论文部分内容阅读
摘 要：以《有机化学》立体异构中的旋光异构为例，以完成教学大纲要求为基本原则，结合学生实际情况，从课题背景、教学设计、学习方式等方面对案例教学法在有机教学中的具体应用进行了探讨。实践证明，案例教学的合理运用不仅有助于教师教学水平的提高，还能调动学生的主动性，提高教学质量。
关键词：有机化学；案例； 旋光异构；教学设计
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00
在教育心理学中有一个公认的准则：只有当人们清楚意识到有必要去了解某个事物时，他才会主动地去学习。光是告诉学生某项知识或技能他们日后会用得到，并不能起到有效的激励作用[1]。 有机化学作为药学专业必修基础课程，理论性强，化合物结构繁多，化学反应复杂，难理解，难记忆，加之传统教学倾向于知识的传授、强调学科本位、注重书本知识等现状，使学生感到枯燥、乏味、混乱，学习兴趣下降，课堂教学效果不理想。对此，在有机化学教学尝试中应用案例教学法，通过学生参与、探究等活动，使抽象的概念通俗易懂、晦涩的内容生动形象，有助于学生对难点、重点知识的理解，如旋光异构，同时加强了有机化学与药学专业课程、实际生活以及科技发展的联系。
1.案例课题
旋光异构——R/S构型标记法
2.案例背景
旋光异构概念、手性结构分子等是有机立体化教学的重点内容，同时也是一个教学难点。本课程内容比较抽象，需要一定的立体思维能力，对学生有一定的难度[2]。知识层次上本课程安排在烃及其含氧衍生物等知识点后，学生已经接触了碳链异构、位置异构、官能团异构、构像异构等了同分异构体现象，对有机物的化学结构决定其理化性质，进而直接影响药物的药性和药效也有了一定的认识，因此，在教学过程中如何激发学生的学习兴趣是突破难点的关键，依据实际特点本课程采用拓展性案例教学。
3. 案例设计
3.1 环节一：独立自学，查阅资料
在进入课堂前，请同学们认真阅读教材相关内容，标记重要知识，做好疑难标记，此内容课前独立完成。再以小组为单位讨论较难的问题，全组的问题由小组长做好记录。
各学习小组根据不同任务查阅相关资料：（1） 雌激素——己烯雌酚；（2）复合左旋肉碱胶囊；（3）氧氟沙星；（4）手性药物及研究进展。
3.2 环节二：教师分析预习记录
完成预习后，以小组为单位提交预习记录，教师认真查阅并指出学生在预习中存在的问题，同时将共同的难点知识内容做好记录以便在课堂上提出。这个环节体现学生的自学能力和对知识的理解能力，同时将主动权交给学生，让他们在学习中体会到快乐，感受到成功。
3.3 环节三：课堂导入，由浅入深
1、知识回顾：基本概念及同分异构体的分类
2、新课导入——反应停事件（拓展性案例）
为了克服概念抽象引起的厌学、畏难情绪，在讲授该内容引人了“沙利度安惨剧”的案例：在20世纪年代初期，欧洲出现了一万多个具有严重生理性陷（主要体现为四肢畸形、腭裂、盲儿或聋儿、内畸形等）的“海豹婴儿”，其中有将近4000名患儿了不到一岁就夭折了。导致这种先天性残疾的原是这些婴儿的母亲在怀孕期间服用一种用于治疗妇早孕症的药物即沙利度安（Thalidomide）。该药是1953年西德公司生产的，其主要成分是一苯酞茂二酰亚胺。但一苯酞茂二酰亚胺有两种手性构分子，药理作用也有极大的差异。
（1）案例引入时机 本案例具有极强的震撼力和视觉冲击力，因此在本章教学引言中适时引入，引起学生对所学知识的高度关注和浓厚兴趣。
（2）案例的进一步分析探讨 在对映异构现象、对映异构体及手性碳原子等基本概念基础上，给出沙利度胺的结构式（如图），引导学生分析沙利度胺两种异构体分子结构的差异、手性碳的数目。
随着问题的解决，学生可以得出对映异构体分子的空间构型不同，其理化性质及药物活性有很大区别。进而引出本课程的重点内容即利用R/S构型命名法对同分异构体的构型进行标记，同时利用本案例对学生进行职业道德与操守教育。
3、教师结合预习报告详细讲解R/S构型标记法内容
a、按次序规则将手性碳原子上的四个基团排序。
b、把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置，观察其余三个基团由大
→中→小的顺序，顺时针方向，构型为R，反时针方向，则构型为S [3]。
（1）由楔形透视式确定构型
乳酸手性碳上的四个基团：OH > COOH > CH3 > H
（2）由Fischer投影式确定构型
3.4 环节四：小组合作，解决问题
组织学生以小组为单位有序地讨论，小组合作讨论完成课内探究案中存在的问题，针对小组不能够解决的问题，在旁边进行指导与提示，并提醒他们对在讨论中形成的问题做好记录，以便点评时提出，使学生顺利完成学习任务。
课堂练习：指出下列化合物的R或S构型。
3.5 环节五：案例（ppt）与点评讲解
1、第一小组同学展示其预习讨论结果：雌激素——己烯雌酚
（1） 结构展示
（2） 性质讨论
己烯雌酚是雌激素，它有顺、反两种空间构型，两种异构体属于不同的化合物，理化性质不同，生理活性也不同。临床上广泛应用的是反式已烯雌酚，生理活性较强，而顺式结构由于两个羟基间距较小，生理活性弱，不能药用。
（3） 结论：顺反异构属于立体异构，化合物的空间构型与其理化性质有关，同时直接影响药物的药性和药效。
2、第二小组同学展示其预习讨论结果：复合左旋肉碱胶囊 （1） 结构展示
（2） 性质讨论
肉碱是一种类氨基酸，属于季铵阳离子复合物。存在有两个立体异构体：生物活性的L-肉碱（维生素Bt）和非生物活性的对映异构体D-肉碱。左旋肉碱是脂肪代谢过程中的一种关键的物质，能够促进脂肪酸进入线粒体氧化分解。可以说肉毒碱是转运脂肪酸的载体。目前，左旋肉碱已应用于医药、保健和食品等领域。在世界各地，左旋肉碱经常都被包装成为营养补充剂而售卖，并声称能够帮助燃烧脂肪，帮助减肥。
（3 ） 结论：化合物结构不同，生物活性不同。
3、第三小组同学展示其预习讨论结果：氧氟沙星
（1） 结构展示
（2） 性质讨论
左氧氟沙星属于奎若酮类的抗菌药物，是抗生素类的。为氧氟沙星的左旋体，其体外抗菌活性约为氧氟沙星的两倍。其作用机制是通过抑制细菌DNA旋转酶的活性，阻止细菌DNA的合成和复制而导致细菌死亡。
（3） 结论：氧氟沙星是由左氧氟沙星和另一个无抗菌活性的物质组成的等量混合物，左氧氟沙星的抗菌活性是氧氟沙星的二倍，由此药物分子结构不同，药效不同，手性药物是医药领域的亮点。
4、第四小组同学展示其预习讨论结果：手性药物及研究进展
展示设计：安排各小组进行课堂讲述，并在全班展开讨论。在课堂讨论环节，其他小组同学、授课教师将对同学们的发言进行评述。最后由教师、同学对讨论评分，计入课程平时考核中。
此环节仍以书本内容为核心，将顺反异构，D/L构型等立体结构的知识点融合在一起，向相关学科延展，引导和鼓励学生探索新知。把课堂教学的以教师为中心转移到以学生为中心，从而变被动学习为主动学习，调动学生思维的积极性，激发学生的学习兴趣。
3.6 环节六：教师点拨，归纳小结
（一 ）知识全方位、多层次、多角度的交流
1、 对映异构体具有不同的生理活性
L-谷氨酸钠（有鲜味） D-谷氨酸钠（无鲜味） R-苎烯（橙子气味） S-苎烯（松节油气味）
2、手性药物研究进展
（1）2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治（合占1/2） 和美国科学家沙利普斯（占1/2），以表彰他们在发展手性催化/不对称合成的新方法技术领域所作出的贡献。瑞典皇家科学院评价说，这三位获奖者为合成具有新特性的分子和物质开创了一个全新的研究领域。他们的成就已成功应用于许多药物如抗生素、消炎药和心脏病药物以及治疗帕金森综合症等许多药物的工业合成，此外也用于生产调味剂、甜味剂、杀虫剂及其他一些生物活性物质[4]。
（2） 2013年“手性科学与技术协同创新中心” 在南开大学启动。
3、对映体的应用领域：制药（人和动物健康）、农用化学、化妆品、香水、香料营养品（人和动物）、学材料（如光电子用手性液晶）。
（二）知识小结
1、R / S构型的标记方法
2、相关参考阅读资料：（1）确定构型R—S标记的简易方法[5] ；（2） 手性药物的研究进展及开发应用[6]； （3） 手性与手性药物[7] ；（4） 手性分子研究与手性技术发展[8]。
3、巩固与思考：
（1） D/L 、 R/S 标记法与物质的旋光性有何联系？
（2）为什么生物体要采用单一手性的分子来构建体内环境呢？
4 . 结语
本教学设计的特点：克服了长期以来有机化学旋光异构以手性碳原子为中心展开讨论，灌输式教学为主的传统授课模式。以完成教学目标设计来开展每一个教学活动，遵循人们对事物的认识，一般总是从具体到抽象，从经验到理论，循序渐进，启发诱导。以兴趣为导向，基于教材，跳出教材，向多方向延展学习内容[9]，形成了学生自主学习、合作学习、研究性学习和探索性学习的氛围，增加了师生交流，促进了教学相长，同时从化学的视角关注生活与社会实际，充分展示化学学科魅力，取得较为满意的学习效果。并且对于培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及合作交流的能力是特别有益的。
教学反思：拓展性案例是《有机化学》教学中有益的尝试，这种尝试使我们看到了拓展性学习与课堂讲授相结合的优势，但还应根据学生特点，注意运用层次，选择标准等，不断的改进和深化，并制定合理的评价体系，使拓展性案例教学成为有机化学教学一种行之有效的方法。
参考文献：
[1] 汤洪敏. 案例式教学法在有机化学教学中的应用探索[J]. 教育文化论坛，2010， 5：83-85.
[2] 施丽娜. 在有机化学旋光异构教学中培养学生的智力[J]. 昆明医学院学报， 1986， 4
[3] 刘斌，任宏. 有机化学[M]. 人民卫生出版社， 2013.
[4] 张梦军，廖春阳，兰玉坤等. 对催化不对称合成的重大贡献——2001年诺贝尔化学奖[J]. 化学教育. 2002，1：5-13.
[5]曾育才，展力. 确定构型R—S标记的简易方法[J]. 嘉应大学学报， 1997， 6.
[6]吴伟群， 何春， 齐雪飞. 手性药物的研究进展及开发应用[J]. 中国现代应用药学杂志， 2009， 26（6）： 452-454.
[7]范青华. 手性与手性药物. 中国科学院化学研究所分子识别与选择性合成室. 2005.
[8] 王大伟， 曹会兰. 手性分子研究与手性技术发展[J]. 渭南师范学院学报. 2002， 17（2）： 30-33.
[9] 袁颖，金素安，何世民等. 《中药学》教学引入拓展性教学的启示[J].中国中医药现代远程教育. 2014， 12（6）：82-83.
关键词：有机化学；案例； 旋光异构；教学设计
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00
在教育心理学中有一个公认的准则：只有当人们清楚意识到有必要去了解某个事物时，他才会主动地去学习。光是告诉学生某项知识或技能他们日后会用得到，并不能起到有效的激励作用[1]。 有机化学作为药学专业必修基础课程，理论性强，化合物结构繁多，化学反应复杂，难理解，难记忆，加之传统教学倾向于知识的传授、强调学科本位、注重书本知识等现状，使学生感到枯燥、乏味、混乱，学习兴趣下降，课堂教学效果不理想。对此，在有机化学教学尝试中应用案例教学法，通过学生参与、探究等活动，使抽象的概念通俗易懂、晦涩的内容生动形象，有助于学生对难点、重点知识的理解，如旋光异构，同时加强了有机化学与药学专业课程、实际生活以及科技发展的联系。
1.案例课题
旋光异构——R/S构型标记法
2.案例背景
旋光异构概念、手性结构分子等是有机立体化教学的重点内容，同时也是一个教学难点。本课程内容比较抽象，需要一定的立体思维能力，对学生有一定的难度[2]。知识层次上本课程安排在烃及其含氧衍生物等知识点后，学生已经接触了碳链异构、位置异构、官能团异构、构像异构等了同分异构体现象，对有机物的化学结构决定其理化性质，进而直接影响药物的药性和药效也有了一定的认识，因此，在教学过程中如何激发学生的学习兴趣是突破难点的关键，依据实际特点本课程采用拓展性案例教学。
3. 案例设计
3.1 环节一：独立自学，查阅资料
在进入课堂前，请同学们认真阅读教材相关内容，标记重要知识，做好疑难标记，此内容课前独立完成。再以小组为单位讨论较难的问题，全组的问题由小组长做好记录。
各学习小组根据不同任务查阅相关资料：（1） 雌激素——己烯雌酚；（2）复合左旋肉碱胶囊；（3）氧氟沙星；（4）手性药物及研究进展。
3.2 环节二：教师分析预习记录
完成预习后，以小组为单位提交预习记录，教师认真查阅并指出学生在预习中存在的问题，同时将共同的难点知识内容做好记录以便在课堂上提出。这个环节体现学生的自学能力和对知识的理解能力，同时将主动权交给学生，让他们在学习中体会到快乐，感受到成功。
3.3 环节三：课堂导入，由浅入深
1、知识回顾：基本概念及同分异构体的分类
2、新课导入——反应停事件（拓展性案例）
为了克服概念抽象引起的厌学、畏难情绪，在讲授该内容引人了“沙利度安惨剧”的案例：在20世纪年代初期，欧洲出现了一万多个具有严重生理性陷（主要体现为四肢畸形、腭裂、盲儿或聋儿、内畸形等）的“海豹婴儿”，其中有将近4000名患儿了不到一岁就夭折了。导致这种先天性残疾的原是这些婴儿的母亲在怀孕期间服用一种用于治疗妇早孕症的药物即沙利度安（Thalidomide）。该药是1953年西德公司生产的，其主要成分是一苯酞茂二酰亚胺。但一苯酞茂二酰亚胺有两种手性构分子，药理作用也有极大的差异。
（1）案例引入时机 本案例具有极强的震撼力和视觉冲击力，因此在本章教学引言中适时引入，引起学生对所学知识的高度关注和浓厚兴趣。
（2）案例的进一步分析探讨 在对映异构现象、对映异构体及手性碳原子等基本概念基础上，给出沙利度胺的结构式（如图），引导学生分析沙利度胺两种异构体分子结构的差异、手性碳的数目。
随着问题的解决，学生可以得出对映异构体分子的空间构型不同，其理化性质及药物活性有很大区别。进而引出本课程的重点内容即利用R/S构型命名法对同分异构体的构型进行标记，同时利用本案例对学生进行职业道德与操守教育。
3、教师结合预习报告详细讲解R/S构型标记法内容
a、按次序规则将手性碳原子上的四个基团排序。
b、把排序最小的基团放在离观察者眼睛最远的位置，观察其余三个基团由大
→中→小的顺序，顺时针方向，构型为R，反时针方向，则构型为S [3]。
（1）由楔形透视式确定构型
乳酸手性碳上的四个基团：OH > COOH > CH3 > H
（2）由Fischer投影式确定构型
3.4 环节四：小组合作，解决问题
组织学生以小组为单位有序地讨论，小组合作讨论完成课内探究案中存在的问题，针对小组不能够解决的问题，在旁边进行指导与提示，并提醒他们对在讨论中形成的问题做好记录，以便点评时提出，使学生顺利完成学习任务。
课堂练习：指出下列化合物的R或S构型。
3.5 环节五：案例（ppt）与点评讲解
1、第一小组同学展示其预习讨论结果：雌激素——己烯雌酚
（1） 结构展示
（2） 性质讨论
己烯雌酚是雌激素，它有顺、反两种空间构型，两种异构体属于不同的化合物，理化性质不同，生理活性也不同。临床上广泛应用的是反式已烯雌酚，生理活性较强，而顺式结构由于两个羟基间距较小，生理活性弱，不能药用。
（3） 结论：顺反异构属于立体异构，化合物的空间构型与其理化性质有关，同时直接影响药物的药性和药效。
2、第二小组同学展示其预习讨论结果：复合左旋肉碱胶囊 （1） 结构展示
（2） 性质讨论
肉碱是一种类氨基酸，属于季铵阳离子复合物。存在有两个立体异构体：生物活性的L-肉碱（维生素Bt）和非生物活性的对映异构体D-肉碱。左旋肉碱是脂肪代谢过程中的一种关键的物质，能够促进脂肪酸进入线粒体氧化分解。可以说肉毒碱是转运脂肪酸的载体。目前，左旋肉碱已应用于医药、保健和食品等领域。在世界各地，左旋肉碱经常都被包装成为营养补充剂而售卖，并声称能够帮助燃烧脂肪，帮助减肥。
（3 ） 结论：化合物结构不同，生物活性不同。
3、第三小组同学展示其预习讨论结果：氧氟沙星
（1） 结构展示
（2） 性质讨论
左氧氟沙星属于奎若酮类的抗菌药物，是抗生素类的。为氧氟沙星的左旋体，其体外抗菌活性约为氧氟沙星的两倍。其作用机制是通过抑制细菌DNA旋转酶的活性，阻止细菌DNA的合成和复制而导致细菌死亡。
（3） 结论：氧氟沙星是由左氧氟沙星和另一个无抗菌活性的物质组成的等量混合物，左氧氟沙星的抗菌活性是氧氟沙星的二倍，由此药物分子结构不同，药效不同，手性药物是医药领域的亮点。
4、第四小组同学展示其预习讨论结果：手性药物及研究进展
展示设计：安排各小组进行课堂讲述，并在全班展开讨论。在课堂讨论环节，其他小组同学、授课教师将对同学们的发言进行评述。最后由教师、同学对讨论评分，计入课程平时考核中。
此环节仍以书本内容为核心，将顺反异构，D/L构型等立体结构的知识点融合在一起，向相关学科延展，引导和鼓励学生探索新知。把课堂教学的以教师为中心转移到以学生为中心，从而变被动学习为主动学习，调动学生思维的积极性，激发学生的学习兴趣。
3.6 环节六：教师点拨，归纳小结
（一 ）知识全方位、多层次、多角度的交流
1、 对映异构体具有不同的生理活性
L-谷氨酸钠（有鲜味） D-谷氨酸钠（无鲜味） R-苎烯（橙子气味） S-苎烯（松节油气味）
2、手性药物研究进展
（1）2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治（合占1/2） 和美国科学家沙利普斯（占1/2），以表彰他们在发展手性催化/不对称合成的新方法技术领域所作出的贡献。瑞典皇家科学院评价说，这三位获奖者为合成具有新特性的分子和物质开创了一个全新的研究领域。他们的成就已成功应用于许多药物如抗生素、消炎药和心脏病药物以及治疗帕金森综合症等许多药物的工业合成，此外也用于生产调味剂、甜味剂、杀虫剂及其他一些生物活性物质[4]。
（2） 2013年“手性科学与技术协同创新中心” 在南开大学启动。
3、对映体的应用领域：制药（人和动物健康）、农用化学、化妆品、香水、香料营养品（人和动物）、学材料（如光电子用手性液晶）。
（二）知识小结
1、R / S构型的标记方法
2、相关参考阅读资料：（1）确定构型R—S标记的简易方法[5] ；（2） 手性药物的研究进展及开发应用[6]； （3） 手性与手性药物[7] ；（4） 手性分子研究与手性技术发展[8]。
3、巩固与思考：
（1） D/L 、 R/S 标记法与物质的旋光性有何联系？
（2）为什么生物体要采用单一手性的分子来构建体内环境呢？
4 . 结语
本教学设计的特点：克服了长期以来有机化学旋光异构以手性碳原子为中心展开讨论，灌输式教学为主的传统授课模式。以完成教学目标设计来开展每一个教学活动，遵循人们对事物的认识，一般总是从具体到抽象，从经验到理论，循序渐进，启发诱导。以兴趣为导向，基于教材，跳出教材，向多方向延展学习内容[9]，形成了学生自主学习、合作学习、研究性学习和探索性学习的氛围，增加了师生交流，促进了教学相长，同时从化学的视角关注生活与社会实际，充分展示化学学科魅力，取得较为满意的学习效果。并且对于培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及合作交流的能力是特别有益的。
教学反思：拓展性案例是《有机化学》教学中有益的尝试，这种尝试使我们看到了拓展性学习与课堂讲授相结合的优势，但还应根据学生特点，注意运用层次，选择标准等，不断的改进和深化，并制定合理的评价体系，使拓展性案例教学成为有机化学教学一种行之有效的方法。
参考文献：
[1] 汤洪敏. 案例式教学法在有机化学教学中的应用探索[J]. 教育文化论坛，2010， 5：83-85.
[2] 施丽娜. 在有机化学旋光异构教学中培养学生的智力[J]. 昆明医学院学报， 1986， 4
[3] 刘斌，任宏. 有机化学[M]. 人民卫生出版社， 2013.
[4] 张梦军，廖春阳，兰玉坤等. 对催化不对称合成的重大贡献——2001年诺贝尔化学奖[J]. 化学教育. 2002，1：5-13.
[5]曾育才，展力. 确定构型R—S标记的简易方法[J]. 嘉应大学学报， 1997， 6.
[6]吴伟群， 何春， 齐雪飞. 手性药物的研究进展及开发应用[J]. 中国现代应用药学杂志， 2009， 26（6）： 452-454.
[7]范青华. 手性与手性药物. 中国科学院化学研究所分子识别与选择性合成室. 2005.
[8] 王大伟， 曹会兰. 手性分子研究与手性技术发展[J]. 渭南师范学院学报. 2002， 17（2）： 30-33.
[9] 袁颖，金素安，何世民等. 《中药学》教学引入拓展性教学的启示[J].中国中医药现代远程教育. 2014， 12（6）：82-83.