关于将现代教育技术应用于计算机辅助药物设计

论文摘要：为培养学生的创新和实践能力，运用计算机多媒体、分子模拟软件、录屏软件、dvd视频等现代教育技术手段对计算机辅助药物设计课程的教学方法进行改革，并对教学效果展开问卷调查。调查结果显示，改革可使教学内容更加直观、形象，极大地激发了学生的兴趣，收到了良好的教学效果。
　　论文关键词：计算机辅助药物设计；现代教育技术；教学改革
　　计算机辅助药物设计(computeraideddrugdesign，cadd)是药物化学学科的一个分支，该项技术的高速发展和广泛应用使其成为药学科研工作者必须掌握的技术之一。计算机辅助药物设计课程是药物化学的系列课程之一，其特点是专业性强，所涉及的内容、方法及应用软件更新很快；课程内容多涉及生物大分子和有机小分子的三维结构，如何将内容生动、形象地呈现给学生是教学过程中需要解决的问题。为充分调动学生主观能动性，提高学生兴趣，培养学生分析问题和解决问题的能力，笔者在cadd课程教学过程中引人多种现代教育技术和教学方法，不断推进cadd课程教学的革新。
　　本文主要对作者在计算机辅助药物设计课程教学中综合应用多媒体、分子模拟软件、录屏软件、dvd视频等现代教育技术的经验进行介绍，并对在cadd教学过程中推行改革的几点体会进行总结。
　　一、计算机辅助药物设计课程教学改革探索
　　1．多种现代化教育技术手段的应用
　　笔者所在的药学院自2001年在本科生及本硕连读长学制学生中开设cadd课程，其教学模式的发展如其他课程一样，经历了从传统到现代的过程。课程早期采用“粉笔加挂图”教学模式，以传统的黑板板书为主，复杂的内容用挂图表达。后来有了幻灯机，部分分子图形可以用幻灯机放映，使学生对分子图形有了相对形象的了解。到上世纪9o年代后期，随着计算机microsoftofifcepowerpoint软件在教学过程中被普遍使用，cadd课程教学模式进入了计算机多媒体时代。授课时，教师可以方便地将课件内容显示在教室的大屏幕上予以讲解。其优势是一些分子图形的内容可以比较形象的表达，但缺点在于图片依然是“死”的形式，不能显示生物大分子和药物小分子相互作用的动态过程，不足以形象地体现出计算机辅助药物设计的特点。为了解决这个问题，并充分挖掘现代教育技术的潜能，笔者在cadd课程教学中对教学方法进行了改革。
　　现代教育技术除常用的计算机、多媒体和网络技术等，还包括摄像机、dvd／vcd机以及其他av(音频和视频的总称)设备等。笔者在课堂教学过程中，不断摸索将现代教育技术恰到好处地应用于计算机辅助药物设计课程的方法，促使新技术的引入起到激发学生兴趣、提高教学效果的作用。笔者挖掘现代教育技术潜能具体的做法包括以下几个方面：
　　(1)应用pymol软件图形化地表达分子动态过程　　pymol是一个用于显示和分析分子三维结构的程序，由warrenlyforddelano编写，并被delanoscientificllc软件公司商业化。应用这个软件，可以向学生演示构建小分子的三维结构以及用球棍、飘带等多种方式显示分子三维结构的方法。另外pymol还可以对蛋白质三维结构进行编辑和修改，研究蛋白质和小分子相互作用的过程，并以三维图形的形式显示分子相互作用的动态过程，使原本抽象的教学内容能够很直观地呈现在学生面前。笔者在课程的各个章节中均穿插使用pymol软件对分子三维结构进行模拟，图像色彩鲜艳，结构形象生动。由于大部分学生是第一次接触分子模拟软件，对此种丰富生动的图形有很强的新奇感，激发了学生对课程的强大兴趣。因此pymol软件的引入，在整个教学过程中起到了变化教学刺激、维持学生注意力的良好效果。
　　(2)充分利用网络资源　　在网络尚不发达的年代，cadd课程内容有一定的局限性——只能以介绍理论为主，相对抽象和枯燥，不利于培养学生的实践能力和解决问题的能力。随着网络技术飞速发展和网络资源的不断丰富，cadd课程的教学在时间和空间上都得到了很大的扩展。在课程的内容上，笔者给学生介绍大量与计算机辅助药物设计相关的网站资源，包括各种网页、数据库和计算模拟软件；让学生通过完成课后作业的形式利用这些资源，并自己不断扩充课堂知识，从而把课堂教学效果延续到指导学生今后的工作，使学生的学习能力和素质较之以前明显提高。后来的调查结果显示，学生对这部分的内容是非常感兴趣的。
　　(3)绘声绘影12．0软件的应用　　计算机辅助药物设计课是对药学专业本硕连读六年制学生开设的一门选修课，根据每届学生人数不同，选修人数多则上百，少则六、七十人。由于场地和教师人员的限制，不可能让每个学生都进人工作站进行实地操作。为了使学生对工作站的基本情况有所了解，笔者用摄像机录制了介绍本院工作站的视频文件，并用绘声绘影12．0软件加以编辑，配上片头和音乐，自制成比较有趣的dvd视频教学片，在课上给学生播放。学生观看后，对工作站的方位和硬件一目了然。还有一些学生观看后，饶有兴趣地要求参加工作站的研究工作。

　　(4)discoverystudio2．5分子模拟软件和camtasiasudio6．0录屏软件相结合的尝试　　计算机辅助药物设计是一门实践性很强的学科，最佳的授课模式应该是在理论课进行的同时开设实验课，使学生有机会到计算机辅助药物设计工作站的实验室里亲自动手操作。但计算实验室与普通实验室不同，需要特殊的空间，需要大量的计算机，更需要昂贵的药物设计软件。受空间和经费的限制，往往短期内难以建成符合要求的实验室。另外对教师而言，只有在经过系统的培训和长期的实践基础上才有能力来带这种特殊的实验。如何使大量的学生能够在教师的指导下到工作站进行实际操作，多年来一直是困扰大家教学的难题。为了在经费有限的条件下解决这个问题，使整班学生都能较快了解软件的功能及操作，笔者在多种现代教学方法中做了许多摸索，最终采取将discoverystudio
　　2．5分子模拟软件和camtasiasudio6．0录屏软件的相结合使用的方法。　　discoveyrstudio2．5(简称ds)软件是基于win—dows／linux系统的分子模拟和计算软件平台，功能很多，可以完成大多数课堂教学的计算内容，但是操作起来相对复杂。由于学生人数多，空间和时间都受限制，即使教师将学生分成多组，一遍遍地做演示和讲解也是不现实的。受网络教育的启示，笔者采取用录屏软件将教师在pc机上操作录制下来制成教学片的方法来进行实验教学。笔者先后尝试了多种录屏软件，最后选用功能较好、录制效果理想的camtasiasudio6．0软件。在专门的录音室里，教师在自己的pc机上应用discoveyrstudio2．5软件演示教学内容的操作过程，同步使用camtasiasudio6．0软件的录屏功能，将所有的操作步骤和讲解内容都很清晰地录制下来。之后，再对这些录制好视频文件进行加工，制成一个个不同主题的实验教学片，拿到课堂上给学生播放。这种直观的演示，不仅大大节省了实验室空间和时问，减少了教师不必要的重复性工作，学生容易接受和理解，学得轻松愉快。学生在后来的问卷调查中表示对这部分的内容很感兴趣，印象深刻。其效果可谓“教得轻松，学得愉快”。
　　在上述实践过程中笔者深刻体会到，灵活运用现代化的教学手段，充分挖掘其潜能，可以为教学工作提供很大便利。不但可以激发学生的学习兴趣，还能帮助解决师资缺乏和实验设备不足的问题，使教学效果明显提高。教师通过将网络、音频、视频等技术手段引人教学过程，把授课内容制成包括动画在内的各种视听资料，使教学内容能够以更加形象、更加逼真的方式传授给学生。这种方式较之传统的“板书+教科书”的授课方法更受学生的欢迎，同时，学生对授课内容的记忆也更加深刻。
　　孔子说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。有教育学者认为：“在教学中创设良好的学习环境，是激发和引起学生学习动机、学习兴趣的有利手段，一旦激发起来，学生就会产生学习的强大内趋力，主动去探索和学习”。教育最终目的是“授之以渔”，故对教师而言，在课堂上启迪学生积极思维和主动学习是很重要的工作。现代教育技术的应用，可以直接指导学生在获得知识的过程中主动观察、思维和想象，引导学生在学习过程中分析现象，挖掘本质，最终解决问题，这些过程都可以加深学生对知识的记忆。现代教育技术通过对学生产生多种感官刺激，有效地激发学生的学习兴趣，使课堂的气氛轻松愉快，有利于教学质量的提高，有利于学生思维的发展，提高学生的素质。
　　二、传统教育与现代教育技术的有机结合
　　“教学的进步是要不断地掌握众多的教学模式和不断地提高有效使用这些模式的能力”。笔者在进行cadd教学改革的过程中，深感必须把现代教育技术与传统教学手段有机地结合起来，才能获取课堂教学的最佳效果。为此，笔者进行了三项改革。
　　1．及时更新教材
　　计算机辅助药物设计学科具有技术发展快、内容和软件更新快的特点，这使得其课程存在一个突出问题，即教材的更新赶不上学科的发展。为了应对这项挑战，笔者采取年年更新教材的做法，在每年开课之前都对教材内容进行必要的补充，为学生复印教材的补充材料。相应地，每年也都对教学内容进行调整，尽可能地将学科的新进展融人到教学内容中，保证学生能在课上接触到最新的知识。
　　2．改革授课方法
　　教学过程中，如何使学生在学习中发挥主体作用是一个重要的问题。教师在教学中应该充分发挥学生学习的主动性，激发学生对教学活动的参与，实现师生之间的互动。problem—basedlearning(pbl)教学法是目前世界流行的以问题为导向的教学方法，是一种以学生为中心的教育方式。实践证明，pbl教学可以很好地调动学生积极性，但必须有多个教师才能完成对学生的引导和带着问题学习的过程，同时需要学生投入很大的精力去查文献和准备讨论的内容。为此，笔者在cadd教学中借鉴pbl教学法，并对其进行改良，在每堂课都设计一些有关实际操作和药物设计的问题，引导学生积极展开讨论，启发学生的思维，使学生由灌输式的学习转变为积极、主动的学习。同时教师在教学实践中灵活、理性地利用现代教育技术，最大限度地调动学生的积极性，一起投人教学改革中，使教学效果获得很大提高。

　3．革新考试方法
　　为培养学生的综合素质和创新能力，在考核方式上笔者没有采取传统的闭卷考试的方法，而是采用了多样灵活的形式。学生成绩(百分制)由以下几部分组成：以期末开卷考试(50％)和平时随堂练习成绩为基础分数(20％)，加上记录出席实验课情况的基本考勤分(20％)和平时上课积极参加课堂讨论的课堂表现分(10％)，即为学生最终的课程得分。这样不仅减轻了学生的负担，而且促进学生分析问题和解决问题能力的提高，把促使学生主动学习的思想贯穿在整个教学过程中，而不是仅在学期末的死记硬背，更有助于学生养成主动学习的习惯，有利于学生整体素质的提高。
　　三、应用现代教育技术要求教师再学习
　　目前国内各学校普遍配备了较为现代化的教学设备，但拥有现代化的教学设备，并不代表就能够发挥现代教育技术手段的优势。还需要广大教师学习和研究现代教育理论，充分使用现代教育技术。“教师需要跟上当前理论和研究的发展，并理解这些发展对课堂教学实践的意义”。
　　随着社会的发展和科学的进步，人人都面临终生教育的问题。教师作为教育的先行者，首先要更新知识更新观念，做现代教育技术的学习者、使用者和传播者；要提高教学质量、激发学生的学习兴趣，教师首先要提高学习兴趣；要培养自身创新意识，在教学过程中不断地尝试和创新，充分学习和利用现代教育技术。为此，笔者通过多种渠道来学习和掌握现代教育技术。首先，积极参加学校、社会组织的各种教学技术培训班，紧跟同行步伐，不落伍；此外，还充分利用寒暑假等业余时间，研究开发各种软件的使用方法，学以致用，及时地在课堂上进行应用和演示。在学习和应用这些技术方法的过程中，笔者体会到了无限的乐趣。
　　与此同时，教师又是现代教育技术的受益者。现代教育技术为教师提供了理想的教学平台，实现了教学资源的多样化，集p文字、动画、分子图形、分子模拟和dvd录像等各种表现形式于一体，使教学内容更丰富和更直观，有利于学生对知识的获取和记忆，使教学内容变得具体生动，使过去难以表达到的内容轻而易举的展现。现代教育技术的出现，为教师施展才华提供了新的契机。教师把新技术应用于教学和课堂组织时，会感到非常自信和方便。如果不把握住这一机遇，就会成为时代的落伍者引。
　　四、现代教育技术应用效果的评价
　　为了听取学生的建议，更好地推进cadd课程教学改革，笔者在2009年选修cadd课程的学生中展开了问卷调查。当年选课学生为60名，有56人参加答卷。其中与本文内容相关的统计和分析结果如下：
　　1．学生的学习兴趣
　　对于选修cadd课程的目的，有13人(23．2％)是因为学科内容与学生的研究课题有关，或希望毕业后往这个方向发展；而多达36人(64．3％)则只是感兴趣，为了多学一些与药学有关的知识。说明学习兴趣是促使学生主动学习的重要因素。
　　2．现代教学技术帮助学生达到预期的学习效果
　　对于是否达到预期学习效果，共45人(80．3％)认为完全达到和基本达到，认为说不清的10人(17．9％)。学习效果受到学生的肯定。
　　3．对计算机辅助药物设计实验教学环节的建议
　　有44人(78．6％)希望开设真正的实验课，学生自己上机实际操作；5人(8．9％)不希望开实验课，但希望到工作站现场去看教师演示；18人(32．1％)建议再录制一些其他实验方法内容，增加模拟实验课的学时，减少理论课的学时；没有一个学生赞成只讲理论课，取消实验课环节。上述数据说明大多数的学生还是希望培养自己的动手实践能力，以适应今后的社会发展的要求。
　　4．对整个教学过程感兴趣的环节
　　选择理论课中基于受体的药物设计方法的28人(50．0％)；选择理论课中基于配体的药物设计方法的22人(39．3％)；选择理论课中生物信息学内容的19人(33．9％)。有28人(50．0％)表示对所介绍的各种软件和各种网站比较感兴趣，说明学生希望用网络资源不断去扩充自己的知识。关于对视频教学的内容，有12人(21．4％)对笔者自制的dvd教学片感兴趣，同时25人(44．6％)建议在各相关章节中增加更多内容的dvd片子。有25人(44．6％)对实验教学片感兴趣，有学生还提出，看了实际操作印象深，希望多多益善，并建议教师提供下载软件方法。还有8人(14．3％)提出实验教学片的内容还不丰富，应该再增加其他实验内容。有42人(75．0％)感觉用camtasiasudio6．0录屏软件的录制效果不错。
　　上述数据说明学生欢迎现代教育技术的使用，肯定其带来的教学效果和学习乐趣，说明笔者的教学改革取得了成功。