L9(34)實驗設(shè)計在藥學(xué)專業(yè)綜合性實驗教學(xué)改革中的運用

朱蘭寸，李俊平，聶立勇，王林玲，何雪君，廖伊茜，馬廷升

（懷化醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，湖南 懷化 418000）

藥學(xué)專業(yè)是培養(yǎng)具備藥學(xué)學(xué)科基本理論、基本知識和實驗技能，能在藥品生產(chǎn)、檢驗、流通、使用和研究與開發(fā)領(lǐng)域從事藥物鑒定、藥物設(shè)計、一般藥物制劑及臨床合理用藥等方面工作的高級技術(shù)人才。該專業(yè)技術(shù)性很強，為了提高藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，我們進行了實驗教學(xué)的改革探索，增加了綜合性設(shè)計實驗，其中嘗試將L9（34）實驗設(shè)計運用于藥學(xué)專業(yè)主干課程，如天然藥物化學(xué)實驗、藥物化學(xué)實驗、藥物分析實驗、藥劑學(xué)實驗等，收到了較好的效果，明顯提高了學(xué)生綜合分析問題的能力。

1 L9（34）實驗設(shè)計簡介

正交實驗設(shè)計是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面實驗中挑選出部分有代表性的點進行實驗，這些有代表性的點具備了均勻分散、齊整可比的特點[1]。正交實驗設(shè)計表是一整套規(guī)則的設(shè)計表格，用L為正交表的代號，n為實驗的次數(shù)，t為水平數(shù)，c為列數(shù)，也就是可能安排最多的因素個數(shù)。正交實驗設(shè)計表有很多類型，如：L4（23）、L8（27）、L9（34）、L16（45）等，其中L9（34）實驗設(shè)計簡單，最常用，它表示需做9次實驗，最多可觀察4個因素，每個因素均為3個水平。正交實驗設(shè)計的步驟包括確定實驗因素及水平數(shù)、選用合適的正交表、列出實驗方案及實驗結(jié)果、對正交實驗設(shè)計結(jié)果進行分析（包括極差分析和方差分析）、確定最優(yōu)或較優(yōu)因素水平組合[2]。正交實驗設(shè)計的關(guān)鍵在于實驗因素的安排，通常在不考慮交互作用的情況下，可以自由地將各個因素安排在正交表的各列，只要不在同一列安排兩個因素即可。因素所在列是隨意的，一旦安排完成，實驗方案即確定，之后的實驗以及后續(xù)分析將根據(jù)這一安排進行，不能再改變。正交實驗設(shè)計是分析因式設(shè)計的主要方法，是一種高效率、快速、經(jīng)濟的實驗設(shè)計方法，在很多領(lǐng)域的研究中得到了廣泛應(yīng)用。

2 L9（34）實驗設(shè)計運用于藥學(xué)專業(yè)綜合性實驗教學(xué)改革

2.1 運用于生藥學(xué)實驗中藥炮制工藝的優(yōu)化

生藥學(xué)實驗中藥炮制工藝不同，將直接影響藥材的質(zhì)量。如我校藥學(xué)專業(yè)開設(shè)的學(xué)生實驗“蜜炮制麻黃”，我們采用L9（34）實驗設(shè)計對“蜜炮制麻黃”工藝進行優(yōu)化，設(shè)計實驗因素為加煉蜜量、潤蜜時間、炒制溫度、炒制時間，分別設(shè)計3個合適水平，以麻黃總生物堿含量為考查指標(biāo)，優(yōu)化的工藝條件為“加煉蜜量為8%、潤蜜時間0.5小時、炒制溫度（90±5）℃、炒制時間15分鐘，麻黃總生物堿含量為1.86%”。優(yōu)化后的“蜜炮制麻黃”工藝可行，通過生藥學(xué)綜合實驗設(shè)計改革，學(xué)生的視野得到開闊，靈活運用知識的能力得到提高。

2.2 運用于天然藥物化學(xué)實驗藥物提取、分離工藝的優(yōu)化

L（934）實驗設(shè)計在天然藥物化學(xué)中，常用于天然藥物的提取、分離工藝的優(yōu)化[3-5]。如我校開設(shè)的學(xué)生實驗“三棵針有效成分小檗堿的提取、分離”，其實驗步驟為：稱取三棵針粗粉50 g，用0.3%硫酸溶液，在室溫下浸泡24小時，過濾，收濾液；藥渣使用相同方法操作一次，合并兩次濾液，用石灰乳調(diào)濾液pH 10～12，靜置過夜，過濾，濾液加入精制食鹽使含鹽量達(dá)6%的濃度，靜置過夜，布濾，即得小檗堿粗品。我們采用L（934）進行提取工藝條件的優(yōu)化，實驗因素為浸泡溶劑硫酸溶液的濃度、浸泡時間、提取pH值、提取溫度，分別設(shè)計3個合適水平，以提取率為考查指標(biāo)。學(xué)生分組按L（934）正交實驗表進行實驗，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果，確定最佳工藝。這樣，我們就將一個經(jīng)典、簡單的實驗經(jīng)綜合設(shè)計后，使其內(nèi)容更為豐富。

2.3 運用于藥物化學(xué)實驗藥物合成條件的優(yōu)化

藥物化學(xué)合成實驗是新藥創(chuàng)新的基礎(chǔ)，合成條件是關(guān)鍵。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，我們開設(shè)了“二氫吡啶鈣離子拮抗劑的合成實驗”，運用L9（34）實驗設(shè)計確定最佳條件，實驗步驟為：在裝有攪拌棒、溫度計和滴液漏斗的250 ml三頸瓶中，將11 g硝酸鉀溶于40 ml濃硫酸中。用冰鹽浴冷卻至0℃以下，在強烈攪拌下，慢慢滴加苯甲醛10 g（在60～90分鐘左右滴完），滴加過程中控制反應(yīng)溫度在0℃～2℃之間。滴加完畢，控制反應(yīng)溫度在0℃～5℃之間，繼續(xù)反應(yīng)90分鐘。將反應(yīng)物慢慢傾入約200 ml的冰水中，邊倒邊攪拌，析出黃色固體，抽濾。濾渣移至乳缽中，研細(xì)，加入5%碳酸鈉溶液20 ml（由1 g碳酸鈉加20 ml水配成），研磨5分鐘，抽濾，用冰水洗滌7～8次，壓干，得間硝基苯甲醛，自然干燥，測熔點（56℃～58℃），稱重，計算收率。我們設(shè)計實驗因素為滴加苯甲醛的速度、反應(yīng)控制溫度、反應(yīng)時間、碳酸鈉溶液（pH值）的用量，分別設(shè)計3個合適水平，以間硝基苯甲醛收率為考查指標(biāo)。學(xué)生分組實驗，得到最佳合成條件，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的實驗條件比原有的實驗方法得到的產(chǎn)品收率更高。學(xué)生通過藥物化學(xué)綜合實驗改革，受益遠(yuǎn)比日常實驗教學(xué)多，創(chuàng)新意識得到更好培養(yǎng)。

2.4 運用于藥物分析實驗分析條件的優(yōu)化

藥物分析實驗中分析條件的選擇對測定結(jié)果有很大的影響，如我校開設(shè)的“HPLC法測定阿莫西林膠囊的含量”，實驗步驟為：取裝量差異項下的內(nèi)容物，混合均勻，精密稱取適量，加流動相溶解并定量稀釋成每1 ml中約含阿莫西林0.5 mg的溶液，過濾，取續(xù)濾液20 μL注入液相色譜儀，記錄色譜圖。另取阿莫西林對照溶液20 μL，同法測定。按外標(biāo)法以峰面積計算出樣品中阿莫西林的含量。我們發(fā)現(xiàn)流動相對分離的效能影響很大，采用L9（34）實驗設(shè)計優(yōu)化流動相，設(shè)計實驗因素為流動相的組成、配比、pH值、流速，分別設(shè)計3個合適水平，以阿莫西林的含量為考查指標(biāo)。學(xué)生分組實驗，得到最佳流動相分析條件，優(yōu)化后的實驗條件比原有的實驗方法穩(wěn)定，分離的效能更高。通過藥物分析實驗中遇到的問題，進行L9（34）綜合實驗設(shè)計，學(xué)生綜合分析問題的能力得到提高。

2.5 運用于藥劑學(xué)實驗制劑制備工藝的優(yōu)化

藥劑學(xué)實驗中，我們開設(shè)的學(xué)生實驗“爐甘石洗劑的制備”，采用L9（34）實驗設(shè)計考查爐甘石洗劑制備工藝影響因素，設(shè)計實驗因素為CMC-Na濃度、溶脹溫度、藥物添加順序，分別設(shè)計3個合適水平，通過多指標(biāo)綜合評分法對數(shù)據(jù)進行分析，優(yōu)選其制備工藝。結(jié)果3個因素對爐甘石洗劑制備工藝影響均不顯著，實踐時可結(jié)合實際情況選擇濃度為3%的CMC-Na以新制蒸餾水溶脹，按規(guī)范要求加入藥物進行制備。按選擇條件制備的爐甘石洗劑質(zhì)量穩(wěn)定，制備時間縮短。同時，還可用L9（34）實驗設(shè)計考查不同附加劑對爐甘石洗劑穩(wěn)定性的影響，得到爐甘石洗劑優(yōu)化方案。優(yōu)化方案能提高制劑穩(wěn)定性，簡單易行，適合工業(yè)化生產(chǎn)。通過藥劑學(xué)L9（34）綜合實驗設(shè)計，學(xué)生的綜合素質(zhì)和運用能力得到明顯提高。

3 開展L9（34）實驗設(shè)計的綜合性實驗教學(xué)改革的步驟

為使L9（34）實驗設(shè)計在藥學(xué)專業(yè)綜合性實驗教學(xué)中得到較好運用，要把握好各個環(huán)節(jié)，以提高效率。

3.1 查閱資料，進行討論，形成實驗方案

L9（34）正交實驗設(shè)計較復(fù)雜、難度較大，但能很好地提升學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性和綜合實踐能力。教師首先要選定具有代表性的實驗作為對象，在課堂教學(xué)中向?qū)W生詳細(xì)介紹正交實驗設(shè)計的原理，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生到圖書館或者通過網(wǎng)絡(luò)查閱文獻、收集資料，然后擬訂切實可行的實驗方案。L9（34）正交實驗設(shè)計方案的關(guān)鍵點是確定實驗影響因素和水平，需根據(jù)實踐經(jīng)驗和有關(guān)的專業(yè)知識，選擇那些可能對指標(biāo)影響較大，但又沒有掌握的因素作為考查因素，也可根據(jù)文獻或經(jīng)驗估計，水平間隔要適當(dāng)，最后列出因素水平表。實驗方案經(jīng)指導(dǎo)教師審閱通過后，提出藥品試劑和儀器設(shè)備的計劃。

3.2 按照設(shè)計方案分組進行實驗，及時解決出現(xiàn)的問題

L9（34）實驗設(shè)計方案確定后，讓學(xué)生按正交實驗設(shè)計表分小組進行實驗，要求學(xué)生嚴(yán)格按照操作步驟進行實驗，及時記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。實驗過程可能會出現(xiàn)一些問題，教師要及時進行指導(dǎo)和解決，必要時還要調(diào)整實驗方案，讓學(xué)生充分發(fā)揮想像力與創(chuàng)造力，不受課本和資料約束，勇于改變，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

3.3 完成實驗后，書寫報告，撰寫論文

實驗結(jié)束后，要求各小組學(xué)生對實驗方案和結(jié)果進行討論，總結(jié)實驗各個環(huán)節(jié)的經(jīng)驗和體會，讓他們體會到這個過程對他們的鍛煉和給他們的收獲，并要求他們撰寫一篇論文，作為成績評定依據(jù)之一，將優(yōu)秀論文推薦到校刊、省刊及國家刊物發(fā)表。目前，我校藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的多篇優(yōu)秀論文已在國家級刊物上發(fā)表，學(xué)生對這種實驗?zāi)Ｊ浇o予了充分肯定，積極性非常高。我校在天然藥物化學(xué)實驗教學(xué)中引入正交設(shè)計法，該項改革獲得了校教學(xué)成果一等獎。

4 展望

L（934）正交實驗設(shè)計在藥學(xué)專業(yè)綜合性實驗教學(xué)改革中是一種以實驗過程的開放性和學(xué)生自主參與為特點的實驗教學(xué)模式[6-8]。通過綜合設(shè)計實驗讓學(xué)生做到將所學(xué)知識融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識以及應(yīng)用知識的能力，真正有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研綜合素質(zhì)。

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