药物化学教学改革研究

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摘要：《药物化学》是生物工程产业计划生物制药工程方向的一门专业核心课程。ＣＤＩＯ模式强调人才的全面培养和工程应用能力的提高。以ＣＤＩＯ工程教育理念为指导，以整体优化为目标，紧密围绕有效培养学生的工程实践能力和创新精神，对药物化学课程的教学方法、教学内容进行深化改革，尝试以制药为主线开展实践教学，使得药物化学课程教学适应培养高素质创新人才的需求。

关键词：ＣＤＩＯ工程教育模式；药物化学；教学改革；生物制药专业

生物工程产业计划下的生物制药工程方向是一个以培养从事药物制造的工程技术人才为目标的化学、药学和工程学交叉的工科专业［１－２］。生物工程产业计划的培养方案，规定了培养生物制药工程方向的学生，不仅要让学生受到严格的、系统的基本知识、方法和技巧的训练，而且要培养学生严谨的科学思维方式和创新精神，其中最重要是要提高学生的工程能力，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，提升学生实际的实践操作能力、创新精神以及与科学技术的发展相适应的综合能力。工程教育认证，是国际通行的工程教育保障制度，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础［３］。生物制药工程专业作为一个工科专业，要与国际接轨，就必须要接受工程教育认证。不仅如此，根据教育部实施“卓越工程师教育培养计划”试点的有关精神，要求高校能够遵循高等工程教育教学的规律，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力［４］。因此，除了培养方案的明确规定外，工程教育认证和卓越工程师的教育培养要求，也对生物制药工程专业方向培养学生的工程设计、解决复杂工程问题的能力提出了挑战。ＣＤＩＯ（构思ｃｏｎｃｅｉｖｅ，设计ｄｅｓｉｇｎ，实施ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ，运行ｏｐｅｒａｔｅ）的工程教育理念是在培养学生掌握扎实的基础理论和专业知识的基础上，重点培养学生实际的工程科学、技术知识、自身的终身学习能力、团队交流合作能力及在社会和企业环境下的建造能力［５，６］。因此，为了迎合工程教育认证和卓越工程师的教育培养要求，培养综合能力强、具有创新精神的生物制药工程专业人才，将ＣＤＩＯ工程型人才培养模式引入到生物制药工程的课程教学中是势在必行的。

１药物化学教学现状

药物化学作为生物工程产业计划生物制药工程方向的核心学科之一，是一门以化学为基础，涵盖了生物学、医学、药物学等内容的综合性、交叉性学科，对生物制药工程方向的学生培养至关重要［６］。然而，在目前的药物化学教学中，存在着教学内容过于陈旧、理论教学与工程实际相脱节、教学方法单一和实践教学环节缺失等问题，具体归结如下：

１.１教学内容过于陈旧

药物化学是一门不断更新不断发展的课程，但是目前教师的授课内容大多局限于书本，有关药物化学发展的最新动态和热点很少融入到教学中，导致学生的思维和求知欲受到压抑，很难满足创造性制药专业人才的培养需求。

１.２理论教学与工程实际相脱节

工程能力是生物制药工程专业必备的核心能力，其中强调了提高工程基础知识的培养。但是目前，在实际的教学过程，由于教学课时的限制，教学模式的传统，导致课本的理论知识与工程实践没有很好地结合起来，没法促进学生形成系统的生物制药工程知识体系。

１.３教学方法单一

药物化学的课程教学中需要介绍的药物品种繁多，内容不仅涉及到化学结构、命名、理化性质等，而且涉及药物的制备、构效关系、药理和药物代谢等，知识复杂难懂且枯燥乏味，抽象度很高。但是目前，药物化学的教学方式采用的是老师讲、学生听为主的填鸭式教学，将理论知识平铺直叙地灌输给学生，这样的教学不仅不能调动学生的学习积极性和主动性，而且会让学生慢慢失去对药物化学的学习兴趣，严重影响了学生的思维能力和创新精神。

１.４实践教学环节缺失

药物化学是一门综合性和实践性很强的学科，但是在实际的教学过程中，重理论轻实践，导致实践教学的经费投入一直不足，严重影响了药物化学实践教学的开展。另外，生物制药工程专业的理论课需要紧紧围绕三大知识板块（药学板块、生物板块和工程板块）进行，然而在目前的生物制药工程实践教学过程中，三大知识模块虽然各自开设实验课，也互相融合形成专业大实验，但是知识点零散，没有围绕制药这条主线设置综合型实验。由此可见，药物化学教学中存在的这些问题，必然会影响生物制药工程教育目标的实现。因此，必须改变这些传统教学模式，将培养学生的创新能力、实践能力放在首位，运用ＣＤＩＯ理念对教学中的内容、方法、实践教学等方面进行全新的构思与设计，将理论、实践和创新融为一体，以适应医药行业对制药人才的需求。

２ＣＤＩＯ理念指导下的药物化学教学改革

在生物制药工程专业中，药物化学负责将药学知识与化学知识、生物学知识等有机地结合在一起，促进学生建立生物制药知识结构体系，对于培养能够符合工程教育认证和“卓越工程师”的要求且综合能力强、具有创新精神的制药工程专业人才，有着不可替代的基石作用。要实现创新性制药人才的培养，就必须从多层面对药物化学进行全方位的教学改革［７］。本论文尝试从教学内容的组织、优化及实时更新，教学方法的多样化和先进教学手段的引入及围绕制药开展实践教学三个方面，将ＣＤＩＯ工程教育理念引入到药物化学的教学改革中，教学改革总体的框架设计思路如图１所示。

２.１教学内容的组织、优化及实时更新

按照“立足专业特点、面向工程实际、注重应用能力、提高综合素质”这一设计思想，ＣＤＩＯ教育体系旨在培养工程技术人员素质，培养学生的工程意识和工程思维方式，因此，进行药物化学的教学改革时，要引导学生面向工程，增加教学内容中的工程因素，将工程案例贯穿到教学的始终，通过对工程案例的分析来加深学生对基础知识的理解，强化学生的工程意识和实践能力。譬如：介绍抗生素这一章节时，以红霉素的生产工艺作为工程案例，阐述生产大环类脂内抗生素药物的具体工艺路线（菌种的选育→培养基优化→发酵→提取纯化），展示发酵和提取工艺工段中的设备，介绍常用的提取工艺方法，并引导学生自主查阅文献，探寻工艺路线中可以优化的工艺参数和可以改进的生产工艺［８］。通过这种“以例说理”的方式，不仅加深了学生对制药工艺的认识和理解，而且激发了学生对工程实践案例的学习兴趣，鼓励了学生探索求知的精神。另外，我国加入ＷＴＯ后，仿制药的历史已经结束，新药的开发进入到了自主创新阶段。在这样的市场背景下，为了迎合生物制药专业人才的培养从知识型向创造型的转变，药物化学的教学需要更加广泛、丰富、实时更新的知识体系和内容。因此，还需要将药物化学发展的最新动态和热点，及时地更新和补充进教学内容中，让学生对２１世纪药物化学的发展趋势有很好的把握，从而激发学生的思维和求知欲［９］。譬如，在介绍抗病毒药物时，以新型冠状病毒肺炎疫情为引子，引出广谱抗ＲＮＡ病毒药物法匹拉韦，介绍该药物的发展历程，并围绕着结构改进、制剂设计、制备工艺优化及药物新用途等方面，阐述法匹拉韦药物的研究进展［１０］。这些最新的科研成果激发了学生的学习兴趣，促进了学生自主学习能力的培养，另外，通过介绍中国科学家在法匹拉韦药物的发展中的卓越贡献，也增强了学生的民族自豪感和进行药物研究的自信心。

２.２教学方法的多样化和先进教学手段的引入

为了使学生在ＣＤＩＯ工程教育模式中发挥主体作用，对教学方法和教学手段进行改革［１１］，以引导学生对药物化学这一核心课程产生浓厚的学习兴趣，具体表现在以下几个方面：第１，采用多样化的教学方法。传统的教学法是以老师讲、学生听为主的填鸭式教学，这种单一的教学模式难以适应飞速发展的当代药学知识的传授，不能有效地调动学生的学习积极性，因此尝试在教学过程中将灵活多样的教学方法（如启发式、探究式、翻转课堂等）引入课堂，以提高教学效果。以探究式教学方法为例，教师在授课过程中提出若干联系实际的小课题，这些课题可以是关键的知识点或综合性的知识，也可以是最新技术进展。学生根据自己的兴趣选择课题，利用课余时间查阅文献资料，小组内部进行合作学习，由此，不仅可以培养学生独立思考问题的能力，而且可以活跃课堂气氛，培养学生观察、分析和表达能力等。需要指出的是采用的教学方法之间不是孤立的而是交叉运用的，开展案例式教学时可以穿插启发式教学，同时结合探究式教学［１２］。譬如，解释青霉素钠需要制备成粉针的原因时，先引导学生联系日常生活中打针的情景，自主发现平时打针使用的青霉素钠是粉针，且保存在医用冰箱中，使用时需要现配水溶液的现象，再提出问题，启发学生思考造成这一现象的原因，并通过自主学习了解到青霉素钠不稳定的化学性质，最后，提供学生进一步探究的课题，让学生通过查找文献、书籍、网络等资料，总结临床上需要制备成粉针再现配现用的药物，并概括制备此剂型的原因。第２，先进教学手段的引入。引入现代化的教育技术，采用不同的表现媒体为学生展示教学内容，可以打破传统的单一教学资源的局限，以多媒体教学、计算机网络辅助教学等先进的教学媒体为药物化学的教学提供支持，由此，使得药物结构形象直观，教学内容图、文、声、像并茂，使得学生对药物结构增加感性知识，便于学生从整体上把握知识的系统性和完整性，使得感性认识上升到理性认识［１３］。另外，从一些优秀的教学网站中下载一些如ｆｌａｓｈ动画和视频等教学资源，这样，可以通过简短的语言、明快的节奏，将药物化学中一些抽象的药理概念剖析透彻，为翻转课堂的开设提供坚实的平台，由此激发学生的学习兴趣，提高学习效率。譬如，介绍利尿药时，可以采用ｆｌａｓｈ、视频展示尿的形成过程，将如此复杂的药理知识可视化，便于学生理解利尿药促进尿液形成的机理。

２.３尝试围绕制药主线开展实践教学

实践环节是ＣＤＩＯ模式下教学环境中非常重要的组成部分，其根本任务是培养学生的实践能力和创新精神，提高学生的科研潜质和创新能力［１４－１５］。本项目拟充分利用已有的教学基础设施，通过以下方式围绕制药这一主线，开展实践教学：第一，开展专题讲座。以原料、制剂、检验及药理为主线，介绍生产企业的生产线，其中涉及车间设计、设备选型及发酵、检验仪器操作等实际操作；第二，开展开放性实验，开阔学生的学科视野，培养学生的实践能力和创新能力。可结合学生实际能力和完成水平，利用大学生科技创新基金研究等实践环节，提供给学生具体的研究项目，激励学生主动参与、主动思考与主动学习，培养大学生工程实践能力和创新能力。在此教学过程中，教师根据自身的研究方向（譬如生物催化生产手性药物），引入具有科研前沿背景和符合工厂实际需求的题目，为培养学生综合应用所学知识解决工程实际问题的能力，提供平台［１５］。第三，推进产、教、研协同育人，邀请企业专家参与药物化学课程建设。邀请东阳光集团、远大医药等企业的专家作为课程的兼职指导老师，向学生们介绍生物技术领域的最新科研成果、先进技术及产业化经验。通过真实的新药研究开发案例的教学，不仅能够让学生更好地理解新药研究开发的过程，而且加强了学生对医药行业的认识［１６］。第四，充分利用校外实践教学基地，强化学生的工程实践能力、职业素养和创新能力。目前，本专业与东阳光集团、湖北人民制药、远大医药集团等著名企业合作，建立了５个稳定的实践教学基地。学生们可以在实习实训基地里实践药物化学课程中的理论知识，在工程技术人员的指导下，按照岗位进行菌种培养、发酵、提取、分离纯化、制剂等操作，了解生物制药车间工艺的流程，掌握设备的型号、结构及工作原理等，在一线的生产岗位上锻炼学生的职业素养和工程实践能力，并通过直面实际药品生产中的问题，促进学生思考解决问题的思路和方案，培养他们解决工程实际问题的能力以及实践创新能力。

３结语

ＣＤＩＯ教育模式以培养学生的工程应用能力和综合创新能力为宗旨，将ＣＤＩＯ理念应用于针对生物工程产业计划生物制药工程方向的药物化学教学改革中。从ＣＤＩＯ能力培养的目标出发，通过实时更新教学内容，重视工程案例教学，实施多样化的教学方法，丰富现代化的教学手段，围绕制药主线开展实践教学，将理论、实践和创新融为一体，促进学生的创新能力、综合实践能力和团队协作能力的培养。

作者：李凌凌 左振宇 黄皓 杨忠华 陈俊 秦晓蓉 单位：武汉科技大学化学与化工学院