“演示實驗與TED演講”醫用化學課程教學實踐*

2023-01-15 23:27:34黎挺挺

廣州化工 2022年8期

黎挺挺

(寧波大學材料科學與化學工程學院，浙江寧波 315211)

1 《醫用化學》課程采用“演示實驗與TED演講”教學的必要性

《醫用化學》課程內容涉及基礎化學和醫學有機化學內容，是醫學各專業的必修課。該課程通過講授基礎化學部分中的滲透壓、結構理論、電化學、膠體化學和分析化學等內容，以及醫學有機化學中有機化學的基本概念、有機物的結構、性質、反應過程及有關應用等內容，從而使醫學類學生掌握醫學領域中常用的化學知識和方法，打好從事醫學事業所必需的化學基礎。《醫用化學》課程涉及的內容繁多，理論抽象，化學反應式復雜，同時大一新生在學習《醫用化學》課程時由于未掌握系統科學的學習方法，容易產生畏難情緒。另外《醫用化學》課程教學內容多、教學課時少的矛盾突出，大部分授課教師為了完成教學任務，仍然采用“以教師講授為主”的教學模式，該教學模式以教師為主導，追求知識的“大容量、快節奏”，片面強調知識傳授，注重短期的顯性效果，雖然有利于學生知識的建構，但容易形成“一言堂”，沒有發揮學生的主觀能動性，忽視了遠期的隱性效果以及創新能力和個人素質的培養，導致學生無法把理論知識運用到實際問題的解決當中，難以滿足未來社會發展對人才的基本要求[1]。針對當前《醫用化學》課程教學環節存在的普遍問題和《醫用化學》的學科特點，“演示實驗與TED演講”的教學模式整合了傳統面對面課堂教學和網絡學習的優勢，在不失去教師主導作用的同時又能發揮學生的主體作用。基于此，在《醫用化學》課程講授過程中采用“演示實驗與TED演講”的教學模式可以通過演示實驗提升課堂的趣味性，激發學生學習的主動性，高效掌握基本化學原理，提高課堂效率。另一方面，利用TED演講作為醫學與化學相結合的應用案例，拓展學生的思維局限性，把醫用化學和現實問題緊密聯系在一起，培養學生信息收集、傳播能力，訓練創新思維，促進學以致用，實現創新型、應用型人才的培養目標。

2 基于“演示實驗與TED演講”的教學策略

《醫用化學》屬于化學學科，化學是一門實驗科學，實驗是化學的基石和靈魂。化學演示實驗以其簡單的操作、有趣的現象、鮮明的特點對學生有極大的吸引力，在新課導入、難點攻克以及活躍課堂氣氛方面效果顯著。演示實驗在鞏固課堂理論知識的同時，可以激發學生的求知欲望和學習興趣，讓學生有效的掌握化學知識，同時培養學生的思考能力、提問能力和探究能力[2]。因此，在《醫用化學》課堂中引入演示實驗必將極大的提升課堂魅力，提升學生的學習興趣，有助于學生對所學理論知識的鞏固，從而改善《醫用化學》的課堂教學效果。另外，《醫用化學》課程內容更迭快速，每天都有大量的最新成果報道，而教材內容滯后嚴重，造成教學內容陳舊，與現實問題脫節嚴重，缺乏科技性、時代性和創新性。TED演講作為傳播價值思想的全球頂級演講節目，主題涵蓋能源、環境、材料、醫學和生命健康等眾多領域，演講嘉賓個個經歷豐富，魅力非凡，皆為各行業的佼佼者，并且節目時間短(10分鐘以內)，具有極強的感染性和科技感。一個簡短的TED演講涵蓋了實際問題剖析、科學原理速遞、解決方案構建和未來展望四個方面，是一個極其出色的應用科學原理解決實際問題的樣板式案例，對于學生應用能力的培養和創新思維的拓展具有重要意義和價值。基于此，我們決定在配位化合物教學過程中采用“演示實驗與TED研究”相結合的教學策略。演示實驗和TED研究貫穿整個教學過程，同時結合以問題為導向的教學模式，不但有利于激發學生的學習興趣和主觀能動性，還有助于培養學生的創新精神和實踐能力，從而必將有效改善課堂教學效果[3]。

3 基于“演示實驗與TED演講”的教學實踐——以“配位化合物”教學為例

配位化合物與生物和醫學有著非常緊密的聯系，因此教師在教學設計的可以以維生素B12、葉綠素等學生熟悉的配合物來引出學習配合物的重要性。接著再通過簡單的演示實驗作為新課導入，結合學生的預習來講授配合物是什么，是由哪些組分構成。演示實驗是硫酸四氨合銅配合物的制備：向盛有硫酸銅溶液的試管中加入濃氨水，請學生觀察實驗現象。學生會觀察到隨著濃氨水的加入，溶液中會出現氫氧化銅淺藍色沉淀，隨著氨水的繼續加入，淺藍色沉淀會消失，并轉變為一種深藍色的澄清溶液。這個時候可以向學生提問：氫氧化銅溶液為什么會消失？這種深藍色的溶液是什么物質？該如何設計實驗來鑒定該深藍色溶液的組成？教師可以指導學生將上述溶液分裝到三支試管，在第一支試管中加入氯化鋇溶液，可以觀察到在試管底部有硫酸鋇白色沉淀生成，說明溶液中有硫酸根存在。在第二支試管中加入氫氧化鈉溶液，發現并沒有氫氧化銅沉淀生成，這說明溶液中幾乎沒有游離的銅離子。在第三支試管中加入無水乙醇，試管中出現了深藍色的晶體，將該晶體過濾后置于表面皿中在酒精燈上加熱，可以聞到氨氣的刺激性氣味，說明該晶體中含有NH3。教師對該實驗進行總結，指出該深藍色晶體為[Cu(NH3)4]SO4，是一種配合物。最后，教師依據[Cu(NH3)4]SO4對配合物、配位鍵、配體、中心原子、配位原子、配位數等概念進行教學[4]。以上的教學內容能夠幫助學生快速掌握配位化合物相關的概念，這為后續本節課的重點—配合物命名的學習打下了基礎。在配合物命名的過程中先向學生們展示不同的配體，然后提問如果一個配合物包括了多種不同類型的配體時，那配體的命名到底有什么樣的順序。這個時候可以根據預習情況請某位同學進行總結，然后老師再進行補充，并給出具體的例子，最后形式命名規則：配合物的命名一般遵循無機化合物的命名規則，也就是陰陽離子之間用“化”或者“酸”來相連，然后配陰離子當成含氧酸根對待。配合物命名最重要的是其配體命名順序：不同的配體之間用“·”隔開，然后先無機配體，再有機配體；先陰離子配體，再中性配體；如果是同種類型的配體，則按照配位原子元素符號的英文字母順序排序；若配位原子相同，則是較少原子數的配體在前。等確定好了配體順序以后，按照配體數(漢)+ 配體 + “合”+ 中心原子 + 氧化數(羅馬數字)的規則命名內界。通過展示PPT中的一些練習題，讓學生在黑板上進行課堂練習。通過這樣的方式，學生們將會很快掌握本節課的難點。

在掌握配合物相關概念以及命名規則等講授內容后，醫學生們更需要掌握配合物與人體生理的關系。人體中各種微量金屬元素幾乎都是與體內生物配體形成配合物而穩定存在，這些配位化合物是人體組織的重要組成成分，并在體內各種生化反應中發揮著重要作用。因此通過檢索TED演講中的相關內容剪輯了四個案例，第一個案例是在一個刑事案件中，受害人鉈中毒后，醫生們采用KFe[Fe(CN)6]來進行解毒的事件。老師可以提問KFe[Fe(CN)6]是如何解毒的，而且氰基進入人體后會轉化為劇毒的HCN，但是KFe[Fe(CN)6]非但沒有毒性，而且還可以作為鉈的解毒劑。隨著視頻的播放，學生們了解到在KFe[Fe(CN)6]中，沒有游離的氰基，氰基與Fe2+是作為一個整體，叫做[Fe(CN)6]4-，其穩定存在的原因是因為金屬離子具有空軌道，而氰基具有孤對電子的C原子，一個原子提供的孤對電子進入到另一個原子的空軌道會形成穩定的配位鍵。這第一個案例正好也是對配合物、配位原子、中心原子等概念的復習。第二個案例是三磷酸腺苷(ATP)，ATP是生命活動的能源物質，但是ATP只有與Mg2+形成配合物后才能作為ATP酶的底物，然后通過水解來產生能量，從而為細胞內的信息傳遞和能量儲存提供能量補給。第三個案例是維生素B12，維生素B12是一種含Co(III)的螯合物，高等動植物只能體外攝入維生素B12，維生素B12缺乏癥會導致貧血，生長受阻，抵抗力降低等問題。現階段已經實現了維生素B12的人工合成，人工合成的維生素B12也叫氰鈷胺素。第四個案例是廣譜抗癌藥物順鉑，也叫順式-二氯二氨合鉑，是一種含貴金屬鉑的配合物，該藥物可以與DNA特異性契合，通過交叉聯結破壞DNA的功能，從而抑制癌細胞的有絲分裂。以上四個案例可以幫助醫學生們深入理解配合物的重要性，同時對于學生們應用能力的培養和創新思維的拓展具有重要意義和價值。

4 基于“演示實驗與TED演講”《醫用化學》課程教學反思

《醫用化學》演示實驗教學在鞏固課堂理論知識的同時，對于醫學生綜合素質和科學素養的形成發揮著不可替代的作用，因此如何提高演示實驗的教學效果就顯得非常重要[5]。首先，我們可以通過化學實驗短視頻結合現場實驗演示相結合的方式，可以在課前將實驗視頻發送給學生，學生自行安排時間觀看并對課程進行預習，這樣可以改善學生的預習效果，鞏固實驗的規范操作。其次是演示實驗庫的建立，可以通過查閱書籍、文獻、網絡搜索等手段匯總現有的醫用化學相關的演示實驗，并結合課程授課內容和課程重點對演示實驗進行篩選。從實驗安全、可操作性、經濟成本、實驗效果等角度全面評估篩選出的演示實驗庫，并對篩選出的實驗進行優化。最后，按照《醫用化學》授課內容對趣味演示實驗進行分類匯總，從而成功構建《醫用化學》專用的演示實驗庫。

為了凸顯應用能力的培養，豐富課堂實際問題解決案例，建立高質量、有針對性的TED演講庫就顯得非常有必要。我們擬通過TED官網和網易公開課等手段匯總現有的TED演講，并結合《醫用化學》授課內容對其進行篩選，并對篩選的TED演講視頻進行加工，包括視頻編輯、字幕翻譯等。最后，按照《醫用化學》授課內容對TED演講進行分類匯總，主要包含化學與醫學、新藥研發、醫學與生命健康和仿生材料等門類，從而成功構建《醫用化學》專用的TED演講庫。

相對于傳統的教學方法，采用“演示實驗與TED演講”教學方法的教學評價更為復雜，因此應建立和完善多元化的教學評價機制[6]。《醫用化學》課程的教學過程中，可采用階段性考核和終結性考核相結合的考核形式。階段性考核包括預習情況，課堂小作業，小組討論，實驗操作等，提倡學生自我評價，師生互評，小組評價等渠道，教師可以通過階段性考核的成績來適當調整教學策略。終結性考核就是最后的期末考試。學生最后的考核成績即為階段性考核和終結性考核的成績之和。以上的多元化評價體系能夠將“演示實驗與TED演講”的教學效果發揮到最佳。

5 結語