浅谈天然药物化学设计性实验教学方案的构建与实施

廖彭莹

（广西中医药大学，广西 南宁 530001）

天然药物化学是药学、药物制剂及制药工程等药学相关专业的专业基础课程，是一门采用现代科学理论与方法研究天然药物化学成分的学科，其课程内容主要包括天然药物化学成分的结构特点、理化性质、提取分离方法和结构鉴定[1]。该课程的课堂教学通常分为理论课与实验课两个部分，实验课课时比例一般在40%以上，实验课教学对该课程的教学效果有着关键性影响。广西中医药大学中药化学教研室一直高度重视实验课教学工作，近年来通过自编实验教材、教师反复验证实验以及征求学生反馈意见等方法不断改进实验课教学。目前药学相关专业本科学生的实验课由 3个实验构成，分别是“虎杖中羟基蒽醌类成分的提取和分离”、“芦丁的提取与鉴定”、“巴马丁的提取”，实验内容涉及天然药物化学成分的主要结构类型，每个实验都是按照一般的研究流程即“提取——分离——鉴定”来安排。实验课上，教师先对实验内容细致讲解，然后学生自取仪器试剂进行实验，教师一旁指导和监督，学生完成实验后再将实验结果交由教师评定。这种以教师为主导、学生为主体的实验教学方式可以帮助学生加深对理论知识的理解，熟练掌握各项实验技术，形成对天然药物化学研究流程的基本认识。

然而，随着高等教育教学改革的不断深入和药学相关专业人才培养要求的不断提高，现行实验教学方式在发挥学生的主观能动性、培养学生的创新能力方面已显不足，为此尝试性引入设计性实验教学，旨在对现行实验教学方案进行一次探索性改革。设计性实验教学是由教师给定实验目的和要求，由学生自行设计实验方案并实施开展实验[2]，是以学生为主体、教师为引导的实验教学方式，需要学生在学习过程中投入更多的精力、发挥更大的积极性，教师则需要完成更多的课前准备。从课题选择、方案设计、实验准备、实验实施、结果分析等多个环节充实和完善设计性实验教学方案，在具体实施过程中，基于有限的课时和经费，挑选了一批学习扎实、对天然药物化学有兴趣的药学相关专业学生在假期开展设计性实验教学。

1 课题设计

1.1 实验课题的选择

设计性实验课题的选择需要考虑多方面要素，包括原料获得的难易、实验仪器是否满足、实验操作的繁简、实验时间的长短、参与人数的多少等，同时还应综合考虑学生的知识基础、已有实验课程的开展情况和教师的科研背景，还要结合生产科研的实际情况和相关的资源优势。

学生在已有的实验课程中已经熟悉了天然药物化学的基本操作，在设计性实验课程中应从更深的层面、更广的角度来开展研究性学习。在已有课程中学生已经认识了蒽醌类、黄酮类及生物碱类化学成分，在设计性实验课程中选择多糖类组分作为研究对象，一方面是基于教师的科研基础，一方面是给学生一定的拓展学习空间。考虑到开展设计性实验教学的时间是在周末双休日假期，每次实验时间为一到两天，“提取”和“鉴定”这两个研究步骤较为适合在这个时间范围内开展实验。结合广西的天然药物资源优势，我们最终确定了3个研究课题，即“柚寄生多糖组分的提取及鉴定研究”、“狗脊多糖组分的提取及鉴定研究”和“杨桃根多糖组分的提取及鉴定研究”，学生两到三个人一组，各自从中选定一个研究课题来进行方案设计。

1.2 实验方案的设计

在已有的实验课程中，教师都会指定原料和试剂的用量，给出详细的实验步骤，学生只需“按方抓药”，按部就班地完成实验，即可获得预期的实验结果，实验过程中出现的问题教师都能及时帮助解决。但是，在设计性实验教学中没有现成的实验步骤供学生参考，实验方案需要学生自行设计。实验方案在一定程度上决定了实验的成败，而制定方案前的首要工作是文献调研，培养学生查阅文献、整理分析所得信息的能力是开展设计性实验教学的重要目的之一。

教师首先讲解如何利用网络搜索工具查阅天然药物化学的专业文献，然后每组学生再就各自选题检索相关文献，教师和学生共同对文献进行分类整理并讨论分析。由于 3个课题均围绕多糖组分的提取展开研究，为此从文献中总结出 3种常用的多糖提取方法，讨论了每种方法的优缺点及可行性，本着节省经费、操作简便、安全无毒的前提，选定了其中一种方法作为提取方法。之后学生继续深入分析文献，完成该方法的实验方案，包括实验路线的整理、实验试剂及仪器的选择、实验步骤的安排等，教师再就各组实验方案的问题与学生讨论，引导学生独立思考并互相交流。在确定原料和试剂的用量以及部分实验细节时，学生之间出现了较大分歧，有的学生主张按照文献设计即可，有的学生认为不能盲目照搬文献，教师建议采用实验设计方法来优选提取工艺。学生检索文献后分析比较了3种实验设计方法即“正交设计法”、“均匀设计法”和“星点设计——响应面法”，确定采用“正交设计法”来优选提取工艺，从而确定原料和试剂的用量，实验的深度和广度也因此得以加强。

各组学生经过数次与教师的讨论与改进均完成了实验方案，内容包括实验题目、目的和要求、仪器试剂、实验步骤、预期结果及参考文献。这种以学生为主、教师为辅的设计性实验教学方式激发了学生主动研究学习的热情，锻炼了学生查阅分析文献的能力，提高了学生的团队协作精神。

2 实验实施

2.1 实验的前期准备

实验的顺利开展需要教师、实验室管理人员和学生的相互配合。教师联系实验室，熟悉实验方案，预想实验可能出现的问题，实验前向学生特别强调安全问题。学生依据实验方案列出所需仪器试剂，提前递交给实验室管理人员。实验室管理人员除提供仪器试剂外，还指导学生正确使用相关仪器。另外，由于正交实验需要分几次完成，各组学生依据各自实验方案制定了实验安排表，提前与教师和实验室管理人员沟通协调，确保实验正常进行。在准备实验的过程中，教师和学生综合考虑问题和沟通协调的能力都得到了提高。

2.2 实验的具体实施

促进学生主动思考，提高他们分析问题、解决问题的能力是开展设计性实验教学的另一重要目的。在具体实验过程中，教师不再讲解实验内容，而是鼓励学生按照各自的实验方案完成实验，对于实验过程中出现的问题教师并不立刻给出建议，而是鼓励学生互相交流、共同研讨解决方案。在实验方案中学生已经详细列清实验步骤，但在进行第一次正交实验时，由于分工不清，个别小组的实验进展缓慢，学生汲取教训、共同讨论后，将实验步骤进一步细化，落实到人，确保了实验有条不紊地进行。学生在已有的实验课程中没有接触过多糖组分，对每一步骤的产物或现象都充满期待，当各组的产物或现象有一定差别时，他们就会产生质疑并引发讨论，例如在进行多糖的鉴定实验时，各组学生相互比较，发现产生的颜色并不一致，经过一番讨论，学生们认为可能由三个原因造成，一是各组获得的多糖产品颜色不一，二是操作者加试剂的量不同，三是多糖产品包含的部分杂质带来的影响，通过这种组间交流的学习方式学生们加深了对多糖鉴定实验的认识。

各组学生利用四个周末假期都基本完成了实验方案，达到了预定目标，取得了预期成果。但在实验过程中出现的一些问题值得重视，一是学生不重视记录实验现象，教师也忽略了强调实验记录的重要性，结果是大部分学生的实验记录本上只有几组简单的实验数据，二是部分学生不能很好地表述实验中遇到的问题，口头表达能力有待加强，三是教师前期准备不够充分，对实验可能出现的问题预计不足，比如由于个别试剂短缺造成实验进度减慢等。这些问题有待在今后的教学实践中逐步解决，设计性实验教学的完善需要教师和学生的共同努力。

2.3 实验的分析总结

讨论分析实验结果是设计性实验教学的又一重要环节，学生由此对整个实验过程进行反思，可以锻炼分析问题的能力，培养严谨的科研思维和实事求是的工作态度。要求学生通过书面报告和口头表述两种方式对实验进行分析总结。首先各组学生均要完成一份实验报告并将其制作成幻灯片，实验报告内容除必需的部分如实验目的、实验要求、实验步骤、实验现象、实验结果外，还应包括实验讨论和实验心得部分；然后师生一起总结交流，各组学生代表先在讲台上展示本组的实验报告，不足之处由同组学生补充，其他各组学生则提出问题并共同讨论，现场气氛十分热烈，部分学生的疑问得到了解决，学生的表达能力也得到了锻炼；最后教师对各组的实验情况再进行总结点评，表扬了整体表现较好的实验小组，对于实验教学中出现的不良现象也给予了批评。

3 教学效果

天然药物化学设计性实验教学不以实验结果为导向，而注重实验前期准备和实验过程，学生和教师在这次教学活动中都有很大收获。学生由被动学习转为主动学习，由简单的实验操作者变为实验设计者，积极主动地完成了实验教学的每一个环节，主观能动性得到很大发挥，各方面能力都得到锻炼和提高；教师也不再按照已有的教案进行备课，而是结合自身科研背景提出课题，查阅分析大量文献作好知识储备，与学生讨论分析实验方案；在这种交互式的教学活动中，不仅是教师引导帮助学生，学生的一些新思维、新想法也给教师的教学注入了新的活力，教师对整个教学活动的创设、掌控能力以及对学生的引导能力均有明显提高。

设计性实验教学是开展素质教育和培养学生创新精神的重要方法[3]，这种教学方式在一定程度上弥补了现有实验教学课程的不足。大学生素质教育中创新能力和实践能力的培养是两项重要内容，培养创新能力是知识经济发展的必然要求，而实践能力是创新的基础。如何在有限的实验课学时内为学生提供综合性、创造性、设计性较强的教学情境从而提高学生的素质，这是每个实验课教师都应当思考和解决的问题。本次设计性实验教学基本达到了预期目标，学生通过对特定实验课题进行讨论、思考、操作与分析，获得了有益的收获与教益，顺应了培养大学生创新能力和实践能力的要求。在今后的实验教学中，将继续进行改革创新，探索更多的设计性实验课题，在不同专业、不同班级和不同类群的学生中开展设计性实验教学，综合评估教学效果，不断调整教学方案，供日后广泛开展设计性实验教学之用。

[1] 吴立军.天然药物化学[M].北京:人民卫生出版社,2011.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高等学校本科教学工作水平评估方案(试行) [S].2002.

[3] 余瑾,张艺,杨劲.八年制细胞生物学设计性实验教学实践[J].基础医学教育,2012,14(1):41-42.