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摘 要：计算机辅助药物设计（Computer-aided drug design， CADD）是生命科学与计算机、药学、化学、物理、数学等学科全方位交叉的学科，该门课也是生物工程专业专业课教学中一门重要的应用实践课程。该文以淮北师范大学生命科学学院生物工程专业为例，从计算机辅助药物设计的授课内容改进、教学方法形象多样化、加强实际操作应用3个方面阐述本校应用型人才培养模式下的计算机辅助药物设计教学改革与探索。
关键词：计算机辅助药物设计；应用型人才；培养模式；教学改革
中图分类号 G6420 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）03-156-03
Improvement and Exploration of the Quality of Teaching in Computer-Aided Drug Design Oriented
Wu Xiaomin1 et al.
（1 Key Laboratory of Resource and Plant Biology of Anhui Province， College of Life Science， Huaibei Normal University， Huaibei 235000， China）
Abstract：Computer-aided drug design （CADD） emerges following the interdisciplinary development of life science， pharmacy， chemistry， physics， mathematics and other subjects， which is an indispensable part of bio-engineering teaching curriculums. The Bio-engineering of our college is taken for an example to introduce the details about the improvement and exploration of the quality of teaching in computer-aided drug design. Three aspects of important measures to explore teaching effectiveness are summarized in this paper， and these measures are mainly focusing on： The reconstruction of perfect instructor teams； Adoption of intuitive multi-teaching methods and optimization of teaching process；Remarkable improvement and consolidation of the capability of practical application and cultivation of scientific mind.
Key words：Computer-aided drug design； Applied talents； Cultivating mode； Teaching reform
随着后基因组时代的到来，越来越多的科学工作者也进入生命科学或与生命科学相关的研究领域。特别是数学、化学和物理原理知识科学工作者的介入，他们把生物科学和数学、化学、物理、计算机科学等学科有机地结合在一起。计算机辅助药物设计（CADD）就是近年来随学科交叉发展起来的研究新药开发的新兴技术之一。从20世纪60年代的构效关系的提出到90年代计算机技术的高速发展以及新算法的提出，再到目前已成功设计HIV蛋白酶抑制剂和唾液酸酶抑制剂并上市或进入临床研究阶段，表明计算机辅助药物设计这项新型技术在得到飞速发展的同时，也已广泛地渗透和改进目前传统的药物研发过程[1]。该方法近年来的高速发展和广泛应用使其成为生物学、化学、药学等科研教学人员必须掌握的技术之一。目前国内外很多高校和科研院所都已将计算机辅助药物分子设计这门课程纳入生物技术或生物工程专业本科生以及生物类、化学类、药学类等相关专业研究生的专业课中[2-3]。根据科学前沿动态和技术革新发展情况，我院于2012年建立了药物设计、计算生物学、生物信息学等实验平台，为提高本院生物工程专业教学及科学研究水平奠定了基础，同时结合学生的兴趣与发展需求，努力培养适应社会发展需求的应用型专业人才。
1 计算机辅助药物分子设计理论与实践教学面临的问题
计算机辅助药物分子设计是以数学、物理化学、生物化学、药物化学、分子生物学、结构化学、结构生物学、细胞生物学等学科为基础，以量子化学、分子力学、分子动力学、药效团模型等为理论依据，借助计算机数值逻辑计算、数据库筛选、统计分析、图谱解析等处理技术，研究药物分子对靶标受体作用的模型，进而达到药物设计的目的[4-5]。由此可见，该课程教学内容涉及的范围比较广泛，囊括了从基因序列、蛋白质结构到生物大分子功能及其与药物小分子作用机制研究的整个过程，这就要求学生具有良好的数学（如小波去噪分析、矩阵转换、统计分析）、计算化学、结构化学、生物化学、组合化学、药物化学（如药物毒性分析）、结构生物学、分子生物学、化学生物学、细胞生物学、生理学、生物信息学以及各种物理实验技术（如X射线晶体学、核磁共振技术、圆二色谱等）和计算机技术（分子图形学、数据库技术、人工智能技术）等诸多专业知识的积累。该课程是基础学科和应用学科与技术的广泛交叉渗透，涉及学科面广，虽然有利于拓宽学生的知识面，也有助于培养学生综合多种学科知识、解决实际生物学复杂问题的能力，但教学内容与教学难度都比较大，而且一些基本理论概念相对抽象，对于学生能否深刻把握这些理论概念都提出了较高的要求，教学过程中既要注重基础性，又要注重前沿性，这对目前理论课教学方法与教学效果都提出了更高的要求。另外，理论与实践必须相结合，这就需要介绍目前国际主流的常用相关软件，让学生在掌握理论知识的基础上学会如何将书本理论应用到真正的模型体系范例中，培养学生的实验软件系统调试与数据统计分析能力，并要求在实际操作中深刻领悟并能处理分析生物分子结构等特征，培养学生成为既具有扎实理论知识，又具备和熟练操作应用能力的应用型人才。
关键词：计算机辅助药物设计；应用型人才；培养模式；教学改革
中图分类号 G6420 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）03-156-03
Improvement and Exploration of the Quality of Teaching in Computer-Aided Drug Design Oriented
Wu Xiaomin1 et al.
（1 Key Laboratory of Resource and Plant Biology of Anhui Province， College of Life Science， Huaibei Normal University， Huaibei 235000， China）
Abstract：Computer-aided drug design （CADD） emerges following the interdisciplinary development of life science， pharmacy， chemistry， physics， mathematics and other subjects， which is an indispensable part of bio-engineering teaching curriculums. The Bio-engineering of our college is taken for an example to introduce the details about the improvement and exploration of the quality of teaching in computer-aided drug design. Three aspects of important measures to explore teaching effectiveness are summarized in this paper， and these measures are mainly focusing on： The reconstruction of perfect instructor teams； Adoption of intuitive multi-teaching methods and optimization of teaching process；Remarkable improvement and consolidation of the capability of practical application and cultivation of scientific mind.
Key words：Computer-aided drug design； Applied talents； Cultivating mode； Teaching reform
随着后基因组时代的到来，越来越多的科学工作者也进入生命科学或与生命科学相关的研究领域。特别是数学、化学和物理原理知识科学工作者的介入，他们把生物科学和数学、化学、物理、计算机科学等学科有机地结合在一起。计算机辅助药物设计（CADD）就是近年来随学科交叉发展起来的研究新药开发的新兴技术之一。从20世纪60年代的构效关系的提出到90年代计算机技术的高速发展以及新算法的提出，再到目前已成功设计HIV蛋白酶抑制剂和唾液酸酶抑制剂并上市或进入临床研究阶段，表明计算机辅助药物设计这项新型技术在得到飞速发展的同时，也已广泛地渗透和改进目前传统的药物研发过程[1]。该方法近年来的高速发展和广泛应用使其成为生物学、化学、药学等科研教学人员必须掌握的技术之一。目前国内外很多高校和科研院所都已将计算机辅助药物分子设计这门课程纳入生物技术或生物工程专业本科生以及生物类、化学类、药学类等相关专业研究生的专业课中[2-3]。根据科学前沿动态和技术革新发展情况，我院于2012年建立了药物设计、计算生物学、生物信息学等实验平台，为提高本院生物工程专业教学及科学研究水平奠定了基础，同时结合学生的兴趣与发展需求，努力培养适应社会发展需求的应用型专业人才。
1 计算机辅助药物分子设计理论与实践教学面临的问题
计算机辅助药物分子设计是以数学、物理化学、生物化学、药物化学、分子生物学、结构化学、结构生物学、细胞生物学等学科为基础，以量子化学、分子力学、分子动力学、药效团模型等为理论依据，借助计算机数值逻辑计算、数据库筛选、统计分析、图谱解析等处理技术，研究药物分子对靶标受体作用的模型，进而达到药物设计的目的[4-5]。由此可见，该课程教学内容涉及的范围比较广泛，囊括了从基因序列、蛋白质结构到生物大分子功能及其与药物小分子作用机制研究的整个过程，这就要求学生具有良好的数学（如小波去噪分析、矩阵转换、统计分析）、计算化学、结构化学、生物化学、组合化学、药物化学（如药物毒性分析）、结构生物学、分子生物学、化学生物学、细胞生物学、生理学、生物信息学以及各种物理实验技术（如X射线晶体学、核磁共振技术、圆二色谱等）和计算机技术（分子图形学、数据库技术、人工智能技术）等诸多专业知识的积累。该课程是基础学科和应用学科与技术的广泛交叉渗透，涉及学科面广，虽然有利于拓宽学生的知识面，也有助于培养学生综合多种学科知识、解决实际生物学复杂问题的能力，但教学内容与教学难度都比较大，而且一些基本理论概念相对抽象，对于学生能否深刻把握这些理论概念都提出了较高的要求，教学过程中既要注重基础性，又要注重前沿性，这对目前理论课教学方法与教学效果都提出了更高的要求。另外，理论与实践必须相结合，这就需要介绍目前国际主流的常用相关软件，让学生在掌握理论知识的基础上学会如何将书本理论应用到真正的模型体系范例中，培养学生的实验软件系统调试与数据统计分析能力，并要求在实际操作中深刻领悟并能处理分析生物分子结构等特征，培养学生成为既具有扎实理论知识，又具备和熟练操作应用能力的应用型人才。