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課程設計

藥物化學需重點設計以確立前期所涉及的概念，使學生對相關應用產生興趣，知道科學的跨學科性，完成對藥物如何工作的基本理解。生物模型被用來體現一般的化學概念，且分為三個教學單元加以進行：1)了解藥物作用分子基礎的普通化學核心知識為基本主題。2)用于強調普通化學基本原理如何控制藥物作用機理的炎癥醫療方法。3)以神經科學連接化學、生物學和心理學，包括各種藥物如何擾亂激素受體相互作用等神經遞質作用的分子基礎。上述主題的相互依存性需要以一種簡化的螺旋式方法在整個學期反復重新審視相同的原理，以便學生將掌握的有限材料了解得更為詳細。相應地，這種主題模塊使學生明白想了解生化藥物的作用需要掌握那些基本概念，而后續教學單元便強化這些概念。這一創新型課程設計還為學生有效學習后續課程(物理、有機化學等)帶來批判性思維技能和有效的學習習慣。通過將化學基礎知識應用到醫學相關模型中，強調解決問題的學習。學生需完成兩或三次課堂測驗和期末考試，通過簡短的回答問題，強調解決問題、批判性思維和綜合應用。

基本原理

本課程的前三分之一致力于學生需要知道如何理解藥物作用的基本理論，包括化學鍵、分子間的作用力、平衡和溶解度等。雖然普通化學基礎內容在原則上與背景材料相關，但整合原理及強調應用的案例材料卻大受限制。為此，學生們需要補充藥物化學教材，而教師需要為課程撰寫相應的問題集，以應用型方式綜合各種概念，加強這些化學知識基本原理的運用。整個教學過程，以縮合反應為同學們介紹化學反應時極性的應用(例如肽的合成、信號轉導途徑的磷酸化等)。這一階段的課程也可用來介紹下面課程中主要大分子的結構元素。重點放在磷脂，這是分子進入細胞必須穿透的主要障礙。學生在了解維持細胞結構完整性的分子間力和脂化學的同時，再次回到縮合反應。有關氨基酸化學和物理性質的教學可以有效地用于演示酸堿平衡最基本和最復雜的方面。結果讓學生對各種氨基酸的結構有一程度的了解，知道側鏈化學性質如何影響相關分子間力，使蛋白維持在一起。此外，核酸的結構也在這一階段的課程中引入相似的介紹。

炎癥藥物法

炎癥的醫療方法是體現基本化學問題如熵、自由能、化學動力學和溶解度的一種理想模式。炎癥中環氧合酶(COX)的結構和功能關系可為學生提供一個有趣的酶動力學圖解，以便學生體會到分子間力對熵、自由能、平衡和酶活性的影響。對COX同工酶COX-1和COX-2活性部位結構差異的仔細評估以及有選擇性地抑制COX-2的藥物設計方法進行討論，闡明結構上的差異最終影響平衡和動力學常數。與采用的螺旋式教學方法一致，通過評估螺旋藻在環氧合酶的活性位點的聚積，以及與西樂葆、乙酰氨基酚和布洛芬對COX抑制作用的比較，讓學生對可逆和不可逆的酶抑制作用加以區別和理解。在解釋蛋白質作為細胞受體的重要性時，對參與炎癥的各種細胞受體進行討論，尤其是定性和定量地重點討論藥物與受體的作用。期間，學生們能夠感受到描述藥物與受體和底物與酶相互作用結合常數之間的相似性。重點放在如何對藥效學作用定量和配體結合對蛋白結構的影響。通過分析配體與諸如莫昔芬和己烯雌酚等雌激素配體的相對親和性，講解關于配體和底物結構特性對受體作用解離常數的影響，包括劑量-反應曲線解離常數、EC50值和最大生物效應。盡管這些重要的概念在傳統的普通化學課程沒有涉及。

神經科學連接化學、生物學和心理學

本課程的神經科學知識相作為有效的頂點，特別強調先前涉及的化學概念并引入現代相關問題(神經遞質、麻醉等)。絕大多數學生認為這是普通化學學習過程中感受最迷人和吸引人的部分。神經科學模塊以膽堿能和腎上腺素能神經系統以及這些系統中的主要受體和激活或抑制特定反應的相關配體為起點。接著介紹針對這些系統來治療呼吸系統和心血管病的治療方法。其中，分析離子通道的熱力學和能斯特方程以使學生了解和預測離子跨越濃度和電勢梯度的運動。參與神經信號傳遞的蛋白分子協同作用可為理解蛇毒、肉毒桿菌毒素、神經氣體和其他神經毒素等的毒性作用機制提供了豐富的背景知識。剩下的神經科學知識模塊主要集中在精神活性物質。這一教學欄目的目的是讓學生接觸到精神疾病及其相關治療的分子基礎。探索突觸化學可讓給學生理解神經遞質濃度如何由臨床或其他外來物質調節。這部分課程內容跨越興奮劑(可卡因、安非他明)、抑制劑(酒精、巴比妥、苯二氮卓類)(典型和非典型抗精神病藥物)、抗抑郁藥、迷幻劑、大麻、鴉片類藥物、局部麻醉劑和全身麻醉藥。鑒于歷史上化學藥物的濫用，本節所包含內容似乎特別能提高科學素養，尤其學生對精神活性分子的興趣。

評價

整個學期，通過使用問題集、講座測驗、期中考試和期末考試對學生的學習進行評估。主要評估學生運用課堂上學到的概念來解決新的科學問題的能力。考試主要包括簡短的回答問題，旨在體現課程的累積性，重點在基本概念的應用和數據的解釋(如結合曲線、劑量-反應曲線等)，而非記憶。把每一個教學模塊的分數按百分比匯總，并用平均考試成績與在同一學期開設的普通化學傳統教學效果進行比較。結果顯示新的課程模式比傳統的課程需要學生學習更多新的內容，其中涵蓋了許多在高中化學學習中檢測過的相同話題。在期末考試中特意設計了七個解釋生物和化學基本原理的問題以考察學生知識。結果顯示，70%以上的學生都能正確地回答包括酸堿平衡、化學動力學和神經元結構等相關的問題。如此修訂的普通化學課程不僅提升了化學知識，同時更加強調了普通化學基本概念與原理作為分子生命科學的一種科學語言。本教學方法把醫學和生物學相關模型用于普通化學基本概念和科學原理的教學，在美國的大學得以運用，并成功地提高了大學生的學習成績。（本文作者：廖志勇單位：溫州大學生命與環境科學學院）