综合创造性实验在天然药物化学教学中的探索和应用

李海霞 张红岭 潘成学 刘 伟

郑州大学药学院，河南郑州 450002

天然药物化学是运用现代科学理论和技术，研究天然药物中的化学成分（主要是有效成分）的一门学科，主要包括有效成分的结构特征，理化性质，提取分离、精制的方法及结构鉴定、修饰的内容。其是一门综合性学科，综合了无机化学、有机化学、分析化学、药用植物学、生药学及波谱解析等多门课程的知识，开设于这些先导课程之后；同时，还是一门实践性非常强的学科，要求学生有着较强的实验能力。本课程通过系统的理论学习，使学生具有初步从事天然药物研究、开发、生产和质控的知识，并通过具体的实验操作，提高学生观察分析、解决问题的能力，培养学生严谨的科学态度和良好的科研作风。因此，对于高等院校药学类专业的学生，天然药物化学是一门重要的必修专业课。本文针对天然药物化学学科所具有的特点，从理论教学与实践教学相结合的角度，设计综合创造性实验，以培养学生学习兴趣，探索创新型人才培养模式，提高我国药学人才的国际竞争力。具体实施方法报道如下。

1 设计适合的实验内容

1.1 激发学生主观能动性

三黄片由大黄300g、盐酸小檗碱5g、黄芩浸膏21g（相当于黄芩苷15g）制成，2000年收载于国家药典一部，是一种常用中成药，具有清热解毒、泻火通便之功效。由于其属国家非处方药，且适应证广，可用于三焦热盛，目赤肿痛，口鼻生疮，咽喉肿痛，牙龈出血，心烦口渴，尿赤便秘，急性胃肠炎，痢疾等，已成为老百姓家庭常备药[1]。因此联系实际生活，选取三黄片这个由天然药物制成的中成药，引起学生极大兴趣，积极参与，激发他们的主观能动性。

1.2 强调学科关联性和综合性

与天然药物化学紧密联系的学科已从传统的药用植物学、生药学及药物分析等扩大至更多学科，如药剂学、药理学、科技文献信息学及中医中药学等[2-3]。强调天然药物化学、药用植物学、生药学、药剂学、药物分析学、中医中药学、药理学等课程的联系，打破旧模式，在课堂理论教学讲授相关知识的基础上，以实验教学体系内开设新颖的综合性实验为依托，将部分专业教学打通，使之融为一体。尝试通过三黄片综合性实验，使学生经历天然药物从源头植物到合格药品的全过程，将文献检索、药用植物学、生药学、天然药物化学、药剂学、药物分析等实现无缝衔接，以点带面地加深学生对天然药物的系统认识，实现在指导性教学计划上教学模式的创新性拓展。拟开展的项目包括：（1）文献检索三黄片处方组成、含有盐酸小檗碱的药用植物及大黄、黄柏、黄芩药材的提取方法；（2）大黄、黄柏、黄芩的药材来源及药用植物学特征复习回顾；（3）大黄、黄柏、黄芩的生药学鉴定，包括性状及理化鉴别；（4）根据三味药材所含有效成分的理化性质，设计提取工艺，（5）提取大黄部分药材、黄芩浸膏及盐酸小檗碱，（6）药剂学实验课，制备三黄片，（7）药物分析学实验课，分析三黄片质量。

2 理论教学引导和配合

在天然药物化学的课堂理论教学中，如何将多种教学方法结合，提高学生自主学习能力，提升综合素质，而不是让学生觉得天然药物化学仅仅是一个个枯燥无味分离过程的排列和一堆复杂化学结构式的堆砌[4]，是教学重点之一。常见的教学方法有基于问题的学习（problem-based learning，PBL）教学法[5]、实例教学法、互动式教学法及多媒体教学法等。PBL教学法，是将知识的学习置于相应的问题之中，然后让学生通过对问题的解决，从而领悟到问题之中所隐藏的知识。实例（case）教学法，是根据教学目标和内容的需要，采用相关实例组织教学知识点，在课堂上的讲授，有助于加深学生对教学内容的掌握。互动式教学法，是教与学双方交流、沟通、探讨，在彼此平等、彼此倾听、彼此接纳的基础上，通过理性说服甚至辩论，达到不同观点碰撞交融，使学生学到、学会、学好教师传授的知识，同时通过学生的信息反馈，使教师对知识的理解进一步深化[6]。多媒体演示作为一种高校常见的教学方法，在天然药物化学中已有越来越多的应用[7]。本文结合三黄片实例，尝试在理论教学中综合应用上述几种教学方法，最大程度的利用有限的课堂教学时间，不仅为实验操作实践做铺垫，而且有效提高教学质量。

具体来讲，学习蒽醌时，采用实例教学法，讲授含蒽醌天然药物实例——大黄的相关内容：大黄中抗菌有效成分为蒽醌类化合物大黄酸、大黄酚、大黄素等，泻下的主要有效成分为二蒽酮类衍生物番泻苷A、B、C、D等。其泻下作用强弱顺序是二蒽酮类的番泻苷类>蒽醌苷>游离蒽醌，是因游离蒽醌经消化道氧化，作用减弱，而结合型苷具有保护作用，到达肠，代谢为大黄酸蒽酮，刺激大肠，增强蠕动而起泻下作用。这样的活性机制也决定了其临床适用于热积便秘、热毒雍盛。虚证不仅无效反而引起便秘加重。药理实验表明，将多次放血使之疲劳的动物模型视为虚证，给予大黄煎剂，使胃内容物长期停滞，向肠道移行延迟，从而证实了临床实践。因此，大黄制剂不利于长时间加热煎煮，如大黄直火回流1h，泻下作用大大降低，回流加热3h，泻下作用几乎消失，与医籍记载“风气味俱厚之药，皆忌久煎，而以大黄尤甚”的说法相符。因此大黄泻下宜生用。可见通过大黄实例讲解，涉及蒽醌、二蒽酮类衍生物、蒽酮的结构及生物活性等知识点，及药理学、中医中药学等相关学科。学习黄酮和生物碱时，采用PBL教学法和互动式教学法，先提前预留思考题：黄芩抗菌抗病毒的有效成分是什么？黄芩在贮存过程中为什么会变绿？游离型小檗碱及其含氧酸盐、不含氧酸盐水溶性大小的比较？如何除去富含黏液质药材（如黄柏）中的黏液质？柱层析分离小檗碱时可选择何种吸附剂，为什么？然后，在课堂上互动教学，让学生积极参与讨论，没有旁观者，只有参与者。学生一方面从教师的引导中增进对一些问题的认识并提高解决问题的能力，比如黄芩药材提取时要注意破坏共存酶的活性，黄柏提取小檗碱时可加入石灰水浸泡除去黏液质等；另一方面也从同学之间的交流、讨论中提高对问题的洞察力，比如小檗碱碱性化合物，最好选择氧化铝柱层析等。另外，多媒体教学法贯穿始终，尤其是在相关章节给出大黄、黄柏、黄芩来源药用植物、药材的图片及各自的鉴别特征。

3 实验操作的实践

对大黄、黄柏、黄芩生药进行性状及理化鉴别后，依据大黄、黄芩及黄柏中所含有效成分的性质，选择不同的提取方法对其进行提取，并用纸层析检识黄芩苷，柱层析纯化盐酸小檗碱。然后按照处方取从黄柏中提取的盐酸小檗碱0.5g，预先测定黄芩苷含量的黄芩浸膏2.1g左右（浸膏量视黄芩苷含量而定，相当于含黄芩苷1.5g），大黄细粉15g，加入相应的片剂辅料制成100片。按照药典对成品三黄片进行质量检测，包括性状、鉴别、检查、片剂制剂通则中有关的各项规定（如重量差异、崩解时限等）、检查大黄素和大黄酚的RP-HPLC含量测定。其中鉴别包括大黄粉末的显微鉴别，盐酸小檗碱、黄芩苷、大黄对照药材的薄层层析鉴别；RP-HPLC含量测定为演示教学，大黄素和大黄酚的标准曲线教师提前制好，在实验课上测定各组同学所制样品，根据标准曲线，计算各自三黄片所含有效成分含量，核对药典，确定是否合格品。

在全部实验过程中，除了鼓励学生及时发现和改进实验中出现的问题外，只引导学生考虑三黄片的泻下功效，提示大黄药材需要部分粉碎成粗粉使用，让学生自行设计提取分离步骤，具有相当的创造性。而且，只要原理符合，质量检验合格，无论选择何种方法和溶剂，均为可行的实验步骤。学生设计的实验步骤可为任意合理步骤的组合，例如：大黄学生有使用30%乙醇，有使用95%乙醇提取的；黄芩学生有使用水提取、加酸沉淀析出，有使用乙醇回流提取黄芩苷的；黄柏学生有使用氧化铝柱层析，有使用离子交换柱层析纯化盐酸小檗碱的。通过本试验学生掌握了天然药物化学实验的基本操作和技能：有效成分常用的提取、分离、精制、检识等基本操作，薄层层析、纸层析、柱层析三大基本色谱的操作方法及其在药材提取分离中的具体应用，加深了对课堂所学天然药物化学基本理论知识的理解，培养了良好的实验室工作作风和习惯。

4 讨论

天然药物不论是历史还是现在都为人类的健康发展做出了重要贡献[8]；而且，近年来，随着科技的不断进步，开发天然药物，已成为新药研发的热点[9]。科研在不断探索中进步，科研教学同样也需要探索精神[10]。天然药物化学作为一个不断发展的学科，我们需要在实践中不断求知求索，完善教学中的不足之处，提高学生的学生兴趣[11-13]。同时天然药物化学作为一门实验性很强的学科，必须要求注重实验教学，利用实验中遇到的各种问题，并给予解决，才能进一步巩固所学的知识，使学生能够良好的吸收抽象的理论知识并达到事半功倍的效果。

学好天然药物化学，对于控制天然药物及其制剂质量、探索天然药物治病的原理、降低原药材的毒性并提高疗效、扩大天然药物的资源、对新化合物进行结构修饰或改造以开发新药都非常重要[8]。三黄片综合创造性实验，从学生感兴趣的日常生活出发，理论联系实际，激发了教学双方的主动性，理论教学上,在PBL教学方法中，学生通过问题解决问题，在问题中寻找隐藏的知识；在实例教学法中，加强和巩固学生的基础知识，加深学生对教学内容的掌握；在互动式教学法中，通过大家的交流与探讨，激发交流双方对问题的探索；在多媒体演示教学方法中，增强学生对实验方法的了解和各种药物外观的掌握。实验教学上，使学生对相关学科，如药用植物学、生药学、天然药物化学、药物制剂、药物分析等，知识的融汇贯通有了初步了解。同时，通过自主设计提取步骤，对实验中出现的问题或现象给出相应的讨论或解释，或对比其他组不同试验方案，总结心得体会，拓展了学生的创造性思维，最大限度锻炼和培养学生从事天然药物研究、开发、生产和质控的综合职业素养，总之，经过探索与实践，通过兴趣引导学生对学科产生兴趣[14-16]，理论和实验教学并重，我们不仅会提高教学水平和教学质量，还可将天然药化的教学提到一个更高层次。

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