化工與制藥類課程的“數字化教學”
——以藥劑學為例*

季 鵬，陳 銘，張雨萌，黎 靜，劉慧生

(1.泰州學院醫藥與化學化工學院，江蘇 泰州 125300；2.中國藥科大學藥學院，江蘇 南京 211198)

“數字化”的概念最初發端于信息技術，在21世紀初逐漸在我國教育部門實踐。“數字化教學”的內涵是在數字化教學環境中，遵循現代教育教學理論和規律，借助信息技術，將傳統教育內容轉變為現代數字信息，在師生對這些信息進行收集、利用、加工、探索、發現、創新等過程中實現教學目標[1]。二十多年來，“數字化教學”逐漸由“此法只應名門有”發展到“走入尋常學校家”，既有人工智能、物聯網、大數據等技術提供堅實的物質支撐，又離不開教育部在《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》中“以教育信息化帶動教育現代化來促進教育事業發展，充分發揮現代信息技術優勢，注重信息技術與教育的全面深度融合”[2]的政策支撐。

1 藥劑學教學特點暨引入“數字化教學”原因分析

藥劑學，作為一門研究藥物制劑處方篩選、工藝設計、質量控制和合理應用的技術學科，具有臨床性、實踐性和綜合性的顯著特征，在藥物設計全流程中扮演著將藥理活性成份轉變為臨床可用產品的承上啟下的角色。這樣的學科特征也就自然給藥劑學教學帶來了相當程度的挑戰，筆者根據自身教學經驗作出如下歸納：①藥劑學基礎課程龐雜，從偏理科性質的物理化學、分析化學，偏工科性質的化工原理、機械制造，到偏醫學性質的生理、藥理、生物藥劑學，均有所涉及。這樣交叉性的學科特征對教師和學生的知識儲備和靈活知識遷移均提出了相當的挑戰。以藥劑學重點章節《藥物制劑的穩定性》為例，重要衡量指標半衰期t1/2和有效期t0.9的公式推導來自于物理化學中化學動力學的基礎，水解途徑案例中青霉素和頭孢菌素等酰胺類藥物水解裂環失效則和臨床應用密切相關。②藥劑學教學內容體系繁雜與學生同期學習任務繁重矛盾突出。以筆者教學采用的《藥劑學》(人民衛生出版社，第八版，方亮主編)為例，全書共計21章85萬字，主要涉及藥物制劑基本理論、傳統制劑劑型及新劑型和新制劑，各個部分之間又各有側重、互具關聯；于此同時，學生在修學《藥劑學》同期還修學《藥理學》《藥物化學》《藥物分析》等專業核心課程，如此繁重的學習任務決定了他們只能在比較有限的時間內對藥劑學知識進行了解、認知、理解、識記和應用，這勢必對教學工作提高教學效率和質量提出了要求[3]。藥劑學教學模式存在重教輕學、重考輕用的問題，這和技術性學科是不相適應的。受限于師生比例、學科資源、教育傳統等多方面因素，藥劑學也不得不采取傳統的醫學教育模式，即“以教師為主體，以講課為中心”的LBL模式[3](Lecture Based Learning，以授課為基礎的學習)。這樣的教學模式采取的是以教學大綱為主要內容，以課堂灌輸為主要途徑，以期末考試為主要測評的方式，限制了學生的知識視野，打擊了學生的主觀能動，使學生消極應考，對學生對知識的建構與應用都產生了深遠的消極影響。

面對這樣的教學現狀，筆者在現有教學實踐形成問題剖析的基礎上，參考國內藥學院校對藥劑學教學的教學改革經驗，基于當前信息化時代的大背景，認為在藥劑學積極擁抱“數字化教學”是解決教學瓶頸的關鍵一招。藥劑學引入“數字化教學”主要基于如下原因：1)現代信息通信技術發展提供了堅實技術支撐。眾所周知，我國5G通信技術已經處于世界前沿水平，數據傳輸速率和穩定性完全可以支撐教育教學中高密度信息交互。2)藥劑學教學特點提出了建設信息資源庫的現實命題。對理論學習而言，“數字化教學”可以滿足學生預習、復習、鞏固、提升等學習需求；對實踐學習而言，新冠疫情沖擊實驗教學、實踐應用，可以通過“數字化教學”在一定程度上通過虛擬仿真進行彌補。3)藥劑學擁抱“數字化教學”也是“數字課程、數字高教、數字醫藥”建設的題中應有之義，既可以推動學科與時俱進、面向時代，也可以推動高校為國育才、面向未來，更可以推動產業面向經濟主戰場、面向科技現代化。

2 藥劑學引入“數字化教學”教學舉措

2.1 自研教材資源

新一代大學生基本都是成長在互聯網社會中，學習渠道已經不再局限于書本和課堂，而是在各式各樣廣泛的資源中尋求自己所需要的信息。一方面，這些資源的直觀性、趣味性要比傳統的紙媒素材更加吸引學生，有利于促進學生進入知識情境。如在《緩控釋制劑》章節學習中，筆者用bilibili網站up主Initial_Pharmacy發布的拉莫三嗪緩釋片、硝苯地平控釋片、鹽酸帕羅西汀腸溶緩釋片等資源的引入，學生在精美的片劑釋放過程中感性認知緩控釋片劑釋藥行為，有利于他們帶著問題進入學習。另一方面，各類教學資源在自媒體時代又不可避免地出現內容繁雜、傳播失真的問題，學生自身缺乏專業知識背景，讓他們辨別、遴選有效信息顯然是不現實的，這時候任課教師就當仁不讓地需要承擔信息搜集、篩選、重組、整合的任務。筆者及教研組教師立足于滿足學生學習基礎學習需求，兼顧課程教學長期資源積累規劃，主要作了如下工作：1)立足教材基礎和教學大綱，對相關章節內容進行整合梳理，適當做好相關基礎課程和后續深入課程的銜接，系統修繕教學資源。如針對重點章節《表面活性劑》和基礎課程物理化學中《表面化學》章節做好銜接，便于學生在回憶過往知識基礎上更好學習理解新學知識。2)基于自身科研經驗，備課之時適當將平時檢索搜集的文獻信息、產品信息、法規信息及自身科研成果不斷融入教學資源更新之中。同時，注重從學生課堂反饋、自主學習的過程中復盤，對相關教學資源作出深淺、增減的調整。如在《藥物制劑設計》章節，特別加入產業界最新研發經驗講座視頻[4]。這樣做，既可以保證教學資源時效性得到保證，也會在對課程內容有限延伸的潛移默化中培養學生的科研意識和辯證思維。3)參考國內外高校《藥劑學》《工業藥劑學》MOOC教學經驗，形成自己的網絡教學資源。同時，與聯合培養實習學生的企業合作，加入一些制劑實際生產的流程視頻，將很多制劑設備和工藝細節以動態的方式充分展現，配以形象化、可視化、具象化的講解。一方面，便于學生將教師課堂理論抽象講述的制劑過程在生產情境中準確理解；另一方面，考慮到本校學生就業需求，也為他們未來出校銜接社會需求作好鋪墊，體現著產學研相融合的教學特色。

2.2 變革教育模式

正如前述，傳統教學方式的“被動性、依賴性、統一性、認同性”在促進了人才集中培養的同時也產生了消極影響。而實現發揮現代教學方式“主動性、獨立性、獨特性、問題性”的積極作用，則需要在“數字化教學”的條件下發揮師生兩方面主觀能動性。為實現這樣的目標，筆者主要在PBL教學法和第二課堂建設作出了探索。

PBL模式(Problem-Based Learning)全稱是以問題為基礎的教學模式，早在1993年就被美國藥學教育改革委員會建議各藥學院系使用，以培養藥師型人才為目標[5]。該理論強調以學生為中心，視學生為認知的主體，是知識意義的主動建構者，而教師只對學生的意義建構起幫助和促進作用[6]。它的教學要點是通過小組交互協作式學習充分調動學生的探索新知解決問題的主觀能動性。將學生進行隨機分組，每一組下達不同的任務，然后各小組成員通過互聯網等媒介查詢相關知識并完成最終的結果展示，在展示完成后由教育者進行補充、說明和評價。但是，考慮到國內院校在PBL教學實踐中顯露的學生學習思維未及時轉變、學習基礎知識欠缺、學科體系不易建立、學生學習負擔變相加重[7]等問題，筆者對PBL模式進行切合實際的改革。筆者在傳統劑型、新劑型和新制劑專題教學結束之前三周，提前發布任務后，允許所教授班級(專業大班)學生進行自由分組選題，基于課堂知識檢索必要的資料，完成 10 min 匯報的展示作業。在作業完成后，規定時間期限前上傳至課程平臺，并要求組長進行組內自評、組間互評，最后教師進行評分，并采取一定權重折和。根據總加權分值順序，選取排名前列的小組進行線下成果展示，并要求學生在展示過程中積極思考、提問和解答，教師更多作方向指導和知識補充。這樣的教學方法，使得學生由被動學轉變為主動學，教師由權威傳授者轉變為平等討論者。本科階段適時加入PBL模式，既是激發學生學習興趣，促使負責學習主業的好方法，又無形中培養了學生發現問題、檢索信息、分析問題、團隊協作、匯報交流的能力，給他們的長遠成長作出了必要的貢獻。

第二課堂是相對于第一課堂即課堂教育而言的，屬于素質教育不可缺乏的一個環節。它形式多樣、類型豐富，不局限于學校，更關注學生長遠綜合素質發展。藥劑學“數字化教學”嵌入第二課堂正因為這些特點而具有了必要性。一方面，藥劑學面向的是產品和市場，需要引導學生了解臨床、了解行業和了解經濟發展，而走出課堂、走出校門的第二課堂則正好提供這樣的契機；另一方面，針對學生不同發展層次和發展需求，有些學生畢業后目標是去工廠、企業，有些學生畢業后目標則是深造，而提前了解企業和更高層次學段則離不開第二課堂。

筆者將“數字化教學”與藥劑學常規教學手段結合，進行了如下探索：1)關注國計民生問題。從藥劑學角度向學生介紹《我不是藥神》“格利衛”價錢貴的情況，CAR-T免疫療法120萬元一針等尖銳問題，積極培養學生愛國熱情、人民情懷。2)開設專題講座，對前沿知識進行科普介紹，供有興趣學生選學。3)利用合作企業和其他具備碩博培養資格的高等院校資源，促進彼此交流，邀請企業研發負責人、碩博導師、優秀學長學姐做講座或訪談，并開放學生提問。開展第二課堂工作，目前只是一個方興未艾的狀態，我們進行這樣的工作初衷是基于藥劑、不唯藥劑，借助藥劑學科“數字化教學”建設平臺更好促進學生綜合素質全面發展，使更多學生成長成為產業技術骨干。

2.3 啟用教學虛擬

虛擬仿真實驗教學是依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫、網絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象[8]。采用這樣的虛擬仿真實驗教學形式，主要是基于如下考量：首先，虛擬仿真技術下的實驗操作可以讓學生提前預習實驗內容，對于實驗原理有所了解，熟悉實驗操作步驟，使學生在開展真正實驗時規范行為。實驗后，學生可以通過虛擬仿真技術進行復習鞏固，反思真實實驗時的盲點和錯點，增強實驗操作能力。其次，在學校經費不足以購買一些藥物、設備或者處方中有毒性較大的藥物時，學生沒上手操作的機會導致實驗不能達到教學預期效果的時候，此時學校在虛擬仿真實驗模塊建立相應的實驗項目，學生就可以通過虛擬仿真實驗完成操作，使教學內容更加直觀。最后，考慮當下疫情影響，學生的線下實驗教學、畢業設計實習都遭到了不同程度的影響，采用這樣的系統可以促進學生利用數字化媒介熟悉實驗技能、操作要點和關鍵細節。筆者主要利用虛擬仿真實驗平臺作出如下探索：1)針對傳統驗證性實驗，將實驗教學內容與制藥企業的生產方向緊密結合。學生只需坐在計算機面前，實驗會通過視頻、音頻等方式呈現在面前，戴上虛擬仿真設備后，就可以高度真實地展現出實驗環境，學生可以嚴格遵循GMP實行操作。如他們在理論課和實驗課掌握片劑生產基本原理和制備方法之后，在“虛擬藥廠”環境中，從備料、粉碎、篩選、混合、制粒、壓片等各個環節均有還原，有效讓他們深化對知識的理解，夯實對知識的掌握。2)針對創新探究性實驗，在平臺發布獎勵性設計處方任務，讓學生通過自行查閱文獻，借助虛擬仿真技術設計處方并進行藥劑的制備，從而來培養學生的自主學習能力和創新能力。其后，利用虛擬仿真技術對于自行研究實驗進行評價，系統給予相關知識指導，學生對于設計實驗進行完善[9]。

3 藥劑學引入“數字化教學”效果及前景分析

3.1 藥劑學“數字化教學”成果初現

經過若干學期“數字化教學”的逐步探索，藥劑學教學初現了一定的成果，主要表現在三個方面：1)激發了學生的學習熱情，提高了學生的知識基礎。由于改革后的成績評價增加了PBL教學評價的權重，學生課堂互動率大幅提高，改變了過往教師“一言堂”的局面。同時，盡管改革后期末考試相比以往增加了難度，提高了對靈活運用的要求，但學生的不及格率由原先的10%～20%下降到5%～8%。在他們未來選擇發展方向上，更多選擇211等更高層次學校考研需要考藥劑學的碩士學位。2)培養了學生的創新意識，促進了學生創新創業熱情。學校同時開展創新創業“種子”計劃，雙向選拔具有創新潛質的學生進入教師科研隊伍。截至到2020年，學院成功立項并正在開展的省級以上大學生創新訓練計劃項目14個，這無疑給學生多元發展提供更多選擇。3)降低了師生溝通成本，推動在崗教師更多精力傾向科研轉化。由于運用了“數字化教學”的方法，在課程資源討論區，學生可以便捷提問，互相討論解答問題。這讓教師只需要解答一些學生無法解決的疑問，同時還避免了重復解答的問題。正是由于這樣，由于進行了數字化建設，最大限度緩解了年復一年的重復勞動，教師可以騰挪更多精力專注自身科研任務。

3.2 藥劑學“數字化教學”發展思考

盡管采取“數字化教學”進行藥劑學教學改革以來，學生在學習成績、工作評價等方面都有了一定的進步，然而在實踐中還是遇到不少困難。

一是構建高質量、可持續性的教學共享資源平臺，已成為數字化資源建設的一個重要組成部分[10]。各大高校的藥劑學專業教師團隊應該通力合作，利用數字化教學資源構建以MOOC為基礎，推文、動畫、音視頻等多種形式共同發展的藥劑學網絡學習和應用的共享資源，匹配到相應章節，供不同基礎層次學生選學，實現校校聯合。同時，還應當與國家藥監局、國家藥品審評中心和醫藥研發、生產企業等單位建立長期合作，聯系生產實踐，突出經典案例，有針對性提供數字化資源，讓學生可以以理論知識為鋪墊，結合可視化生產過程，對原本靜態的理論知識增加立體的、動態的了解，以此豐富學習內容，培養學生自主學習能力。盡可能豐富數字化教學模式，協同發展線上和線下教學，實現校企聯培、校社聯育。

二是加強信息化基礎建設和維護水平[11]，為藥劑學“數字化教學”保駕護航。一方面，高校要加強相關基礎設施建設投入，另一方面也需要緊跟教學實踐發展實施更新優化建設。如虛擬仿真軟件設計上，不能僅僅覆蓋書上的處方設計、制備工藝等，而是針對藥物制劑研究與生產過程都要包含。在此軟件中，開展學生的自主學習，在虛擬仿真環境下，學生通過課題選擇，查閱文獻資料、進行處方設計與優化、選擇實驗儀器和結果分析等流程培養實踐能力、創新意識和獨立思考能力。

4 結語

“數字化教學”已被越來越多的高校所運用，且大多有良好的反饋。我們根據藥劑學發展實際情況，積極擁抱“數字化教學”。相關舉措既夯實了學生的課程知識掌握，也提高了學生抽象思維能力、學習思考能力、綜合研判能力及溝通表達能力等方面綜合素質，同時也為教師及時了解學生反饋、提高教學質效提供了抓手。未來，藥劑學教學仍然按照既定的“數字化教學”，加大基礎投入，狠抓信息建設，統籌教學資源，深化第二課堂，創新教學模式，繼續承擔好培養合格的技術型、應用型和創新型、研究型制藥工業人才的主責主業。而我們這一有益探索，也會為同類特征學科教學提供一定的借鑒經驗。