一、案例背景

天然药物化学作为多学科交叉的基础学科，在创新药物研发与中药现代化中发挥关键作用。新医科背景下，该课程教学应以“知识-能力-素质-应用”四维目标为导向，强化产教协同，培养复合型创新人才。

然而，传统教学面临学科微观特性与教学手段不匹配的痛点，主要表现为知识可视化不足、教学内容滞后及方法单一。教学团队依托深厚学科积淀与学术优势，率先将AI与VR技术深度融合应用于天然药物化学教学，创新性地构建了“智能导学-虚拟实践-多维评价”教学新模式。

该模式通过AI个性化精准推送学习内容，VR沉浸式展示分子结构与功能机制，多维数据驱动的学习评价体系，有效解决了传统教学难点，显著提升了学生对复杂分子结构与作用机制的理解能力，为药学教育提供了可复制、可推广的改革范式。

二、创新举措

为解决当前天然药物化学教学痛点，教学团队提出了AI引导与VR驱动的教学理念，实现了理论认知与创新实践的深度耦合，形成“智虚双驱，创教融合”的新型教学生态，有效提升学生分子设计能力与创新思维水平，为药学教育数字化转型提供可复制的实践范式。

（一）“疏经通络式”破解知识可视化不足难题

通过AI引导和VR驱动打通知识传授的“经络”，使复杂抽象的天然药物化学知识变得直观可感。正如中医药学中“疏经通络”能促进气血畅通，这种教学方式也打通了学习的障碍，促进知识的有效吸收。

1.构建基于AI可视化的“认知解构”舒经体系

课程通过“认知解构”舒经式解决天然药物化学学习难题，部署AI认知解构引擎将复杂知识分解为动态三维拓扑网络。学生利用分子动力学牵引操作和AlphaFold等工具操控分子结构，模拟青蒿素与过氧化物蛋白结合。教学采用“结构拆解-机理透视-构型重构”三阶认知闭环，通过多维构效观察提升立体理解深度，实现从“知识记忆”向“立体认知”转变，让学生能深入理解复杂分子构效关系。

 

图1. 人工智能在药物开发领域涉及的环节

2.构建基于VR交互式的“认知解构”通络体系

课程构建“分子空间-靶点互作-工艺模拟”VR虚拟场景，推动天然药物化学具象认知革命。结合VR眼镜与Nanome系统，学生可在全息环境中验证双氢青蒿素设计合理性，观察过氧化物蛋白结构及药物结合过程。利用动态分子拆解技术和靶向结合模拟，突破二维教学局限。通过虚拟提取工艺沙盘，实现理论向工程思维转化，形成“感知-交互-内化”认知闭环，提升直观理解与实践能力。

 

图2. VR驱动在天然药物化学中的沉浸式教学模式

（二）“活血化瘀式”重构学科前沿教学内容

通过打通淤滞、促进“血液循环”，使教学内容从静态僵化转变为动态更新，打破教材更新滞后、内容固化的问题，实现知识体系与产业发展的动态脉象同步，达成“气血充盈，经络畅通”的新型教学生态。课程创新“知识流形-认知同步”更新机制，利用AI技术构建跨学科教学体系。实时引入前沿科研成果，通过认知蒸馏技术转化为教学微单元，动态更新“靶点-筛选-评价”知识体系。引入AlphaFold预测、ID4智能筛选等工具实现直观教学，解决教材滞后问题，为药学教育数字化转型提供创新路径。

（三）“辨证施治式”构建多样化课堂教学方法

课程通过AI构建“学情诊断-策略补给-教学反馈”闭环体系，实现辨证施治教学。系统生成知识热力图，推送差异化学习资源，触发VR实训并提供个性化建议。针对复杂分子结构，智能系统基于学生认知模式选择适合的可视化方案。通过VR互动构建“分子空间-靶点互作-工艺模拟”场景，学生小组协作完成药物提取实验，形成“感知-交互-内化”认知闭环，将学生从“旁观者”转变为“实践者”，提升理解效率和实验设计能力。

 

图3. 紫杉醇提取分离与半合成的交互式操作

（四）“过程追踪式”构建数智化评价体系

课程构建“过程追踪-能力诊断”双维评价体系，AI实时跟踪学生学习进度并生成数据报告。形成性评价（40%）涵盖线上学习（25%）和课堂交互（15%），记录认知轨迹；终结性评价(60%)基于核心能力图谱构建创新题型。系统针对个人薄弱环节（如特定药物提取方法）提供个性化学习建议和资源，帮助查漏补缺。教师可通过数据了解班级整体状况，优化教学策略，实现“及时-形成-结果”全过程评价，突破传统局限，强调高阶思维培养。

三、主要成效

（一）立德树人成效显著

教学改革实施后，学生成绩进步明显，高度认可教学效果，学生团队入围互联网+省级赛事4项，学术能级显著跃迁，升学质量突破。其中25%毕业生进入QS50院校（密歇根大学/协和医学院等）从事天然药物研究；科研型课堂孵化中药文创肥皂、手性天然药物筛选系统等创新项目7项。依托自主研究平台，本科生在天然药物相关研究领域年均参与发表SCI论文15篇（IF>10论文占比40%），形成“课堂创新-科研反哺”的学术闭环生态。

 

图 4. 教改前后本科生成绩及发表论文

（二）教学成果丰硕

教学团队在天然药物化学沉浸式教学改革中取得显著成果：课程被评为江苏省一流本科课程、国家精品课程、第一批“国家级精品资源共享课、全国一流本科专业建设点、国家级一流本科课程（线下一流课程），团队荣获教育部虚拟教研室、第三批全国黄大年式教学团队，累计获得15项国家及省部级奖励和8项企业奖教金，构建了可复制推广的认知赋能范式。

 

图5. 教学团队获得的相关教学成果

（三）推广示范作用显现

教学团队融合AI与VR技术推动天然药物化学教改，构建沉浸式实验环境让学生直观观察分子结构与药物作用机制。团队在国内外核心期刊发表10余篇教改论文，系统阐述智能技术赋能药学教育的理论与实践。应邀在多所高校分享"天然药物化学智慧教学生态系统"建设经验，提炼可复制的沉浸式教学模型，注重知识迁移与应用能力培养，并将持续优化个性化学习路径，推动学科教育智能化、精准化发展。