藥用有機化學中“拓展性”案例教學實踐

孫晶 李桂香 張國民

摘 要：以《有機化學》立體異構中的旋光異構為例，以完成教學大綱要求為基本原則，結合學生實際情況，從課題背景、教學設計、學習方式等方面對案例教學法在有機教學中的具體應用進行了探討。實踐證明，案例教學的合理運用不僅有助于教師教學水平的提高，還能調動學生的主動性，提高教學質量。

關鍵詞：有機化學；案例； 旋光異構；教學設計

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

在教育心理學中有一個公認的準則：只有當人們清楚意識到有必要去了解某個事物時，他才會主動地去學習。光是告訴學生某項知識或技能他們日后會用得到，并不能起到有效的激勵作用[1]。 有機化學作為藥學專業必修基礎課程，理論性強，化合物結構繁多，化學反應復雜，難理解，難記憶，加之傳統教學傾向于知識的傳授、強調學科本位、注重書本知識等現狀，使學生感到枯燥、乏味、混亂，學習興趣下降，課堂教學效果不理想。對此，在有機化學教學嘗試中應用案例教學法，通過學生參與、探究等活動，使抽象的概念通俗易懂、晦澀的內容生動形象，有助于學生對難點、重點知識的理解，如旋光異構，同時加強了有機化學與藥學專業課程、實際生活以及科技發展的聯系。

1.案例課題

旋光異構——R/S構型標記法

2.案例背景

旋光異構概念、手性結構分子等是有機立體化教學的重點內容，同時也是一個教學難點。本課程內容比較抽象，需要一定的立體思維能力，對學生有一定的難度[2]。知識層次上本課程安排在烴及其含氧衍生物等知識點后，學生已經接觸了碳鏈異構、位置異構、官能團異構、構像異構等了同分異構體現象，對有機物的化學結構決定其理化性質，進而直接影響藥物的藥性和藥效也有了一定的認識，因此，在教學過程中如何激發學生的學習興趣是突破難點的關鍵，依據實際特點本課程采用拓展性案例教學。

3. 案例設計

3.1 環節一：獨立自學，查閱資料

在進入課堂前，請同學們認真閱讀教材相關內容，標記重要知識，做好疑難標記，此內容課前獨立完成。再以小組為單位討論較難的問題，全組的問題由小組長做好記錄。

各學習小組根據不同任務查閱相關資料：（1） 雌激素——己烯雌酚；（2）復合左旋肉堿膠囊；（3）氧氟沙星；（4）手性藥物及研究進展。

3.2 環節二：教師分析預習記錄

完成預習后，以小組為單位提交預習記錄，教師認真查閱并指出學生在預習中存在的問題，同時將共同的難點知識內容做好記錄以便在課堂上提出。這個環節體現學生的自學能力和對知識的理解能力，同時將主動權交給學生，讓他們在學習中體會到快樂，感受到成功。

3.3 環節三：課堂導入，由淺入深

1、知識回顧：基本概念及同分異構體的分類

2、新課導入——反應停事件（拓展性案例）

為了克服概念抽象引起的厭學、畏難情緒，在講授該內容引人了“沙利度安慘劇”的案例：在20世紀年代初期，歐洲出現了一萬多個具有嚴重生理性陷（主要體現為四肢畸形、腭裂、盲兒或聾兒、內畸形等）的“海豹嬰兒”，其中有將近4000名患兒了不到一歲就夭折了。導致這種先天性殘疾的原是這些嬰兒的母親在懷孕期間服用一種用于治療婦早孕癥的藥物即沙利度安（Thalidomide）。該藥是1953年西德公司生產的，其主要成分是一苯酞茂二酰亞胺。但一苯酞茂二酰亞胺有兩種手性構分子，藥理作用也有極大的差異。

（1）案例引入時機 本案例具有極強的震撼力和視覺沖擊力，因此在本章教學引言中適時引入，引起學生對所學知識的高度關注和濃厚興趣。

（2）案例的進一步分析探討 在對映異構現象、對映異構體及手性碳原子等基本概念基礎上，給出沙利度胺的結構式（如圖），引導學生分析沙利度胺兩種異構體分子結構的差異、手性碳的數目。

隨著問題的解決，學生可以得出對映異構體分子的空間構型不同，其理化性質及藥物活性有很大區別。進而引出本課程的重點內容即利用R/S構型命名法對同分異構體的構型進行標記，同時利用本案例對學生進行職業道德與操守教育。

3、教師結合預習報告詳細講解R/S構型標記法內容

a、按次序規則將手性碳原子上的四個基團排序。

b、把排序最小的基團放在離觀察者眼睛最遠的位置，觀察其余三個基團由大

→中→小的順序，順時針方向，構型為R，反時針方向，則構型為S [3]。

（1）由楔形透視式確定構型

乳酸手性碳上的四個基團：OH > COOH > CH3 > H

（2）由Fischer投影式確定構型

3.4 環節四：小組合作，解決問題

組織學生以小組為單位有序地討論，小組合作討論完成課內探究案中存在的問題，針對小組不能夠解決的問題，在旁邊進行指導與提示，并提醒他們對在討論中形成的問題做好記錄，以便點評時提出，使學生順利完成學習任務。

課堂練習：指出下列化合物的R或S構型。

3.5 環節五：案例（ppt）與點評講解

1、第一小組同學展示其預習討論結果：雌激素——己烯雌酚

（1） 結構展示

（2） 性質討論

己烯雌酚是雌激素，它有順、反兩種空間構型，兩種異構體屬于不同的化合物，理化性質不同，生理活性也不同。臨床上廣泛應用的是反式已烯雌酚，生理活性較強，而順式結構由于兩個羥基間距較小，生理活性弱，不能藥用。

（3） 結論：順反異構屬于立體異構，化合物的空間構型與其理化性質有關，同時直接影響藥物的藥性和藥效。

2、第二小組同學展示其預習討論結果：復合左旋肉堿膠囊

（1） 結構展示

（2） 性質討論

肉堿是一種類氨基酸，屬于季銨陽離子復合物。存在有兩個立體異構體：生物活性的L-肉堿（維生素Bt）和非生物活性的對映異構體D-肉堿。左旋肉堿是脂肪代謝過程中的一種關鍵的物質，能夠促進脂肪酸進入線粒體氧化分解?？梢哉f肉毒堿是轉運脂肪酸的載體。目前，左旋肉堿已應用于醫藥、保健和食品等領域。在世界各地，左旋肉堿經常都被包裝成為營養補充劑而售賣，并聲稱能夠幫助燃燒脂肪，幫助減肥。

（3 ） 結論：化合物結構不同，生物活性不同。

3、第三小組同學展示其預習討論結果：氧氟沙星

（1） 結構展示

（2） 性質討論

左氧氟沙星屬于奎若酮類的抗菌藥物，是抗生素類的。為氧氟沙星的左旋體，其體外抗菌活性約為氧氟沙星的兩倍。其作用機制是通過抑制細菌DNA旋轉酶的活性，阻止細菌DNA的合成和復制而導致細菌死亡。

（3） 結論：氧氟沙星是由左氧氟沙星和另一個無抗菌活性的物質組成的等量混合物，左氧氟沙星的抗菌活性是氧氟沙星的二倍，由此藥物分子結構不同，藥效不同，手性藥物是醫藥領域的亮點。

4、第四小組同學展示其預習討論結果：手性藥物及研究進展

展示設計：安排各小組進行課堂講述，并在全班展開討論。在課堂討論環節，其他小組同學、授課教師將對同學們的發言進行評述。最后由教師、同學對討論評分，計入課程平時考核中。

此環節仍以書本內容為核心，將順反異構，D/L構型等立體結構的知識點融合在一起，向相關學科延展，引導和鼓勵學生探索新知。把課堂教學的以教師為中心轉移到以學生為中心，從而變被動學習為主動學習，調動學生思維的積極性，激發學生的學習興趣。

3.6 環節六：教師點撥，歸納小結

（一 ）知識全方位、多層次、多角度的交流

1、 對映異構體具有不同的生理活性

L-谷氨酸鈉（有鮮味） D-谷氨酸鈉（無鮮味） R-苧烯（橙子氣味） S-苧烯（松節油氣味）

2、手性藥物研究進展

（1）2001年諾貝爾化學獎授予美國科學家威廉·諾爾斯與日本科學家野依良治（合占1/2） 和美國科學家沙利普斯（占1/2），以表彰他們在發展手性催化/不對稱合成的新方法技術領域所作出的貢獻。瑞典皇家科學院評價說，這三位獲獎者為合成具有新特性的分子和物質開創了一個全新的研究領域。他們的成就已成功應用于許多藥物如抗生素、消炎藥和心臟病藥物以及治療帕金森綜合癥等許多藥物的工業合成，此外也用于生產調味劑、甜味劑、殺蟲劑及其他一些生物活性物質[4]。

（2） 2013年“手性科學與技術協同創新中心” 在南開大學啟動。

3、對映體的應用領域：制藥（人和動物健康）、農用化學、化妝品、香水、香料營養品（人和動物）、學材料（如光電子用手性液晶）。

（二）知識小結

1、R / S構型的標記方法

2、相關參考閱讀資料：（1）確定構型R—S標記的簡易方法[5] ；（2） 手性藥物的研究進展及開發應用[6]； （3） 手性與手性藥物[7] ；（4） 手性分子研究與手性技術發展[8]。

3、鞏固與思考：

（1） D/L 、 R/S 標記法與物質的旋光性有何聯系？

（2）為什么生物體要采用單一手性的分子來構建體內環境呢？

4 . 結語

本教學設計的特點：克服了長期以來有機化學旋光異構以手性碳原子為中心展開討論，灌輸式教學為主的傳統授課模式。以完成教學目標設計來開展每一個教學活動，遵循人們對事物的認識，一般總是從具體到抽象，從經驗到理論，循序漸進，啟發誘導。以興趣為導向，基于教材，跳出教材，向多方向延展學習內容[9]，形成了學生自主學習、合作學習、研究性學習和探索性學習的氛圍，增加了師生交流，促進了教學相長，同時從化學的視角關注生活與社會實際，充分展示化學學科魅力，取得較為滿意的學習效果。并且對于培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及合作交流的能力是特別有益的。

教學反思：拓展性案例是《有機化學》教學中有益的嘗試，這種嘗試使我們看到了拓展性學習與課堂講授相結合的優勢，但還應根據學生特點，注意運用層次，選擇標準等，不斷的改進和深化，并制定合理的評價體系，使拓展性案例教學成為有機化學教學一種行之有效的方法。

參考文獻：

[1] 湯洪敏. 案例式教學法在有機化學教學中的應用探索[J]. 教育文化論壇，2010， 5：83-85.

[2] 施麗娜. 在有機化學旋光異構教學中培養學生的智力[J]. 昆明醫學院學報， 1986， 4

[3] 劉斌，任宏. 有機化學[M]. 人民衛生出版社， 2013.

[4] 張夢軍，廖春陽，蘭玉坤等. 對催化不對稱合成的重大貢獻——2001年諾貝爾化學獎[J]. 化學教育. 2002，1：5-13.

[5]曾育才，展力. 確定構型R—S標記的簡易方法[J]. 嘉應大學學報， 1997， 6.

[6]吳偉群， 何春， 齊雪飛. 手性藥物的研究進展及開發應用[J]. 中國現代應用藥學雜志， 2009， 26（6）： 452-454.

[7]范青華. 手性與手性藥物. 中國科學院化學研究所分子識別與選擇性合成室. 2005.

[8] 王大偉， 曹會蘭. 手性分子研究與手性技術發展[J]. 渭南師范學院學報. 2002， 17（2）： 30-33.

[9] 袁穎，金素安，何世民等. 《中藥學》教學引入拓展性教學的啟示[J].中國中醫藥現代遠程教育. 2014， 12（6）：82-83.