植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與創(chuàng)新實(shí)踐

劉雅婧　郭慶勛　王英　李景文　閆帆　趙磊　王慶鈺

摘? 要：針對(duì)植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等多方面的改革，將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，融入綠色發(fā)展理念，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，提高了教學(xué)質(zhì)量，收到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：植物化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革;本科教學(xué);綠色可持續(xù);創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）15-0035-03

Abstract： In view of the shortcomings in the experimental teaching of phytochemistry， through the reform of teaching content， teaching mode and assessment methods， the scientific research achievements are transformed into experimental projects and integrated into the concept of green development， which greatly improves students' interest in learning， scientific research and innovation ability teaching quality and teaching effect.

Keywords： phytochemistry; experimental teaching; exploration practice; undergraduate teaching; green and sustainable; innovation practice

植物化學(xué)是一門運(yùn)用有機(jī)化學(xué)的知識(shí)與方法，綜合植物學(xué)理論，對(duì)植物的化學(xué)成分進(jìn)行提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定、化學(xué)合成與結(jié)構(gòu)改造的一門學(xué)科。[1]具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。其作為一門生物技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，在整個(gè)本科教學(xué)體系中占有十分重要的地位。植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)是植物化學(xué)課程的重要組成部分。要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力及分析、解決問(wèn)題的能力。為了培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新科研人才，我們針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問(wèn)題，對(duì)植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了教學(xué)改革和探索。主要在以下幾個(gè)方面做了重大的改革。

一、更新教學(xué)內(nèi)容，將科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革是實(shí)驗(yàn)教學(xué)永遠(yuǎn)不變的主題。引入科學(xué)研究的新成果作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容既達(dá)到該課程的基本要求，又具有鮮明的專業(yè)特色，又突出反映科技發(fā)展的最新成果，具有濃郁的時(shí)代氣息。[2]

我們從近年的科研成果中選取了既具有專業(yè)特色，又有較好的應(yīng)用前景的植物色素提取方向研究課題，經(jīng)過(guò)精心的改造，引入了《辣椒中辣椒紅素的提取》這一設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。植物色素應(yīng)用前景廣闊，食品和化妝品行業(yè)都急需安全、穩(wěn)定的植物來(lái)源的色素，而我院教授又有多年關(guān)于辣椒色素方面的科研研究，因此我們將辣椒色素的提取作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)添加到了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中來(lái)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生們課下查閱相關(guān)文獻(xiàn)，各小組和老師最終制定實(shí)驗(yàn)方案，課上從辣椒的采收、烘干，到研磨的一系列準(zhǔn)備工作都親自動(dòng)手，打破了以往教師為其準(zhǔn)備好所有實(shí)驗(yàn)樣品、試劑、器皿的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式。在進(jìn)行柱層析的過(guò)程中，又學(xué)習(xí)到了硅膠柱的裝填，上樣，餾分收集等基本的實(shí)驗(yàn)操作技能。最終，每組同學(xué)都得到了兩種植物色素，即辣椒紅素和辣椒黃素。由于辣椒色素色彩鮮艷，含量豐富，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生們特別直觀的觀察到了自己的實(shí)驗(yàn)成果，產(chǎn)生了濃厚的實(shí)驗(yàn)興趣。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都積極參與，期望得到專屬的實(shí)驗(yàn)成果。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中同學(xué)間通過(guò)討論、交流培養(yǎng)了他們與他人合作、傾聽他人意見、集思廣益的優(yōu)秀科研作風(fēng)。通過(guò)將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)中親力親為，從查閱文獻(xiàn)開始，到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)技術(shù)的學(xué)習(xí)、具體問(wèn)題的解決，整個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生們的科研思維、創(chuàng)新能力，為畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)和將來(lái)開展科學(xué)研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。[3，4]

二、革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，以現(xiàn)代技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為載體，變革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在新的教育形式下，我們將優(yōu)良的教學(xué)傳統(tǒng)與現(xiàn)代化的教學(xué)手段相結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加的系統(tǒng)和完善。我們通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)資源，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的預(yù)習(xí)，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程有了初步了解。并通過(guò)網(wǎng)上學(xué)習(xí)，系統(tǒng)內(nèi)答題的模式，完成了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)室安全教育這一重大而又耗時(shí)的基本實(shí)驗(yàn)常識(shí)的培訓(xùn)。通過(guò)網(wǎng)上學(xué)習(xí)，答題，學(xué)生們必須達(dá)到90分以上才允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。普及和提高了學(xué)生們的安全知識(shí)及意識(shí)。通過(guò)建立班級(jí)實(shí)驗(yàn)課QQ群，將紫外可見分光光度計(jì)的使用方法錄制成小視頻，學(xué)生在課余時(shí)間觀看預(yù)習(xí)，課上時(shí)親自動(dòng)手操作驗(yàn)證后，全部掌握了使用方法及注意事項(xiàng)，解決了以往教學(xué)模式中一組同學(xué)往往只有具體測(cè)定樣品的同學(xué)掌握儀器使用方法的弊端。

另外，為了提高實(shí)驗(yàn)水平，實(shí)現(xiàn)教學(xué)水平現(xiàn)代化，我們?cè)谥参锘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中新增加了大型儀器設(shè)備高效液相色譜儀的應(yīng)用。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，人參皂苷的含量測(cè)定我們采用的是紫外可見分光光度計(jì)法，實(shí)驗(yàn)儀器使用的是紫外可見分光光度計(jì)。該儀器屬基本教學(xué)儀器，其他實(shí)驗(yàn)課程涉及含量測(cè)定的大都采用此儀器，存在實(shí)驗(yàn)儀器使用較單一的缺陷。并且其只能測(cè)定人參總皂苷的含量。為了使學(xué)生們接觸到更為精密、前沿的實(shí)驗(yàn)儀器，我們將人參皂苷的含量測(cè)定改革為用高效液相色譜儀進(jìn)行測(cè)定。并同時(shí)摸索出同時(shí)測(cè)定5種人參皂苷含量的實(shí)驗(yàn)條件供學(xué)生們測(cè)定所用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器的更新，使學(xué)生們接觸到了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器，開拓了視野，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化大型儀器為本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的先進(jìn)教學(xué)理念。

三、融入綠色可持續(xù)發(fā)展理念

植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用易燃、易揮發(fā)、有毒、易爆炸或易腐蝕的藥品及溶劑，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也常會(huì)排放出三廢（廢液、廢氣和廢渣），若不進(jìn)行合理處理，這些不可忽視的污染源將嚴(yán)重污染空氣和水源，甚至導(dǎo)致意外爆炸或中毒事件[5]。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色可持續(xù)發(fā)展的理念勢(shì)在必行。為實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)在實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用和發(fā)展，需要培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和綠色化學(xué)的環(huán)保意識(shí)，從本質(zhì)上優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，避免使用有毒有害的起始原料，用經(jīng)濟(jì)性的環(huán)保技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的經(jīng)典方法。在植物化學(xué)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，我們采取了如下改革措施：

更換更為環(huán)保的有機(jī)試劑：在辣椒素的提取過(guò)程當(dāng)中，需要用到三氯甲烷作為提取溶劑，眾所周知三氯甲烷具有強(qiáng)烈的肝毒性，且易揮發(fā)，對(duì)人體和環(huán)境有極大的危害。但是作為植物化學(xué)最常用的溶劑又有著其自身優(yōu)勢(shì)。為了不影響提取效果，又要減低毒性，我們選取了極性相似，但毒性相對(duì)較低的二氯甲烷，大大降低了環(huán)境污染及中毒風(fēng)險(xiǎn)。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟，減少有機(jī)溶劑的使用：在人參皂苷的提取及鑒定這一實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中人參皂苷的提取方法采用的是三氯甲烷回流提取法。該方法有機(jī)溶劑用量大，耗時(shí)長(zhǎng)，提取效率低。我們根據(jù)人參皂苷易溶于水這一特性，摒棄了原有方法，改用安全環(huán)保的超聲波水提取法，不但解決了有機(jī)溶劑用量多的困擾，而且通過(guò)超聲波提取法還大大提高了人參皂苷的產(chǎn)率。

節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料，避免浪費(fèi)：在蘆丁的提取及結(jié)構(gòu)鑒定這一實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，需要對(duì)每個(gè)小組從槐米中提取出來(lái)的蘆丁進(jìn)行層析鑒定。層析鑒定需要的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)每年都需要訂購(gòu)，雖屬必備的實(shí)驗(yàn)材料購(gòu)置，但是基于免于浪費(fèi)，綠色可持續(xù)發(fā)展的理念，我們將學(xué)生們提取出來(lái)的粗品蘆丁進(jìn)行了精制，使其純度達(dá)到了95%以上，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，留作下一輪實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)備用。如此循環(huán)下來(lái)，培養(yǎng)了學(xué)生們勤儉節(jié)約的良好實(shí)驗(yàn)風(fēng)氣，又培養(yǎng)了學(xué)生們的責(zé)任感，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，避免了不必要的浪費(fèi)。

四、改革考核方式

實(shí)驗(yàn)考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的綜合能力及衡量教師教學(xué)效果的重要形式。以往實(shí)驗(yàn)課的考核模式較單一，課程成績(jī)是由兩部分組成：平時(shí)成績(jī)（包括出勤、課堂表現(xiàn)）占30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)占70%。經(jīng)過(guò)實(shí)際教學(xué)運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)這種考核方式存在很多弊端。由于沒(méi)有針對(duì)性，學(xué)生們對(duì)實(shí)驗(yàn)課不夠重視，形成了學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室不是關(guān)注實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而是急于抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告交差的現(xiàn)象。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中亦不動(dòng)腦思考，只是按照實(shí)驗(yàn)步驟按部就班的進(jìn)行操作，動(dòng)手和動(dòng)腦能力都沒(méi)有得到訓(xùn)練。更有抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的不良行為。

為了客觀的評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ鉀Q上述問(wèn)題。我們將植物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核不斷地進(jìn)行改革嘗試和完善。對(duì)考核模式做了多元化的分配。不再唯實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)給出成績(jī)。我們將實(shí)驗(yàn)成績(jī)分為兩大部分，即平時(shí)成績(jī)60%和期末考試成績(jī)40%。平時(shí)成績(jī)也做了項(xiàng)目細(xì)化。課前預(yù)習(xí)占比20%，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀況占比30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比50%。并不要求當(dāng)堂交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，留給同學(xué)們更多的時(shí)間回顧整理實(shí)驗(yàn)思路，總結(jié)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決辦法。改變了寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告只是為了交差的思想。期末考試也形式多樣。包括：“實(shí)驗(yàn)原理口試”、“基本實(shí)驗(yàn)操作”、“實(shí)驗(yàn)儀器使用”，每個(gè)項(xiàng)目都給出5組題目。學(xué)生采取抽簽方式進(jìn)行答題和操作。由于題目多，范圍廣，理論和實(shí)際動(dòng)手能力同時(shí)考核，所以不存在突擊復(fù)習(xí)的弊端。要取得較好的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，全靠平時(shí)實(shí)驗(yàn)課上的知識(shí)積累，及動(dòng)手能力的訓(xùn)練。通過(guò)考核方式的改革，大大提高了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)了實(shí)驗(yàn)興趣，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

五、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

將選修本課程的生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)效果評(píng)價(jià)。選取對(duì)象分別為實(shí)施改革前的2011級(jí)學(xué)生與實(shí)施改革后的2014級(jí)學(xué)生。實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)榭陀^評(píng)價(jià)，問(wèn)卷調(diào)查為主觀調(diào)查。采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果見表1。

正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示：t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，P=0.028<0.05，即2014級(jí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)（92.3±4.4分）高于2011級(jí)（88.4±7.2分）。X2檢驗(yàn)結(jié)果顯示，2014級(jí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)優(yōu)秀率≥90分，對(duì)提高學(xué)習(xí)興趣的滿意度、對(duì)提高創(chuàng)新能力的滿意度以及對(duì)教學(xué)方法滿意度均高于2011級(jí)（P<0.05）。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)生物技術(shù)專業(yè)課“植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等多方面的改革，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要密切與實(shí)踐和科研結(jié)合，不斷更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，將相關(guān)學(xué)科知識(shí)充分融入到本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

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