研究生《中藥化學專論》優質課程的建設模式與方法。[方法]基于課程教學是研究生教育的重要環節,通過對浙江中醫藥大學《中藥化學專論》課程在教學內容、教學手段、教學資源、網站平臺、教師素質等多方面的系列改革進行分析,歸納總結優質課程建設的具體模式與實施方法。[結果]《中藥化學專論》課程以對本科階段《中藥化學》課程知識的歸納和提升為基礎,重點講授中藥化學成分提取、分離、鑒定的新技術,借助課程網站平臺,融合線下實驗操作、線上虛擬仿真,以翻轉課堂式的幻燈片(powerpoint,PPT)匯報作為課程評價體系的主要組成部分,并在教學過程中不斷提升教師素質,從而有效拓展了研究生課題研究的廣度和深度,研究生對課題方案的設計能力、口頭表述能力乃至PPT的制作能力也得以大大提升,為后續開題報告、論文的撰寫和課題實驗的實施提供了良好的保障。[結論]《中藥化學專論》優質課程建設過程中所形成的課程體系和講授模式,全方位保證了研究生培養的質量,為中藥學研究生專業技能和科研能力的提升提供了新的借鑒。
關鍵詞:中藥化學專論;優質課程建設;中藥學研究生;翻轉課堂式的PPT匯報;虛擬仿真;課程網站平臺;教學改革
《2019年全國研究生招生調查報告》顯示,近10年我國研究生招生規模迅速擴大,招生人數已突破80萬人。研究生教育進入高速發展階段,成為推進高校雙一流建設的重要抓手之一[1]。課程教學是研究生教育的重要環節,是保證研究生培養質量的前提[2-3],浙江中醫藥大學研究生院自2014年開始開展了研究生優質課程的建設工作。《中藥化學專論》課程2017年被列入該建設項目,在以往十余年課程開設的經驗基礎上,經過兩年多的建設,逐步形成了自身的課程體系和講授模式,對中藥學專業研究生的綜合能力和創新意識的培養做出了新的嘗試。作為中藥學專業研究生的學位課程,《中藥化學專論》旨在通過課堂教學和研究生自主學習,提高研究生對國內外中藥藥效物質基礎研究新理論、新方法、新技術的認識,著力培養研究生的創新思維,提高科研能力,培養具有國際視野的高層次研究型人才。由于《中藥化學專論》課程涉及較為抽象的波譜學內容,新的提取分離鑒定技術和方法又不斷涌現,導致研究生雖然明了《中藥化學專論》的重要性,但對課程的學習仍存在一定的畏懼心理。針對這些情況,《中藥化學專論》的課程教學團隊圍繞教學內容、教學資源、教學手段、教學平臺和教師素質等多方面進行了系列改革。
1本科階段《中藥化學》課程知識的歸納和提升可作
為承前啟后的開場講授《中藥化學》課程一般開設在本科階段大三學年,到《中藥化學專論》課程開課時,已經過兩年的時間,學生對《中藥化學》課程的知識有所遺忘,僅留有部分印象。《中藥化學專論》課程講授時,首先對《中藥化學》課程知識進行整體層面上的歸納、總結和提升,可以起到很好的承前啟后的作用。因為《中藥化學》課程主要圍繞中藥中含有的各類化學成分的結構、理化性質、提取分離和結構鑒定分別進行介紹,各類型化學成分間相對較為孤立,在《中藥化學專論》課程講授時可將各類成分聯系起來,進一步拓展辨析它們的共同點和不同點,有利于學生更靈活地掌握和運用相關知識。如蒽醌類和黃酮類化合物當苯環上有酚羥基取代的時候,均表現出酸性,但酚羥基取代的位置不同,酸性大小也不同。蒽醌類成分酚羥基取代在β-位時,受到對位羰基吸電子共軛效應的影響,電子云向羰基偏移,酸性增強,比一般酚羥基酸性要強;而黃酮類成分當酚羥基取代在7-位或者4’-位時,也會受到4-位羰基吸電子共軛效應的影響而導致酸性增強。蒽醌類成分的α-位酚羥基和黃酮類成分的5-位酚羥基均因為和羰基形成分子內氫鍵的原因而使酸性減弱,這說明酚羥基酸性的增強或減弱并不取決于化合物類型,而是酚羥基所處的化學環境。在課題研究過程中,可以通過相應的結構模塊對化合物的酸性乃至其他理化性質進行分析闡釋。此外,對于《中藥化學》課程學習中學生感覺難度最大的化合物結構解析,《中藥化學專論》中將不再按化合物類型進行分類介紹,而是應該引導學生結合《儀器分析》或《波譜解析》課程中的相關知識,總結出相應的波譜規律。如紅外吸收光譜(infraredabsorptionspectrum,IR)中羰基的伸縮振動吸收峰一般出現在1700cm-1附近,可能因為與鄰近羥基發生氫鍵締合,往低波數移動;核磁共振氫譜(nuclearmagneticresonancehydrogenspectroscopy,1H-NMR)中甲基氫的化學位移值一般只有零點幾ppm(partspermillion),如果其化學位移值增加,往往是與電負性大的原子和基團相連……這些在所有中藥化學成分的波譜中都是一樣的,不會因化合物的類型不同而出現顯著差異。各類化合物之所以有各自的波譜特征,是由于自身結構所引起的,它們從根本上仍然符合最基本的波譜解析規律。在實際解析化合物化學結構的時候,尋找這些最基本的波譜信息,將化繁為簡,化難為易。
2中藥化學成分提取、分離、鑒定新技術的原理和應用是介紹的核心內容
作為一門融合現代科學技術和傳統中醫藥理論的代表性課程,《中藥化學專論》以國內外中藥化學學科的基礎理論體系和前沿研究新進展為核心,重點介紹現代提取分離方法以及現代波譜技術在中藥有效成分研究中的應用[4]。中藥化學成分的新提取方法如酶解提取、微波萃取、超高壓提取、閃式提取、半仿生提取法等,新分離方法如新材料的色譜分離、泡沫分離、膜分離、分子蒸餾以及將多種分離技術組合在一起的耦合技術等,新結構鑒定方法如二維核磁共振譜(twodimensional-nuclearmagneticresonancespectroscopy,2D-NMR)、傅立葉變換離子回旋共振超高分辨質譜(Fouriertransformioncyclotronresonance-massspectrometry,FTICR-MS)等,這些方法能有效提高中藥化學成分提取分離和結構鑒定的效率,縮短消耗時間,實現中藥材或復方制劑中成分的大量處理。當然,這些新方法也有它們各自的適用范圍和自身的不足之處,需要依據具體的實驗對象和實驗目的來進行適宜的選擇。在課程講授過程中,教師可在介紹每一種方法基本原理的基礎上,有意識地引導學生結合自己的科研課題進行思考。如原來課題設計的提取方法可能是用傳統的乙醇回流提取,現在是否可以考慮用微波萃取或者酶解提取的方法,以提高提取效率,縮短提取時間?然后再發揮學生自身的主觀能動性,引導他們去查閱國內外文獻,通過該方法或技術應用于其他藥材的研究實例,評估微波萃取或酶解提取在自己課題應用的可行性,最終設計出相應的實驗過程,對提取的工藝進行參數優化,使原本課題中的一個常規操作成為新的創新點。
3線下實驗操作、線上虛擬仿真是課程中不可或缺的組成部分
對于中藥專業的研究生而言,實踐動手能力是科研能力的重要組成部分,是每位同學必需具備的基本能力[5-6]。《中藥化學專論》課程中開設了實驗課,但實驗的講授方式和側重點與《中藥化學》完全不同。首先,由于研究生在本科階段已經學習了中藥學各門專業課程,知識面更廣,《中藥化學專論》實驗講授時一定要把實驗的前因后果解釋清楚,如實驗中的藥材其原植物來源是什么?如果是《中國藥典》收載的藥材品種,應先進行相應的質量檢測,符合標準的才能用于實驗;實驗提取出的成分,后續可以用于中藥制劑的制備,也可以進行藥理實驗,證明其藥效作用,以培養學生整體的、系統的中藥學研究理念。再者,由于本科階段的實驗操作基本是分組進行,每位同學往往不能全程操作,遇到一些需要使用儀器如高效液相的實驗,小組人數更多,實驗儀器參數也基本由實驗老師事先設置好,學生對儀器的使用和相關原理并不了解,僅僅是盲目跟從,導致在《中藥化學專論》實驗時容易出現一些較為低級的錯誤,如使用分析型或制備型高效液相時,樣品或溶劑不用微孔濾膜過濾,或不清楚先后洗脫的樣品組分在極性大小上的差異等等。幫助研究生在此階段鞏固基本的操作技能,理解每一步的原理,規范中藥化學涉及的實驗操作,將為研究生后續進入實驗室、順利實施課題研究奠定堅實的基礎。此外,《中藥化學專論》的課程實驗具有一定的綜合性,耗時較長,由于研究生課程學時數的限制,不可能開展多個實驗項目,此時線上的虛擬仿真實驗就成為了實驗室教學的良好補充[7]。中藥化學實驗所涉及的各方面內容,大到整體項目(如甘草中皂苷類成分和黃酮類成分的大孔樹脂分離純化)、小到玻璃器皿和小型儀器(如索氏提取器、旋轉蒸發儀等)的使用,都可以讓學生在3D立體虛擬實驗室進行操作,如對色譜柱進行裝填、洗脫,觀察索氏提取器提取過程中出現的虹吸現象等等。打破空間和時間局限的虛擬仿真實驗不僅可以讓學生對實驗內容有系統全面的認識,還可以讓學生模似演練實驗中可能遇到的各種問題,并采用適宜的方法加以解決[8]。在實驗項目里,還設置了健康值和生命值,如果學生出現違背安全規章的操作,相應的數值均會減少,以不斷警示學生,讓他們切實體會安全操作的必要性。
4翻轉課堂式的幻燈片
(PowerPoint,PPT)匯報是課程學習評價的良好方式翻轉課堂教學是近年來一種創新的教學模式,指讓學生通過視頻、微課等方式完成知識內容的學習,把課堂作為教師與學生之間以及學生與學生之間互動的場所,從而使學習過程更能體現學生的主體地位[9-10]。鑒于研究生已有本科階段的專業知識積累,也往往具備較強的自學能力,在《中藥化學專論》課程一開始,教師便將“設計任一中藥材或中藥制劑的提取分離方案,在課程最后以PPT形式匯報”這一課程任務和考核內容布置給學生,讓他們在課余時間查閱資料,擬定具體的內容,并利用課程中所講授的知識不斷修改完善,最后在課堂上以PPT形式逐一進行匯報。教師和其他同學共同聽取匯報,對實驗方案發表自己的看法,提出問題、建議或意見,學生據此再進一步修正其方案和PPT,最終提交作為評價成績的主要組成部分。翻轉課堂式的PPT匯報活躍了課堂氣氛,增強了師生互動、生生互動,相比于測試、撰寫綜述等其他課程評價方式,這種方式也更能反映學生對課程內容的掌握情況,讓教師了解他們在學習中的薄弱環節。通過匯報與答辯,研究生們不僅修正了自己的實驗方案,對實驗注意點有了更全面的認知;他們對研究設計理念的理解能力、口頭表述能力乃至PPT的制作能力也能夠大大提升,為后續開題報告的撰寫、課題方案的設計提供了良好的保障。匯報過程中,好的實驗方案、PPT也能起到示范作用,引導其他同學往更完善的層面進行提升。好的設計、采用的新技術或新方法,可以啟發其他同學思考,引起共鳴,對自身的設計方案進行新的優化;設計中存在的不足,也可以提示其他同學在實驗過程中加以避免。如在設計葉類或者全草類藥材中化學成分的提取分離方案時,學生很容易忽視葉綠素類成分的存在,經過教師提醒修正后,其他同學也能在自己的方案設計中增加丙酮提取等步驟以去除葉綠素的干擾。
5課程網站的建設為課程內容的學習搭建了互動的平臺
學校研究生院在其網站上開辟了“優質課程”的版塊,每一門入選的優質課程均可以在此上傳教學設計、教學課件和教學視頻等,發布課程通知、閱讀文獻以及作業思考題等,也可以進行課程測試、課后答疑等,虛擬仿真實驗項目也在此開展,網絡信息的“交互性”為課程內容的學習、師生間的互動等搭建了良好的平臺。由于化學成分結構的微觀性,《中藥化學專論》課程內容偏于抽象,網站上可以通過視頻、圖片、動畫演示等使其變得立體和動態,也更容易被學生所感知和接受[11]。網絡的無時限性能隨時、重復播放視頻、音頻等,使學生能更自由地進行課程內容的學習;同時網絡的開放性也為課程學習提供了無限的補充資源。在課程網站上,詳細介紹了每一位授課教師的基本情況,擅長的方向領域和發表的期刊文章等,并設置了互動留言中心,研究生們可以就自己感興趣的問題或實驗過程中遇到的問題進行咨詢和討論,由教師們進行答疑解惑。
6授課教師自身素質的不斷提升是教學質量的可靠保證
《中藥化學專論》是一門內容日新月異的課程,隨著科技的不斷發展,新的技術和手段不斷涌現,新的化合物不斷被發現,這就要求任課教師要不斷學習新的知識,把握國內外新的動態,對新的提取分離鑒定方法有較全面的了解,才能給學生教授不斷更新的課程知識;同時教師要引導學生閱讀國內外文獻,首先自己要查找文獻,閱讀文獻,進行優劣篩選后,才能把合適的文獻提供給學生,才能與他們共同探討其中的創新之處;教師還要對課程實驗內容以及學生的實驗設計方法進行解讀和建議,首先自己要有相應的科研經歷,才能針對其中的正誤和關鍵點做出判斷,這些都是對教師自身科研素養的要求。而在課程講授、PPT匯報過程中,教師還要有良好的溝通與協調能力,良好的把控能力,以使課堂的互動更為和諧,通過自己的言行舉止讓學生懂得科研設計不可能一開始就很完美,而是需要不斷地加以探討與修正,面對自己設計方案的一些不足或者錯誤,應該接受他人的建議,努力去思考與提升,這些則是對教師人文素養方面的要求[12]。與此同時,隨著多種教學方法和教學輔助手段的不斷引入,教師除了專業方法的積累,還要學習網課的創建、微課的制作、虛擬仿真實驗的腳本撰寫等,《中藥化學專論》課程的講授,也促使著教師不斷跟隨時代的發展,提升自身的各方面技能和綜合素質。《中藥化學專論》通過優質課程的建設,使得課程的內容體系更加系統,原本抽象難以理解的提取分離技術和結構鑒定的原理變得更為淺顯生動,能更好地在課題研究實際中運用。師生之間通過課堂講授、PPT匯報、課程網站等多種途徑互動交流,感知新知識,使自身的科研和人文素養得以極大提升。同時研究生科研論文水平得到明顯提高,80%以上的研究生發表了中文一級期刊和美國科學引文索引(sciencecitationindex,SCI)收錄文章,授課教師也榮獲了第三屆“中醫藥社杯”高等學校中藥學類專業青年教師教學設計大賽二等獎、校青年教師教學技能比賽一等獎等多個獎項。
7結語
《中藥化學專論》課程在建設過程中,從教書育人的根本出發,有機融合本科《中藥化學》課程知識,結合中藥化學成分提取、分離、鑒定等專業新知識,依托課程網站平臺,運用虛擬仿真、翻轉課堂等教學新手段,不斷提高教師專業素養,構建了具有自身特色的課程體系和講授模式,也取得了良好的建設成效,有效提升了中藥學專業研究生的知識基礎和科研能力。《中藥化學專論》優質課程的建設還將持續下去,以便為我校中藥學一流學科的發展、為培養具有扎實專業技能和創新科研能力的優秀研究生繼續提供堅實的基礎。
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作者:何昱 陳建真 吳巧鳳 金偉鋒
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