可視化學習資源在藥物化學課程中的應用與探討

蔣超意 湯艷榮 楊文娟

[摘 要] 可視化是一種用視覺方式將信息表達出來的學習方法。可視化能夠幫助人們對信息進行更有效的整理，并發現其中蘊含的結構關系，因此可視化是一種非常有效的學習方法。側重點在于介紹如何幫助學生在藥物化學課程中創建可視化資源，并且應用于具體的課程內容學習中從而達到錦上添花的效果。

[關 鍵 詞] 可視化；學習資源；藥物化學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）03-0210-02

目前，動態的、直觀的可視化技術正在改變著科學教育。這個技術可以將復雜系統的大規模不可觀察的變化現象，如分子反應、氣候變化、太陽系運動規律等進行視覺上的直觀模擬[1]?？梢暬夹g使學生能夠研究動手活動無法輕易探索的現象?？梢暬膶W習環境可以對動態和靜態材料進行比較，也可以輕松實現將抽象知識進行可視化的替代[2]。

中職藥物化學課程中，藥物分子結構，藥物分子間的相互作用，藥物分子與生物大分子的相互作用等知識點是課程中的重點和難點[3]。這些知識點對于中職學生來說過于抽象，學生無法完全理解，這使他們在學習藥物化學課程時產生畏難心理[4]。因此，利用可視化的技術可以促進學生更好地學習，并將學習過程轉化為更加有趣的學習體驗，從而幫助學生理解藥物化學課程中的抽象知識點。

同時，對可視化是否有利于科學教學研究的分析發現，可視化學習方式有助于在不同教學環境下對不同年齡組的學生來闡明教學過程[5]。故而該方法也為研究教學和學習的研究人員，為課堂使用和完善教學材料的設計師以及制作具有動態效果的可視化教學從業者提供指導。

一、藥物化學的課程概況

（一）課程性質

藥物化學課程是將藥物的化學類學科與生物醫學類學科相連接的橋梁學科。該課程既討論藥物的化學結構特征、理化性質、穩定性、制備方法等化學問題，又闡釋藥物的作用靶點、體內過程、代謝反應等生物醫學內容。

（二）課程特點

主要有以下三個特點：（1）涉及的藥物名稱很多而且化學結構各異。（2）內容抽象、繁雜，且較為松散、牽扯學科較多，但系統性不強，學生普遍掌握較差。（3）課程之間內容的規律性和聯系性不明顯，在具體教學中存在無法與基礎知識銜接的問題。

（三）主要教學問題

主要有以下兩個方面問題：（1）課程內容較多、課時較少。教師在授課時受到時間的挑戰，缺乏時間去引導學生進行拓展性學習。（2）教學方式仍以課堂教學講授方式為主。在教學時教師只注重把知識講授給學生，讓學生記住，而較少引導學生主動學習并構建自己的知識體系。

二、可視化學習方法的原理和特點

（一）可視化學習方法的原理

可視化的關鍵在于整理信息與想法間的結構關系，并用視覺語言直觀表達出來。相比于文字，圖像還是會帶來一些更為獨特的優勢與特點。

（二）可視化學習方法的特點

與傳統的學習方式相比，可視化方法具有以下特點：（1）分布式認知：可視化是分布式認知的一種，可視化降低了大腦中需要同時處理的信息量，減輕了思考的負擔。（2）明確相互關系：可視化的作用在于圖像比文字描述更能準確地表達出蘊藏的關系，這使作圖成為衡量學習者是否理解到位的絕佳方法。（3）信息結構可視化：人類的視覺系統會非常自然地為空間排列賦予結構，人們可能隨時發現一些意料之外的新規律。（4）易于學生解釋：可視化的第四個優勢是學習者從視覺上可以輕松地解讀信息的結構關系，輔助學生理解。

三、可視化方法在藥物化學課程中的應用

可視化學習方法對藥物化學各章節的教學都是適用的，具體可應用于以下方面：（1）用于揭示藥物化學課程內容的規律性，例如某個藥物與同類藥物之間的異同點，以便于理解和掌握。（2）用于組織教學，引導學生進行自主學習和發現學習。（3）作為幫助學生創建學習工具和評價學習效果的手段。

（一）應用可視化方式揭示課程的規律性

經過對教材的分析，發現在介紹某一特定藥物時，基本上是圍繞以下幾個方面進行討論：藥物結構、名稱、理化性質、來源或合成路線、代謝反應與產物、作用靶點、構效關系、結構改造與同類藥物比較[6]。然而教材并沒有明確按這幾個方面進行分點闡述，且并不是每個藥物都包含這幾個方面，對不同藥物闡述的順序和詳略點也不盡相同。因此，需要借助一些合理的可視化結構來盡可能多地整理這些零散的信息，讓它們層次鮮明且邏輯順暢。在這里我們采用可視化思維導圖工具幫助學生對課程內容進行梳理和歸納，這對明確學習的目的是很有效的。

以中樞鎮痛藥嗎啡為例進行說明。繪制可視化思維導圖時，嗎啡為核心概念，以上述幾個方面為關節點，各關節點下的內容可進一步派生若干次級關節點。利用可視化思維導圖對上述概念進行歸納，使嗎啡所包含的主要知識點的邏輯關系基本清晰，再通過進一步闡釋概念間可能存在的關系，然后用適當的符號和標注將各個概念有序連結起來，即得到反映嗎啡課程內容規律性的可視化思維導圖。

（二）應用可視化技術展示課程教學內容

藥物化學課程中，藥物與靶點選擇性相互作用的知識點是該課程的一個難點。利用可視化的技術資源可以促進學生更好地學習，并將學習過程轉化為更加有趣的學習體驗，從而幫助學生理解藥物與靶標之間的選擇性相互作用。可視化的分子對接技術技術可以幫助學生有效識別藥物分子和靶點的作用部位，提高學生對藥物選擇性作用的認識。

使用藥物分子對接技術作為可視化學習策略，利用Pymol軟件作為分子對接后的可視化工具。該軟件能夠對藥物靶點選擇性相互作用時的細微變化進行動態處理，學生能夠直觀感受這個過程發生時藥物分子和靶點的變化情況，這個可視化過程可以有效幫助學生理解藥物與靶標之間的選擇性相互作用[7]。因此，利用可視化分子對接技術允許學生從三維空間去探索藥物靶標復合體的互動軌跡，這為學生學習藥物化學課程中后續的知識點打下了良好基礎。

（三）應用可視化技術創建和評價教學過程

對藥物化學課程學習來說，正確地傳達化學分子的三維結構信息是至關重要的。因此，有效創建和評價藥物分子模型對學生了解藥物化學中教授的基本概念是非常重要的。塑料吸管便宜易得，并且可以回收重復利用，同時吸管的可塑性保證它能夠扭曲、伸展、變形，從而表達我們所需要的分子結構，例如富勒烯結構、8電子軌道結構等。

使用塑料吸管建立可視化分子模型，除了增強手工技能的開發，也使學生關注分子特性，可用于促進學生對不同種類分子表示之間轉化的理解。這些都能從學生學習結果調查問卷中體現出來，如100%的學生認為利用自己構建的可視化分子模型可以幫助自己理解有機物分子的空間結構，這也有助于學生從3D結構側面了解藥物有機物分子與藥物靶標相結合的藥理知識；98%的學生認為通過自主學習模型構建的方法，自己可以獨立完成模型的構建過程，并且整個學習過程新穎別致，促進了學生進一步學習化學分子相關知識的興趣。

總的來說，這些結果說明了可視化學習資源的應用對于復雜的科學學習，例如藥物化學課程的學習提供了新的思路與設計指南。可視化能在學習的各個方面發揮作用：能提升學習者的參與度；能幫助學習者學習如何展示信息；能幫助學習者掌握科學領域的邏輯推理方法；是科學領域中對數據和模型進行交流討論的主要方法，更是一種重要的學習策略?？梢暬膶W習方法正如其他鼓勵創新與探索的方法一樣，可以提高成功的概率，能夠幫助學生發現全新的信息結構，既能夠促進學習理解，又能輔助他們更好地解決相關問題，并且增加學習興趣從而提高學生的自主學習能力和學習效率。

參考文獻：

[1]Mcelhaney，K.W.Evidence for effective uses of dynamic visualisations in science curriculum materials[J].Studies in Science Education，2015，51（1）：49-85.

[2]Ainsworth.S.DeFT：A conceptual framework for con-sidering learning with multiple representations.Learning& Instruction，2008.16（3）：183-198.

[3]蔣超，湯艷榮.一種牌類游戲在藥物化學教學上的應用[J].廣州化工，2018（8）.

[4]侯林艷.淺談藥物化學課程中教學方法的應用[J].職業，2018（7）.

[5]Mohamad Ali，A.Z.Effects of Teacher ControlledSegmented-Animation Presentation in Facilitating Learning[J].Journal of Educational Multimedia &Hypermedia，2010，19：367-378.

[6]蔣超意，趙超.移動應用軟件ChemDraw在藥物化學教學中的應用[J].衛生職業教育，2017，35（19）：51-53.

[7]蔣超意.3D分子模型軟件在中職化學教學中的應用[J].衛生職業教育，2018（3）：42-44.

編輯 陳鮮艷