天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)多樣化教學(xué)方法的探討與實(shí)踐

李 鵬，張永紅，馬新華

(福建醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，福州 350122)

天然藥物化學(xué)是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法研究天然藥物中生物活性成分的一門學(xué)科，是藥學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的一門重要專業(yè)課[1]。天然藥物化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)在天然藥物化學(xué)教學(xué)中占據(jù)著重要的地位。天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)在幫助學(xué)生掌握天然藥物化學(xué)基本理論的同時(shí)，能進(jìn)一步理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析及解決問題的能力以及創(chuàng)新思維。福建醫(yī)科大學(xué)天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)作為一門課程開課雖已多年，但現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法比較單一，制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和實(shí)踐創(chuàng)新能力，從而影響教學(xué)質(zhì)量，因此，轉(zhuǎn)變天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法對(duì)提高該課程總體教學(xué)水平和教學(xué)效果已成為當(dāng)務(wù)之急。

1 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法的不足之處

長期以來，天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法比較單一，通常都是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)開始前，教師先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和注意事項(xiàng)，然后學(xué)生開始動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，按實(shí)驗(yàn)講義上的步驟進(jìn)行操作，記錄實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，教師在旁進(jìn)行指導(dǎo)。實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，此種教學(xué)方法比較單調(diào)呆板，雖然可以鍛煉學(xué)生部分動(dòng)手操作的能力，卻難以激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，難以培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新意識(shí)。由于只需按照實(shí)驗(yàn)講義上的實(shí)驗(yàn)步驟操作就能基本完成實(shí)驗(yàn)，而且理論上大家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該一致，這就導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)前不預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中不思考，實(shí)驗(yàn)后甚至抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等狀況的發(fā)生。鑒于這種普遍情況，對(duì)目前常規(guī)的天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行反思，探索有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法[2]。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變

為進(jìn)一步提高天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，針對(duì)目前因教學(xué)方法單一導(dǎo)致學(xué)生驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力強(qiáng)，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔愕惹闆r，我們從以下4個(gè)方面對(duì)天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

2.1 PBL教學(xué)

基于問題的學(xué)習(xí)(Problem-based Learing，PBL)教學(xué)法是以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)把問題設(shè)置于一些有意義的問題情境中[3-4]。在實(shí)驗(yàn)開始前，針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)科學(xué)合理的問題。以“槐米中蘆丁的提取分離、精制與鑒定”這一實(shí)驗(yàn)為例，在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)創(chuàng)設(shè)問題，問題的設(shè)置按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的邏輯順序設(shè)置。1)提取過程中，加入硼砂的目的是什么？2)從槐米中提取蘆丁，為什么可以用堿溶酸沉淀法？3)用的堿液為什么是石灰乳，可不可以用其他堿代替？4)酸化時(shí)，pH值能不能調(diào)到1，會(huì)出現(xiàn)什么問題？設(shè)置好題目后，同學(xué)們開始實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行到上述問題出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自己分析問題。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)束提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，教師針對(duì)提出的問題進(jìn)行講評(píng)，總結(jié)同學(xué)們正確的觀點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生能夠自己發(fā)現(xiàn)問題及提出問題。這樣，學(xué)生帶著問題做實(shí)驗(yàn)，并通過自己的能力分析及解決問題，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣。

2.2 應(yīng)用比較實(shí)驗(yàn)

天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括提取、分離、精制與鑒定等內(nèi)容，基本為流程式操作，一步一步地來，由于有限的學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所涉及的提取分離、精制等實(shí)驗(yàn)方案，通常都是單一固定的。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義驗(yàn)證即可。這種純驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成了學(xué)生惰性的思維定式，束縛了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維。應(yīng)用比較實(shí)驗(yàn)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改變了這種純驗(yàn)證性教學(xué)方式，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有了多樣化、創(chuàng)新性的特點(diǎn)[5-7]。

1)不同提取方法的比較實(shí)驗(yàn)。以 “槐米中蘆丁的提取分離、精制與鑒定”實(shí)驗(yàn)為例，安排2015級(jí)藥學(xué)專業(yè)01，02組20名學(xué)生分為10個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，2人/組。小組編號(hào)為奇數(shù)的5個(gè)實(shí)驗(yàn)小組采用水提酸沉法提取，另外5個(gè)實(shí)驗(yàn)小組采用堿溶酸沉法提取。提取原料均為槐米粗粉(40 g)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求相同，但提取原理不一樣，提取完成以后的步驟完全相同。各實(shí)驗(yàn)小組詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，比較兩種方法提取槐米后蘆丁的產(chǎn)率，分析總結(jié)兩種方法的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 水提酸沉法從槐米中提取的粗蘆丁平均產(chǎn)量約為0.9 g，堿溶酸沉法則為1.4 g，堿溶酸沉法明顯優(yōu)于水提酸沉法。通過實(shí)踐進(jìn)一步證實(shí)了理論課中所講授的內(nèi)容，即從槐米中提取蘆丁應(yīng)用最廣泛的是堿溶酸沉法。接著，同學(xué)們自然會(huì)想到為什么堿溶酸沉法比水提酸沉法的提取率要高呢？主要是因?yàn)樘J丁的分子結(jié)構(gòu)中有酚羥基，具有一定的酸性，在堿水中溶解度增加，從而提高了提取效率。與以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，通過這種比較實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)多掌握一種提取方法的具體操作，可以實(shí)際驗(yàn)證不同提取方法的優(yōu)劣。最重要的是使學(xué)生意識(shí)到在天然藥物的提取中提取方法的重要性，不同的提取方法得到的提取率是不一樣的，選擇何種提取方法，我們需要通過實(shí)驗(yàn)去比較。

2)不同提取原料的比較實(shí)驗(yàn)。以實(shí)驗(yàn)“黃連中鹽酸小檗堿的提取、分離與鑒定”為例，多種藥用植物都有小檗堿的存在，如毛茛科植物黃連、小檗科植物三顆針等。在許多實(shí)驗(yàn)教材中，提取小檗堿的實(shí)驗(yàn)多選擇黃連作為提取原料[8]。那么，能不能用其他的藥材來提取小檗堿，結(jié)果會(huì)怎么樣呢？將2015級(jí)藥學(xué)專業(yè)03、04組17名學(xué)生分為8個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，2～3人/組。小組編號(hào)為奇數(shù)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)小組使用黃連進(jìn)行提取，另外4個(gè)實(shí)驗(yàn)小組使用三顆針進(jìn)行提取。所有實(shí)驗(yàn)小組提取原料均為30 g，均使用酸水浸漬法同步進(jìn)行操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用黃連提取得到的小檗堿平均產(chǎn)量約為1.6 g，而使用三顆針提取得到的小檗堿約為0.8 g，黃連中小檗堿的含量明顯高于三顆針。通過此次比較實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深了對(duì)理論課總論中所講的不同科屬的植物中可能含有同一種化學(xué)成分的理解，最重要的是使學(xué)生意識(shí)到在天然藥物化學(xué)成分的提取分離純化過程中，原料藥材選擇的重要性。

3)不同提取工藝參數(shù)的比較實(shí)驗(yàn)?；泵紫扔脡A水提取，再用稀鹽酸酸化制備蘆丁粗提物是藥學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)“槐米中蘆丁的提取分離、精制與鑒定”的關(guān)鍵一步。酸化時(shí)pH值調(diào)節(jié)會(huì)直接影響到蘆丁的得率，通過分組平行實(shí)驗(yàn)可以確定最佳參數(shù)。我們安排2015級(jí)藥學(xué)專業(yè)07、08組20名學(xué)生分為10個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，2人/組。提取原料均為槐米粗粉(40 g) ，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求相同，方法均采用堿溶酸沉法，只是酸沉?xí)r調(diào)節(jié)pH值不一樣，其余步驟完全相同。第1、2實(shí)驗(yàn)小組酸化時(shí)調(diào)節(jié)pH值到2，第3、4實(shí)驗(yàn)小組酸化時(shí)調(diào)節(jié)pH值到3，第5、6實(shí)驗(yàn)小組酸化時(shí)調(diào)節(jié)pH值到4，第7、8實(shí)驗(yàn)小組酸化時(shí)調(diào)節(jié)pH值到5，第9、10實(shí)驗(yàn)小組酸化時(shí)調(diào)節(jié)pH值到6。比較各組之間粗蘆丁的得率，最終確定鹽酸酸化的最佳pH值。結(jié)果表明，pH值調(diào)到2時(shí)，得率為18.4%，pH值調(diào)到3時(shí)，得率為18.3%，pH值調(diào)到4時(shí)，得率為17.8%，pH值調(diào)到5時(shí)，得率為5.0%，pH值調(diào)到6時(shí)，得率為1.8%。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求所有實(shí)驗(yàn)小組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，將5種不同pH值下蘆丁的產(chǎn)率列表進(jìn)行比較，最終得出酸沉?xí)rpH值應(yīng)調(diào)到4以下為宜的結(jié)論，與天然藥物化學(xué)第五章黃酮類化合物的提取分離理論課教學(xué)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，使學(xué)生們印象深刻。通過此次比較實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生意識(shí)到天然藥物提取工藝中參數(shù)的重要性，提取分離中每一步實(shí)驗(yàn)條件的確定都需要通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究獲得，從而使學(xué)生更加端正實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，細(xì)心完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也鞏固了理論課上講到的提取工藝中單因素多水平試驗(yàn)的知識(shí)。

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)中這些比較實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以接觸到多種不同的提取分離、精制方法，可以了解平行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)的方法等，使學(xué)生更好地掌握天然藥物化學(xué)理論知識(shí)和實(shí)踐技能，也進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維能力。在實(shí)際教學(xué)中，參加大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)或開放性實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)畢竟有限，絕大部分的學(xué)生還是在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中鍛煉實(shí)踐能力，因此，在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以通過比較實(shí)驗(yàn)這種方式引入研究性和設(shè)計(jì)性的思想，來培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力。

2.3 引入思維實(shí)驗(yàn)

天然藥物在提取的過程中通常需要花費(fèi)一定的時(shí)間，比如實(shí)驗(yàn)“大黃中蒽醌類化合物的提取分離與鑒定”中，大黃粗粉需要用乙醇加熱回流提取2次，每次30 min。這一個(gè)小時(shí)無其他操作的空閑時(shí)間就可以利用起來進(jìn)行思維實(shí)驗(yàn)。思維實(shí)驗(yàn)是一種在人的頭腦中進(jìn)行的理性思維活動(dòng)，它不受現(xiàn)實(shí)物質(zhì)條件的限制，只需借助想象力，就可以使實(shí)驗(yàn)者置身于任何對(duì)象的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，它克服了客觀上無法擺脫的物質(zhì)條件限制，可以提高人們的思維能力[9-10]。

例如在實(shí)驗(yàn)課堂上布置如下課題：靈芝中三萜類化學(xué)成分的研究。要完成這個(gè)課題，必須先推測(cè)課題研究過程中可能遇到的問題，在此基礎(chǔ)上才能確定有效的分離純化過程。如三萜類化合物屬脂溶性成分，提取時(shí)可以采用高濃度的乙醇提取。醇提物中除三萜外可能還含有其他極性或大或小的化學(xué)成分，需要用系統(tǒng)溶劑提取法獲得脂溶性部位。得到脂溶性部位后，通過反復(fù)硅膠柱層析→葡聚糖凝膠色譜→制備型高效液相色譜等進(jìn)一步分離純化得到單體化合物。得到純的化合物后再用四大光譜鑒定其結(jié)構(gòu)，最終完成上述課題。教師在實(shí)驗(yàn)課上按常規(guī)的實(shí)驗(yàn)方案引導(dǎo)學(xué)生一步一步走下來。還可以在理論課堂上提前布置這樣一個(gè)課題，讓大家利用課余時(shí)間查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，再在實(shí)驗(yàn)課上利用這種空閑時(shí)間讓同學(xué)們自由討論，最后由一名同學(xué)總結(jié)發(fā)言如何開展這樣一個(gè)課題，接著由老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)一些好的思路或想法，改正一些不正確的方法。如果讓學(xué)生真的實(shí)踐這個(gè)課題，至少需要幾個(gè)月的時(shí)間，這對(duì)本科生來說是不現(xiàn)實(shí)的，但是在實(shí)驗(yàn)課堂上應(yīng)用這種思維實(shí)驗(yàn)，就可以使學(xué)生了解這類課題整體的研究思路，如何解決一些實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問題。經(jīng)過筆者的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)這種方法不僅使本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間得到了充分的利用，減少了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的空閑時(shí)間，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維、分析問題和解決問題的能力。

2.4 增加互動(dòng)討論

在每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果，適當(dāng)增加討論的環(huán)節(jié)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生分析問題及解決問題的能力[11]。例如：在實(shí)驗(yàn)“槐米中蘆丁的提取分離、精制與鑒定”結(jié)束后，有個(gè)別實(shí)驗(yàn)小組學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，最終得到的產(chǎn)品通過薄層層析對(duì)照后，發(fā)現(xiàn)不是蘆丁而是槲皮素。把這個(gè)問題提出來，請(qǐng)全體學(xué)生進(jìn)行討論。學(xué)生對(duì)比各自實(shí)驗(yàn)過程，很容易就發(fā)現(xiàn)原來是在酸化的過程中沒有等到堿水提溶液放冷，在熱的狀態(tài)下就直接加稀鹽酸酸化，導(dǎo)致蘆丁酸水解變成槲皮素，因此實(shí)驗(yàn)最終的產(chǎn)品不是蘆丁而是槲皮素。通過這種對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種各樣問題進(jìn)行討論，不僅使學(xué)生鍛煉了分析問題、解決問題的能力，鞏固了理論課所學(xué)知識(shí)，同時(shí)使學(xué)生意識(shí)到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，有時(shí)必須嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)出錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的錯(cuò)誤。

3 多樣化方法教學(xué)下產(chǎn)生的效果

天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束之后，通過對(duì)2015級(jí)全體藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的綜合能力考核，結(jié)合筆者與所帶的3個(gè)實(shí)驗(yàn)小班共57名學(xué)生的交流情況，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

綜合能力考核包括實(shí)驗(yàn)操作技能和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。多樣化方法教學(xué)組(筆者所帶的3個(gè)實(shí)驗(yàn)小班)的實(shí)驗(yàn)操作技能考核成績(平均82.0分)稍高于單一模式教學(xué)組(其他老師所帶的4個(gè)實(shí)驗(yàn)小班)的成績(平均80.5分)，但差異不顯著。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的考核成績，多樣化方法教學(xué)組(平均86.5分)明顯高于單一模式教學(xué)組(平均81.5分)，差異顯著。

筆者與所帶的3個(gè)實(shí)驗(yàn)小班共57名學(xué)生進(jìn)行了交流，交流情況如下：1)超過95%的學(xué)生認(rèn)可目前的多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式；2)超過90%的學(xué)生認(rèn)為通過此種多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)了大家學(xué)習(xí)天然藥物化學(xué)的興趣和主動(dòng)性，提高了實(shí)驗(yàn)操作技能；3)超過85%的學(xué)生表示提高了自己分析問題和解決問題的能力；4)超過70%的學(xué)生認(rèn)識(shí)到嚴(yán)密的思維方式和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度在實(shí)驗(yàn)中的重要性；5)另外分別有50%、40%和30%的學(xué)生認(rèn)為增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，增強(qiáng)了師生間的互動(dòng)和拓寬了知識(shí)范圍；6)個(gè)別想考研的學(xué)生提到此種教學(xué)提高了他們參與科研的興趣，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

綜上所述，天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展對(duì)實(shí)踐性很強(qiáng)的天然藥物化學(xué)具有非常重要的作用，從多方面對(duì)本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)變，有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作技能、科研素養(yǎng)以及創(chuàng)新精神，有利于學(xué)生拓展視野和思路，有利于學(xué)生分析問題及解決問題的能力，綜合素質(zhì)得到提高。