化学专业药用高分子材料学教学改革初探

张海磊 宋伟华 张海松

摘要：药用高分子材料学是高分子科学、药学、临床医学等学科融合而成的一种交叉性学科，目前已进入化学专业本科教学课程体系。针对化学专业药用高分子材料学教学中遇到的相关问题，要从改革课程教学模式入手，提高学生的学习积极性、主动性和创造性，进而提升教学质量。

关键词：药用高分子材料学;教学改革;PBL教学法

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）12-0121-04

药用高分子材料学是研究各种药用高分子材料的合成、结构和性能，旨在为新剂型设计和新剂型处方提供新型高分子材料与新方法，对创造新剂型、新制剂和提高制剂质量起着重要的支持和推动作用[1]。药用高分子材料学吸收材料学、高分子物理、高分子化学和药剂学的有关内容，在我国于20世纪90年代逐渐引起药学专业教学的重视，并逐渐发展成为我国药学专业的基础课程，是培养合格药学高级专门人才必不可少的课程之一[2]。

进入21世纪，学科交叉融合成为当代科技发展的重要标志。药用高分子材料已不再局限于传统的天然高分子材料，如淀粉、纤维素、壳聚糖等。许多具有特殊性能的合成高分子逐渐从科研领域发展到药品生产的实际应用中，包括pH响应型高分子材料、温敏型高分子材料和具有特异性靶标识别作用的高分子材料等[3]。上述发展使药品研发领域对化学专业、材料专业毕业生的需求与日俱增。近几年，有关药用高分子的相关研究报道逐年增加。如图1所示，药用高分子的相关研究报道由2010年的5446篇上升到2017年的11373篇，年均增长率约为15%。因此，针对化学专业开设药用高分子材料学相关课程，对我们医药领域的进一步发展具有十分重要的意义。

为适应学科发展需要，本校在高分子材料科学与工程和材料化学2个本科专业同时开设药用高分子材料学课程。该课程在大四第一学期设置，旨在使学生了解药物研发、药品生产中常用的高分子材料的结构、性能和应用，及三者的相互关系，利用相关知识理解高分子材料在微球、缓释制剂、肠溶制剂、控释制剂等新剂型中的应用，进一步加深学生对药用高分子的认识，理解高分子材料在药品研发和生产中的重要地位。笔者在实际教学中认识到以下问题：第一，由于高分子材料科学与工程和材料化学2个专业的本科課程体系并未涉及医学、药学方向的基础课，学生对人体给药系统并未形成清晰认识，使其对缓释给药、肠溶给药的意义难以理解;第二，学生学习热情不高，认为该课程与本专业的关联度不高;第三，由于缺乏相关实验课程支持，学生对药物释放等概念难以形成清晰认识等。针对上述问题，我们对化学和材料专业本科生药用高分子材料学的教学改革进行实践与思考，并提出相应的解决方案。

一、合理设计教学内容，有针对性地进行知识铺垫

针对化学和材料专业医学、药学基础薄弱的问题，笔者结合相关知识点，对涉及的医学、药学背景知识进行讲解，利于学生理解。以下为两个示例。

示例1-1：片剂辅料分类

知识点简介：片剂辅料的常见类型包括填充剂、崩解剂、黏合剂、润滑剂等。

存在问题：学生并不了解片剂的生产工艺，无法通过字面含义深入了解不同种类高分子在片剂辅料中的应用，更无法建立结构、性能和应用的有机联系。

解决方法：引入片剂辅料类型的知识点前，对湿法制粒制备片剂的工艺流程进行简要介绍，流程图如图2所示，并对工艺流程所用的仪器设备、装置等进行讲解。学生了解上述背景知识后，能够通过高分子的结构特点和性能，对应相应的辅料类型。

示例1-2：肠溶制剂

知识点简介：肠溶制剂是指在胃液中不崩解，而在肠液中崩解和吸收的一种制剂。

存在问题：学生不了解人体胃肠道的生理解剖学知识，难以理解肠溶制剂的设计原理，无法建立高分子材料结构、性能和应用的有机联系。

解决方法：教学肠溶制剂的概念前，对人体胃肠道的生理解剖学背景知识进行简要介绍，主要对胃部、十二指肠、小肠、大肠等部位的pH值进行介绍。学生在了解上述背景知识后，理解到肠溶制剂是根据胃部和肠道的pH值差异进行设计，并可以直接联想到pH响应型高分子材料在肠溶制剂领域的应用。

二、应用PBL教学法，提高学生的学习积极性

PBL（problem-based learning）教学法是Barrows在20世纪60年代提出的，是以问题为基础、以学生为中心的小组讨论式教学方法[4]。传统教学模式的授课手段单一，容易使学生产生积极性不足的缺点。图3所示为PBL教学法的教学模式，即“提出问题、建立假设、收集资料、论证假设、总结”。将PBL教学法应用到药用高分子材料学的教学过程中，可鼓励学生自主探索和调研，促进学生提出问题和解决问题，有助于改善非药学专业药用高分子材料学的教学效果，解决学生积极性不高的问题[5]。以下为笔者引用PBL教学法的教学示例。

示例2-1：高分子包衣材料

知识点简介：高分子包衣膜材对比传统糖衣片包衣具有明显优势，如降低毒副作用、降低脆碎度、提高稳定性等。

实施过程：首先提出问题“为什么小时候常见的糖衣片现在很少见了？”这一问题引起学生的兴趣，使学生产生学习积极性。进而引导学生建立假设：“糖衣片由于存在某些不可避免的缺陷，目前已被薄膜衣片取代。”然后对学生分组布置作业，鼓励学生课下收集资料，指明收集方向，包括：糖衣片的制备工艺，钙、铝、硅、铁、镁等元素与人体健康的关系，高分子包衣膜材的种类等。第二节课上讨论时，学生的论证假设过程可清晰指明，糖衣片辅料滑石粉含有的大量金属镁元素，有可能直接导致服用者出现腹泻等不良反应，而高分子包衣膜材主要由纤维素衍生物组成，不含金属元素，可有效避免上述不良反应。上述原因导致薄膜衣片取代糖衣片，成为目前药品市场的主流产品。

该方法有效调动学生对该问题思考的积极性。学生对高分子包衣材料产生浓厚的兴趣，通过课上讨论加深对高分子包衣材料其他优势的理解。

三、设计药用高分子材料学相关实验

目前，药用高分子材料的教学一直以理论教学为主，相关实验课程鲜有相关教学研究，使学生对某些概念无法获得清晰认识。药用高分子材料学是一种典型的交叉学科，若按照传统实验教学模型对学生进行培养，注重学生操作能力的培养，则忽视对学生实践、逻辑思维和创新能力的培养[6]。鉴于此，笔者利用本学院设立的《研究与创新实验》课程，设计了一系列具有一定前沿性的实验课程，供对药用高分子材料学感兴趣的学生选修，以下为其中一个示例。

示例3-1：活性氧响应型聚乙烯醇载药凝胶的制备和释放度测试

知识点简介：人体发生炎症、癌症等病变时，相关部位的活性氧出现过度表达，因此，活性氧释药体系已发展成为生物材料领域，特别是肿瘤靶向性治疗领域的研究热点之一。

实施过程：将聚乙烯醇溶液加热至80—90摄氏度后，加入1，4-苯二硼酸溶液和一定量的药物己酮可可碱，于该温度下继续加热1h，冷却至室温，得聚乙烯醇载药凝胶。分别置于含有H2O2和不含H2O2的磷酸盐缓冲液，设定时间取样，使用紫外-可见风光光度计测量其吸光度，进而通过标准曲线计算释放度。

学生通过本次实验可清晰认识到药物释放的相关概念，并对载药凝胶和释药过程产生直观认识，对两种模式下产生的释药行为差异产生浓厚的兴趣，进一步了解响应型释药的概念和特点。

四、结合前沿科研进展，提高学生的认知度

传统的药用高分子材料的教学模式，一般针对以药物辅料为主的药用高分子材料进行介绍，使学生对药用高分子材料的认识仅限于药物辅料领域。这种教学一方面限制了学生的思路，另一方面也无法凸显高分子材料在药学领域的重要地位。随着科技的进步和发展，高分子材料在药学领域的应用已突破辅料的限制，甚至在药物制剂中可充当主药进行相关疾病治疗，对比小分子具有明显的优势。本教学团队通过融入具有临床医学、药学等背景的人员进行相关教学改革活动，结合前沿科学热点问题，总结出利于提高学生认知程度的若干教学示例，以下为其中两个示例。

示例4-1：新型高分子药物用于治疗艰难梭状芽孢杆菌

知识点简介：艰难梭状芽孢杆菌是一种广泛存在于土壤和动物肠道中的出芽细菌，其在人体结肠中生存时，会释放出对人体具有一定毒性的外源性蛋白——肠毒素。肠毒素可破坏肠道内壁，导致细胞死亡或炎症，进而使患者并发痢疾和大肠炎等胃肠道疾病。患者采用小分子药物抗生素治疗该种感染性疾病时，会破坏结肠正常的菌群特点，导致艰难梭状芽孢杆菌的感染概率和复发率急剧上升。针对此问题，美国健赞公司研制了一种新型高分子药物Tolevamer ，其可以与艰难梭状芽孢杆菌代谢产生的肠毒素产生特异性结合，进而利用其高分子链的特点，使肠毒素及艰难梭状芽孢杆菌与胃肠道中的其他物质隔绝，以粪便形式排出体外。Tolevamer 作为一种用于治疗艰难梭状芽孢杆菌感染的非抗生素“非吸收”型高分子药物，具有保护肠道菌群和避免抗生素使用带来的耐药性等优点。

示例4-2：新型高分子药物用于治疗高血脂症

知识点简介：人体胃肠道中存在多种小分子，如胆酸、核苷酸、单糖、脂类等。这些小分子的表达水平和人的健康密切相关。例如，胆酸拥有促进脂溶性物质消化吸收的功能。人体内脂肪的摄入量过高时，将导致胆酸过度分泌，从而发生高脂血症等疾病。针对上述问题，相关研究学者和药企研发了考来替泊、考来烯胺和等用于吸附胆酸的高分子吸附剂。上述高分子吸附剂对胃肠道中的胆酸进行特异性吸附，促进胆酸以粪便形式排出，并通过调节分子链中阳离子的数目，使其亲水性和疏水性达到较好的平衡，获得更优的吸附效果。

上述示例的讲解，加深学生对药用高分子材料的认知程度，清晰认识到高分子在药学领域不仅可以扮演辅助角色，也可以通过自身结构特点充分发挥主要药理作用的成分。上述教学也从一定程度上提高了学生对药用高分子材料的学习兴趣。

五、灵活考评，鼓励自主学习

本课程在面向化学、材料等专业学生授课时，出于激发学生自主学习积极性的目的，采取较为灵活的考评方式，主要通过结课论文的形式对学生进行考评：鼓励学生自主选题，通过文献调研，以综述形式对药用高分子材料的某一知识点或热点问题进行论文写作，鼓励学生对自己感兴趣的话题进行更深入的学习，使学生了解药用高分子材料的热点问题。此外，由于本课程一般在高年级学生中设立，以论文形式结课，对学生本科毕业论文的顺利撰写具有一定的促进作用。

近5年的药用高分子材料教学改革，激發了化学专业、材料专业选课学生学习的主动性和积极性，也使学生充分认识到药用高分子材料对化学和材料相关专业的重要性，开拓了学生的视野，使学生的创造性思维有所提高，解决了学生对本课程认可度和认可度不高的问题。上述方法可操作性强，易于实施，具有推广潜力。

参考文献：

[1]Discher，DE;Eisenberg，A.Polymer vesicles[J].Science，2002，297（5583）：967-973.

[2]钟志容，林燕，郝娜等.多专业同课堂药用高分子材料学教学方法探讨[J].药学教育，2018，34（6）：52-57.

[3]Stuart，MAC;Huck，WTS;Genzer，J;et al.Emerging applications of stimuli-responsive polymer materials[J].Nature Materials，9（2）：101-113.

[4]梁旭东，祝洪澜，黄振宇，等.PBL教学在临床医学面临的机遇与挑战[J].中国高等教育，2012，3（4）：69-70.

[5]沙先谊.PBL教学法与药用高分子材料学教学探讨[J].教育现代化，2017，8（34）：200-201.

[6]王森，刘龙忠，欧水平，等.药用高分子材料学综合实验项目的设计.药学教育，2017，3（4）：63-65.