化工与制药类课程的“数字化教学”——以药剂学为例*

季 鹏，陈 铭，张雨萌，黎 静，刘慧生

(1.泰州学院医药与化学化工学院，江苏 泰州 125300；2.中国药科大学药学院，江苏 南京 211198)

“数字化”的概念最初发端于信息技术，在21世纪初逐渐在我国教育部门实践。“数字化教学”的内涵是在数字化教学环境中，遵循现代教育教学理论和规律，借助信息技术，将传统教育内容转变为现代数字信息，在师生对这些信息进行收集、利用、加工、探索、发现、创新等过程中实现教学目标[1]。二十多年来，“数字化教学”逐渐由“此法只应名门有”发展到“走入寻常学校家”，既有人工智能、物联网、大数据等技术提供坚实的物质支撑，又离不开教育部在《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中“以教育信息化带动教育现代化来促进教育事业发展，充分发挥现代信息技术优势，注重信息技术与教育的全面深度融合”[2]的政策支撑。

1 药剂学教学特点暨引入“数字化教学”原因分析

药剂学，作为一门研究药物制剂处方筛选、工艺设计、质量控制和合理应用的技术学科，具有临床性、实践性和综合性的显著特征，在药物设计全流程中扮演着将药理活性成份转变为临床可用产品的承上启下的角色。这样的学科特征也就自然给药剂学教学带来了相当程度的挑战，笔者根据自身教学经验作出如下归纳：①药剂学基础课程庞杂，从偏理科性质的物理化学、分析化学，偏工科性质的化工原理、机械制造，到偏医学性质的生理、药理、生物药剂学，均有所涉及。这样交叉性的学科特征对教师和学生的知识储备和灵活知识迁移均提出了相当的挑战。以药剂学重点章节《药物制剂的稳定性》为例，重要衡量指标半衰期t1/2和有效期t0.9的公式推导来自于物理化学中化学动力学的基础，水解途径案例中青霉素和头孢菌素等酰胺类药物水解裂环失效则和临床应用密切相关。②药剂学教学内容体系繁杂与学生同期学习任务繁重矛盾突出。以笔者教学采用的《药剂学》(人民卫生出版社，第八版，方亮主编)为例，全书共计21章85万字，主要涉及药物制剂基本理论、传统制剂剂型及新剂型和新制剂，各个部分之间又各有侧重、互具关联；于此同时，学生在修学《药剂学》同期还修学《药理学》《药物化学》《药物分析》等专业核心课程，如此繁重的学习任务决定了他们只能在比较有限的时间内对药剂学知识进行了解、认知、理解、识记和应用，这势必对教学工作提高教学效率和质量提出了要求[3]。药剂学教学模式存在重教轻学、重考轻用的问题，这和技术性学科是不相适应的。受限于师生比例、学科资源、教育传统等多方面因素，药剂学也不得不采取传统的医学教育模式，即“以教师为主体，以讲课为中心”的LBL模式[3](Lecture Based Learning，以授课为基础的学习)。这样的教学模式采取的是以教学大纲为主要内容，以课堂灌输为主要途径，以期末考试为主要测评的方式，限制了学生的知识视野，打击了学生的主观能动，使学生消极应考，对学生对知识的建构与应用都产生了深远的消极影响。

面对这样的教学现状，笔者在现有教学实践形成问题剖析的基础上，参考国内药学院校对药剂学教学的教学改革经验，基于当前信息化时代的大背景，认为在药剂学积极拥抱“数字化教学”是解决教学瓶颈的关键一招。药剂学引入“数字化教学”主要基于如下原因：1)现代信息通信技术发展提供了坚实技术支撑。众所周知，我国5G通信技术已经处于世界前沿水平，数据传输速率和稳定性完全可以支撑教育教学中高密度信息交互。2)药剂学教学特点提出了建设信息资源库的现实命题。对理论学习而言，“数字化教学”可以满足学生预习、复习、巩固、提升等学习需求；对实践学习而言，新冠疫情冲击实验教学、实践应用，可以通过“数字化教学”在一定程度上通过虚拟仿真进行弥补。3)药剂学拥抱“数字化教学”也是“数字课程、数字高教、数字医药”建设的题中应有之义，既可以推动学科与时俱进、面向时代，也可以推动高校为国育才、面向未来，更可以推动产业面向经济主战场、面向科技现代化。

2 药剂学引入“数字化教学”教学举措

2.1 自研教材资源

新一代大学生基本都是成长在互联网社会中，学习渠道已经不再局限于书本和课堂，而是在各式各样广泛的资源中寻求自己所需要的信息。一方面，这些资源的直观性、趣味性要比传统的纸媒素材更加吸引学生，有利于促进学生进入知识情境。如在《缓控释制剂》章节学习中，笔者用bilibili网站up主Initial_Pharmacy发布的拉莫三嗪缓释片、硝苯地平控释片、盐酸帕罗西汀肠溶缓释片等资源的引入，学生在精美的片剂释放过程中感性认知缓控释片剂释药行为，有利于他们带着问题进入学习。另一方面，各类教学资源在自媒体时代又不可避免地出现内容繁杂、传播失真的问题，学生自身缺乏专业知识背景，让他们辨别、遴选有效信息显然是不现实的，这时候任课教师就当仁不让地需要承担信息搜集、筛选、重组、整合的任务。笔者及教研组教师立足于满足学生学习基础学习需求，兼顾课程教学长期资源积累规划，主要作了如下工作：1)立足教材基础和教学大纲，对相关章节内容进行整合梳理，适当做好相关基础课程和后续深入课程的衔接，系统修缮教学资源。如针对重点章节《表面活性剂》和基础课程物理化学中《表面化学》章节做好衔接，便于学生在回忆过往知识基础上更好学习理解新学知识。2)基于自身科研经验，备课之时适当将平时检索搜集的文献信息、产品信息、法规信息及自身科研成果不断融入教学资源更新之中。同时，注重从学生课堂反馈、自主学习的过程中复盘，对相关教学资源作出深浅、增减的调整。如在《药物制剂设计》章节，特别加入产业界最新研发经验讲座视频[4]。这样做，既可以保证教学资源时效性得到保证，也会在对课程内容有限延伸的潜移默化中培养学生的科研意识和辩证思维。3)参考国内外高校《药剂学》《工业药剂学》MOOC教学经验，形成自己的网络教学资源。同时，与联合培养实习学生的企业合作，加入一些制剂实际生产的流程视频，将很多制剂设备和工艺细节以动态的方式充分展现，配以形象化、可视化、具象化的讲解。一方面，便于学生将教师课堂理论抽象讲述的制剂过程在生产情境中准确理解；另一方面，考虑到本校学生就业需求，也为他们未来出校衔接社会需求作好铺垫，体现着产学研相融合的教学特色。

2.2 变革教育模式

正如前述，传统教学方式的“被动性、依赖性、统一性、认同性”在促进了人才集中培养的同时也产生了消极影响。而实现发挥现代教学方式“主动性、独立性、独特性、问题性”的积极作用，则需要在“数字化教学”的条件下发挥师生两方面主观能动性。为实现这样的目标，笔者主要在PBL教学法和第二课堂建设作出了探索。

PBL模式(Problem-Based Learning)全称是以问题为基础的教学模式，早在1993年就被美国药学教育改革委员会建议各药学院系使用，以培养药师型人才为目标[5]。该理论强调以学生为中心，视学生为认知的主体，是知识意义的主动建构者，而教师只对学生的意义建构起帮助和促进作用[6]。它的教学要点是通过小组交互协作式学习充分调动学生的探索新知解决问题的主观能动性。将学生进行随机分组，每一组下达不同的任务，然后各小组成员通过互联网等媒介查询相关知识并完成最终的结果展示，在展示完成后由教育者进行补充、说明和评价。但是，考虑到国内院校在PBL教学实践中显露的学生学习思维未及时转变、学习基础知识欠缺、学科体系不易建立、学生学习负担变相加重[7]等问题，笔者对PBL模式进行切合实际的改革。笔者在传统剂型、新剂型和新制剂专题教学结束之前三周，提前发布任务后，允许所教授班级(专业大班)学生进行自由分组选题，基于课堂知识检索必要的资料，完成 10 min 汇报的展示作业。在作业完成后，规定时间期限前上传至课程平台，并要求组长进行组内自评、组间互评，最后教师进行评分，并采取一定权重折和。根据总加权分值顺序，选取排名前列的小组进行线下成果展示，并要求学生在展示过程中积极思考、提问和解答，教师更多作方向指导和知识补充。这样的教学方法，使得学生由被动学转变为主动学，教师由权威传授者转变为平等讨论者。本科阶段适时加入PBL模式，既是激发学生学习兴趣，促使负责学习主业的好方法，又无形中培养了学生发现问题、检索信息、分析问题、团队协作、汇报交流的能力，给他们的长远成长作出了必要的贡献。

第二课堂是相对于第一课堂即课堂教育而言的，属于素质教育不可缺乏的一个环节。它形式多样、类型丰富，不局限于学校，更关注学生长远综合素质发展。药剂学“数字化教学”嵌入第二课堂正因为这些特点而具有了必要性。一方面，药剂学面向的是产品和市场，需要引导学生了解临床、了解行业和了解经济发展，而走出课堂、走出校门的第二课堂则正好提供这样的契机；另一方面，针对学生不同发展层次和发展需求，有些学生毕业后目标是去工厂、企业，有些学生毕业后目标则是深造，而提前了解企业和更高层次学段则离不开第二课堂。

笔者将“数字化教学”与药剂学常规教学手段结合，进行了如下探索：1)关注国计民生问题。从药剂学角度向学生介绍《我不是药神》“格利卫”价钱贵的情况，CAR-T免疫疗法120万元一针等尖锐问题，积极培养学生爱国热情、人民情怀。2)开设专题讲座，对前沿知识进行科普介绍，供有兴趣学生选学。3)利用合作企业和其他具备硕博培养资格的高等院校资源，促进彼此交流，邀请企业研发负责人、硕博导师、优秀学长学姐做讲座或访谈，并开放学生提问。开展第二课堂工作，目前只是一个方兴未艾的状态，我们进行这样的工作初衷是基于药剂、不唯药剂，借助药剂学科“数字化教学”建设平台更好促进学生综合素质全面发展，使更多学生成长成为产业技术骨干。

2.3 启用教学虚拟

虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象[8]。采用这样的虚拟仿真实验教学形式，主要是基于如下考量：首先，虚拟仿真技术下的实验操作可以让学生提前预习实验内容，对于实验原理有所了解，熟悉实验操作步骤，使学生在开展真正实验时规范行为。实验后，学生可以通过虚拟仿真技术进行复习巩固，反思真实实验时的盲点和错点，增强实验操作能力。其次，在学校经费不足以购买一些药物、设备或者处方中有毒性较大的药物时，学生没上手操作的机会导致实验不能达到教学预期效果的时候，此时学校在虚拟仿真实验模块建立相应的实验项目，学生就可以通过虚拟仿真实验完成操作，使教学内容更加直观。最后，考虑当下疫情影响，学生的线下实验教学、毕业设计实习都遭到了不同程度的影响，采用这样的系统可以促进学生利用数字化媒介熟悉实验技能、操作要点和关键细节。笔者主要利用虚拟仿真实验平台作出如下探索：1)针对传统验证性实验，将实验教学内容与制药企业的生产方向紧密结合。学生只需坐在计算机面前，实验会通过视频、音频等方式呈现在面前，戴上虚拟仿真设备后，就可以高度真实地展现出实验环境，学生可以严格遵循GMP实行操作。如他们在理论课和实验课掌握片剂生产基本原理和制备方法之后，在“虚拟药厂”环境中，从备料、粉碎、筛选、混合、制粒、压片等各个环节均有还原，有效让他们深化对知识的理解，夯实对知识的掌握。2)针对创新探究性实验，在平台发布奖励性设计处方任务，让学生通过自行查阅文献，借助虚拟仿真技术设计处方并进行药剂的制备，从而来培养学生的自主学习能力和创新能力。其后，利用虚拟仿真技术对于自行研究实验进行评价，系统给予相关知识指导，学生对于设计实验进行完善[9]。

3 药剂学引入“数字化教学”效果及前景分析

3.1 药剂学“数字化教学”成果初现

经过若干学期“数字化教学”的逐步探索，药剂学教学初现了一定的成果，主要表现在三个方面：1)激发了学生的学习热情，提高了学生的知识基础。由于改革后的成绩评价增加了PBL教学评价的权重，学生课堂互动率大幅提高，改变了过往教师“一言堂”的局面。同时，尽管改革后期末考试相比以往增加了难度，提高了对灵活运用的要求，但学生的不及格率由原先的10%～20%下降到5%～8%。在他们未来选择发展方向上，更多选择211等更高层次学校考研需要考药剂学的硕士学位。2)培养了学生的创新意识，促进了学生创新创业热情。学校同时开展创新创业“种子”计划，双向选拔具有创新潜质的学生进入教师科研队伍。截至到2020年，学院成功立项并正在开展的省级以上大学生创新训练计划项目14个，这无疑给学生多元发展提供更多选择。3)降低了师生沟通成本，推动在岗教师更多精力倾向科研转化。由于运用了“数字化教学”的方法，在课程资源讨论区，学生可以便捷提问，互相讨论解答问题。这让教师只需要解答一些学生无法解决的疑问，同时还避免了重复解答的问题。正是由于这样，由于进行了数字化建设，最大限度缓解了年复一年的重复劳动，教师可以腾挪更多精力专注自身科研任务。

3.2 药剂学“数字化教学”发展思考

尽管采取“数字化教学”进行药剂学教学改革以来，学生在学习成绩、工作评价等方面都有了一定的进步，然而在实践中还是遇到不少困难。

一是构建高质量、可持续性的教学共享资源平台，已成为数字化资源建设的一个重要组成部分[10]。各大高校的药剂学专业教师团队应该通力合作，利用数字化教学资源构建以MOOC为基础，推文、动画、音视频等多种形式共同发展的药剂学网络学习和应用的共享资源，匹配到相应章节，供不同基础层次学生选学，实现校校联合。同时，还应当与国家药监局、国家药品审评中心和医药研发、生产企业等单位建立长期合作，联系生产实践，突出经典案例，有针对性提供数字化资源，让学生可以以理论知识为铺垫，结合可视化生产过程，对原本静态的理论知识增加立体的、动态的了解，以此丰富学习内容，培养学生自主学习能力。尽可能丰富数字化教学模式，协同发展线上和线下教学，实现校企联培、校社联育。

二是加强信息化基础建设和维护水平[11]，为药剂学“数字化教学”保驾护航。一方面，高校要加强相关基础设施建设投入，另一方面也需要紧跟教学实践发展实施更新优化建设。如虚拟仿真软件设计上，不能仅仅覆盖书上的处方设计、制备工艺等，而是针对药物制剂研究与生产过程都要包含。在此软件中，开展学生的自主学习，在虚拟仿真环境下，学生通过课题选择，查阅文献资料、进行处方设计与优化、选择实验仪器和结果分析等流程培养实践能力、创新意识和独立思考能力。

4 结语

“数字化教学”已被越来越多的高校所运用，且大多有良好的反馈。我们根据药剂学发展实际情况，积极拥抱“数字化教学”。相关举措既夯实了学生的课程知识掌握，也提高了学生抽象思维能力、学习思考能力、综合研判能力及沟通表达能力等方面综合素质，同时也为教师及时了解学生反馈、提高教学质效提供了抓手。未来，药剂学教学仍然按照既定的“数字化教学”，加大基础投入，狠抓信息建设，统筹教学资源，深化第二课堂，创新教学模式，继续承担好培养合格的技术型、应用型和创新型、研究型制药工业人才的主责主业。而我们这一有益探索，也会为同类特征学科教学提供一定的借鉴经验。