天然藥物化學(xué)本科實驗教學(xué)改革

張 丹

四川大學(xué)華西藥學(xué)院 (成都 610041)

天然藥物化學(xué)是藥學(xué)專業(yè)一門重要的二級學(xué)科，其以來源于自然界的天然藥物為研究對象，通過應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和方法，研究其中的活性成分進而發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)制新藥[1]。作為本門學(xué)科的主要研究對象，天然藥物中的活性成分根據(jù)結(jié)構(gòu)類型主要分為八大類，分別為糖類、苯丙素類、黃酮類、醌類、萜類和揮發(fā)油、三萜及其苷類、甾體及其苷類和生物堿類。本學(xué)科研究內(nèi)容包括每種結(jié)構(gòu)類型天然藥物的結(jié)構(gòu)分類、生源途徑、理化性質(zhì)、提取分離、檢識和結(jié)構(gòu)鑒定以及生物活性。作為一門強調(diào)實踐性的學(xué)科，實驗教學(xué)在天然藥物化學(xué)專業(yè)教學(xué)中占據(jù)著重要地位。如圖1所示，每學(xué)年秋季學(xué)期，學(xué)院為藥學(xué)專業(yè)三年級本科生開設(shè)64學(xué)時專業(yè)基礎(chǔ)課天然藥物化學(xué)。為配合理論授課，同期開設(shè)48學(xué)時天然藥學(xué)化學(xué)實驗課程，其主要針對理論教學(xué)中涉及的天然產(chǎn)物的理化性質(zhì)、提取分離、檢識與結(jié)構(gòu)鑒定三部分內(nèi)容設(shè)計實驗，目的是使學(xué)生了解本學(xué)科開展科學(xué)研究的基本方法。然而現(xiàn)行實驗教學(xué)方案已實行十余年，存在一些不合理之處。例如，學(xué)時數(shù)偏少，實驗內(nèi)容較單一，實驗進度與理論授課進度脫節(jié)，并且配套的實驗教材《現(xiàn)代藥學(xué)實驗教程》[2]也存在內(nèi)容陳舊的問題，這與天然藥物化學(xué)整體研究內(nèi)容的發(fā)展不相符合，這些問題制約了專業(yè)人才實踐能力的培養(yǎng)。2018年初，依據(jù)藥學(xué)專業(yè)認證要求[3]并結(jié)合專業(yè)實驗教學(xué)的教改方向，學(xué)院針對天然藥物化學(xué)實驗課程的教學(xué)方案進行了大幅調(diào)整，對新的教學(xué)方案在學(xué)時數(shù)、教學(xué)內(nèi)容、實驗教材和課程設(shè)置等方面進行了積極的教改探索。

圖1 四川大學(xué)華西藥學(xué)院天然藥物化學(xué)理論與實驗教學(xué)內(nèi)容

1 天然藥物化學(xué)本科實驗內(nèi)容修訂

華西藥學(xué)院天然藥物化學(xué)專業(yè)依托靶向藥物與釋藥系統(tǒng)教育部重點實驗室、天然藥物學(xué)四川省重點實驗室、四川省植物來源藥物工程實驗室以及四川省小分子藥物精準化工程技術(shù)研究中心等科研平臺開展天然藥物資源利用、活性成分和化學(xué)全合成等研究工作。目前已形成了糖化學(xué)和生物堿化學(xué)兩個主要特色研究方向，尤其在二萜生物堿的植物化學(xué)、單萜吲哚生物堿、二萜生物堿和寡糖的合成化學(xué)方面有深厚的積累。結(jié)合專業(yè)研究特色，學(xué)院對原48學(xué)時的天然藥物化學(xué)本科實驗內(nèi)容進行了調(diào)整，在現(xiàn)有“中藥漢防己中漢防己甲素、乙素的提取、分離和鑒定實驗(生物堿類成分)”和“中藥槐米中蘆丁的提取、分離和鑒定實驗(黃酮類成分)”的基礎(chǔ)上增加了糖類化學(xué)成分的實驗內(nèi)容——“中藥葛根淀粉多糖的提取、分離和鑒定實驗”。針對糖和苷類這樣的強水溶性成分設(shè)計本科實驗，在國內(nèi)藥學(xué)專業(yè)中尚屬首次。此外，由于苯丙素、醌類與黃酮類同屬碳環(huán)芳香類成分，其基本研究規(guī)律是一致的。所以針對理論課涉及的八種類型化學(xué)成分，學(xué)院以三個本科實驗(60學(xué)時)進行覆蓋，使學(xué)生能夠?qū)娝苄猿煞帧⑺嵝猿煞趾蛪A性成分的提取分離方法進行實踐，筆者認為這樣的訓(xùn)練較為全面和扎實。

圖2 60學(xué)時天然藥物化學(xué)本科實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

該實驗課程使用的教材為學(xué)院2008年主編的《現(xiàn)代藥學(xué)實驗教程》。該教材匯編了藥學(xué)本科專業(yè)9門專業(yè)實驗課程的實驗內(nèi)容，自出版以來在本科實驗課程中使用已達10年之久。隨著藥學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展，該教材的實驗內(nèi)容已較為陳舊，需要進行及時更新。為滿足人才培養(yǎng)需要，2018年學(xué)院組織全院師資力量對《現(xiàn)代藥學(xué)實驗教程》進行全面修訂。本系參與了新版教材《新編藥學(xué)實驗教程》(上下冊)[4]中“天然藥物化學(xué)實驗”部分的編寫。如表1所示，對應(yīng)理論課教材，以天然藥物成分的結(jié)構(gòu)類型為主線，盡可能選取該類別中代表性的案例設(shè)計實驗。其中，本科實驗中新增的糖類成分實驗“中藥葛根淀粉多糖的提取、水解及單糖鑒定”首次被編入本科實驗教材中。這樣，除苯丙素類成分外，其余七種天然成分的結(jié)構(gòu)類型都設(shè)置了較為經(jīng)典的實驗，適合本科實驗教學(xué)的需求。國內(nèi)其他藥學(xué)院?？梢罁?jù)專業(yè)實驗學(xué)時安排從教材中選取實驗，設(shè)計滿足各自專業(yè)特色和人才培養(yǎng)需要的天然藥化專業(yè)實驗教學(xué)方案。

表1 《新編藥學(xué)實驗教程》(上下冊)中天然藥物化學(xué)實驗內(nèi)容

2 同步理論課與實驗課進度

除實驗內(nèi)容不夠飽滿外，此前天然藥物化學(xué)實驗課程的教學(xué)方案還存在實驗內(nèi)容和理論授課進度脫節(jié)的問題。例如，實驗課第一個實驗“中藥漢防己中漢防己甲素、乙素的提取、分離和鑒定實驗”被安排于第六周開始，但實驗對象生物堿類成分的理論授課在十三至十六周，這就造成該實驗開展時學(xué)生還沒有接觸到相關(guān)理論知識，存在理論授課與實踐訓(xùn)練倒錯的弊端；第二個實驗“中藥槐米中蘆丁的提取、分離和鑒定實驗”圍繞黃酮類成分開展，然而第九周進行該實驗時黃酮類理論授課已結(jié)束一段時間，理論與實踐脫節(jié)。針對這些問題，教師可為新修訂的實驗內(nèi)容重新調(diào)整實驗進度。如表2所示，新的實驗進度表共安排10次實驗，每次6學(xué)時總計60學(xué)時，基本保證實驗與理論授課進度同步，這有利于學(xué)生充分理解課堂專業(yè)知識的實踐應(yīng)用。

表2 修訂后的實驗進度表

3 實施全過程評價實驗考核方案

本實驗課程采用全過程評價的考核方案，實驗成績(100分)由實驗報告(40分)、實驗表現(xiàn)(40分)、和期末考核(20分)三部分組成。

其中，實驗報告要求學(xué)生以原始記錄為基礎(chǔ)，訓(xùn)練其使用科學(xué)語言準確表述實驗的目的、原理、實驗操作、實驗裝置、實驗現(xiàn)象和結(jié)果等能力，并針對實驗中出現(xiàn)的問題加以思考和討論，提出可能的改進方法。這部分考核主要側(cè)重于評價學(xué)生對實驗內(nèi)容中涉及的實驗原理的理解?；谡n程中的三次實驗內(nèi)容，學(xué)院要求學(xué)生完成三次正式實驗報告，并由帶教教師逐一批改后給出實驗報告成績。該分數(shù)占總評成績的40%。

實驗表現(xiàn)的評價主要考查學(xué)生在具體實驗中的實驗操作、科學(xué)作風(fēng)、原始記錄，產(chǎn)品質(zhì)量等。同等表現(xiàn)下，評價向又快又好的學(xué)生傾斜。實驗操作、原始記錄、科學(xué)作風(fēng)等部分的評價采取扣分的方式，由實驗帶教教師在實驗過程中進行評分。對于學(xué)生出現(xiàn)的違規(guī)操作等問題，帶教教師可拍照保存，扣除相應(yīng)的操作分數(shù)。三次實驗的終產(chǎn)品將根據(jù)總收率和產(chǎn)品質(zhì)量，由帶教教師進行評價。實驗表現(xiàn)的分數(shù)占總評成績的40%。

此外，結(jié)合四川大學(xué)近年來推行的考核方式改革[5]，學(xué)院計劃在本課程考核方案中增加20分的“非標準答案考核”，作為專業(yè)實驗課程非標考核的教學(xué)改革探索。將以考核能力為目標，在課程最后一周安排一次期末考核。結(jié)合本專業(yè)實驗課程的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)院設(shè)計了一系列靈活多樣的考核題目，由學(xué)生隨機抽取，要求在規(guī)定時間內(nèi)，自行設(shè)計實驗方案，完成題目規(guī)定的考核內(nèi)容。例如，在規(guī)定時間內(nèi)，選擇顯色條件和展開體系，實現(xiàn)兩種未知混合物在硅膠薄層層析板上的分離；在規(guī)定時間內(nèi)，選擇顯色條件并設(shè)計洗脫液體系，實現(xiàn)兩種混合物的柱層析分離；在規(guī)定時間內(nèi)，針對未知化學(xué)成分，通過理化鑒定判定化合物的結(jié)構(gòu)類型等等。這些考核內(nèi)容更貼近實際研究工作場景，并以解決問題為導(dǎo)向，其往往沒有標準答案，卻能切實地評價學(xué)生獨立思考、解決問題的能力，相比傳統(tǒng)的僅僅基于實驗報告的評價體系更為科學(xué)合理。鑒于此前筆者探索的非標答案考核主要集中在自然科學(xué)類通識教育領(lǐng)域[6]，在藥學(xué)專業(yè)課程和實驗課程中采用非標答案考核的嘗試還比較少，希望這些積極嘗試能激發(fā)國內(nèi)同行共同探索更加合理有效的專業(yè)課程評價模式。

4 增設(shè)本科選修課程高等天然藥物化學(xué)實驗

隨著學(xué)科的逐漸發(fā)展演變，天然藥物化學(xué)的研究內(nèi)容已由早期天然成分的提取、分離和結(jié)構(gòu)鑒定等逐步演化為在生物活性指導(dǎo)下的天然成分的提取分離、結(jié)構(gòu)測定、半合成、全合成、作用機制、生物合成等[7]。經(jīng)過多年的建設(shè)，華西藥學(xué)院天然藥物化學(xué)專業(yè)研究方向已逐漸發(fā)展到了天然藥物(中藥)活性成分研究和重要生理活性天然產(chǎn)物的全合成研究領(lǐng)域。特別在合成領(lǐng)域，其圍繞糖類、單萜吲哚生物堿及二萜生物堿的研究集中了主要的研究骨干，開展了較為系統(tǒng)的研究工作。為提升實驗教學(xué)水平、滿足寬口徑的人才培養(yǎng)需求，結(jié)合本系現(xiàn)有研究方向需要，本系除每學(xué)年秋季為藥學(xué)專業(yè)三年級本科生開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程天然藥物化學(xué)實驗外，還計劃在春季學(xué)期為四年級本科生新增一門72學(xué)時的高等天然藥化實驗作為專業(yè)實驗選修課。該課程以小班化自主探索為特色，實驗教學(xué)方案由本專業(yè)帶教教師緊密結(jié)合自身研究方向、依托科研項目來制定[8]，通過幾種代表性天然物質(zhì)的提取、分離和理化鑒定以及若干天然成分的結(jié)構(gòu)衍生或多步化學(xué)合成實驗，使學(xué)生了解從天然產(chǎn)物中開發(fā)新藥的基本程序和技術(shù)手段，拓展其研究視野，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。與天然藥物化學(xué)實驗側(cè)重點不同，高等天然藥物化學(xué)實驗課程更強調(diào)實驗內(nèi)容的綜合性、設(shè)計性和探究性[9]。對于有志于天然產(chǎn)物合成方向深造的本科生，該課程的訓(xùn)練將為其未來的研究工作打下堅實的基礎(chǔ)。

致謝：感謝王鋒鵬教授在本文撰寫過程中給予的指導(dǎo)和建議。