L9(34)实验设计在药学专业综合性实验教学改革中的运用

朱兰寸，李俊平，聂立勇，王林玲，何雪君，廖伊茜，马廷升

（怀化医学高等专科学校，湖南 怀化 418000）

药学专业是培养具备药学学科基本理论、基本知识和实验技能，能在药品生产、检验、流通、使用和研究与开发领域从事药物鉴定、药物设计、一般药物制剂及临床合理用药等方面工作的高级技术人才。该专业技术性很强，为了提高药学专业学生的创新能力和综合素质，我们进行了实验教学的改革探索，增加了综合性设计实验，其中尝试将L9（34）实验设计运用于药学专业主干课程，如天然药物化学实验、药物化学实验、药物分析实验、药剂学实验等，收到了较好的效果，明显提高了学生综合分析问题的能力。

1 L9（34）实验设计简介

正交实验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面实验中挑选出部分有代表性的点进行实验，这些有代表性的点具备了均匀分散、齐整可比的特点[1]。正交实验设计表是一整套规则的设计表格，用L为正交表的代号，n为实验的次数，t为水平数，c为列数，也就是可能安排最多的因素个数。正交实验设计表有很多类型，如：L4（23）、L8（27）、L9（34）、L16（45）等，其中L9（34）实验设计简单，最常用，它表示需做9次实验，最多可观察4个因素，每个因素均为3个水平。正交实验设计的步骤包括确定实验因素及水平数、选用合适的正交表、列出实验方案及实验结果、对正交实验设计结果进行分析（包括极差分析和方差分析）、确定最优或较优因素水平组合[2]。正交实验设计的关键在于实验因素的安排，通常在不考虑交互作用的情况下，可以自由地将各个因素安排在正交表的各列，只要不在同一列安排两个因素即可。因素所在列是随意的，一旦安排完成，实验方案即确定，之后的实验以及后续分析将根据这一安排进行，不能再改变。正交实验设计是分析因式设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法，在很多领域的研究中得到了广泛应用。

2 L9（34）实验设计运用于药学专业综合性实验教学改革

2.1 运用于生药学实验中药炮制工艺的优化

生药学实验中药炮制工艺不同，将直接影响药材的质量。如我校药学专业开设的学生实验“蜜炮制麻黄”，我们采用L9（34）实验设计对“蜜炮制麻黄”工艺进行优化，设计实验因素为加炼蜜量、润蜜时间、炒制温度、炒制时间，分别设计3个合适水平，以麻黄总生物碱含量为考查指标，优化的工艺条件为“加炼蜜量为8%、润蜜时间0.5小时、炒制温度（90±5）℃、炒制时间15分钟，麻黄总生物碱含量为1.86%”。优化后的“蜜炮制麻黄”工艺可行，通过生药学综合实验设计改革，学生的视野得到开阔，灵活运用知识的能力得到提高。

2.2 运用于天然药物化学实验药物提取、分离工艺的优化

L（934）实验设计在天然药物化学中，常用于天然药物的提取、分离工艺的优化[3-5]。如我校开设的学生实验“三棵针有效成分小檗碱的提取、分离”，其实验步骤为：称取三棵针粗粉50 g，用0.3%硫酸溶液，在室温下浸泡24小时，过滤，收滤液；药渣使用相同方法操作一次，合并两次滤液，用石灰乳调滤液pH 10～12，静置过夜，过滤，滤液加入精制食盐使含盐量达6%的浓度，静置过夜，布滤，即得小檗碱粗品。我们采用L（934）进行提取工艺条件的优化，实验因素为浸泡溶剂硫酸溶液的浓度、浸泡时间、提取pH值、提取温度，分别设计3个合适水平，以提取率为考查指标。学生分组按L（934）正交实验表进行实验，然后根据实验数据分析结果，确定最佳工艺。这样，我们就将一个经典、简单的实验经综合设计后，使其内容更为丰富。

2.3 运用于药物化学实验药物合成条件的优化

药物化学合成实验是新药创新的基础，合成条件是关键。为了培养学生的创新意识，我们开设了“二氢吡啶钙离子拮抗剂的合成实验”，运用L9（34）实验设计确定最佳条件，实验步骤为：在装有搅拌棒、温度计和滴液漏斗的250 ml三颈瓶中，将11 g硝酸钾溶于40 ml浓硫酸中。用冰盐浴冷却至0℃以下，在强烈搅拌下，慢慢滴加苯甲醛10 g（在60～90分钟左右滴完），滴加过程中控制反应温度在0℃～2℃之间。滴加完毕，控制反应温度在0℃～5℃之间，继续反应90分钟。将反应物慢慢倾入约200 ml的冰水中，边倒边搅拌，析出黄色固体，抽滤。滤渣移至乳钵中，研细，加入5%碳酸钠溶液20 ml（由1 g碳酸钠加20 ml水配成），研磨5分钟，抽滤，用冰水洗涤7～8次，压干，得间硝基苯甲醛，自然干燥，测熔点（56℃～58℃），称重，计算收率。我们设计实验因素为滴加苯甲醛的速度、反应控制温度、反应时间、碳酸钠溶液（pH值）的用量，分别设计3个合适水平，以间硝基苯甲醛收率为考查指标。学生分组实验，得到最佳合成条件，发现优化的实验条件比原有的实验方法得到的产品收率更高。学生通过药物化学综合实验改革，受益远比日常实验教学多，创新意识得到更好培养。

2.4 运用于药物分析实验分析条件的优化

药物分析实验中分析条件的选择对测定结果有很大的影响，如我校开设的“HPLC法测定阿莫西林胶囊的含量”，实验步骤为：取装量差异项下的内容物，混合均匀，精密称取适量，加流动相溶解并定量稀释成每1 ml中约含阿莫西林0.5 mg的溶液，过滤，取续滤液20 μL注入液相色谱仪，记录色谱图。另取阿莫西林对照溶液20 μL，同法测定。按外标法以峰面积计算出样品中阿莫西林的含量。我们发现流动相对分离的效能影响很大，采用L9（34）实验设计优化流动相，设计实验因素为流动相的组成、配比、pH值、流速，分别设计3个合适水平，以阿莫西林的含量为考查指标。学生分组实验，得到最佳流动相分析条件，优化后的实验条件比原有的实验方法稳定，分离的效能更高。通过药物分析实验中遇到的问题，进行L9（34）综合实验设计，学生综合分析问题的能力得到提高。

2.5 运用于药剂学实验制剂制备工艺的优化

药剂学实验中，我们开设的学生实验“炉甘石洗剂的制备”，采用L9（34）实验设计考查炉甘石洗剂制备工艺影响因素，设计实验因素为CMC-Na浓度、溶胀温度、药物添加顺序，分别设计3个合适水平，通过多指标综合评分法对数据进行分析，优选其制备工艺。结果3个因素对炉甘石洗剂制备工艺影响均不显著，实践时可结合实际情况选择浓度为3%的CMC-Na以新制蒸馏水溶胀，按规范要求加入药物进行制备。按选择条件制备的炉甘石洗剂质量稳定，制备时间缩短。同时，还可用L9（34）实验设计考查不同附加剂对炉甘石洗剂稳定性的影响，得到炉甘石洗剂优化方案。优化方案能提高制剂稳定性，简单易行，适合工业化生产。通过药剂学L9（34）综合实验设计，学生的综合素质和运用能力得到明显提高。

3 开展L9（34）实验设计的综合性实验教学改革的步骤

为使L9（34）实验设计在药学专业综合性实验教学中得到较好运用，要把握好各个环节，以提高效率。

3.1 查阅资料，进行讨论，形成实验方案

L9（34）正交实验设计较复杂、难度较大，但能很好地提升学生的主动性、创造性和综合实践能力。教师首先要选定具有代表性的实验作为对象，在课堂教学中向学生详细介绍正交实验设计的原理，在教师指导下，学生到图书馆或者通过网络查阅文献、收集资料，然后拟订切实可行的实验方案。L9（34）正交实验设计方案的关键点是确定实验影响因素和水平，需根据实践经验和有关的专业知识，选择那些可能对指标影响较大，但又没有掌握的因素作为考查因素，也可根据文献或经验估计，水平间隔要适当，最后列出因素水平表。实验方案经指导教师审阅通过后，提出药品试剂和仪器设备的计划。

3.2 按照设计方案分组进行实验，及时解决出现的问题

L9（34）实验设计方案确定后，让学生按正交实验设计表分小组进行实验，要求学生严格按照操作步骤进行实验，及时记录实验现象和数据。实验过程可能会出现一些问题，教师要及时进行指导和解决，必要时还要调整实验方案，让学生充分发挥想像力与创造力，不受课本和资料约束，勇于改变，培养创新能力。

3.3 完成实验后，书写报告，撰写论文

实验结束后，要求各小组学生对实验方案和结果进行讨论，总结实验各个环节的经验和体会，让他们体会到这个过程对他们的锻炼和给他们的收获，并要求他们撰写一篇论文，作为成绩评定依据之一，将优秀论文推荐到校刊、省刊及国家刊物发表。目前，我校药学专业学生的多篇优秀论文已在国家级刊物上发表，学生对这种实验模式给予了充分肯定，积极性非常高。我校在天然药物化学实验教学中引入正交设计法，该项改革获得了校教学成果一等奖。

4 展望

L（934）正交实验设计在药学专业综合性实验教学改革中是一种以实验过程的开放性和学生自主参与为特点的实验教学模式[6-8]。通过综合设计实验让学生做到将所学知识融会贯通，培养学生独立获取知识以及应用知识的能力，真正有效地提高学生的创新能力和科研综合素质。

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[2]王艳，张爱珍，任春生.正交试验设计与优化的理论基础与应用进展[J].分析试验室，2008，27（增刊）：333-334.

[3]陈安朝，谭桂山，姚瑶，等.注重实践教学 培养药学创新人才[J].药学教育，2005，24（4）：38-40.

[4]杨宏健.改革实验教学内容与方法，创建新的实验教学模式[J].实用预防医学，2005，12（1）：201.

[5]周应军，谭桂山，谭健兵，等.“三层一体化”实验教学模式在药学实验教学中的研究与实践[J].中南药学，2010，8（8）：639-640.

[6]赵永娜，李玛琳，黎华丽.构建药学专业实践教学体系的实践与思考[J].医学教育探索，2009，8（1）：19-21.

[7]蒋心惠，袁佩，范琦.对药学实验传统教学模式的改革与思考[J].山西医科大学学报：基础医学教育版，2006，8（2）：197-199.

[8]陈虹，赵文彬.探索药学类专业实验教学的改革[J].药学教育，2004，20（4）：48-50.■