王宇光，朱冰春2，于欣君

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023)

在新形勢(shì)下，面對(duì)撲面而來(lái)、洶涌澎湃的新一輪世界范圍的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，黨和國(guó)家的事業(yè)發(fā)展對(duì)高等教育的需要，對(duì)科學(xué)知識(shí)和優(yōu)秀人才的需要，都比以往任何時(shí)候都更為迫切[1-2]。

目前高等學(xué)校人才培養(yǎng)工作已進(jìn)入提高質(zhì)量的升級(jí)期、變軌超車(chē)的機(jī)遇期、改革創(chuàng)新的攻堅(jiān)期[3]。面對(duì)新時(shí)代新形勢(shì)新要求，高校教育存在的一些普遍性的問(wèn)題就突顯出來(lái)，這些問(wèn)題可以說(shuō)是影響通過(guò)高等教育實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的突出薄弱環(huán)節(jié)和重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題。其中最典型的問(wèn)題就是黨和國(guó)家的事業(yè)發(fā)展帶來(lái)的日益增長(zhǎng)的對(duì)創(chuàng)新型人才的需求與落后的教育水平(如教育理念、教育投入、教育評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和教育政策機(jī)制的導(dǎo)向等)之間的矛盾，這當(dāng)中提升課堂教學(xué)創(chuàng)新能力是我們教育理念中最迫切的需求之一。筆者以“微生物制藥學(xué)”的教學(xué)改革研究為切入點(diǎn)，探討新形勢(shì)下以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的課堂教學(xué)改革的理念和方法。

1 明確目標(biāo)

做任何一件事，都要確立一個(gè)目標(biāo)，目標(biāo)很重要，是前進(jìn)的方向和動(dòng)力[4]。明確的目標(biāo)會(huì)為生活和工作提供方向和動(dòng)力，像是航行中的船，如果沒(méi)有方向，那么任何風(fēng)向都是逆風(fēng)。課堂教學(xué)也一樣，如果一門(mén)課(甚至小到一堂課)沒(méi)有明確的目標(biāo)，無(wú)論采用何種教學(xué)方法，教授何種內(nèi)容都是徒勞的。

“微生物制藥學(xué)”確定了總的學(xué)習(xí)目標(biāo)是：掌握微生物制藥的基本生產(chǎn)工藝和各種微生物產(chǎn)藥物的結(jié)構(gòu)、性能(藥效)、作用機(jī)制以及耐藥性產(chǎn)生機(jī)制；總的創(chuàng)新能力目標(biāo)是：理解各種微生物產(chǎn)藥物結(jié)構(gòu)與其性能之間的關(guān)系、能創(chuàng)新地提出克服耐藥性的解決方案，并結(jié)合微生物藥物的前沿創(chuàng)新地設(shè)計(jì)出可能具有藥效的化合物分子。在此基礎(chǔ)上明確每節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)(知識(shí)目標(biāo))和創(chuàng)新能力目標(biāo)。例如β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物這一節(jié)課的知識(shí)目標(biāo)為掌握β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物的作用機(jī)制和耐藥性產(chǎn)生機(jī)制；創(chuàng)新能力目標(biāo)為理解藥物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、能創(chuàng)新地提出可能克服耐藥性的解決方案。

2 引導(dǎo)培養(yǎng)創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是創(chuàng)新能力中的基本思維素質(zhì)，引導(dǎo)培養(yǎng)創(chuàng)新思維是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要手段之一。引導(dǎo)培養(yǎng)創(chuàng)新思維最有效的方法是在課堂教學(xué)中及時(shí)設(shè)置創(chuàng)新問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思考，從而提高創(chuàng)新能力。

良好的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生產(chǎn)生一種心理上的期待感，形成對(duì)問(wèn)題探究與主動(dòng)思考的強(qiáng)烈熱情，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的重要手段。為此，一方面課堂教學(xué)時(shí)要營(yíng)造寬松、自由、和諧的學(xué)習(xí)氛圍，形成有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的環(huán)境；另一方面要根據(jù)不同章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，不斷地創(chuàng)新問(wèn)題情境。問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)要遵循“難而有度、繁而有法、答而有革”的原則，即設(shè)置的問(wèn)題情境要有一定的難度，學(xué)生必須通過(guò)努力才能完成，整個(gè)思考的過(guò)程就是一個(gè)創(chuàng)新的過(guò)程。

先選定本課程中涉及的一個(gè)待解決的科學(xué)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生以已掌握的課堂知識(shí)為基礎(chǔ)，輔以其它專(zhuān)業(yè)知識(shí)，進(jìn)行主動(dòng)地推理與大膽地想象，作出科學(xué)問(wèn)題的解決方案。筆者以“微生物制藥學(xué)”課程中“β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物”一節(jié)為例來(lái)說(shuō)明引導(dǎo)創(chuàng)新思維的過(guò)程，見(jiàn)圖1。

圖1 “β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物”課堂講授中引導(dǎo)創(chuàng)新思維的過(guò)程Fig.1 The process of introducing innovative thinking in the lecture of “β-lactam drugs”

如圖1所示，在“β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物”的課堂講授中，課堂基本知識(shí)為β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物的結(jié)構(gòu)和β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物的作用機(jī)制；需要輔助的其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)為細(xì)胞壁的組成和肽聚糖的生物合成；講授中先讓學(xué)生掌握課堂基本知識(shí)和回憶復(fù)習(xí)其它相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上循序漸進(jìn)的引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)置好的帶有難度和廣度梯度的問(wèn)題情境1、問(wèn)題情境2和問(wèn)題情境3，隨著問(wèn)題情境難度和廣度的不斷加大，學(xué)生會(huì)被引導(dǎo)著沿著“問(wèn)題情境軌跡”進(jìn)行創(chuàng)新性思考，而且這種創(chuàng)新性思考也會(huì)隨著問(wèn)題情境難度和廣度的不斷加大而發(fā)生相應(yīng)的深邃化和擴(kuò)展化，從而使學(xué)生的創(chuàng)新思維得到有效的培養(yǎng)和提高。

3 營(yíng)造課堂氛圍，著力渲染創(chuàng)新氣氛

雖然環(huán)境不是決定事物發(fā)展的主要因素，但是環(huán)境對(duì)事物的發(fā)展有著重要的影響。課堂的教學(xué)氛圍對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力是非常重要的。因此，在“微生物制藥學(xué)”的授課過(guò)程中，可以適當(dāng)?shù)匾胍恍┯嘘P(guān)藥物的發(fā)現(xiàn)、修飾以及應(yīng)用等過(guò)程中的科學(xué)研究軼事，例如青霉素的發(fā)現(xiàn)者亞歷山大·弗萊明[5-7]、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出者沃森和克里克[8]、萬(wàn)古霉素的發(fā)現(xiàn)者Pittenger和Brigham等[9]的科研故事，來(lái)渲染創(chuàng)新氣氛。

另一方面，還可以適當(dāng)?shù)靥岢鲆恍┱n堂互動(dòng)主題讓學(xué)生參與討論，增加互動(dòng)環(huán)節(jié)來(lái)提升課堂氛圍。例如，在“β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物”的課堂講授前，教師可先設(shè)置一些諸如“日常生活中同學(xué)們接觸過(guò)哪些β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物”“我眼中的β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物”等互動(dòng)主題，讓學(xué)生們充分表達(dá)出自己的觀點(diǎn)和見(jiàn)聞，通過(guò)老師與同學(xué)們之間的良好互動(dòng)，來(lái)活躍課堂教學(xué)氛圍。

4 增加授課內(nèi)容的深度和廣度

眾所周所，創(chuàng)新從本質(zhì)上講是對(duì)事物現(xiàn)狀的超越和突破，這種超越和突破是建立在創(chuàng)新者對(duì)事物現(xiàn)狀的和事物本身與外界的各種聯(lián)系的深入了解的基礎(chǔ)上的。因此，對(duì)事物了解的深度和廣度是對(duì)事物創(chuàng)新的基本保障。同樣，對(duì)課堂教學(xué)而言，增加教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度也是提升學(xué)生創(chuàng)新能力的基本保障。

例如，對(duì)于β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物這一節(jié)課，通過(guò)增加授課內(nèi)容的深度和廣度來(lái)培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)一性和發(fā)散性思維，如圖2所示。

圖2 通過(guò)增加授課內(nèi)容的深度和廣度來(lái)培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)一性和發(fā)散性思維Fig.2 Developing students' specific and divergent thinking by increasing the depth and breadth of teaching content

圖2中，在“糖肽類(lèi)抗生素(萬(wàn)古霉素)的作用機(jī)制”一課的講授中，講授內(nèi)容分別從縱向深度和橫向廣度進(jìn)行了擴(kuò)展。

4.1 深度擴(kuò)展

先從細(xì)胞層面到分子層面講授糖肽類(lèi)抗生素的作用機(jī)制(干擾細(xì)胞壁的合成)，再?gòu)姆肿訉用嬷v授糖肽類(lèi)抗生素的作用機(jī)制(抑制細(xì)胞壁合成第二階段類(lèi)脂結(jié)合中一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)化反應(yīng))，最后從電子層面講授糖肽類(lèi)抗生素(萬(wàn)古霉素)的作用機(jī)制，即萬(wàn)古霉素分子中7肽骨架識(shí)別未交叉連接肽聚糖鏈中N-酰基-D-Ala4-D-AlD-二肽，從糖肽類(lèi)抗生素分子的下表面與肽聚糖末端的酰胺基和羧基形成五個(gè)氫鍵，最終形成具有高度親和力的復(fù)合物，阻礙了細(xì)胞壁的合成。如此層層遞進(jìn)地講解，使學(xué)生能深度理解并分析糖肽類(lèi)抗生素作用機(jī)制，旨在培養(yǎng)與提高學(xué)生創(chuàng)新能力中的專(zhuān)一性思維能力。

4.2 廣度擴(kuò)展

先橫向?qū)Ρ忍请念?lèi)抗生素與β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物的作用機(jī)制，二者的作用對(duì)象均為細(xì)菌，細(xì)胞層面的作用機(jī)制相同，均為抑制細(xì)胞壁的合成，并最終使細(xì)胞發(fā)生溶解；而二者的分子層面作用機(jī)制不同，糖肽類(lèi)抗生素(例如卡那霉素[10])抑制細(xì)胞壁合成第二階段(類(lèi)脂結(jié)合)中一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物通過(guò)抑制細(xì)胞壁中的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)來(lái)干擾肽聚糖的合成；二者電子層面的作用機(jī)制也有顯著的區(qū)別，萬(wàn)古霉素分子中7肽骨架識(shí)別未交叉連接肽聚糖鏈中N-?；?D-Ala4-D-AlD-二肽，從糖肽類(lèi)抗生素分子的下表面與肽聚糖末端的酰胺基和羧基形成五個(gè)氫鍵，最終形成具有高度親和力的復(fù)合物，阻礙了細(xì)胞壁的合成；β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素的結(jié)構(gòu)與供體底物(D-丙氨酰-D-丙氨酸)結(jié)構(gòu)相似，替代供體底物與轉(zhuǎn)肽酶起作用，從而干擾了正常的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)。

為了進(jìn)一步拓展橫向類(lèi)比的廣度，又選擇與糖肽類(lèi)抗生素不同作用靶標(biāo)的抗真菌藥物進(jìn)行對(duì)比講解?？拐婢幬锏淖饔脤?duì)象為真菌，從細(xì)胞和分子層面講，其作用靶位集中在細(xì)胞表面。例如，唑類(lèi)藥物氟糠唑等和多烯大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)如兩性霉素B等是干擾細(xì)胞膜的合成；日光霉素和多氧霉素等抗真菌藥物是干擾細(xì)胞壁中幾丁質(zhì)的合成；卡帕芬凈等抗真菌藥物是干擾細(xì)胞壁中1,3-β-葡聚糖的合成；普那米星等抗真菌藥物是干擾細(xì)胞表面甘露糖蛋白復(fù)合物的合成。從電子層面講，抗真菌藥物是抑制真菌細(xì)胞膜重要組分麥角甾醇的合成或抑制其功能的發(fā)揮。

通過(guò)不同類(lèi)型藥物作用機(jī)制的詳細(xì)對(duì)比講解，使學(xué)生能夠更加全面地學(xué)習(xí)糖肽類(lèi)抗生素作用機(jī)制，旨在培養(yǎng)與提高學(xué)生創(chuàng)新能力中的發(fā)散性思維能力。

5 啟發(fā)想象力

想象力是創(chuàng)新能力的靈魂因素[11]。正如愛(ài)因斯坦所認(rèn)為的：想像力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想像力概括著世界的一切，推動(dòng)著進(jìn)步。并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。因此，啟發(fā)學(xué)生想象力是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段?！拔⑸镏扑帉W(xué)”教學(xué)中從以下幾個(gè)方面來(lái)啟發(fā)學(xué)生的想象力。

5.1 夯實(shí)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，豐富想象的基礎(chǔ)

想象是人們對(duì)過(guò)去感知過(guò)的事物映象進(jìn)一步加工改造后所產(chǎn)生的新形象。想象是以頭腦中豐富的感知映象為基礎(chǔ)的。一個(gè)人的感知映象越豐富，其想象幅度越廣闊、越深刻。因此，要培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，學(xué)生的頭腦中就必須有可供“加工改造”的感知映象。只有具備了廣博的知識(shí)，才便于發(fā)現(xiàn)各種知識(shí)之間的聯(lián)系，更易受到啟示，觸發(fā)聯(lián)想和想象，產(chǎn)生知識(shí)的遷移、連結(jié)和貫通，最終達(dá)到認(rèn)識(shí)上的飛躍，激發(fā)創(chuàng)新。教學(xué)中應(yīng)夯實(shí)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，例如基本的定理、理論要學(xué)扎實(shí)、學(xué)透徹；引導(dǎo)學(xué)生努力學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，具備過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，提高自身專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，為培養(yǎng)想象力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.2 充分利用分子對(duì)接軟件，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生想象力

分子對(duì)接是通過(guò)受體的特征以及受體和藥物分子之間的相互作用方式來(lái)進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)的方法。主要研究分子間(如配體和受體)相互作用，并預(yù)測(cè)其結(jié)合模式和親合力的一種理論模擬方法。通過(guò)分子對(duì)接軟件的模擬，可以使學(xué)生想象中的一些(諸如藥物分子結(jié)構(gòu)、酶受體的活性位點(diǎn)空間構(gòu)象、藥物分子與酶受體的成鍵方式、成鍵后的立體位阻等)抽象的感知映象轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的圖像，讓學(xué)生如臨其境，真切地感受到受體酶和藥物分子之間的相互作用，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的想象力。

5.3 參與藥物修飾的實(shí)驗(yàn)研究，鞏固和發(fā)展想象力

學(xué)生科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的積累、知識(shí)體系向縱深和橫向的發(fā)展、觀察感知活動(dòng)等只是為想象提供了大量“素材”，打好課堂想象的基礎(chǔ)，借助分子對(duì)接軟件可以“呈現(xiàn)”部分想象的圖片，這些圖片都具有“創(chuàng)造”成分，以再造的創(chuàng)新想象為主，并不能證實(shí)想象的實(shí)際結(jié)果。如果要真正地鞏固和發(fā)展想象力，還必須將想象的創(chuàng)新成果付諸于實(shí)踐，即進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)方法選擇時(shí)可以有意地選擇生物法來(lái)進(jìn)一步鞏固學(xué)生的生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)技能[12]。學(xué)生想象力的培養(yǎng)還有很多其他方法和途徑，有一點(diǎn)是必須堅(jiān)決把握的：脫離課堂基本知識(shí)的胡思亂想不是創(chuàng)造性想象，只有結(jié)合課堂基本知識(shí)運(yùn)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，加以嚴(yán)密的推理與合理的想象，開(kāi)拓思維的廣度與深度，才是正確的創(chuàng)造性想象。因此，在培養(yǎng)學(xué)生想象力的時(shí)候，要善于調(diào)控把握，不可沒(méi)有邏輯，過(guò)于荒誕。

6 結(jié) 論

在科技和工業(yè)迅速發(fā)展的新時(shí)代下，新一輪世界范圍的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正席卷而來(lái)，生物技術(shù)迎來(lái)了迅猛的發(fā)展，面臨創(chuàng)新人才短缺的問(wèn)題，創(chuàng)新性人才教育應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于微生物制藥行業(yè)，創(chuàng)新人才短缺的問(wèn)題優(yōu)為突出，因此，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的“微生物制藥學(xué)”教學(xué)改革研究迫在眉睫。通過(guò)“微生物制藥學(xué)”教學(xué)改革研究工作開(kāi)展，獲得以下效果：1) 使授課學(xué)生樹(shù)立堅(jiān)定的生物制藥專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)目標(biāo)；2) 夯實(shí)了基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，豐富了想象的基礎(chǔ)；3) 全面提升授課學(xué)生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力；4) 通過(guò)“微生物制藥學(xué)”課堂教學(xué)的成功改革，可以將改革經(jīng)驗(yàn)輻射至同類(lèi)學(xué)科。