现代信息技术的中药化学教学改革

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摘要：中药化学是一门以中医药基本理论为指导，结合临床用药经验，运用化学的理论和方法及其他现代科学理论和技术研究中药防病治病的物质基础的重要专业课程，内容侧重研究中药成分的提取分离、理化性质、化学结构、生物活性及构效关系等。信息技术的快速发展为本门课程的教学提供了新的机遇，探索现代信息技术如多种化学软件和数据库网络资源在中药化学教学中的应用，从而达到传统教学与现代科学技术的相融合，提高教学效率，提升教学质量，帮助学生深刻理解和牢固掌握中药化学理论知识的目的。

关键词：中药化学；信息技术；化学软件；网络数据库

中药化学是一门以中医药基本理论为指导，结合临床用药经验，运用化学的理论和方法及其他现代科学理论和技术研究中药防病治病的物质基础的重要专业课程［1］。其所涵盖的基本理论和实践技能是中药学学生后续专业知识体系所必需的基础。课程涉及很多复杂的立体化学结构、枯燥的提取分离工艺、晦涩难懂的理化鉴别和结构鉴定方法，是一门学生普遍认为难记忆、难掌握的课程［2］。因此，如何将繁杂、抽象的理论内容生动、形象化以便于学生记忆和掌握，是本门课程教学改革的目标。随着现代信息化技术的快速发展，中共中央在《国家中长期教育改革和发展规划纲要〔2010—2020年〕》中明确提出“加快信息化进程”“提高教师应用信息技术水平”等重要指示［3］。现代信息技术和传统课堂教学逐渐融合，将极大丰富中药化学的教学内容。教研组老师针对当前中药现代化、产业化人才培养的需求，积极创新课程教学模式，将多种化学软件（ChemBioOffice、ModelChemlab和Me⁃stReNova等）和网络数据资源融入到日常的教学工作中，探索现代信息技术在中药化学教学中的应用，引导转变学生的学习方式，激发自主学习能力，提高学习兴趣，帮助其深刻理解和牢固掌握中药化学理论知识，为创新型中药学人才培养打下良好基础。

1结合现代信息技术的中药化学教学

中药化学教学内容繁杂、理论性较强，信息丰富、内容庞杂，有效地应用专业化学软件和网络数据库可改进传统的授课方法与教学内容［4］，譬如制作精美直观的多媒体课件，绘制3D化学结构，形成精准快速的化学成分网络数据库等。这些现代信息技术在教学过程中的融入，可以将传统课堂上抽象的理论知识以可视化的，形象化的形式呈现给学生，以此激发学习热情，且便于记忆和理解，极大地提高了中药化学的教学质量。本文结合近年来的教学实践，介绍现代信息技术在本教研组中药化学教学中的应用情况，以此促进中药化学课程建设的改革与实践，提高中药化学的教学效果。

1．1多媒体技术在中药化学教学中的应用

随着现代信息技术的突飞猛进，多媒体技术（集文本、图像、声音、动画及模拟等手段为一体）广泛应用于现代科学的教学中，在知识的传播与交流中发挥重要作用［5－6］。本教研组老师在中药化学的教学中参考权威网络资源和教材，制作多媒体中药化学课件，内容新颖，专业性强，知识覆盖面广，并结合了多年的专业科研进展和经验积淀，实现了教学内容多角度、多层次及“视、听、思”的有机结合。例如：根据文献制作了介绍青蒿素结构的溶解性特点、注意事项和最新研究动态的多媒体课件，可形象生动地将所有相关信息传授给学生，再辅以教师的讲解，学生可在短时间内掌握并理解青蒿素用药的特点和结构修饰的必要性。在教学过程中设计与课程内容相关的课题，如“生活中的中药化学”“生活中的多糖”，让学生利用网络数据库资源进行文献收集整理，制作PPT并在班级里完成汇报。多媒体技术将书本中抽象的概念和枯燥的内容，以形象生动、图声并茂的具体形式展示给学生，引导并较好地维持学生的有效注意力，将被动学习转为主动学习，积极探寻中药化学知识的奥秘。

1．2专业化学软件工具在中药化学教学中的应用

中药化学教学中结构解析和结构特点是很难理解的知识点，其极强的抽象性，往往需要学生具备较强的专业基础知识和空间思维能力，才能正确理解并掌握。专业化学软件的应用，可以很大程度上帮助学生克服这方面的学习困难，直观、高效的专业工具通常会辅助学生在学习上达到事半功倍的效果。目前，中药化学领域常用的专业软件工具有Chem⁃BioOffice工具包、ModelChemlab和MestReNova核磁软件等［7－10］。ChemBioOffice工具包，包含ChemDraw（化学结构绘图）、Chem3D（分子模型及仿真）和Chem⁃Finder（化学信息搜寻整合系统）等模块，是国际通用的集化学结构绘图，3D分子模拟分析和智能快速化学结构式搜索为一体的专业软件。比如，本教研组老师培养学生熟练使用ChemBioOffice软件（试用版），将中药化学课程中需要掌握的化合物结构绘制出来并以作业的形式完成提交，从而让学生熟练掌握化合物立体构型，如β⁃D⁃葡萄糖、α⁃L⁃鼠李糖、三萜和甾体母核环之间的顺反稠合方式，并将二维结构转化为三维结构，熟悉这些化合物结构中不同取代基之间的空间关系。这些结构式的掌握为下一步的计算机模拟对接和生物活性研究打下基础。ModelChemlab是一个可采用动画，预演等方式模拟真实实验操作的软件，尤其对于有时间限制、有毒有害、或有一定危险的实验，是模拟操作过程的理想工具。MestReNova核磁软件（试用版）是一个专业处理化合物核磁共振（NMR）图谱数据的软件，本教研组老师将中药化学有效成分的NMR信息清晰准确地展现给学生，并借助软件对化合物结构进行小组讨论分析，很大程度上帮助了学生领会和掌握中药化学成分NMR图谱解析过程的授课内容。

1．3网络数据库资源在中药化学教学中的应用

中药化学中有效成分的生物活性、构效关系和结构修饰是合成或半合成高效、低毒、安全的新的衍生物的重要基础。为了让学生扩大视野，提升专业技能，掌握现代化的中药化学成分新药研究技术，在近年来的教学中，我们逐渐引入DockDataBank和D3Pharma为工具，建立中药化学教材中化学成分生物活性探究方案，形成中药化学网络资源。例如，通过文献检索，建立常用清热中药小分子化合物库，并采用计算机模拟对接技术和计算机网络药理学方法，快速筛选出清热中药中潜在的治疗新冠肺炎的活性成分。以网上资源D3Targets2019⁃nCov网站为基础，网站上共列出77个与新冠肺炎相关的靶标蛋白，让学生构建清热中药治疗新冠肺炎的中药活性成分－靶标－疾病网络，对清热中药治疗新冠肺炎的有效成分和作用机制从系统水平进行筛选研究。这些中药化学成分网络的构建和分析可以将化学成分的聚类、差异、以及有效成分与相关靶标及疾病的复杂分子作用机制可视化。具体见图1。

2结合现代信息技术的中药化学教学实践的效果与分析

本教研组结合现代信息技术的中药化学教学实践，使原本复杂抽象的理论知识形象化、生动化、具体化，对于提升高校教师的中药化学授课质量和提高学生的学习效率都起到了积极有效的推动作用。同时，让现代信息技术走进中药化学课堂，也使得学生们尽早地接触和了解，进而掌握专业化学软件和网络数据库资源的使用方法，为进一步提高学生应用中药化学知识解决实际问题的能力打下扎实基础，对于培养学生的科研及专业综合素养十分有利。

2．1教师教学质量得到有效提升

现代中药化学的理论知识和研究技术更新速度很快，提取分离、结构鉴定、构效关系与结构修饰等科学技术在传统的方法上日新月异地发展，这就要求教学内容和教学手段都必须适时修改并给予更新。目前高校中药化学的教学模式依然局限于教材固有知识的传授与解惑，不利于现代大学生科研能力和创新精神的培养。我们将现代信息技术应用到中药化学课程的黄酮、三萜和生物碱等各章节中，覆盖比例由3年前的30％提高到90％，借助现代信息技术将这些更新的内容引入中药化学的教学后，既能实现“视、听、思”一体化的教学方法，又能增加该领域最新的国际学术动态和研究进展在教学中的体现，丰富教学内容。教师们通过自己多年来牢固坚守在科研与教学第一线的宝贵经验积累，对这些科研信息相关问题进行教学分析，多层次、多方位地将中药化学知识呈现给学生。这一教学改革与实践活动极大地活跃了中药化学课堂学习氛围，增强了中药专业知识的授课效果，从而提升了教学质量。

2．2学生学习效率得到有效提高

高校的教学改革是以培养现代化创新人才，培养学生探索知识、发现知识及应用知识的能力为目标的。中药化学课程理论性强、叙述性强、抽象化概念多、思辨性强等特点，涉及到很多晦涩难懂的定义，化学检识反应，复杂的化学结构式。以往的灌输式教学下学生要花费大量时间去反复记忆，学习效率较低，而利用专业化学软件和网络数据库资源等现代信息技术可以明显改进中药化学教学中多媒体课件的展示效果，学生不仅能更直观地学到原有教材中的理论知识，而且能够借助现代的信息工具，自己动手去画化合物结构，探索化合物生物活性知识、梳理各章节中药化学成分结构特点，在信息工具中亲身经历、不断试错并归纳总结。这样的学习过程是主动的、探索的、有趣的，因此学习效率得到有效的提高，空间想象力和创新能力都得到了很好地培养，在一定程度上提高了独立直面问题、分析问题、思考问题，最终解决问题的能力。

2．3课程教学效果得到有效肯定

通过现代信息技术的引入，培养了学生中药化学专业理论与实践相结合、中医药传承与创新相结合的重要能力。自2018年以来针对本校2016级、2017级和2018级中药班的学生，我们重点加强现代信息技术与中药化学内容的学习。经过这3年的教学实践，我们取得了良好的教学效果。3年来对420名学生中药化学综合考试成绩分析，优秀率（80分以上）从之前的15％提高到33％。课后问卷调查表明，学生对该课程的认可度普遍较高，96％的学生认为与传统教学相比，现代信息技术在中药化学课程中的有效融合可以帮助他们储备一定的基础科研能力和科研思路；90％的学生认为通过本门课程的学习，中药化学知识的综合运用能力得到了较好地锻炼，创新能力和综合科学素质有所提高，科研思维和专业动态知识得到一定拓展。学生普遍认为结合现代信息技术后，他们的课程任务更加充实，学习内容更加丰富。另外，对中药专业的认可度和兴趣也同步提高，其科研思维和视野都开阔了许多，收获颇丰。

3结语

现代信息技术引入高校课程教学已成为不可阻挡的教育改革趋势。如何科学利用现代信息技术，对中药化学课程教学进行创新性变革，是每一个中药化学教育工作者必须深刻思考的问题。本教研组老师多年来一直通过专业化学软件和网络数据库资源等现代信息技术在教学中的有效融合，较好地激发学生学习中药化学专业知识的兴趣和热情；最大程度提高培养学生利用现代信息技术进行学习、独立分析问题和解决问题的能力；提高中药化学教学效率，提升教学质量；能及时提高学生的中药专业素养，紧跟该学科前沿研究的动态步伐，使学生最终成为合格的中药现代化、产业化创新人才。同时，本次教学改革实践证明结合现代信息技术的中药化学教学改革具有较好的实操性、可行性及创新性特征，且便于各大高校推广，对中药化学的现代信息教学改革具有一定的借鉴意义和参考价值。

作者:吴迎春 王瑞 贾琦 张刘强 吴华丽 郭夫江 李医明 单位:上海中医药大学