天然產物化學課程教學改革探索

摘 要：本文從天然產物化學課程的特點出發(fā)，在教學內容和教學方式上進行改革探索，探討了如何開展天然產物化學的教學，并提出了對天然產物化學教學的體會與思考。

關鍵詞：天然產物化學 教學內容 教學方式 改革探討

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）05（a）-0017-02

天然產物化學是運用現代科學理論與方法研究各類生物中化學成分的一門重要分支學科，內容包括各類天然產物的化學成分的結構類型，物理化學性質、提取分離方法，以及主要類型化學成分的鑒定和生物合成途徑等，涉及有機化學、分析化學、生物化學、儀器分析、波譜解析等課程知識的綜合應用。因此，如何利用科學的教育方法，采取先進的教學手段，加強天然產物化學教學， 使學生在有限的時間內對這門學科有一個較為清晰的理解和把握，是我們亟待解決的問題。在培養(yǎng)創(chuàng)新人才的思想指導下，結合自身教學工作實踐，我們進行了一系列課程教學改革的探索，在教學內容和教學方式上做了一些新的嘗試，在此講講自己的一些體會和心得，歡迎廣大同行共同探討。

1 天然產物化學的教學內容

1.1 適合施教專業(yè)的教材選擇

教材的選擇，我認為其中很重要的一方面是指針對哪個專業(yè)的學生進行天然產物化學教學。我瀏覽和比較了幾種目前各大高校使用的相關教材，例如天然產物化學家徐任生結合自己的科研與教學經驗，根據國內外有關資料，收納我國科學家自己的研究成果，主編的《天然產物化學》（第二版），在出版后深受教學人員歡迎，這本教材一千多頁，一般需要128學時，而我所教的化學工程與工藝專業(yè)天然產物化學學時數才32學時，因此，這種類型的教材對于學生的精力以及現有的學時數顯然是不適合的；另外，沈陽藥科大學吳立軍主編《天然藥物化學》（第五版），是針對醫(yī)藥院校學生學習好天然藥物化學這門必修課而編寫的，但沒有天然產物的工藝研發(fā)，適合高等醫(yī)藥院校專業(yè)基礎課的教學；劉湘所編的《天然產物化學》（第二版），215頁，章節(jié)編排基本與徐任生所編的《天然產物化學》（第二版）接近，教材語言簡練，每小節(jié)后有相應的練習，方便學生復習，并且配有每章的習題。該書是目前高校工科專業(yè)天然產物化學課程采用比較多的教材。為了培養(yǎng)適合化工行業(yè)需要的應用型人才，我決定采用化學工業(yè)出版社劉湘所編的《天然產物化學》作為化工專業(yè)本科生教材。

1.2 整體規(guī)劃教學內容

專業(yè)的培養(yǎng)方案和教學計劃是任課教師經過詳細研討才能最終下來的，如何在有限的學時里取得良好的教學效果，通常需要針對授課專業(yè)，明確課程整個專業(yè)構架中的位置及作用，在教學內容的選擇上進行適當的取舍和必要的補充，在講授過程中有所側重。天然產物化學的教學主線應圍繞“提取—分離—鑒定—結構—性質”，針對化工專業(yè)的教學內容包括天然產物的提取分離與結構鑒定的一般方法，對糖和苷、苯丙素類、醌類化合物、黃酮類化合物、萜類和揮發(fā)油、三萜及其苷類、甾體及其苷類、生物堿類天然產物的結構特征、理化性質、提取分離、結構鑒定以及生理活性的系統討論，結合實例講解生物轉化和全合成在天然產物研究中的應用，我們對波譜解析部分內容進行了刪減，簡要介紹各類化合物的典型波譜共性及重要天然產物的波譜特征，核磁共振、質譜等波譜解析放在有機波譜解析課程中進一步詳細講解，為切合化工專業(yè)的培養(yǎng)目標，還應注重學生工程和工藝觀念的培養(yǎng)。為了解決這個問題，我采用了折衷的方法，上課的多媒體課件涵括了現行天然產物化學教學大綱的所有內容和知識點，講授的內容除經典的天然產物化學中各類天然產物，如果出現了一些代表性的天然產物化工產品的工藝設計和新技術，如在天然產物化工過程中常用的水蒸氣蒸餾技術、超臨界CO2流體技術、超聲波提取技術、固相萃取技術、微波萃取技術、仿生和半仿生提取技術、高壓液相色譜及高速逆流色譜技術、液相色譜-質譜聯用技術、分子印跡技術、膜分離技術等，及時將這些信息以實例的形式在講課的過程中向學生簡單介紹，使學生對這些技術的分離原理，應用范圍，使用條件有初步了解，但不出現在期末考試卷上。這樣一方面學生們可以開闊視野，但是又沒有增加學習負擔，日后他們如果到與天然產物相關的化工企業(yè)工作，也會對生產和研發(fā)中使用的儀器設備有基本的認識。

2 天然產物化學的教學方式

2.1 激發(fā)學生的學習興趣

興趣出勤奮。為了調動學生的學習積極性，筆者以由歷年來在天然產物化學領域做出過杰出貢獻而榮獲諾貝爾化學獎的13位化學家的故事開始本課程內容的講授；授課過程中穿插我國科學家的研究成果與研究實例，如我國科學工作者70年代首次從中分離出一個含過氧基團的新型倍半萜內酯，并命名為青蒿素（Artemisinin），國內外大量理化實驗，藥理研究及臨床應用表明，青蒿素是抗瘧的有效成分，其結構獨特，抗瘧機制特別，對抗氯喹的惡性瘧和腦性瘧有特效，正因為它具有結構上的新穎性和藥理作用中高效低毒等特點，國際上有關方面認為青蒿素的發(fā)現是抗瘧研究史上的重大突破，并已成為世界衛(wèi)生組織推薦的抗瘧藥品，挽救了80個國家100多萬人的生命，因在發(fā)現青蒿素過程中的關鍵作用，屠呦呦院士2011年度被授予譽為諾貝爾獎“風向標”的拉斯克臨床醫(yī)學研究獎。通過呈現學識淵博大師級人物的研究經歷，喚起學生的求知欲，激發(fā)學生的專業(yè)熱情，使學生從課程授課之初就把學習和專業(yè)理想結合起來，學生們對于天然產物的學習興趣普遍高漲，學習的熱情也隨之提高。

2.2 深入淺出的教學方法

從教學法來講，教師講述一個新概念和新原理時，應力求符合初學者的認識過程，不管它多困難和多抽象，總有辦法深入淺出地講清楚。做不到這一點，常常是由于教師自己對問題的理解太膚淺。在講述一個規(guī)律或原理時，注意剖析人們怎樣從不了解到了解它的過程，而不是把它看成一堆死板的知識去灌輸給學生。比如，生物堿的提取方法，可以分為傳統的溶劑提取法和現代化技術的提取方法，溶劑提取法可圍繞“結構決定性質、相似相溶”的原理進行講解，即生物堿的存在形式（胺型、季銨型、苷型、酯型）和狀態(tài)（游離型、解離型）決定其在溶劑中的溶解性，進而決定了應當使用哪種溶劑進行提取，據此將溶劑提取法分為酸水提取法和有機溶劑（親水性有機溶劑、親脂性有機溶劑）提取法；或者與學生學過的知識或熟悉的東西聯系起來講、進行類比，則學習的難度往往會大為減輕，而且學生對新東西的理解也會更深刻。比如活性天然產物衍生物的制備，由感冒藥白加黑中麻黃天然來源成分麻黃堿制備冰毒（脫氧麻黃堿）的反應機理來講解就比較容易理解。所以，高校教師除教學之外，還很有必要在所教授課程的相關領域進行科學研究，我自己有過多次這樣的體會，即當講述一個問題時，如果自己在該問題有關領域做過一定深度的工作，講起來就游刃有余，很有精神，易于循序漸進、融會貫通為一體。

2.3 Chemdraw輔助多媒體課件教學

對于天然產物化學課程來說，所教授的內容涉及復雜的有機化合物結構、三維立體模型以及圖譜的解析，化合物類型很多，結構式多且復雜，若采用手寫化合物的立體結構式既費時又不美觀，而且有些地方還不能充分表達清楚。學生在學習中容易感到天然產物化學內容復雜枯燥、理解、記憶困難。ChemDraw自10.0版以來將公司旗下的BioDraw模塊整合進來，形成ChemBioDraw，可以繪制更為復雜、多彩甚至是有趣的圖形，而且內置的圖形模板和色彩豐富，最適合不同風格幻燈片制作的需要[1]，將化合物結構清晰、美觀、生動地展現給學生，不僅可以使學生不僅對復雜化合物的結構可以有較為深刻的認識，而且更易于引導學生掌握重點內容，提高教學效果。

2.4 學生為主體的互動式教學

在當前的人才培養(yǎng)模式中，我認為一個好的高校教師，不應只滿足于傳授知識，而應與時俱進，著重培養(yǎng)學生如何思考問題、提出問題和解決問題的能力，實現“教師為主導、學生為主體”的教學模式。具體做法是在開學10周左右，在學生對天然產物化學研究內容有了初步認識后，根據選課人數，把學生分組，每組4～5人，選取與天然產物研究相關的新的研究技術和產品，充分調動學生的主觀能動性讓學生自主選題，查閱在Journal of Natural Products/Phytochemistry等著名天然產物期刊近五年內使用新技術分離天然成分的文獻，然后在一起積極運用所學的知識積極思考、討論、總結，經過6周左右的準備，完成文獻查閱與PPT制作，每組派一個同學上臺講演，限定講授時間在5～8 min，同時各組派出1名代表作為評委組成員，和教師一同評定演講效果。課堂上獲得的知識畢竟有限，這種方式不僅可以活躍課堂教學、鍛煉了學生收集信息、分析提煉及綜合應用的能力，還可以引導學生了解多種學術觀點并開展討論、追蹤本學科領域國內外最新研究進展。

2.5 理論與實踐合二為一

天然產物化學是一門專業(yè)知識和技能相結合、實踐性很強的學科，為了強化技能訓練和培養(yǎng)創(chuàng)新思維，開設配套實驗課程對于培養(yǎng)有創(chuàng)造性的人才至關緊要，繼往開來才能真正達到天然產物化學教學的目的。很多學生不止一次很誠懇地向我表示很想親自動手操作相關的實驗，加深對書本知識的認識與理解，但由于課時限制學校沒有開設相關的實驗課程，雖然任課教師可以通過課外時間組織學生到天然產物實驗室觀摩學習，但始終沒有動手操作、效果有所局限，如果可以在有機化學實驗中補充天然產物實驗的內容，能較好的培養(yǎng)學生研究性學習的能力，培養(yǎng)學生實際動手能力和創(chuàng)新思維，這樣的整體規(guī)劃將有利于促進天然產物化學教學的發(fā)展。

通過三年來的教學實踐探索，我們將優(yōu)化教學內容、改進教學方法有機結合起來，激發(fā)了學生學習興趣，增強了學生分析問題、解決問題的能力，課堂教學效果得到了一定改善，為進一步深入開展教學改革積累了經驗。

參考文獻

[1]張強，王晶，張鞍靈，等.《天然產物化學》教學中化學軟件的應用探索與實踐[J].高教研究，2012（2）：41-43.