CADD教學(xué)改革與探索
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計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐教學(xué)面臨的問題
計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)是以數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)、藥物化學(xué)、分子生物學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，以量子化學(xué)、分子力學(xué)、分子動力學(xué)、藥效團(tuán)模型等為理論依據(jù)，借助計(jì)算機(jī)數(shù)值邏輯計(jì)算、數(shù)據(jù)庫篩選、統(tǒng)計(jì)分析、圖譜解析等處理技術(shù)，研究藥物分子對靶標(biāo)受體作用的模型，進(jìn)而達(dá)到藥物設(shè)計(jì)的目的［4－5］。由此可見，該課程教學(xué)內(nèi)容涉及的范圍比較廣泛，囊括了從基因序列、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)到生物大分子功能及其與藥物小分子作用機(jī)制研究的整個過程，這就要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)(如小波去噪分析、矩陣轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)分析)、計(jì)算化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物化學(xué)、組合化學(xué)、藥物化學(xué)(如藥物毒性分析)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生理學(xué)、生物信息學(xué)以及各種物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)(如X射線晶體學(xué)、核磁共振技術(shù)、圓二色譜等)和計(jì)算機(jī)技術(shù)(分子圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù))等諸多專業(yè)知識的積累。該課程是基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用學(xué)科與技術(shù)的廣泛交叉滲透，涉及學(xué)科面廣，雖然有利于拓寬學(xué)生的知識面，也有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合多種學(xué)科知識、解決實(shí)際生物學(xué)復(fù)雜問題的能力，但教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)難度都比較大，而且一些基本理論概念相對抽象，對于學(xué)生能否深刻把握這些理論概念都提出了較高的要求，教學(xué)過程中既要注重基礎(chǔ)性，又要注重前沿性，這對目前理論課教學(xué)方法與教學(xué)效果都提出了更高的要求。另外，理論與實(shí)踐必須相結(jié)合，這就需要介紹目前國際主流的常用相關(guān)軟件，讓學(xué)生在掌握理論知識的基礎(chǔ)上學(xué)會如何將書本理論應(yīng)用到真正的模型體系范例中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析能力，并要求在實(shí)際操作中深刻領(lǐng)悟并能處理分析生物分子結(jié)構(gòu)等特征，培養(yǎng)學(xué)生成為既具有扎實(shí)理論知識，又具備和熟練操作應(yīng)用能力的應(yīng)用型人才。
目前我院生物工程專業(yè)本科生在大學(xué)學(xué)習(xí)階段以理論課學(xué)習(xí)為主，實(shí)驗(yàn)課主要是生物化學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物工程設(shè)備、制藥工藝等專業(yè)課相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作，而對于計(jì)算生物學(xué)、生物信息學(xué)、藥物設(shè)計(jì)等理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)從未接觸過，導(dǎo)致學(xué)生對生物計(jì)算實(shí)驗(yàn)方面的認(rèn)識和理解屬于空白。另一方面，筆者在日常教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)態(tài)度不盡相同。為此，于2011－2012學(xué)年度針對本院2009級生物工程專業(yè)兩個班級的本科生進(jìn)行了兩次問卷調(diào)查，結(jié)果顯示:該專業(yè)的學(xué)生對于個人學(xué)習(xí)和未來規(guī)劃發(fā)展可歸結(jié)為3個方向(如圖1所示)，即44%的學(xué)生意向考研繼續(xù)深造(其中28．2%的學(xué)生意欲報(bào)考生物類專業(yè)的研究生，15．8%的學(xué)生打算跨專業(yè)報(bào)考非生物類專業(yè)的研究生);18．6%的學(xué)生意向報(bào)考相關(guān)事業(yè)單位或者公務(wù)員;28．4%的學(xué)生意向就職于公司企業(yè)(其中11．5%的學(xué)生意向生物類公司企業(yè)，16．9%的學(xué)生意向非生物類公司企業(yè))，9%的學(xué)生意向個人創(chuàng)業(yè)。鑒于學(xué)生個人追求發(fā)展的不同，又進(jìn)行了一次關(guān)于本課程教學(xué)中學(xué)生需求的問卷調(diào)查，結(jié)果顯示:他們對于本專業(yè)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)也基本可分為3類:(1)要求專業(yè)課內(nèi)容側(cè)重考研方面的內(nèi)容，有助于學(xué)生基本理論知識的夯實(shí)和其科學(xué)研究能力與素養(yǎng)的提高;(2)要求專業(yè)課內(nèi)容與具體實(shí)際應(yīng)用相關(guān)，應(yīng)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性應(yīng)用性;(3)要求專業(yè)課內(nèi)容側(cè)重有助于就業(yè)技能的提高。鑒于上述面臨的教學(xué)問題，為了開闊我院生物工程專業(yè)學(xué)生科學(xué)視野，緊跟國內(nèi)外學(xué)科前沿發(fā)展，同時適應(yīng)相關(guān)科研院所研究生的需求以及目前生物醫(yī)藥公司和生產(chǎn)企業(yè)所需的專業(yè)應(yīng)用型人才，我們著力創(chuàng)建了一整套包括培養(yǎng)定位、培養(yǎng)理念、培養(yǎng)模式及培養(yǎng)方案的培養(yǎng)運(yùn)行機(jī)制，改革生物工程相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)，并建設(shè)與之相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`操作平臺，充分發(fā)揮任課老師的專業(yè)優(yōu)勢，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)過程中求知興趣、實(shí)踐就業(yè)以及未來發(fā)展等諸多方面的需求。此外，積極搭建與學(xué)生交流的溝通平臺，廣泛征集學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)形式等方面的意見反饋信息，并予以適時調(diào)整，形成以實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，著力提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，拓寬學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力培養(yǎng)相結(jié)合的道路。
計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐教學(xué)改革
傾聽學(xué)生反饋建議，結(jié)合自身課程培養(yǎng)目標(biāo)，推動學(xué)生理論知識和應(yīng)用實(shí)踐能力的提升教學(xué)不僅僅是傳統(tǒng)的純粹地教，更重要的是讓學(xué)生從教學(xué)活動中感覺到有意思而去主動地學(xué)，為了更好地把握學(xué)生上課所關(guān)注的問題，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，筆者在每學(xué)期開課之前按照慣例通過問卷調(diào)查形式傾聽學(xué)生對本課程的反饋建議，然后進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合課程培養(yǎng)目標(biāo)，適時調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容和方式方法。例如相當(dāng)一部分學(xué)生對生物感興趣，將會考研進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)，這類學(xué)生對基本理論知識和考試做題的需求比較高，促使他們加深對相關(guān)原理的理解和靈活掌握以應(yīng)對考試。因此筆者在教學(xué)中特別側(cè)重將原理概念和形象典型的事例相結(jié)合予以直接展示和闡明，并通過布置一些科研小課題，引導(dǎo)學(xué)生在完成課題的過程中掌握所需的理論知識，不僅提高他們應(yīng)對考試的技能，更重要的是培養(yǎng)鍛煉他們的科研素質(zhì)和能力，為他們順利進(jìn)入研究生階段學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);對于意向?qū)韽氖律镝t(yī)藥類相關(guān)工作的學(xué)生，筆者則側(cè)重給予他們親自上機(jī)實(shí)際操作的機(jī)會，并引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資源和論壇(如科學(xué)網(wǎng)、小木蟲、分子模擬等)等多元化資源渠道對軟件實(shí)戰(zhàn)操作中遇到的具體問題進(jìn)行討論交流與學(xué)習(xí)，尤其是對相關(guān)藥物分子數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫等的熟練掌握與分析應(yīng)用，與此同時引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會處理分析這些海量的數(shù)據(jù)，并要求熟練掌握常用繪圖分析軟件如Origin8.0、Sigmaplot12.0等軟件的使用，提高他們對數(shù)據(jù)的分析判斷的能力，有助于他們在日常工作中學(xué)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。通過這些教學(xué)手段的改革，靈活應(yīng)用課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)資源，讓每個學(xué)生根據(jù)自身發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行自主選擇性學(xué)習(xí)，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的駕馭能力，拓寬他們未來的發(fā)展空間。
結(jié)語
計(jì)算機(jī)輔助制藥分子設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展為生物醫(yī)藥業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的前景，極大地推動了新藥研發(fā)的速度。因此，世界各國都把計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)確定為未來科技發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和新興制藥手段。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，有關(guān)研發(fā)新藥物的信息層出不窮，各類的文獻(xiàn)報(bào)道推動著本課程的發(fā)展，這也給該門課程的教學(xué)和研究提出了更高的要求，尤其是目前計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與軟件更新在本課程領(lǐng)域的藥物設(shè)計(jì)方法、分子模擬篩選、藥物作用反應(yīng)機(jī)理操作實(shí)踐中發(fā)揮越來越大的作用，受到了廣大科研工作者和生物技術(shù)專家的廣泛關(guān)注。同時，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，使其逐步成為各種新藥信息資源傳遞的重要載體。基于這種計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)提供了更加有力的研究手段，目前科研院所和相關(guān)制藥企業(yè)已認(rèn)識到計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)技術(shù)的重要性，科研工作者和制藥企業(yè)對此前景非?？春茫?jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)將成為繼信息產(chǎn)業(yè)之后又一個新的主導(dǎo)生物技術(shù)。近年來，從國家到地方各級政府不斷加大力度支持生物醫(yī)藥科學(xué)研究與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這對于生物工程專業(yè)的建設(shè)與發(fā)展是一個難得的機(jī)遇，同時也是一個新的挑戰(zhàn)。本院根據(jù)科學(xué)研究動態(tài)和學(xué)科發(fā)展及社會人才需求，制定了一套具有自身特色的人才培養(yǎng)方針，借助科研平臺的搭建，教學(xué)改革的推進(jìn)以及社會發(fā)展需求的推動，使本校培養(yǎng)的生物工程專業(yè)的學(xué)生適應(yīng)未來的科學(xué)研究工作和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的需要，并都具有良好的技能素質(zhì)。（本文作者：吳曉敏、薛書蕾、張海軍、王光利 單位：淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院資源植物生物學(xué)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、淮北師范大學(xué)管理學(xué)院）