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基础化学教学改革分析

2020-08-15 09:22 来源:初中化学论文 人参与在线咨询

摘要:基础化学是医科院校临床医学本科生一门重要的基础课,对后续专业课程的学习具有举足轻重的作用。为了进一步提高该门课的教学质量,我们通过介绍化学领域的最新研究进展、引入有针对性的案例式授课、开展讨论式教学等途径来提高基础化学的教学效果,收到了较好的效果。

关键词:医科院校;基础化学;教学改革;教学效果

基础化学是医科院校临床医学本科生一门重要的基础课,哈佛大学化学家科里教授曾预言“21世纪,化学将涵盖医学和化学之间的任何事情”,可见化学对医学发展和应用的重要先导作用。在化学课程中,基础化学包含了大量的基本理论、基本概念和基本计算,可以说是对化学相关课程的学习起到基石的作用。学好学透基础化学课程,可为进一步理解疾病发生的化学机理、药物研发的过程和途径、药物对疾病的治疗原理提供重要的依据。因此对医学生来说,学习基础化学课程是非常必要的。为了进一步提高基础化学的教学效果,改变以前教师照本宣科、学生被动学习的局面,需要我们在教学中进行大胆的改革,以探索适合基础化学教学的授课方法。下面就介绍教学改革中的一些尝试:

1介绍化学领域的最新研究进展

基础化学是一门重要的基础课,包括的理论、公式和概念都比较多。若教师在授课过程中仍然墨守成规,采用“满堂灌”的填鸭式教学,则无法激发学生的学习积极性,也就很难获得理想的教学效果。适当地介绍化学领域的最新研究进展,可以显著地提高学生的学习兴趣,从而收到良好的教学效果。例如,近些年来,金属有机框架材料(MOFs)的制备及其对阳离子、阴离子、溶剂分子和危险爆炸物分子的荧光检测一直是化学家们关注的一个研究热点。在设计MOFs荧光检测探针材料时,由于稀土元素Eu、Tb等多具有可见光区的窄带发射,特征峰位置明确,发射峰强度稳定,因此多被作为中心原子,而具有共轭结构的羧酸则多被作为配体构成MOF材料。通常利用MOF中配体和稀土元素间的电荷传递(LMCT,天线效应)可实现稀土元素的有效特征发射。然而,传统的稀土MOFs都是以各种刚性有机配体和稀土元素Eu或Tb配位后形成配合物。由于稀土元素可变的配位环境和高配位数,导致很难得到稳定可控的稀土MOFs材料,因此样品的组成很难控制,样品的重现性也难以把握。为了制备组成可控且性质稳定的稀土MOFs材料,国内外的科学家进行了艰苦的探索。李夏课题组根据长期的实验结果,总结出将稀土硝酸盐、共轭芳香多羧酸和1,10-邻菲咯啉等在水溶液中通过NaOH调节pH至近中性条件下,于160℃或180℃条件下水热反应3天,可以得到相应的配合物单晶[1]。最近,将这种原位合成的稀土配合物用于有害物质标记物的检测成为MOFs材料研究的一个热点领域。结构研究表明,除了相邻的Tb原子被草酸桥联形成双核单元外,Tb原子还被四个2,6-二(4-羧基苯基)吡啶配位形成一个独特的四轮风车结构。Tb-MOF材料的荧光光谱图表明:配体对中心稀土Tb元素有很强的天线效应,Tb的特征发射非常明显,545nm处的发射峰最强。在另一方面,对人们生命健康有害物质的检测和发现在日常生产生活中具有重要的意义,及早检测和发现为防止各类疾病发生和传播提供了重要的依据。而2-硫代噻唑烷-4-羧酸(TTCA)是接触CS2人群尿样中的重要生物标志物。长期暴露在CS2中时,会发生视网膜症和肾疾患为特征的血管损伤;中毒初期会兴奋、头痛,继而意识丧失、昏睡直至死亡,因此很有必要检测尿中2-硫代噻唑烷-4-羧酸的含量。屈相龙等人将先前合成的Tb-MOF材料分别用于尿液中含有NaCl、KCl、NH4Cl、Na2SO4、肌酸、肌酐、葡萄糖、尿酸和2-硫代噻唑烷-4-羧酸等组分的荧光检测。他们发现,2-硫代噻唑烷-4-羧酸能显著淬灭Tb-MOF中Tb的特征荧光,而其他组分对荧光强度几乎不产生影响,这表明他们合成的以2,6-二(4-羧基苯基)吡啶等为共配体的Tb-MOF是一种有效检测2-硫代噻唑烷-4-羧酸的荧光探针。在对于有CS2接触史的人群进行尿样检查时,Tb-MOF荧光淬灭可作为身体吸收CS2的重要检测依据。结合Tb-MOF的合成、晶体结构和检测方面的最新实验数据,辅助以色彩绚丽diamond和origin软件制作的彩图。学生学习基础化学的积极性被充分调动起来,教学效果也有了显著的提高。

2引入有针对性的案例式授课

作为医学生刚进入大学就要学习的一门重要基础课,学生很有必要学好基础化学。通常的教学方式是教师在台上讲,学生在下面记,课程的传授形式呆板,学生的学习效果较差。为了进一步提高学生的学习积极性,更加灵活地开展课程的讲授,教师尝试引入了案例式授课[3]。例如在讲授配合物在医学上的应用这部分内容时,教师引入一氧化碳的中毒和治疗这个案例:CO为无色、无臭、无味的气体,是碳和含碳物质燃烧不完全时的产物。由于柴炉、煤炉的通风系统不畅以及煤气取暖器和煤气热水器的使用不当,导致了近年来的CO中毒病例大量增加。因为CO是无色、无臭的气体,不易觉察,因此被称为“沉默的杀手”。大家知道,人体内的血红蛋白由多肽链和血红素组成,承担着为体内新陈代谢生理活动运进O2和运出CO2的重要功能。其中每个血红素(又称亚铁原卟啉)由四个吡咯类亚基组成一个环,环中心为一个亚铁离子。每个血红素与一条多肽链连接,并且四个血红素与四条多肽链连接构成一个血红蛋白单体。通常血红蛋白血红素中Fe2+的第六个sp3d2杂化轨道和O2配位为体内运输O2维持正常的生理功能。而CO也可以与血红素中Fe2+的第六个sp3d2杂化轨道配位结合,且它的配位能力比O2强。当人体发生CO中毒时,大部分血红蛋白都以CO-血红蛋白结合体的形式存在,从而丧失了载氧功能,引起血液及组织供氧中断,从而造成机体缺氧,甚至导致死亡。临床上用高压氧治疗CO中毒,是由于在高压氧舱中,氧的分压高,有利于氧与血红蛋白配位结合,O2置换了CO-血红蛋白结合体中的CO。这样就迅速解除了机体的缺氧状态,同时加速了CO-血红蛋白结合体的解离,促使CO从体内排出。研究发现,使血液CO浓度减半的时间,在室内需要200min,吸纯氧仅需40min。由此可见,应用高压氧治疗CO中毒是极有效的方法,对提高治愈率、降低死亡率和减少后遗症都有非常重要的意义。学生通过对这个案例的学习,对于配合物配位作用的理解更加深刻了。因此,引入有针对性的教学案例,可以使枯燥抽象的教学变得更加生动有趣,也显著地提升了教学效果。

3开展讨论式教学

教学活动要求教师和学生共同参与其中,是教师和学生的互动过程。过分强调教师对学生的知识传授,学生就很难有学习的积极性;过分强调学生的自主学习,教师的带领和引导作用就发挥不出来,同样达不到预期的教学效果。为了进一步提高教学效果,增强学生主动学习的意识,我们尝试引入讨论式教学[4]。例如在讲授难溶强电解质溶液的沉淀—溶解平衡一章内容时,教师就结合沉淀的形成和溶解的基本概念和基本理论公式,先向学生提出了讨论课的问题“尿结石是怎样形成的,如何避免得尿结石”,然后让学生课后去收集资料,准备讨论课的内容。经过了充分的课后准备,学生对讨论课充满了期待。下一次上课时,教师又把尿结石形成的相关讨论题提了出来,这时学生都跃跃欲试。教师示意一名学生走上讲台,这位学生满怀自信地侃侃而谈:“尿结石是由于尿液中难溶的盐类沉淀沉积而形成的生物矿物,是体内异常矿化的结果,其中肾结石最为多见,它的成分以草酸钙为主。血液中的Ca2+、C2O42-浓度通常对草酸钙是过饱和的,即离子积大于溶度积,但由于血液中有蛋白质这样的结晶抑制剂,血液的黏度也比较大,所以草酸钙结晶难以形成。而经过肾小球过滤后,蛋白质等结晶抑制剂被去掉,黏度也降低,因此在进入肾小管之前或在管内会有草酸钙结晶形成。在正常情况下,这种草酸钙结晶较小,在肾小管内停留的时间短,很快随尿液排出,不会形成尿结石。有些人之所以形成尿结石,原因主要有两个:一是饮水少,尿液少,使尿中Ca2+、C2O42-浓度增大,过饱和度增大,有利于CaC2O4结晶的形成和长大;二是肾功能不好,导致滤液流动速率太慢,在肾小管内停留时间过长,CaC2O4小结晶在肾小管上皮细胞上发生黏附而固定,并不断长大形成结石。”当学生讲完了尿结石的形成过程以后,教师对这名学生的回答给予了充分的肯定,并继续发问:“那么如何避免得尿结石呢?”学生个个摩拳擦掌,教师让另一名学生走上讲台对所提出的问题进行阐述:“医学上常采用多饮水,以加快排尿速率和加大排尿量的方法来防止尿结石的形成;此外,降低食物中草酸含量,从而降低尿液中草酸浓度,也是防止尿结石形成的重要手段,这就要求我们减少摄食含草酸较高的食物如菠菜、甜菜、橘子、巧克力和浓茶等。”教师当场表扬了这位学生,其他学生也鼓掌表示支持。教师还对先前讨论的内容进行了点评和总结,并与学生进行了热烈的讨论和交流。此时,课堂气氛空前活跃,达到了常规授课教学不可能达到的效果。事实表明,通过教师提出讨论题并鼓励学生搜集资料的讨论式教学,可以充分调动学生学习的主动性,教学效果也得到了显著的提升。总之,在基础化学教学过程中,我们积极投身教学改革,并对以上三种教学形式进行了大胆的尝试,极大地激发了学生的学习热情,收到良好的教学效果。

作者:罗俊 刘宝姝 张欣荣 佘岚 马志强 杨峰 单位:海军军医大学药学院

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