新医科背景下中药学专业分析化学课程交叉融合多学科教学改革

Teaching reform of analytical chemistry integration into multidisciplinary of science of Chinese materia medica under the background of new medicine

摘要

构建契合新时代需求的新医科中药学专业课程体系，不断打破学科边界、实现多学科交叉融合，对适应“健康中国”和“一带一路”国家战略实施对人才的需求意义重大。分析化学课程是中药学专业一门必修专业基础课，本文从中药学专业分析化学教学现状出发，通过全面推进课程思政建设、增加前沿知识、更新课程内容、增加综合设计性实验、改进教学方法和教学手段以及革新多元评价体系等措施，实施以分析化学知识技能为核心，以多学科交叉融合为导向的分析化学教学改革策略。

Abstract

It is of great significance to build the Chinese pharmacy curriculum system that meets the needs of the new medicine era, constantly break the discipline boundary and realize the multidisciplinary integration, to adapt to the talent needs of the national strategy of "healthy China" and "Belt and Road". Analytical chemistry is a required basic course in Chinese pharmacy. Starting from the current situation of analytical chemistry teaching in Chinese pharmacy, this paper implements the teaching reform strategy of analytical chemistry knowledge and skills as the core by adding cutting-edge knowledge and updating the curriculum content.

关键词

新医科 / 学科交叉融合 / 中药学专业 / 分析化学

Key words

new medicine / interdisciplinary integration / Chinese medicine / analytic chemistry

新医科建设通过适应新时代科技突破及产业革命的需求，融合传统医学与现代大数据及新一代人工智能等技术，培养具有运用学科交叉知识能力，解决前沿医学领域问题的拔尖创新人才^［1］。中药学专业培养具备中医药原创思维以及现代生命科学及化学等方面的知识和技能，具备在教育、中药研究、新药创制、管理等行业领域或国际组织中成为领军人才的发展潜能。分析化学是获得物质的化学组成和结构信息的学科，正在向化学计量学、传感器过程控制、自动化分析系统、生物技术和生物工程、微型化分析等，实现高灵敏度（达原子级、分子级）、高选择性（复杂体系分析）、智能化（专家系统）、自动化（计算机技术）、联用化（不同分析方法的联用）分析并向实时、在线的动态分析方向纵深发展。作为一门数学、物理学、计算机科学、化学、精密仪器制造科学融合产生的前沿交叉学科，其理论知识和实践内容在中药分析、中药化学、中药鉴定、中药制造、中药质量与控制等中药学各个学科都有广泛应用。目前，各中医药院校都把分析化学作为一门必修专业基础课程，中药学专业学生学习分析化学的目的是在中医药理论指导下，应用现代分析化学的理论和技术，在中药研究、新药创制等方面发挥“眼睛”作用。纵观国内外现状，具有多学科交叉学科融合特征的分析化学人才非常缺乏，中药学专业的分析化学教育越来越重要。在新医科背景下，通过多学科交叉融合的分析化学课程教学改革，为培养具有交叉学科知识运用交叉学科知识解决未来中药学领域前沿问题的高层次创新人才打下坚实基础。

1 目前分析化学课程存在的不足

1.1 课程架构滞后于新时代发展要求

建立医学、数学、物理学、计算机科学、化学、精密仪器制造科学等多学科交叉融合课程是培养中药学专业创新型人才的关键^［2］。目前，国内相关高校关于多学科交叉融合分析化学课程的建设还处在摸索阶段，分析化学教授内容包括基于物质的物理或者物理化学相互作用的原理及策略来获取物质结构及信息。对于中医药院校中药学专业，中药质量相关的中药材分析、中药品质形成有关的环境分析、中药炮制前后物质变化的含量分析、中药功效物质相关作用靶点分析原理及应用等更受关注^［3］。根据国家中医药发展战略人才培养目标需求，原有课程架构及内容相对现代科技发展有些滞后，有必要增加化学、药学、中药学、材料、医学研究中分析化学的前沿研究方向，如生命分析化学、生物传感器、中药分析、在线联用分析。

1.2 课程内容前沿进展方面着力不够

通过理论课程教学及其实践训练，希望不仅仅能够培养学生掌握基本操作技能，具有分析实际问题、解决实际问题的素养以及认真严谨、实事求是的科研精神，并且能够让学生熟知现代工业生产过程中和实验室中的先进测试仪器设备的基本原理与操作技术。本科生分析化学课程内容分为两部分，上册以滴定分析为主的化学分析，下册以实验室常用的仪器分析为主。化学分析部分存在知识零散、公式多难记忆、仪器分析部分理论比较抽象，实验数据处理复杂^［4］。更为重要的是，课本上的知识偏基础，与实际联系较少，目前很现代中药产业生产过程中和现代化的实验室中的先进测试方法（如智能图像识别、近红外在线分析、理化传感器等）很少体现在分析化学课程中。一些反映最新科学进展的知识体系没有及时更新到课程教学中^［5］。

1.3 中药学专业分析化学课程的量身定制问题

通过调研发现，国内众多中医药院校的分析化学课程建设受限于依托的传统学科的影响突出，比较多模仿原有专业模式，在凸显新医科背景下分析化学特色的人才培养目标欠缺。中药学专业的学生学习分析化学的目的是以中医药理论为指导，应用分析化学的基本理论和原理，探究中药质量相关的中药材分析、中药品质形成有关的环境分析、中药炮制前后物质变化的含量分析、中药功效物质相关作用靶点分析等。分析化学课程对于这些内容涉入不够，且内容之间衔接或整合不够^［6］。

2 中药学专业分析化学多学科交叉融合课程改革

2.1 课程改革的总体框架设计

南京中医药大学中药学专业分析化学课程通过以问题为中心，推动多学科交叉融合课程改革（图1）。以中药学科领域所关注的分析化学问题为导向，通过引进消化融合新一代人工智能、生物传感、新材料和新一代信息技术等相关学科的理论和技术，增加以近红外在线分析技术为主的化学组分实时检测方法，以图像识别技术为主的物理属性实时检测方法，并以理化传感器为辅助进行理化参数的全面采集，形成对工艺性能及过程质量数字化表征的现代中药产业生产过程先进测试方法内容。促进中药学科自身发展，同时，运用中药学新分析化学学科理论及技术，为解决其他相关学科问题服务。这种交叉融合形态呈现了中药学科分析化学相关理论、知识和技术的输出，并伴随着分析化学理论、技术的新的创新和突破，将持续产生新的交叉融合学科方向^［7］。

就普适性来看，分析化学学科的理论、知识、技术能够适用于多数自然科学和技术领域，特别是检测技术及方法和分析仪器的运用，但这些还达不到足以推动相关学科围绕分析化学学科开展交叉融合创建，培育新兴交叉融合方向。推动中药学科视域下的“X学科+分析化学”交叉融合范式，还是需要围绕中药学发展过程中的问题导向进行相关培育建设，尤其是该领域内“测不出、测不全、测不准”的突出难点，面向合成生物学、再生医学、基因编辑、脑科学、人工智能等新兴领域加强交叉，促进分析化学学科与相关学科的交叉融合发展，解决中药学科发展需求。

2.1.1 以立德树人为根本，全面推进分析化学课程思政建设

以立德树人为根本，解决知识传授与课程思政脱节的问题^［8］，实现价值的引领，热爱专业，谨守医药红线，担纲生命守护的课程目标。通过课程思政的总体设计，分为3个层次：①设计课程思政的依据——通过在线问卷调查确定当代大学生价值观冲突中的痛点问题，结合专业培养目标中的素质要求作为思政主题设计依据；②实现课程思政的载体——以问题为导向重构教学内容，在问题中蕴涵价值观，在分析、解决具体问题的过程中实现思政的灵活融入；③完成课程思政的翻转——在翻转课堂中体现学生对价值观问题的思索和探讨，实现思政教育由学生为客体向学生为主体的转变。课程思政通过案例教学法引入，在案例中承载设计的思政主题，在案例讲解的过程中将思政主题分解为2～3个思政元素启发学生思考，潜移默化中引发学生情感共鸣。

2.1.2 适应新时代人才培养新要求，建立符合中药学专业发展的广义课程

紧跟科技前沿以及中药学专业发展核心问题，注重大学生综合素质基础之上，主动破除学科壁垒，以多学科交叉课程、有效科研技能训练与实践为核心，建立适应中药学专业发展的广义课程。在理论课教学中，增加分析化学在中药学中的科研案例，如在发射光谱分析法中，增加讲述中药安全性问题，中药及中药材中重金属与有害元素形态分析及价态检测技术；在气相、液相色谱分析中适当阐述中药中农药残留的分析与控制，硫熏中药中二氧化硫及其衍生物的分析与控制。适当拓展化学计量学在中药质量控制与分析中的应用，中药中菌毒素的分析与控制等内容。同样实践训练课程适度涉及到中药及中药材，在进行原子光谱法实验时，选一种或几种中药材（如黄芩或芦荟），采用石墨炉原子吸收分光光度计的标准曲线法， 测定重金属铜、锌、镁的含量。最后，增加前沿分析化学模块，通过讲座的形式介绍分析化学课程在中药学专业前沿进展。整个分析化学课程体系，既重点突出又涵盖面广，在基础知识之上能及时追踪学科最新发展。

2.1.3 更新分析化学课程内容，增加综合设计性实验

课程大纲中理论课时和实践课时的分配比例，按照中药学学科的发展动态、产业需求以及毕业生、就业单位的反馈不断与时俱进。课程内容方面除了分析化学基本理论以外，及时把最新科研进展补充入课程内容中。如增加最新取样及样品前处理技术、化学计量学技术、生物传感技术、多组学分析的前沿技术等；拓展课本外知识内容，介绍有影响力的分析化学方面期刊、杂志、文献、学术网站，遴选代表性前沿论文作为拓展内容，通过分组协力阅读、汇报充实前沿知识，训练学生的英文阅读、独立思考、合作与协调、表达能力等。另外，通过模拟科学研究的一般性过程的综合设计性实验比例大大增强^［9］，根据中药全产业链过程分析内容设计综合性设计性实验，学生根据专业方向或者未来规划进行选择，综合设计性实验在整个实验内容中占比20%。教师先布置学生2~3个综合实验，组织多个学生为一组从文献检索开始，设计具体实验方案，教师指导优化，进行实验操作，结果分析与讨论。与验证性实验相比，综合设计性实验更能锻炼学生解决实际问题的能力，强化创新性思维、锻炼相互协作能力。

2.1.4 改革分析化学的教学形式，提升教学效果

采用多种教学工具为手段，转变教学理念，向“以学生发展为中心”的教学理念看齐，培养学生评判性思维能力以及解决实际问题的能力^［10］。以解决实际问题为切入点，改革分析化学的教学形式^［11-12］，将其构建为基于问题的教学法（problem-based learning， PBL）系列的主题，如薄层色谱分析学习中，设计“马兜铃——一种草药的黑暗面”PBL主题，案例法解构马兜铃酸肾炎事件。激发学习兴趣，抓住学生的探究心，在解决实际问题的过程中实现知识点的串接，进而完成知识体系的构建。实施讲、做、练一体化的教学改革模式^［13］，将理论讲述与实践操作相结合，同步协调学生理论知识、动手实践能力发展。将课本知识与社会所关注热点，日常发生事件相联系，提高教学效果。通过“问题循环三段式”层层深入，引导学生独立思考、自主学习、锻炼其解决实际问题的能力。利用线上丰富的学习资源，采用翻转课堂学习形式：①课前，教师根据教学目标，分组发布学习任务，学生可以通过精品资源共享课程、在线开放课程等线上学习平台进行在线学习，同时组织小组充分讨论，完成课前学习任务；②课中，教师以案例为导入，学生进行分组交流讨论，合作学习，之后教师进行现场指导，再由小组派出代表进行分别汇报，最后教师进行点评和答疑；③课后，学生完成老师线上布置的作业和测试，教师在学生相互评的基础上再进行点评和总结。

2.1.5 构建多元评价体系，解决课程成绩评价单一的问题

采用多元评价方法，解决课程成绩评价单一的问题，实现实践创新能力评价、过程性评价与终结性评价相结合，培养学生的综合学习能力。课程评价以“过程性评价为主体，终结性评价为补充”为主要的评价方法。其中，终结性评价指期末考试，占总成绩的60%；形成性评价指平时成绩，占总成绩的40%，其主要构成除传统的考勤（10%）、课堂提问（10%）、综合性实践（10%）、期中测试（10%）以外，还包括混合式教学所带来的翻转课堂、在线讨论、小组作业、随堂测验等内容（占平时成绩的45%）。

2.2 课程改革实施路径

2.2.1 整合线上线下优质教学资源

打破时空的界限，形成线上线下、课内课外、随时随地可持续的混合式学习环境^［14-15］。通过应用启发式、讨论式、探究式、项目式等多元混合教学法，打造“四课堂联动”“七位一体”的教育教学模式。本课程采用线下课程为主，线上线下混合式教学模式。①课前：以线上学生自主学习为主，教师在线上学习平台发布学习目标、学习方法建议及探究性学习的案例、问题，提供针对性学习资源，指导学生完成先期学习。②课中：第一课堂以探究性学习为主，一般以“分析案例+问题”形式导入；教师对学习平台中掌握的预学共性问题进行解惑，学生分组研讨，并进行成果展示和交流，教师针对学习结果予以点评和指导。课中也穿插基于项目任务的翻转式教学。③课后：线上线下同步进行，教师推送增值资源或发布拓展性任务，学生完成课后测验/作业、参与讨论答疑（线上），并对学习成效进行自评或小组互评、撰写并分享学习反思，教师则进行评学及教学反思。第二、三课堂配合第一、四课堂完成大型仪器现场感知，实验操作。

2.2.2 将方法学教学寓于知识传授中

以突出中医药为特色，以社会热点事件密切相关问题为教学案例，解决实践能力不足的问题，注重科研反哺教学，提升学生实践创新能力为目标，引导学生有效学习，将本学科科研思路、方法和成果引进教学以提升学生的综合素质、创新意识。

2.2.3 科研反哺教学，探索培养拔尖创新人才

本教学团队首次发展了“荧光成像-配体垂钓”功效物质发现技术，结合荧光成像和配体垂钓固相萃取，实现了在活性分子筛选过程中原位成像分析，应用于中药复杂体系中识别、富集、靶向筛选效应物质，研究成果在Analytical Chemistry杂志上发表，把该最新研究成果融入中药学专业分析化学课程的教学中，建立了基于该科研成果的实验项目，结合中药学课程专业知识，学生自主设计了对夏枯草的活性分子分析、富集实验，大大提升了科研创新能力。

2.2.4 构建一流的实践教学体系，强化实践能力培养

依托中药学类国家级实验教学示范中心及国家级虚拟仿真实验教学中心，构建一流的实践教学内容，强化实践能力培养。将科研成果及时纳入课程体系，自制教学实验用仪器2套；引入快速分离优化虚拟仿真系统、中药过程分析、中药传感技术等现代交叉学科项目3项；研发高效液相色谱条件快速优化及应用虚拟仿真实验系统，利用该系统实现了高效液相色谱设计、开放性实验中色谱条件的快速模拟优化，提高学生自主学习能力、总结归纳能力和批判性思维的能力。

2.3 实践检验及成果

中药学专业分析化学课程交叉融合多学科教学改革通过5年的实践，取得一系列成果。强化实践能力培养，学生创新创业能力显著提升。人才培养质量显著提升，学生创新意识和能力极大增强，为行业和社会输送了大量优秀拔尖人才。近5年来，培养学生共获得各级创新创业奖项14项：全国大学生“挑战杯”创新奖二等奖2项，创业奖银奖2项、铜奖1项；省“互联网+”大学生创新创业二等奖2项、三等奖2项；国家级大学生创新创业实训计划5项。

产学研融合，教改、课程建设、科学研究能力同步提升。承担全国中医药高等教育“十四五”教育教研规划重大课题等各级各类教学改革项目5项，发表教改论文13篇。多项实验教学改革项目获得奖励，其中 《RP-HPLC同时测定生物样品中黄芩苷和黄芩素的浓度及其药代动力学研究》获得高等学校国家级实验教学示范中心联席会竞赛一等奖。在教育部中药学教指委组织的两届全国教学设计和授课竞赛中，连续获得二等奖、三等奖共3人次。教学成果获江苏省教学成果奖二等奖等奖项。

2.4 未来努力方向

2.4.1 立足“全媒体育人环境”塑造，发掘教材新时代融合形态

面向智能时代发展趋势，借助现代信息技术，构建知识图谱，打破传统教育壁垒，形成集字、声、像、形俱全的立体化教材，与综合教学平台、数字化资源、中药慕课、仪器分析虚拟仿真中心、分析化学题库（中药学）有机整合，努力构建并有效运行学、教、研、练、评“五位一体”的高度集成学习平台。

2.4.2 创新教育教学模式，提高课堂教学效果

系统总结教学改革经验，确立新时代中药学类专业分析化学一流课程标准，打造全国中医药专业分析化学课程标杆。深化翻转课堂的教学新模式，将实体课堂教学模式演变为探究、思辨、互动与实践的研究性学习模式。

2.4.3 加强双语课程建设，推动中药文化走向世界

助力中医药海外传播，后期将精心打造双语（分析化学+中药）课程，携手留学生参与录制“尝百草+成分分析”系列微视频，以中药作为优秀文化载体对外宣传并扩大中国文化的影响力。

2.4.4 依托国家科研项目，催生学生科创成果

依托国家级科研项目及成果，以国家级大学生创新项目成果为蓝本，催生“挑战杯”、“互联网+”等创新创业大赛取得重大成果。

3 结 语

本课程教学改革，得到学生评教、督导、同行的高度评价。学生网上评教平均在95分以上，多数学生在评教中提到“本课程前沿知识新，多学科交叉融合水平高，师资团队力量强”。学生认为PBL教学、案例教学、合作性学习、学生讲课等多种教学形式的呈现，不仅形式活泼，也调动了他们的学习主观能动性，更利于对难掌握知识的理解和掌握。同时，对于线上学习资源，学生反馈不仅可以跟着授课教师视频学习，还可以通过知识点、演示文稿、习题作业、媒体素材、教学案例、电子教材、文献资料等进行复习巩固与延伸学习，收获颇多。

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基金资助

江苏高校品牌专业建设工程项目(PPZY2015A070)

全国中医药高等教育“十四五”规划2023年重大项目(ZD-23-01)

2023年度江苏省教育科学规划重点课题(B/2023/01/181)