化學(xué)課程中的有效融合可以幫助他們儲備一定的基礎(chǔ)科研能力和科研思路；90％的學(xué)生認(rèn)為通過本門課程的學(xué)習(xí)，中藥化學(xué)知識的綜合運用能力得到了較好地鍛煉，創(chuàng)新能力和綜合科學(xué)素質(zhì)有所提高，科研思維和專業(yè)動態(tài)知識得到一定拓展。學(xué)生普遍認(rèn)為結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)后，他們的課程任務(wù)更加充實，學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富。另外，對中藥專業(yè)的認(rèn)可度和興趣也同步提高，其科研思維和視野都開闊了許多，收獲頗豐。

3結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)引入高校課程教學(xué)已成為不可阻擋的教育改革趨勢。如何科學(xué)利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對中藥化學(xué)課程教學(xué)進行創(chuàng)新性變革，是每一個中藥化學(xué)教育工作者必須深刻思考的問題。本教研組老師多年來一直通過專業(yè)化學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源等現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的有效融合，較好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中藥化學(xué)專業(yè)知識的興趣和熱情；最大程度提高培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代信息技術(shù)進行學(xué)習(xí)、獨立分析問題和解決問題的能力；提高中藥化學(xué)教學(xué)效率，提升教學(xué)質(zhì)量；能及時提高學(xué)生的中藥專業(yè)素養(yǎng)，緊跟該學(xué)科前沿研究的動態(tài)步伐，使學(xué)生最終成為合格的中藥現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新人才。同時，本次教學(xué)改革實踐證明結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的中藥化學(xué)教學(xué)改革具有較好的實操性、可行性及創(chuàng)新性特征，且便于各大高校推廣，對中藥化學(xué)的現(xiàn)代信息教學(xué)改革具有一定的借鑒意義和參考價值。

作者:吳迎春 王瑞 賈琦 張劉強 吳華麗 郭夫江 李醫(yī)明 單位:上海中醫(yī)藥大學(xué)