“五位一体”教学法在《天然药物化学》课程中的应用——以黄酮类化合物为例

王占一 王洪凯 张立华 王 飞 王京龙 向 兰

（1.枣庄学院食品科学与制药工程学院，山东 枣庄 277160；2.山东大学药学院，山东 济南 250100）

《天然药物化学》是药学相关学科学生必须掌握的一门专业课程，是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分，在分子水平上研究天然药物的药效物质基础及防治疾病规律的一门综合性学科。为了使学生能够扎实地掌握本课程的基本知识和实践技能，教师必须适时转变传统的教学观念和教学模式，以适应新时代地方性高校培养高素质、应用型人才的客观需要。本文作者引入“五位一体”教学法，从教材知识文字理解、教师语言文字讲解、微课及慕课强化教学、虚拟仿真软件模拟、梯度实验教学5个教学过程展开教学活动，为《天然药物化学》课程的教学改革提供新方法，以求解决现实存在的客观问题[1]。

黄酮类化合物泛指两个具有酚羟基的苯环（A环与B环）通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物，即由C6-C3-C6单位组成的化合物。黄酮类化合物的结构特征、物理化学性质、提取分离方法、结构鉴定方法以及生物活性是其研究的重点内容。各高校药学类专业所选用的《天然药物化学》教材，均将黄酮类化合物作为重点讲解的章节。本文作者以此为例，进行“五位一体”教学法的应用探讨，具有典型意义。旨在以点带面，更好地体现和诠释“五位一体”教学法在《天然药物化学》课程中的设计和应用。

一、传统教学模式存在的客观问题

《天然药物化学》课程就其本身而言，其特点是内容复杂抽象，各章节无显著连贯性，各类化学成分结构特点、物理化学性质、提取分离方法及结构解析等知识点需要学生理解和记忆，内容繁多、晦涩难懂，是一门学生普遍反映较难理解和掌握的课程[2]。授课过程中，多数教师教法单一，教学内容更新速度慢，使学生不能与现代科学接轨，掌握目前最先进的科学知识与技术方法，给学生的学习带来很大的压力，极大抑制了学生学习的积极性[3]。此外，在《天然药物化学》课程教学过程中，多数教学单位只安排理论课程的讲授，不注重实践教学，没有在每一章理论课学习后及时安排与之相对应的实验课，让学生可以通过实践操作及时巩固和复习相关知识内容。而多数情况下，是把大部分课程集中讲完后再安排实验教学。这种传统的教学模式，看似理论与实践相结合，但是连续性差，间歇式结合教学模式产生的教学效果并不理想[2]。这种理论与实验实践分段式的教学方式往往使得理论教学内容比较抽象，而实践教学中，学生又不知所云。实践教学是培养学生创新精神与实践能力的重要途径，是与理论教学相辅相成的。随着当今社会经济与科技的飞速发展，创新能力与实践能力已成为当代社会发展的强大推动力和广泛的社会需求。传统的教学模式恰恰在这方面是短板，因此必须从现代人才培养目标出发，对《天然药物化学》课程进行重新定位，改革传统的教学模式，积极探索新方案与新措施。

二、“五位一体”教学法的构建和应用

1.教材知识文字理解

本课程选用国家卫生和计划生育委员会“十三五”规划教材，全国高等医药教材建设研究会“十三五”规划教材《天然药物化学》（第7版）（主编：裴月湖、娄红祥，人民卫生出版社，2016年2月出版，书号：ISBN 978-7-117-22023-1）[4]。黄酮类化合物是本教材的第5章，教材关于黄酮类化合物教学内容设置为5节：第一节，黄酮类化合物的结构类型；第二节，黄酮类化合物的理化性质及显色反应；第三节，黄酮类化合物的提取与分离；第四节，黄酮类化合物的检识与结构鉴定；第五节，黄酮类化合物的生物活性。就《天然药物化学》这门课程而言，黄酮类化合物这一章属于重点章节，在各类考试及在实际生产工作中，这一章节所学内容具有举足轻重的作用。因此，授课教师必须安排学生进行课前预习，初步了解黄酮类化合物的定义、结构类型和主要代表物。黄酮类化合物的理化性质、显色反应，这两节内容相对简单，安排学生提前完成自学。后面三节内容重点突出实践价值，安排学生提前查阅相关文献资料并归纳总结，这对激发学生的求学欲望，提高课堂学习效率有很大的帮助。

2.教师语言文字讲解

《天然药物化学》课程内容多，知识面广、深，既要重基础又要重实践，学生学起来有一定的难度，容易产生抵触情绪，这就要求授课教师在讲解基本理论知识的同时，应该注意讲授技巧，最大限度地激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性[5]。这时候就要发挥教师语言文字讲解的作用，教师组织教学语言，通过具体的事例、科学的数据等使学生对学习内容产生浓厚的兴趣，使本来枯燥的天然药物化学知识变得具有吸引力。例如，鲁南沂蒙山区是有名从长寿之乡，老年人很少得心脑血管疾病，新闻媒体及科研机构知道此事后，纷纷前来咨询当地老乡。原来，鲁南山区，刺槐植物资源极其丰富，老乡们在本地土生土长几十年，每到春天采集大量槐米（槐花）作为食物，或者晾干后泡茶一年四季皆饮。这时，教师趁机提出问题：“为什么老人食用大量槐米会不得心脑血管疾病，健康长寿呢，槐米中的功效成分是什么？”学生会陷入深深的思考，教师告诉学生，天然药物的有效成分就是天然药物化学研究的内容之一，槐米中能够治疗心脑血管疾病的功效成分是芦丁、槲皮素等黄酮类化合物，这部分内容恰好在本章讲授。这样的教学事例很多，只要授课教师平时多查阅相关资料，会有大量的授课题材。教师授课时，还要适当增加课堂提问、课间交流，真正了解学生具体情况后有的放矢地展开教学，改变学生被动听课的局面，创造学生主动参与的气氛，从而提高教学效果。

3.微课及慕课强化教学

微课是指运用现代信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化教学资源。近年来，微课教学已经广泛应用于药学类课程中，尤其对于应用型技术人才的培养，体现出独特的优势。《天然药物化学》课程引入微课教学，将每一部分知识点制作成8～10分钟的教学视频（课程片段），还包括素材课件、教学反思、练习测试及学生反馈、教学点评等辅助性的教学资源。教学视频是微课教学的核心组成部分，每个小视频教学内容相对较少，相对于较宽泛的传统课题，“微课”的问题聚集，主题突出，学生可以灵活方便地从课程教学平台上下载并保存于终端设备（如笔记本电脑、手机、MP4等）上实现移动学习，为学生营造一个真实的“微教学资源环境”，大大方便了学生学习，提高了学习的主动性[6]。慕课（MOOC），即大规模开放在线课程，是“互联网+教育”的产物，是近几年涌现出来的一种在线课程开发模式。在国内，慕课受到了很大关注，而其学习者主要分布在一线城市或教育发达城市。目前，我国上线慕课数量已超过5000门，学习人数突破7000万人次，慕课总量、参与开课学校数量、学习人数均处于世界领先地位，我国已经成为世界慕课大国。例如：中国药科大学在国内开展的《天然药物化学》网络公开课程，是在长江学者特聘教授孔令义教授带领下完成的，该课程依托“爱课程”网站开发和使用，学习者可以注册并参与学习，课程设有在线教学大纲、教学日志、考核方式及学习指南，学生可以通过网络在线听课、做习题并通过考核，取得学习证明。微课及慕课强化教学模式对于培养地方性、高素质、应用型人才是一种理想的教学手段，不仅为教师和学生提供重要教育资源，也是构成地方性大学教育教学模式改革的基础[7]。

4.虚拟仿真软件模拟

随着信息化技术发展，虚拟仿真教学软件逐步应用在教育领域中，形成一种新的教学模式，目前已经成为地方高校教育模式走向高端的重要突破口和有效手段。在药学类专业课程教学中，让学生具有扎实的理论基础、较高的专业技能水平和实践应用能力，成为应用型人才，是教学工作的重点。为了更加突出学生的主体地位，引导学生自主学习，《天然药物化学》在实验课程前，引入虚拟仿真软件教学模式，作为实践教学的一个环节。虚拟仿真实验技术是虚拟现实技术中的一类，用计算机软件模拟实验过程，将原料、仪器设备、试剂等实验室元素进行三维虚拟化，操作者可以身临其境的操作虚拟仪器和实验器具完成实验操作。在模拟实验时，可以采取师生互动形式，教师对各种仪器设备的型号、操作规程和注意事项，原材料的预处理，试剂的配制等可以全面透彻的讲解。例如，葡聚糖凝胶柱色谱分离黄酮类化合物的操作环节，学生既可以直观了解葡聚糖凝胶的结构及“反筛”的工作原理，掌握葡聚糖凝胶原材料的处理方法、上样技术、洗脱技术、结果判定等，促进学生深入掌握该技术的基本理论和操作技能，提升教学效果。虚拟仿真软件模拟是天然药物化学实验技能培养的有效组成部分，其不再受客观条件限制，充分发挥学生的主观能动性，自由设定实验条件，探索可能的实验结果，弥补理论教学的不足，为实验教学提供技术支持[8]。通过虚拟仿真实验操作，学生对实验流程的感性认知能力、操控能力大大提高，还可以对学生进行合理分组，多人配合完成复杂的实验过程，培养了学生的团队合作精神。

5.梯度实验教学

实验教学是《天然药物化学》课程的重要组成部分，其学时约占总学时的一半。天然药物化学实验教学旨在培养学生基本操作技能、分析问题及解决问题的能力，因而如何在有限学时中，让学生的实验技能和素质得到更大的训练，将是每个教师首先要思考的问题。本课程建立“验证-综合-设计”梯度实验教学模式，即以循序渐进的形式从基本操作技能训练开始到综合知识运用和自主设计实验，完成整个实验教学过程，通过实验项目、内容和方法的更新，建立梯度实验教学模式[9]。初阶——验证实验部分以基本技能训练为主，通过实验要求学生掌握酸碱溶剂提取、有机溶剂回流提取、煎煮法提取、水蒸气蒸馏法提取、两相溶剂法提取、酸水解、酶水解、重结晶、减压浓缩、减压抽滤、硅胶板的制备及应用、常压柱色谱的制备与应用、纸色谱、天然活性成分理化检识等常规实验手段和技术。黄酮类化合物这一章可以安排如“槐米中芦丁的提取、分离和检识”、“陈皮中橙皮苷的提取、分离和检识”等经典验证性实验完成基本实验技能的学习。中阶——综合性实验部分以提高学生对实验技术的综合应用技能为主，追踪溯源，综合应用，充分体现天然药物化学实验的综合性。例如安排“黄芩的 GAP 模拟种植、中药材饮片的鉴定、药材中黄芩苷的提取、纯化及结构鉴定综合大实验”、“水飞蓟的 GAP 模拟种植、中药材饮片鉴定、药材中水飞蓟素的提取、纯化及结构鉴定综合大实验”等常见实验完成综合性大实验的实践过程，培养学生的综合分析、知识的综合运用能力及团队合作精神。高阶——设计性实验部分以提高学生的科研创新能力为主，在教学过程中，可以将高年级学年论文的撰写、大学生科技创新平台项目、国家级及校级大学生SRT项目和授课教师的科研项目有机的融合到实验中去[10]。这部分实验项目要优先选择地方性代表植物资源为原料，采用以学生为主体，教师加以启发指导的开放式实验教学模式[11]。学生可以根据自己的兴趣，以及掌握的基础理论知识及实验操作技能，自选实验项目，提出申请，经批准同意后可根据自己的第二课堂时间，在实验老师指导下进行实验。学生实验部分的期末总评成绩采用平时成绩（占60%） 和实验报告成绩（占40%） 的相结合的方式，平时成绩主要体现在预习报告、动手能力、实验态度以及分析解决问题能力等；实验报告成绩不仅仅要看实验结果，更要着重看对实验结果的分析和对出现问题的解决方案，即总成绩注重实验过程，而非实验结果，有些评分项目如实验方案设计、研究性报告等让学生积极参与评价，促使学生向知识复合型和能力多样性方向发展[12]。

三、讨论

《天然药物化学》课程在药学类专业教育体系中具有十分重要的地位，如何紧跟新时代高等教育改革的步伐，顺应新时代对应用型人才培养方案的要求，丰富课程理论和实践教学内容，是本课程教学改革的重点。对于黄酮类化合物这一章节，执教者采用“五位一体”教学法，从教材知识文字理解、教师语言文字讲解、微课及慕课强化教学、虚拟仿真软件模拟、梯度实验教学5个教学过程探讨全新教学模式，大大提升了教学质量。

“五位一体”教学法环环相扣、五指紧握、攥成拳头、形成合力。这种新的教学模式对授课教师提出了更高的要求，而教师教学能力的提高也是一个系统的工程，需要地方高校高度重视、积极应对。只有搭乘教学质量这艘船，地方高校才能在应用型高校转型建设中脱颖而出，教学质量的提高必须充分重视青年教师这一中坚力量，不断提升教学综合素质特别是实践教学能力和新教学模式适应能力[13]。近三年，针对本校制药工程专业学生，在《天然药物化学》课程教学过程中，采用“五位一体”全新教学模式开展教学活动，以培养地方性、高水平、应用型人才为导向推进课程改革。事实证明该教学法的实施，转变了施教者的传统教学观念，提高了青年教师的教学水平，培养了学生自主学习和科研创新能力，为地方经济和社会发展培养更多、更好的天然药物化学领域应用型技术人才。