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關(guān)于將現代教育技術(shù)應用于計算機輔助藥物設計教學(xué)
論文摘要：為培養學(xué)生的創(chuàng )新和實(shí)踐能力，運用多媒體、分子模擬軟件、錄屏軟件、DVD視頻等現代技術(shù)手段對計算機輔助物設計課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革，并對教學(xué)效果展開(kāi)問(wèn)卷。調查結果顯示，改革可使教學(xué)內容更加直觀(guān)、形象，極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣，收到了良好的教學(xué)效果。
論文關(guān)鍵詞：計算機輔助藥物設計；現代教育技術(shù)；教學(xué)改革
計算機輔助藥物設計(ComputerAidedDrugDesign，CADD)是藥物化學(xué)學(xué)科的一個(gè)分支，該項技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應用使其成為藥學(xué)科研工作者必須掌握的技術(shù)之一。計算機輔助藥物設計課程是藥物化學(xué)的系列課程之一，其特點(diǎn)是專(zhuān)業(yè)性強，所涉及的內容、方法及應用軟件更新很快；課程內容多涉及生物大分子和有機小分子的三維結構，如何將內容生動(dòng)、形象地呈現給學(xué)生是教學(xué)過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。為充分調動(dòng)學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性，提高學(xué)生興趣，培養學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，筆者在CADD課程教學(xué)過(guò)程中引人多種現代教育技術(shù)和教學(xué)方法，不斷推進(jìn)CADD課程教學(xué)的革新。
本文主要對作者在計算機輔助藥物設計課程教學(xué)中綜合應用多媒體、分子模擬軟件、錄屏軟件、DVD視頻等現代教育技術(shù)的經(jīng)驗進(jìn)行介紹，并對在CADD教學(xué)過(guò)程中推行改革的幾點(diǎn)體會(huì )進(jìn)行。
一、計算機輔助藥物設計課程教學(xué)改革探索
1．多種現代化教育技術(shù)手段的應用
筆者所在的藥學(xué)院自2001年在本科生及本碩連讀長(cháng)學(xué)制學(xué)生中開(kāi)設CADD課程，其教學(xué)模式的發(fā)展如其他課程一樣，經(jīng)歷了從傳統到現代的過(guò)程。課程早期采用“粉筆加掛圖”教學(xué)模式，以傳統的黑板板書(shū)為主，復雜的內容用掛圖表達。后來(lái)有了幻燈機，部分分子圖形可以用幻燈機放映，使學(xué)生對分子圖形有了相對形象的了解。到上世紀9O年代后期，隨著(zhù)計算機MicrosoftOfifcePowerPoint軟件在教學(xué)過(guò)程中被普遍使用，CADD課程教學(xué)模式進(jìn)入了計算機多媒體時(shí)代。授課時(shí)，教師可以方便地將課件內容顯示在教室的大屏幕上予以講解。其優(yōu)勢是一些分子圖形的內容可以比較形象的表達，但缺點(diǎn)在于圖片依然是“死”的形式，不能顯示生物大分子和藥物小分子相互作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程，不足以形象地體現出計算機輔助藥物設計的特點(diǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，并充分挖掘現代教育技術(shù)的潛能，筆者在CADD課程教學(xué)中對教學(xué)方法進(jìn)行了改革。
現代教育技術(shù)除常用的計算機、多媒體和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等，還包括攝像機、DVD／VCD機以及其他AV(音頻和視頻的總稱(chēng))設備等。筆者在課堂教學(xué)過(guò)程中，不斷摸索將現代教育技術(shù)恰到好處地應用于計算機輔助藥物設計課程的方法，促使新技術(shù)的引入起到激發(fā)學(xué)生興趣、提高教學(xué)效果的作用。筆者挖掘現代教育技術(shù)潛能具體的做法包括以下幾個(gè)方面：
(1)應用PyMol軟件圖形化地表達分子動(dòng)態(tài)過(guò)程 PyMol是一個(gè)用于顯示和分析分子三維結構的程序，由WarrenLyfordDeLano編寫(xiě)，并被DeLanoScientificLLC軟件公司商業(yè)化。應用這個(gè)軟件，可以向學(xué)生演示構建小分子的三維結構以及用球棍、飄帶等多種方式顯示分子三維結構的方法。另外PyMol還可以對蛋白質(zhì)三維結構進(jìn)行編輯和修改，研究蛋白質(zhì)和小分子相互作用的過(guò)程，并以三維圖形的形式顯示分子相互作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程，使原本抽象的教學(xué)內容能夠很直觀(guān)地呈現在學(xué)生面前。筆者在課程的各個(gè)章節中均穿插使用Pymol軟件對分子三維結構進(jìn)行模擬，圖像色彩鮮艷，結構形象生動(dòng)。由于大部分學(xué)生是第一次接觸分子模擬軟件，對此種豐富生動(dòng)的圖形有很強的新奇感，激發(fā)了學(xué)生對課程的強大興趣。因此Pymol軟件的引入，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中起到了變化教學(xué)刺激、維持學(xué)生注意力的良好效果。
(2)充分利用網(wǎng)絡(luò )資源 在網(wǎng)絡(luò )尚不發(fā)達的年代，CADD課程內容有一定的局限性——只能以介紹理論為主，相對抽象和枯燥，不利于培養學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)飛速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò )資源的不斷豐富，CADD課程的教學(xué)在時(shí)間和空間上都得到了很大的擴展。在課程的內容上，筆者給學(xué)生介紹大量與計算機輔助藥物設計相關(guān)的網(wǎng)站資源，包括各種網(wǎng)頁(yè)、數據庫和計算模擬軟件；讓學(xué)生通過(guò)完成課后作業(yè)的形式利用這些資源，并自己不斷擴充課堂知識，從而把課堂教學(xué)效果延續到學(xué)生今后的工作，使學(xué)生的學(xué)習能力和素質(zhì)較之以前明顯提高。后來(lái)的調查結果顯示，學(xué)生對這部分的內容是非常感興趣的。
(3)繪聲繪影12．0軟件的應用 計算機輔助藥物設計課是對藥學(xué)專(zhuān)業(yè)本碩連讀六年制學(xué)生開(kāi)設的一門(mén)選修課，根據每屆學(xué)生人數不同，選修人數多則上百，少則六、七十人。由于場(chǎng)地和教師人員的限制，不可能讓每個(gè)學(xué)生都進(jìn)人工作站進(jìn)行實(shí)地操作。為了使學(xué)生對工作站的基本情況有所了解，筆者用攝像機錄制了介紹本院工作站的視頻文件，并用繪聲繪影12．0軟件加以編輯，配上片頭和，自制成比較有趣的DVD視頻教學(xué)片，在課上給學(xué)生播放。學(xué)生觀(guān)看后，對工作站的方位和硬件一目了然。還有一些學(xué)生觀(guān)看后，饒有興趣地要求參加工作站的研究工作。
(4)DiscoveryStudio2．5分子模擬軟件和CamtasiaSudio6．0錄屏軟件相結合的嘗試 輔助物設計是一門(mén)實(shí)踐性很強的學(xué)科，最佳的授課模式應該是在理論課進(jìn)行的同時(shí)開(kāi)設實(shí)驗課，使學(xué)生有機會(huì )到計算機輔助藥物設計工作站的實(shí)驗室里親自動(dòng)手操作。但計算實(shí)驗室與普通實(shí)驗室不同，需要特殊的空間，需要大量的計算機，更需要昂貴的藥物設計軟件。受空間和經(jīng)費的限制，往往短期內難以建成符合要求的實(shí)驗室。另外對教師而言，只有在經(jīng)過(guò)系統的培訓和長(cháng)期的實(shí)踐基礎上才有能力來(lái)帶這種特殊的實(shí)驗。如何使大量的學(xué)生能夠在教師的下到工作站進(jìn)行實(shí)際操作，多年來(lái)一直是困擾大家教學(xué)的難題。為了在經(jīng)費有限的條件下解決這個(gè)問(wèn)題，使整班學(xué)生都能較快了解軟件的功能及操作，筆者在多種現代教學(xué)方法中做了許多摸索，最終采取將DiscoveryStudio
2．5分子模擬軟件和CamtasiaSudio6．0錄屏軟件的相結合使用的方法�！ iscoveyrstudio2．5(簡(jiǎn)稱(chēng)DS)軟件是基于Win—dows／Linux系統的分子模擬和計算軟件平臺，功能很多，可以完成大多數課堂教學(xué)的計算內容，但是操作起來(lái)相對復雜。由于學(xué)生人數多，空間和時(shí)間都受限制，即使教師將學(xué)生分成多組，一遍遍地做演示和講解也是不現實(shí)的。受網(wǎng)絡(luò )的啟示，筆者采取用錄屏軟件將教師在Pc機上操作錄制下來(lái)制成教學(xué)片的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)。筆者先后嘗試了多種錄屏軟件，最后選用功能較好、錄制效果理想的Camtasiasudio6．0軟件。在專(zhuān)門(mén)的錄音室里，教師在自己的PC機上應用Discoveyrstudio2．5軟件演示教學(xué)內容的操作過(guò)程，同步使用Camtasiasudio6．0軟件的錄屏功能，將所有的操作步驟和講解內容都很清晰地錄制下來(lái)。之后，再對這些錄制好視頻文件進(jìn)行加工，制成一個(gè)個(gè)不同主題的實(shí)驗教學(xué)片，拿到課堂上給學(xué)生播放。這種直觀(guān)的演示，不僅大大節省了實(shí)驗室空間和時(shí)問(wèn)，減少了教師不必要的重復性工作，學(xué)生容易接受和理解，學(xué)得輕松愉快。學(xué)生在后來(lái)的問(wèn)卷中表示對這部分的內容很感興趣，印象深刻。其效果可謂“教得輕松，學(xué)得愉快”。
在上述實(shí)踐過(guò)程中筆者深刻體會(huì )到，靈活運用現代化的教學(xué)手段，充分挖掘其潛能，可以為教學(xué)工作提供很大便利。不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，還能幫助解決師資缺乏和實(shí)驗設備不足的問(wèn)題，使教學(xué)效果明顯提高。教師通過(guò)將網(wǎng)絡(luò )、音頻、視頻等技術(shù)手段引人教學(xué)過(guò)程，把授課內容制成包括動(dòng)畫(huà)在內的各種視聽(tīng)資料，使教學(xué)內容能夠以更加形象、更加逼真的方式傳授給學(xué)生。這種方式較之傳統的“板書(shū)+教科書(shū)”的授課方法更受學(xué)生的歡迎，同時(shí)，學(xué)生對授課內容的記憶也更加深刻。
說(shuō)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè )之者”。有教育學(xué)者認為：“在教學(xué)中創(chuàng )設良好的學(xué)習，是激發(fā)和引起學(xué)生學(xué)習動(dòng)機、學(xué)習興趣的有利手段，一旦激發(fā)起來(lái)，學(xué)生就會(huì )產(chǎn)生學(xué)習的強大內趨力，主動(dòng)去探索和學(xué)習”。教育最終目的是“授之以漁”，故對教師而言，在課堂上啟迪學(xué)生積極思維和主動(dòng)學(xué)習是很重要的工作�，F代教育技術(shù)的應用，可以直接指導學(xué)生在獲得知識的過(guò)程中主動(dòng)觀(guān)察、思維和想象，引導學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中分析現象，挖掘本質(zhì)，最終解決問(wèn)題，這些過(guò)程都可以加深學(xué)生對知識的記憶�，F代教育技術(shù)通過(guò)對學(xué)生產(chǎn)生多種感官刺激，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，使課堂的氣氛輕松愉快，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高，有利于學(xué)生思維的發(fā)展，提高學(xué)生的素質(zhì)。
二、傳統教育與現代教育技術(shù)的有機結合
“教學(xué)的進(jìn)步是要不斷地掌握眾多的教學(xué)模式和不斷地提高有效使用這些模式的能力”。筆者在進(jìn)行CADD教學(xué)改革的過(guò)程中，深感必須把現代教育技術(shù)與傳統教學(xué)手段有機地結合起來(lái)，才能獲取課堂教學(xué)的最佳效果。為此，筆者進(jìn)行了三項改革。
1．及時(shí)更新教材
計算機輔助藥物設計學(xué)科具有技術(shù)發(fā)展快、內容和軟件更新快的特點(diǎn)，這使得其課程存在一個(gè)突出問(wèn)題，即教材的更新趕不上學(xué)科的發(fā)展。為了應對這項挑戰，筆者采取年年更新教材的做法，在每年開(kāi)課之前都對教材內容進(jìn)行必要的補充，為學(xué)生復印教材的補充。相應地，每年也都對教學(xué)內容進(jìn)行調整，盡可能地將學(xué)科的新進(jìn)展融人到教學(xué)內容中，保證學(xué)生能在課上接觸到最新的知識。
2．改革授課方法
教學(xué)過(guò)程中，如何使學(xué)生在學(xué)習中發(fā)揮主體作用是一個(gè)重要的問(wèn)題。教師在教學(xué)中應該充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生對教學(xué)活動(dòng)的參與，實(shí)現師生之間的互動(dòng)。Problem—BasedLearning(PBL)教學(xué)法是目前世界流行的以問(wèn)題為導向的教學(xué)方法，是一種以學(xué)生為中心的教育方式。實(shí)踐證明，PBL教學(xué)可以很好地調動(dòng)學(xué)生積極性，但必須有多個(gè)教師才能完成對學(xué)生的引導和帶著(zhù)問(wèn)題學(xué)習的過(guò)程，同時(shí)需要學(xué)生投入很大的精力去查文獻和準備討論的內容。為此，筆者在CADD教學(xué)中借鑒PBL教學(xué)法，并對其進(jìn)行改良，在每堂課都設計一些有關(guān)實(shí)際操作和藥物設計的問(wèn)題，引導學(xué)生積極展開(kāi)討論，啟發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生由灌輸式的學(xué)習轉變?yōu)榉e極、主動(dòng)的學(xué)習。同時(shí)教師在教學(xué)實(shí)踐中靈活、理性地利用現代教育技術(shù)，最大限度地調動(dòng)學(xué)生的積極性，一起投人教學(xué)改革中，使教學(xué)效果獲得很大提高。
3．革新考試方法
為培養學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng )新能力，在考核方式上筆者沒(méi)有采取傳統的閉卷考試的方法，而是采用了多樣靈活的形式。學(xué)生成績(jì)(百分制)由以下幾部分組成：以期末開(kāi)卷考試(50％)和平時(shí)隨堂練習成績(jì)?yōu)榛A分數(20％)，加上記錄出席實(shí)驗課情況的基本考勤分(20％)和平時(shí)上課積極參加課堂討論的課堂表現分(10％)，即為學(xué)生最終的課程得分。這樣不僅減輕了學(xué)生的負擔，而且促進(jìn)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的提高，把促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習的思想貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，而不是僅在學(xué)期末的死記硬背，更有助于學(xué)生養成主動(dòng)學(xué)習的習慣，有利于學(xué)生整體素質(zhì)的提高。
三、應用現代技術(shù)要求教師再學(xué)習
目前國內各學(xué)校普遍配備了較為現代化的教學(xué)設備，但擁有現代化的教學(xué)設備，并不代表就能夠發(fā)揮現代教育技術(shù)手段的優(yōu)勢。還需要廣大教師學(xué)習和研究現代，充分使用現代教育技術(shù)�！敖處熜枰袭斍袄碚摵脱芯康陌l(fā)展，并理解這些發(fā)展對課堂教學(xué)實(shí)踐的意義”。
隨著(zhù)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，人人都面臨終生教育的問(wèn)題。教師作為教育的先行者，首先要更新知識更新觀(guān)念，做現代教育技術(shù)的學(xué)習者、使用者和者；要提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，教師首先要提高學(xué)習興趣；要培養自身創(chuàng )新意識，在教學(xué)過(guò)程中不斷地嘗試和創(chuàng )新，充分學(xué)習和利用現代教育技術(shù)。為此，筆者通過(guò)多種渠道來(lái)學(xué)習和掌握現代教育技術(shù)。首先，積極參加學(xué)校、社會(huì )組織的各種教學(xué)技術(shù)培訓班，緊跟同行步伐，不落伍；此外，還充分利用寒暑假等業(yè)余時(shí)間，研究開(kāi)發(fā)各種軟件的使用方法，學(xué)以致用，及時(shí)地在課堂上進(jìn)行應用和演示。在學(xué)習和應用這些技術(shù)方法的過(guò)程中，筆者體會(huì )到了無(wú)限的樂(lè )趣。
與此同時(shí)，教師又是現代教育技術(shù)的受益者�，F代教育技術(shù)為教師提供了理想的教學(xué)平臺，實(shí)現了教學(xué)資源的多樣化，集P文字、動(dòng)畫(huà)、分子圖形、分子模擬和DVD錄像等各種表現形式于一體，使教學(xué)內容更豐富和更直觀(guān)，有利于學(xué)生對知識的獲取和記憶，使教學(xué)內容變得具體生動(dòng)，使過(guò)去難以表達到的內容輕而易舉的展現�，F代教育技術(shù)的出現，為教師施展才華提供了新的契機。教師把新技術(shù)應用于教學(xué)和課堂組織時(shí)，會(huì )感到非常自信和方便。如果不把握住這一機遇，就會(huì )成為時(shí)代的落伍者引。
四、現代教育技術(shù)應用效果的評價(jià)
為了聽(tīng)取學(xué)生的建議，更好地推進(jìn)CADD課程教學(xué)改革，筆者在2009年選修CADD課程的學(xué)生中展開(kāi)了問(wèn)卷。當年選課學(xué)生為60名，有56人參加答卷。其中與本文內容相關(guān)的和分析結果如下：
1．學(xué)生的學(xué)習興趣
對于選修CADD課程的目的，有13人(23．2％)是因為學(xué)科內容與學(xué)生的研究課題有關(guān)，或希望畢業(yè)后往這個(gè)方向發(fā)展；而多達36人(64．3％)則只是感興趣，為了多學(xué)一些與學(xué)有關(guān)的知識。說(shuō)明學(xué)習興趣是促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習的重要因素。
2．現代教學(xué)技術(shù)幫助學(xué)生達到預期的學(xué)習效果
對于是否達到預期學(xué)習效果，共45人(80．3％)認為完全達到和基本達到，認為說(shuō)不清的10人(17．9％)。學(xué)習效果受到學(xué)生的肯定。
3．對輔助藥物設計實(shí)驗教學(xué)環(huán)節的建議
有44人(78．6％)希望開(kāi)設真正的實(shí)驗課，學(xué)生自己上機實(shí)際操作；5人(8．9％)不希望開(kāi)實(shí)驗課，但希望到工作站現場(chǎng)去看教師演示；18人(32．1％)建議再錄制一些其他實(shí)驗方法內容，增加模擬實(shí)驗課的學(xué)時(shí)，減少理論課的學(xué)時(shí)；沒(méi)有一個(gè)學(xué)生贊成只講理論課，取消實(shí)驗課環(huán)節。上述數據說(shuō)明大多數的學(xué)生還是希望培養自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，以適應今后的社會(huì )發(fā)展的要求。
4．對整個(gè)教學(xué)過(guò)程感興趣的環(huán)節
選擇理論課中基于受體的藥物設計方法的28人(50．0％)；選擇理論課中基于配體的藥物設計方法的22人(39．3％)；選擇理論課中生物信息學(xué)內容的19人(33．9％)。有28人(50．0％)表示對所介紹的各種軟件和各種網(wǎng)站比較感興趣，說(shuō)明學(xué)生希望用網(wǎng)絡(luò )資源不斷去擴充自己的知識。關(guān)于對視頻教學(xué)的內容，有12人(21．4％)對筆者自制的DVD教學(xué)片感興趣，同時(shí)25人(44．6％)建議在各相關(guān)章節中增加更多內容的DVD片子。有25人(44．6％)對實(shí)驗教學(xué)片感興趣，有學(xué)生還提出，看了實(shí)際操作印象深，希望多多益善，并建議教師提供下載軟件方法。還有8人(14．3％)提出實(shí)驗教學(xué)片的內容還不豐富，應該再增加其他實(shí)驗內容。有42人(75．0％)感覺(jué)用Camtasiasudio6．0錄屏軟件的錄制效果不錯。
上述數據說(shuō)明學(xué)生歡迎現代教育技術(shù)的使用，肯定其帶來(lái)的教學(xué)效果和學(xué)習樂(lè )趣，說(shuō)明筆者的教學(xué)改革取得了成功。
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