關于將現代教育技術應用于計算機輔助藥物設計教學
論文摘要：為培養學生的創新和實踐能力，運用多媒體、分子模擬軟件、錄屏軟件、DVD視頻等現代技術手段對計算機輔助物設計課程的教學方法進行改革，并對教學效果展開問卷。調查結果顯示，改革可使教學內容更加直觀、形象，極大地激發了學生的興趣，收到了良好的教學效果。
論文關鍵詞：計算機輔助藥物設計；現代教育技術；教學改革
計算機輔助藥物設計(ComputerAidedDrugDesign，CADD)是藥物化學學科的一個分支，該項技術的高速發展和廣泛應用使其成為藥學科研工作者必須掌握的技術之一。計算機輔助藥物設計課程是藥物化學的系列課程之一，其特點是專業性強，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、形象地呈現給學生是教學過程中需要解決的問題。為充分調動學生主觀能動性，提高學生興趣，培養學生分析問題和解決問題的能力，筆者在CADD課程教學過程中引人多種現代教育技術和教學方法，不斷推進CADD課程教學的革新。
本文主要對作者在計算機輔助藥物設計課程教學中綜合應用多媒體、分子模擬軟件、錄屏軟件、DVD視頻等現代教育技術的經驗進行介紹，并對在CADD教學過程中推行改革的幾點體會進行。
一、計算機輔助藥物設計課程教學改革探索
1．多種現代化教育技術手段的應用
筆者所在的藥學院自2001年在本科生及本碩連讀長學制學生中開設CADD課程，其教學模式的發展如其他課程一樣，經歷了從傳統到現代的過程。課程早期采用“粉筆加掛圖”教學模式，以傳統的黑板板書為主，復雜的內容用掛圖表達。后來有了幻燈機，部分分子圖形可以用幻燈機放映，使學生對分子圖形有了相對形象的了解。到上世紀9O年代后期，隨著計算機MicrosoftOfifcePowerPoint軟件在教學過程中被普遍使用，CADD課程教學模式進入了計算機多媒體時代。授課時，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。其優勢是一些分子圖形的內容可以比較形象的表達，但缺點在于圖片依然是“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態過程，不足以形象地體現出計算機輔助藥物設計的特點。為了解決這個問題，并充分挖掘現代教育技術的潛能，筆者在CADD課程教學中對教學方法進行了改革。
現代教育技術除常用的計算機、多媒體和網絡技術等，還包括攝像機、DVD／VCD機以及其他AV(音頻和視頻的總稱)設備等。筆者在課堂教學過程中，不斷摸索將現代教育技術恰到好處地應用于計算機輔助藥物設計課程的方法，促使新技術的引入起到激發學生興趣、提高教學效果的作用。筆者挖掘現代教育技術潛能具體的做法包括以下幾個方面：
(1)應用PyMol軟件圖形化地表達分子動態過程 PyMol是一個用于顯示和分析分子三維結構的程序，由WarrenLyfordDeLano編寫，并被DeLanoScientificLLC軟件公司商業化。應用這個軟件，可以向學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還可以對蛋白質三維結構進行編輯和修改，研究蛋白質和小分子相互作用的過程，并以三維圖形的形式顯示分子相互作用的動態過程，使原本抽象的教學內容能夠很直觀地呈現在學生面前。筆者在課程的各個章節中均穿插使用Pymol軟件對分子三維結構進行模擬，圖像色彩鮮艷，結構形象生動。由于大部分學生是第一次接觸分子模擬軟件，對此種豐富生動的圖形有很強的新奇感，激發了學生對課程的強大興趣。因此Pymol軟件的引入，在整個教學過程中起到了變化教學刺激、維持學生注意力的良好效果。
(2)充分利用網絡資源 在網絡尚不發達的年代，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，不利于培養學生的實踐能力和解決問題的能力。隨著網絡技術飛速發展和網絡資源的不斷豐富，CADD課程的教學在時間和空間上都得到了很大的擴展。在課程的內容上，筆者給學生介紹大量與計算機輔助藥物設計相關的網站資源，包括各種網頁、數據庫和計算模擬軟件；讓學生通過完成課后作業的形式利用這些資源，并自己不斷擴充課堂知識，從而把課堂教學效果延續到學生今后的工作，使學生的學習能力和素質較之以前明顯提高。后來的調查結果顯示，學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專業本碩連讀六年制學生開設的一門選修課，根據每屆學生人數不同，選修人數多則上百，少則六、七十人。由于場地和教師人員的限制，不可能讓每個學生都進人工作站進行實地操作。為了使學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視頻教學片，在課上給學生播放。學生觀看后，對工作站的方位和硬件一目了然。還有一些學生觀看后，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 輔助物設計是一門實踐性很強的學科，最佳的授課模式應該是在理論課進行的同時開設實驗課，使學生有機會到計算機輔助藥物設計工作站的實驗室里親自動手操作。但計算實驗室與普通實驗室不同，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。受空間和經費的限制，往往短期內難以建成符合要求的實驗室。另外對教師而言，只有在經過系統的培訓和長期的實踐基礎上才有能力來帶這種特殊的實驗。如何使大量的學生能夠在教師的下到工作站進行實際操作，多年來一直是困擾大家教學的難題。為了在經費有限的條件下解決這個問題，使整班學生都能較快了解軟件的功能及操作，筆者在多種現代教學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。 Discoveyrstudio2．5(簡稱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的計算內容，但是操作起來相對復雜。由于學生人數多，空間和時間都受限制，即使教師將學生分成多組，一遍遍地做演示和講解也是不現實的。受網絡的啟示，筆者采取用錄屏軟件將教師在Pc機上操作錄制下來制成教學片的方法來進行實驗教學。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。在專門的錄音室里，教師在自己的PC機上應用Discoveyrstudio2．5軟件演示教學內容的操作過程，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。之后，再對這些錄制好視頻文件進行加工，制成一個個不同主題的實驗教學片，拿到課堂上給學生播放。這種直觀的演示，不僅大大節省了實驗室空間和時問，減少了教師不必要的重復性工作，學生容易接受和理解，學得輕松愉快。學生在后來的問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，學得愉快”。
在上述實踐過程中筆者深刻體會到，靈活運用現代化的教學手段，充分挖掘其潛能，可以為教學工作提供很大便利。不但可以激發學生的學習興趣，還能幫助解決師資缺乏和實驗設備不足的問題，使教學效果明顯提高。教師通過將網絡、音頻、視頻等技術手段引人教學過程，把授課內容制成包括動畫在內的各種視聽資料，使教學內容能夠以更加形象、更加逼真的方式傳授給學生。這種方式較之傳統的“板書+教科書”的授課方法更受學生的歡迎，同時，學生對授課內容的記憶也更加深刻。
說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。有教育學者認為：“在教學中創設良好的學習，是激發和引起學生學習動機、學習興趣的有利手段，一旦激發起來，學生就會產生學習的強大內趨力，主動去探索和學習”。教育最終目的是“授之以漁”，故對教師而言，在課堂上啟迪學生積極思維和主動學習是很重要的工作。現代教育技術的應用，可以直接指導學生在獲得知識的過程中主動觀察、思維和想象，引導學生在學習過程中分析現象，挖掘本質，最終解決問題，這些過程都可以加深學生對知識的記憶。現代教育技術通過對學生產生多種感官刺激，有效地激發學生的學習興趣，使課堂的氣氛輕松愉快，有利于教學質量的提高，有利于學生思維的發展，提高學生的素質。
二、傳統教育與現代教育技術的有機結合
“教學的進步是要不斷地掌握眾多的教學模式和不斷地提高有效使用這些模式的能力”。筆者在進行CADD教學改革的過程中，深感必須把現代教育技術與傳統教學手段有機地結合起來，才能獲取課堂教學的最佳效果。為此，筆者進行了三項改革。
1．及時更新教材
計算機輔助藥物設計學科具有技術發展快、內容和軟件更新快的特點，這使得其課程存在一個突出問題，即教材的更新趕不上學科的發展。為了應對這項挑戰，筆者采取年年更新教材的做法，在每年開課之前都對教材內容進行必要的補充，為學生復印教材的補充。相應地，每年也都對教學內容進行調整，盡可能地將學科的新進展融人到教學內容中，保證學生能在課上接觸到最新的知識。
2．改革授課方法
教學過程中，如何使學生在學習中發揮主體作用是一個重要的問題。教師在教學中應該充分發揮學生學習的主動性，激發學生對教學活動的參與，實現師生之間的互動。Problem—BasedLearning(PBL)教學法是目前世界流行的以問題為導向的教學方法，是一種以學生為中心的教育方式。實踐證明，PBL教學可以很好地調動學生積極性，但必須有多個教師才能完成對學生的引導和帶著問題學習的過程，同時需要學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教學中借鑒PBL教學法，并對其進行改良，在每堂課都設計一些有關實際操作和藥物設計的問題，引導學生積極展開討論，啟發學生的思維，使學生由灌輸式的學習轉變為積極、主動的學習。同時教師在教學實踐中靈活、理性地利用現代教育技術，最大限度地調動學生的積極性，一起投人教學改革中，使教學效果獲得很大提高。
3．革新考試方法
為培養學生的綜合素質和創新能力，在考核方式上筆者沒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。學生成績(百分制)由以下幾部分組成：以期末開卷考試(50％)和平時隨堂練習成績為基礎分數(20％)，加上記錄出席實驗課情況的基本考勤分(20％)和平時上課積極參加課堂討論的課堂表現分(10％)，即為學生最終的課程得分。這樣不僅減輕了學生的負擔，而且促進學生分析問題和解決問題能力的提高，把促使學生主動學習的思想貫穿在整個教學過程中，而不是僅在學期末的死記硬背，更有助于學生養成主動學習的習慣，有利于學生整體素質的提高。
三、應用現代技術要求教師再學習
目前國內各學校普遍配備了較為現代化的教學設備，但擁有現代化的教學設備，并不代表就能夠發揮現代教育技術手段的優勢。還需要廣大教師學習和研究現代，充分使用現代教育技術。“教師需要跟上當前理論和研究的發展，并理解這些發展對課堂教學實踐的意義”。
隨著的發展和科學的進步，人人都面臨終生教育的問題。教師作為教育的先行者，首先要更新知識更新觀念，做現代教育技術的學習者、使用者和者；要提高教學質量、激發學生的學習興趣，教師首先要提高學習興趣；要培養自身創新意識，在教學過程中不斷地嘗試和創新，充分學習和利用現代教育技術。為此，筆者通過多種渠道來學習和掌握現代教育技術。首先，積極參加學校、社會組織的各種教學技術培訓班，緊跟同行步伐，不落伍；此外，還充分利用寒暑假等業余時間，研究開發各種軟件的使用方法，學以致用，及時地在課堂上進行應用和演示。在學習和應用這些技術方法的過程中，筆者體會到了無限的樂趣。
與此同時，教師又是現代教育技術的受益者。現代教育技術為教師提供了理想的教學平臺，實現了教學資源的多樣化，集P文字、動畫、分子圖形、分子模擬和DVD錄像等各種表現形式于一體，使教學內容更豐富和更直觀，有利于學生對知識的獲取和記憶，使教學內容變得具體生動，使過去難以表達到的內容輕而易舉的展現。現代教育技術的出現，為教師施展才華提供了新的契機。教師把新技術應用于教學和課堂組織時，會感到非常自信和方便。如果不把握住這一機遇，就會成為時代的落伍者引。
四、現代教育技術應用效果的評價
為了聽取學生的建議，更好地推進CADD課程教學改革，筆者在2009年選修CADD課程的學生中展開了問卷。當年選課學生為60名，有56人參加答卷。其中與本文內容相關的和分析結果如下：
1．學生的學習興趣
對于選修CADD課程的目的，有13人(23．2％)是因為學科內容與學生的研究課題有關，或希望畢業后往這個方向發展；而多達36人(64．3％)則只是感興趣，為了多學一些與學有關的知識。說明學習興趣是促使學生主動學習的重要因素。
2．現代教學技術幫助學生達到預期的學習效果
對于是否達到預期學習效果，共45人(80．3％)認為完全達到和基本達到，認為說不清的10人(17．9％)。學習效果受到學生的肯定。
3．對輔助藥物設計實驗教學環節的建議
有44人(78．6％)希望開設真正的實驗課，學生自己上機實際操作；5人(8．9％)不希望開實驗課，但希望到工作站現場去看教師演示；18人(32．1％)建議再錄制一些其他實驗方法內容，增加模擬實驗課的學時，減少理論課的學時；沒有一個學生贊成只講理論課，取消實驗課環節。上述數據說明大多數的學生還是希望培養自己的動手實踐能力，以適應今后的社會發展的要求。
4．對整個教學過程感興趣的環節
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站比較感興趣，說明學生希望用網絡資源不斷去擴充自己的知識。關于對視頻教學的內容，有12人(21．4％)對筆者自制的DVD教學片感興趣，同時25人(44．6％)建議在各相關章節中增加更多內容的DVD片子。有25人(44．6％)對實驗教學片感興趣，有學生還提出，看了實際操作印象深，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％)提出實驗教學片的內容還不豐富，應該再增加其他實驗內容。有42人(75．0％)感覺用Camtasiasudio6．0錄屏軟件的錄制效果不錯。
上述數據說明學生歡迎現代教育技術的使用，肯定其帶來的教學效果和學習樂趣，說明筆者的教學改革取得了成功。
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