中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐及改革方法*

周俊飛，來冰華，周桂生，陳佩東，尹 蓮

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012)

中醫(yī)藥作為中華民族數(shù)千年的文化積淀，在衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)、科技和生態(tài)等諸多方面發(fā)揮著重要作用，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速轉(zhuǎn)型、人口老齡化進(jìn)程加速，人民群眾對中醫(yī)藥服務(wù)的需求越來越迫切。2021年7月7日，由我國5個部門聯(lián)合印發(fā)的《中醫(yī)藥文化傳播行動實(shí)施方案(2021—2025年)》積極部署了“十四五”期間中醫(yī)藥文化傳承弘揚(yáng)工作[1]，該方案不僅是中醫(yī)藥文化傳播與知識普及的強(qiáng)大動力，還成功營造了有利于中醫(yī)藥事業(yè)健康發(fā)展的社會氛圍。

中藥化學(xué)是基于現(xiàn)代科學(xué)理論與技術(shù)，并結(jié)合中醫(yī)藥基本理論和臨床用藥經(jīng)驗，研究中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的一門學(xué)科。中藥化學(xué)課程主要由理論和實(shí)驗2部分組成，其中實(shí)驗課是學(xué)生將書本上的理論知識與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的重要橋梁。為了適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)快速轉(zhuǎn)型的發(fā)展需求，學(xué)生除了具有堅實(shí)的基礎(chǔ)理論與醫(yī)藥文化底蘊(yùn)外，還需要具備扎實(shí)的實(shí)驗操作技能。通過中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)，不僅有助于學(xué)生理解書本上枯燥的基礎(chǔ)理論，而且還能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力、團(tuán)隊協(xié)作能力及創(chuàng)新性思維能力，為其日后從事中藥制劑生產(chǎn)、檢驗等相關(guān)工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)[2]。為了更深層次地揭示中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革的具體措施，本文將從改革教學(xué)方法、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式、實(shí)驗項目預(yù)習(xí)與改進(jìn)、實(shí)驗記錄的撰寫、實(shí)驗操作規(guī)范與安全、實(shí)驗考核評價6個方面進(jìn)行探討，為中藥學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)驗課程改革提供新思路。

1 改革教學(xué)方法

本教學(xué)團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際解決問題的能力，因此在中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中時常引入案例式教學(xué)方法[3]，并組織學(xué)有余力的學(xué)生早日走進(jìn)實(shí)驗室，實(shí)地探索與學(xué)習(xí)中藥化學(xué)相關(guān)原理和實(shí)驗技巧，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，如在“甘草中甘草酸的提取、分離及甘草次酸的制備”中藥化學(xué)綜合實(shí)驗中，通過引入甘草泡騰片的研發(fā)歷程和傳統(tǒng)用藥實(shí)例[4]，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與鉆研潛力。根據(jù)教學(xué)大綱與實(shí)驗設(shè)計，教師應(yīng)對甘草酸和甘草次酸的理化性質(zhì)、色譜行為、質(zhì)譜規(guī)律、光譜特征進(jìn)行逐一解析，讓學(xué)生主動查閱文獻(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并合理設(shè)計實(shí)驗方案，深刻理解甘草酸的提取分離和純化精制實(shí)驗流程。學(xué)生在設(shè)計出合理方案后需要進(jìn)行分組討論，闡明實(shí)驗設(shè)計理由并提出自己的見解，碰撞思維火花，同時教師進(jìn)行實(shí)時指導(dǎo)，并明確最佳方案和設(shè)計理念。在課堂講解中，教師可結(jié)合自己擅長的研究領(lǐng)域，介紹自己的國家自然科學(xué)基金研究項目，與學(xué)生討論中藥化學(xué)前沿技術(shù)與理論，開拓學(xué)生學(xué)習(xí)視野，豐富學(xué)生知識體系。由于中藥化學(xué)是一門以實(shí)驗為核心的學(xué)科，因此本教研團(tuán)隊提出“讓本科生走進(jìn)實(shí)驗室”和“用實(shí)驗室作為本科生參與研究性學(xué)習(xí)的平臺”的理念，讓對中藥化學(xué)實(shí)驗充滿熱情的學(xué)生能利用有限的時間學(xué)到更多的實(shí)驗技巧與操作經(jīng)驗，真正實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際[5]。總之，本教研團(tuán)隊提倡問題導(dǎo)向與實(shí)際應(yīng)用式教學(xué)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從知識型到能力型人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)學(xué)生主動運(yùn)用理論知識去解決實(shí)際問題的能力。

2 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

南京中醫(yī)藥大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺涵蓋了學(xué)科建設(shè)、課程學(xué)習(xí)、問題分析與課程管理等整個教學(xué)過程。教師可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺中豐富的教學(xué)資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授課、教學(xué)評估、課程組織等教學(xué)活動，學(xué)生可登錄網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行中藥化學(xué)實(shí)驗課程學(xué)習(xí)，觀看實(shí)驗講解視頻和操作虛擬仿真項目。同時，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上還有大量的名師講解提取分離的網(wǎng)絡(luò)公開課和精品課程等優(yōu)質(zhì)資源可供學(xué)生隨時觀看和討論[6]。不僅如此，網(wǎng)絡(luò)平臺上還提供了各類化合物紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、質(zhì)譜(MS)及核磁共振譜(NMR)譜圖供學(xué)生學(xué)習(xí)中藥化學(xué)成分結(jié)構(gòu)，為了培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上還提供了結(jié)構(gòu)鑒定糾正的最新案例，如王不留行中黃酮苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)早在1974年首次被報道為芹菜素-6-C-[α-L-阿拉伯糖-(1′′′→2′′)-β-D-葡萄糖]-4′-O-β-D-葡萄糖苷(圖1B)[7]，是2020年版《中華人民共和國藥典》王不留行項下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)成分，具有保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用，但是該文獻(xiàn)沒有報道核磁共振數(shù)據(jù)，直到2018年王不留行中黃酮苷通過波譜技術(shù)才被修正為芹菜素-6-C-[α-L-阿拉伯糖-(1′′′→2′′)-β-D-葡萄糖]-7-O-β-D-葡萄糖苷(圖1A)[8]。該研究實(shí)例告誡學(xué)生要敢于質(zhì)疑，養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。

學(xué)生在完成教學(xué)大綱規(guī)定內(nèi)容的同時，也要完成相應(yīng)的作業(yè)和測驗，有任何疑問都可以在慕課平臺討論區(qū)發(fā)帖，教師會在平臺上及時答復(fù)。另外，我們也鼓勵學(xué)生在完成中藥化學(xué)實(shí)驗課程后，將自己的實(shí)驗結(jié)果以文本、圖片或小視頻的方式上傳至慕課平臺討論區(qū)，大家可以相互討論、相互學(xué)習(xí)，教師進(jìn)行糾正與點(diǎn)評。2021年12月，本校啟動了第二批虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)一流課程培育工作，特別針對高危險性、高技術(shù)難度、時空限制等方面因素限制的實(shí)驗教學(xué)項目，仿真度可基本還原線下實(shí)驗操作環(huán)境、互動感受及教學(xué)要求，指明了中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的發(fā)展與改革新方向。

3 實(shí)驗項目預(yù)習(xí)與改進(jìn)

在中藥化學(xué)實(shí)驗課程開始前，學(xué)生必須對實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)與思考。重點(diǎn)理解實(shí)驗?zāi)康暮驮?，通過網(wǎng)絡(luò)資源熟悉實(shí)驗操作細(xì)節(jié)，利用理論知識對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行預(yù)測，如中藥化學(xué)綜合實(shí)驗“甘草中甘草酸的提取、分離及甘草次酸的制備”中，學(xué)生在預(yù)習(xí)時首先需要掌握甘草中目標(biāo)成分甘草酸的理化性質(zhì)，包括顏色、極性、溶解性等；理解甘草粗粉用10%氨水潤濕后再用水滲漉提取，滲漉液用5%硫酸調(diào)pH至2～3放置沉淀的目的，以及為何要用冰醋酸熱溶后冷卻析晶的方法獲得甘草酸單鉀鹽。不僅如此，學(xué)生還要了解回流提取、重結(jié)晶、醋酐-濃硫酸反應(yīng)和薄層色譜等檢測方法，并結(jié)合學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺，完成實(shí)驗預(yù)習(xí)測試課題，教師需要對學(xué)生進(jìn)行及時溝通指導(dǎo)、答疑解惑，針對共性問題教師需要在線下課堂集中重點(diǎn)講解。

當(dāng)下科技發(fā)展日新月異，新技術(shù)手段層出不窮，因此中藥化學(xué)實(shí)驗課程內(nèi)容每年都必須進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。目前，本校中藥化學(xué)實(shí)驗項目主要有黃藤中巴馬汀、槐米中蘆丁、甘草中甘草酸、絞股藍(lán)總皂苷、黃柏中總生物堿、黃芩總黃酮的制備等，提取方法有回流提取法、煎煮法、滲漉提取法等，涉及的分離方法有堿溶酸沉法、硅膠柱色譜法、聚酰胺薄層色譜法等，涉及的理化檢識法有蒽醌類成分的醋酸鎂反應(yīng)、黃酮類成分的鹽酸-鎂粉反應(yīng)、生物堿的碘化鉍鉀反應(yīng)等。同時學(xué)生可以在講義中原本的實(shí)驗設(shè)計基礎(chǔ)上，查閱前沿文獻(xiàn)提出更優(yōu)的實(shí)驗設(shè)計，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑“學(xué)術(shù)權(quán)威”，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新能力[9]。同時以驗證性實(shí)驗-綜合性實(shí)驗-自主設(shè)計性實(shí)驗的順序由易到難設(shè)置課程，讓學(xué)生循序漸進(jìn)，從學(xué)習(xí)實(shí)驗技能到自主創(chuàng)新不斷提高自己。教師應(yīng)根據(jù)中藥化學(xué)實(shí)驗課程的教學(xué)效果，結(jié)合領(lǐng)域前沿技術(shù)和科研實(shí)驗室條件，充分考慮時代需求，實(shí)時更新中藥化學(xué)實(shí)驗講義，添加新的教學(xué)內(nèi)容，完善與改進(jìn)實(shí)驗項目。

4 實(shí)驗記錄的撰寫

實(shí)驗記錄反映了整個實(shí)驗的技術(shù)流程與操作細(xì)節(jié)，其中原始數(shù)據(jù)是最核心的部分，這部分撰寫要求實(shí)時、準(zhǔn)確、無涂改、無缺頁等，有助于學(xué)生反思自己出現(xiàn)的問題并尋找解決方案，保持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，實(shí)驗記錄的真實(shí)性與完整性將直接影響科研項目的完成質(zhì)量[10]。學(xué)生在做實(shí)驗時，應(yīng)該客觀真實(shí)地撰寫實(shí)驗記錄，并且對其中的實(shí)驗設(shè)計方案和階段性結(jié)果在理論層面給予合理的解釋，杜絕模糊不清的實(shí)驗記錄導(dǎo)致其他研究人員參考時難以重復(fù)實(shí)驗結(jié)果，或者發(fā)生實(shí)驗結(jié)果相關(guān)的圖片、圖表和數(shù)據(jù)缺失等不良情況的發(fā)生，如在中藥材中化學(xué)成分提取實(shí)驗中，需要記錄所用溶劑、物料比、溫度、時間等，另外提取次數(shù)和效率也十分重要。關(guān)于薄層色譜法的記錄，僅僅記錄展開劑組成和目標(biāo)成分的Rf值是不夠的，分離度更高的展開劑配比、合適的專用顯色劑、顯色的紫外波長等也不可或缺[11]。在化學(xué)成分檢識方面，學(xué)生應(yīng)該注重觀察化學(xué)成分的顯色變化或沉淀反應(yīng)，并且結(jié)合有機(jī)化學(xué)理論知識分析深層次原因，如在Molish反應(yīng)中，糖溶液和濃硫酸之間會形成紫環(huán)這一現(xiàn)象，學(xué)生需要理解，這是由于糖在濃硫酸的作用下脫水形成的糠醛與α-萘酚反應(yīng)，進(jìn)而形成紫紅色復(fù)合物造成的。規(guī)范學(xué)生實(shí)驗記錄的撰寫是一種嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度的表現(xiàn)，里面記載的實(shí)驗流程與結(jié)果必須經(jīng)得起檢驗。同時教師可以組織學(xué)有余力的學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗室，學(xué)習(xí)奮戰(zhàn)在科研一線研究生的實(shí)驗記錄本，培養(yǎng)學(xué)生自主鉆研的能力并實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的升華。

5 實(shí)驗操作規(guī)范與安全

中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)課程由于其實(shí)踐性較強(qiáng)，需要學(xué)生更好地掌握化學(xué)實(shí)驗的基本原理、基本操作和基本技能，建立一套行之有效的操作規(guī)范。中藥化學(xué)實(shí)驗具有較大的潛在性危險，所涉及的實(shí)驗用品包括易燃易爆物、強(qiáng)酸強(qiáng)堿，甚至是有毒化學(xué)品，學(xué)生在操作過程中需要注意力高度集中，稍有不慎便有可能發(fā)生事故[12]。當(dāng)實(shí)驗過程中遇到突發(fā)情況時，如濃硫酸或強(qiáng)堿飛濺到皮膚上、突發(fā)火災(zāi)或電力事故的緊急應(yīng)對措施，學(xué)生必須冷靜沉著去處理，臨危不亂，保障實(shí)驗室的安全運(yùn)行[13]。

首先是對實(shí)驗化學(xué)品的分類管理，依據(jù)物品的理化性質(zhì)與用途大致可分為有機(jī)物、無機(jī)物、生化試劑、指示劑和危險品等，分類目的在于方便管理、安全環(huán)保、防止變質(zhì)等。此外，分類后的化學(xué)品需要進(jìn)行檔案化管理，即從藥品柜、儲藏瓶、實(shí)驗室到檔案入冊這個過程。目前，采用電腦檔案入冊不僅整潔、清晰、方便查詢與修改，而且還有標(biāo)明實(shí)驗室號、注意事項、藥品名、柜號等，特別是針對危險物品的管理，可以做到特殊關(guān)注、分開管理，促使學(xué)生遵守紀(jì)律、明確職責(zé)。

學(xué)生實(shí)驗操作過程是否規(guī)范，不僅牽涉到學(xué)生科研素質(zhì)，還與實(shí)驗室安全密切相關(guān)。大多數(shù)學(xué)生只是在初中和高中階段接觸過化學(xué)實(shí)驗課程，教師有必要在大學(xué)課堂上對操作規(guī)范進(jìn)一步強(qiáng)化，如基本的酸堿滴定、薄層色譜法、柱層析法等一些不同實(shí)驗項目的具體操作，必須分開解析分類討論。每次中藥化學(xué)實(shí)驗開始時，教師必須對實(shí)驗項目原理、流程設(shè)計、重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行講解，再三強(qiáng)調(diào)實(shí)驗過程中容易發(fā)生危險的步驟及其規(guī)避危險的方法。不僅如此，教師還需要把項目詳細(xì)的實(shí)驗流程以紙質(zhì)版的形式打印出來貼在墻面上供學(xué)生隨時參考；另外，教師還可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)布一些和規(guī)范實(shí)驗操作相關(guān)的視頻資料，讓學(xué)生事先充分預(yù)習(xí)與思考，引導(dǎo)學(xué)生建立實(shí)驗規(guī)范與安全意識[14]。

6 實(shí)驗考核評價

為了客觀公正地評價學(xué)生的動手操作能力與綜合素質(zhì)，本校中藥化學(xué)實(shí)驗成績主要由平時成績(30分)、實(shí)驗報告(30分)與期末考核(40分)3個部分構(gòu)成，目前考核方式還是以每個實(shí)驗項目中學(xué)生的實(shí)驗技能、實(shí)驗結(jié)果、實(shí)驗報告為核心，如在“采用硅膠色譜柱分離大黃素”中藥化學(xué)實(shí)驗中，大黃素的吸附情況、色譜柱裝填的均勻性、溶劑洗脫的分離度、薄層色譜結(jié)果和理化檢識結(jié)果等都是考察的實(shí)驗細(xì)節(jié)。另外，還需要考慮儀器設(shè)備與試劑是否放置指定位置、實(shí)驗臺面是否及時清理、是否節(jié)約溶劑、小組內(nèi)的團(tuán)隊協(xié)作能力等予以評價。學(xué)生的實(shí)驗報告需要教師對每個實(shí)驗項目進(jìn)行審核批改，匯總一學(xué)期3次實(shí)驗報告成績，對于一些共性問題，教師應(yīng)通過線下或線上及時反饋，隨時為學(xué)生答疑解惑。期末考核即現(xiàn)場抽簽選題，教師通過學(xué)生完成任務(wù)的情況予以評分，同時教師在學(xué)生考核中詢問一些專業(yè)性的問題來考查學(xué)生的理論知識儲備，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。不僅如此，本教研室還鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生早日走進(jìn)實(shí)驗室，實(shí)地體驗一線研究人員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度與自主學(xué)習(xí)的理念，并在實(shí)驗室錄制一些微視頻，進(jìn)一步嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生實(shí)驗操作流程，提高學(xué)習(xí)效果[15]，教師可根據(jù)實(shí)際情況給予學(xué)生額外獎勵分。多元化實(shí)驗考核評價旨在培養(yǎng)具有中醫(yī)藥思維、科學(xué)思維、創(chuàng)新思維的中藥學(xué)專業(yè)高素質(zhì)人才，為推動我國中藥產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步健康發(fā)展做貢獻(xiàn)。

7 小 結(jié)

中藥化學(xué)實(shí)驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生提高實(shí)際動手能力的重要途徑，現(xiàn)如今社會對大學(xué)畢業(yè)生綜合能力要求越來越高，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足社會高速發(fā)展的需求。本教研團(tuán)隊始終堅持以學(xué)生為主體，將鍛煉學(xué)生的主觀能動性與自主創(chuàng)新能力為核心目的，培養(yǎng)能適應(yīng)社會的高素質(zhì)綜合型人才。在今后的教學(xué)中，本教研團(tuán)隊將不斷探索新型實(shí)驗教學(xué)模式和考核改革方案，為我國中藥學(xué)人才培養(yǎng)實(shí)驗課程改革提供新思路。