天然药物化学本科实验教学改革

张 丹

四川大学华西药学院 (成都 610041)

天然药物化学是药学专业一门重要的二级学科，其以来源于自然界的天然药物为研究对象，通过应用现代科学技术和方法，研究其中的活性成分进而发现并创制新药[1]。作为本门学科的主要研究对象，天然药物中的活性成分根据结构类型主要分为八大类，分别为糖类、苯丙素类、黄酮类、醌类、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类和生物碱类。本学科研究内容包括每种结构类型天然药物的结构分类、生源途径、理化性质、提取分离、检识和结构鉴定以及生物活性。作为一门强调实践性的学科，实验教学在天然药物化学专业教学中占据着重要地位。如图1所示，每学年秋季学期，学院为药学专业三年级本科生开设64学时专业基础课天然药物化学。为配合理论授课，同期开设48学时天然药学化学实验课程，其主要针对理论教学中涉及的天然产物的理化性质、提取分离、检识与结构鉴定三部分内容设计实验，目的是使学生了解本学科开展科学研究的基本方法。然而现行实验教学方案已实行十余年，存在一些不合理之处。例如，学时数偏少，实验内容较单一，实验进度与理论授课进度脱节，并且配套的实验教材《现代药学实验教程》[2]也存在内容陈旧的问题，这与天然药物化学整体研究内容的发展不相符合，这些问题制约了专业人才实践能力的培养。2018年初，依据药学专业认证要求[3]并结合专业实验教学的教改方向，学院针对天然药物化学实验课程的教学方案进行了大幅调整，对新的教学方案在学时数、教学内容、实验教材和课程设置等方面进行了积极的教改探索。

图1 四川大学华西药学院天然药物化学理论与实验教学内容

1 天然药物化学本科实验内容修订

华西药学院天然药物化学专业依托靶向药物与释药系统教育部重点实验室、天然药物学四川省重点实验室、四川省植物来源药物工程实验室以及四川省小分子药物精准化工程技术研究中心等科研平台开展天然药物资源利用、活性成分和化学全合成等研究工作。目前已形成了糖化学和生物碱化学两个主要特色研究方向，尤其在二萜生物碱的植物化学、单萜吲哚生物碱、二萜生物碱和寡糖的合成化学方面有深厚的积累。结合专业研究特色，学院对原48学时的天然药物化学本科实验内容进行了调整，在现有“中药汉防己中汉防己甲素、乙素的提取、分离和鉴定实验(生物碱类成分)”和“中药槐米中芦丁的提取、分离和鉴定实验(黄酮类成分)”的基础上增加了糖类化学成分的实验内容——“中药葛根淀粉多糖的提取、分离和鉴定实验”。针对糖和苷类这样的强水溶性成分设计本科实验，在国内药学专业中尚属首次。此外，由于苯丙素、醌类与黄酮类同属碳环芳香类成分，其基本研究规律是一致的。所以针对理论课涉及的八种类型化学成分，学院以三个本科实验(60学时)进行覆盖，使学生能够对强水溶性成分、酸性成分和碱性成分的提取分离方法进行实践，笔者认为这样的训练较为全面和扎实。

图2 60学时天然药物化学本科实验教学内容设计

该实验课程使用的教材为学院2008年主编的《现代药学实验教程》。该教材汇编了药学本科专业9门专业实验课程的实验内容，自出版以来在本科实验课程中使用已达10年之久。随着药学学科的快速发展，该教材的实验内容已较为陈旧，需要进行及时更新。为满足人才培养需要，2018年学院组织全院师资力量对《现代药学实验教程》进行全面修订。本系参与了新版教材《新编药学实验教程》(上下册)[4]中“天然药物化学实验”部分的编写。如表1所示，对应理论课教材，以天然药物成分的结构类型为主线，尽可能选取该类别中代表性的案例设计实验。其中，本科实验中新增的糖类成分实验“中药葛根淀粉多糖的提取、水解及单糖鉴定”首次被编入本科实验教材中。这样，除苯丙素类成分外，其余七种天然成分的结构类型都设置了较为经典的实验，适合本科实验教学的需求。国内其他药学院校可依据专业实验学时安排从教材中选取实验，设计满足各自专业特色和人才培养需要的天然药化专业实验教学方案。

表1 《新编药学实验教程》(上下册)中天然药物化学实验内容

2 同步理论课与实验课进度

除实验内容不够饱满外，此前天然药物化学实验课程的教学方案还存在实验内容和理论授课进度脱节的问题。例如，实验课第一个实验“中药汉防己中汉防己甲素、乙素的提取、分离和鉴定实验”被安排于第六周开始，但实验对象生物碱类成分的理论授课在十三至十六周，这就造成该实验开展时学生还没有接触到相关理论知识，存在理论授课与实践训练倒错的弊端；第二个实验“中药槐米中芦丁的提取、分离和鉴定实验”围绕黄酮类成分开展，然而第九周进行该实验时黄酮类理论授课已结束一段时间，理论与实践脱节。针对这些问题，教师可为新修订的实验内容重新调整实验进度。如表2所示，新的实验进度表共安排10次实验，每次6学时总计60学时，基本保证实验与理论授课进度同步，这有利于学生充分理解课堂专业知识的实践应用。

表2 修订后的实验进度表

3 实施全过程评价实验考核方案

本实验课程采用全过程评价的考核方案，实验成绩(100分)由实验报告(40分)、实验表现(40分)、和期末考核(20分)三部分组成。

其中，实验报告要求学生以原始记录为基础，训练其使用科学语言准确表述实验的目的、原理、实验操作、实验装置、实验现象和结果等能力，并针对实验中出现的问题加以思考和讨论，提出可能的改进方法。这部分考核主要侧重于评价学生对实验内容中涉及的实验原理的理解。基于课程中的三次实验内容，学院要求学生完成三次正式实验报告，并由带教教师逐一批改后给出实验报告成绩。该分数占总评成绩的40%。

实验表现的评价主要考查学生在具体实验中的实验操作、科学作风、原始记录，产品质量等。同等表现下，评价向又快又好的学生倾斜。实验操作、原始记录、科学作风等部分的评价采取扣分的方式，由实验带教教师在实验过程中进行评分。对于学生出现的违规操作等问题，带教教师可拍照保存，扣除相应的操作分数。三次实验的终产品将根据总收率和产品质量，由带教教师进行评价。实验表现的分数占总评成绩的40%。

此外，结合四川大学近年来推行的考核方式改革[5]，学院计划在本课程考核方案中增加20分的“非标准答案考核”，作为专业实验课程非标考核的教学改革探索。将以考核能力为目标，在课程最后一周安排一次期末考核。结合本专业实验课程的教学内容，学院设计了一系列灵活多样的考核题目，由学生随机抽取，要求在规定时间内，自行设计实验方案，完成题目规定的考核内容。例如，在规定时间内，选择显色条件和展开体系，实现两种未知混合物在硅胶薄层层析板上的分离；在规定时间内，选择显色条件并设计洗脱液体系，实现两种混合物的柱层析分离；在规定时间内，针对未知化学成分，通过理化鉴定判定化合物的结构类型等等。这些考核内容更贴近实际研究工作场景，并以解决问题为导向，其往往没有标准答案，却能切实地评价学生独立思考、解决问题的能力，相比传统的仅仅基于实验报告的评价体系更为科学合理。鉴于此前笔者探索的非标答案考核主要集中在自然科学类通识教育领域[6]，在药学专业课程和实验课程中采用非标答案考核的尝试还比较少，希望这些积极尝试能激发国内同行共同探索更加合理有效的专业课程评价模式。

4 增设本科选修课程高等天然药物化学实验

随着学科的逐渐发展演变，天然药物化学的研究内容已由早期天然成分的提取、分离和结构鉴定等逐步演化为在生物活性指导下的天然成分的提取分离、结构测定、半合成、全合成、作用机制、生物合成等[7]。经过多年的建设，华西药学院天然药物化学专业研究方向已逐渐发展到了天然药物(中药)活性成分研究和重要生理活性天然产物的全合成研究领域。特别在合成领域，其围绕糖类、单萜吲哚生物碱及二萜生物碱的研究集中了主要的研究骨干，开展了较为系统的研究工作。为提升实验教学水平、满足宽口径的人才培养需求，结合本系现有研究方向需要，本系除每学年秋季为药学专业三年级本科生开设专业基础实验课程天然药物化学实验外，还计划在春季学期为四年级本科生新增一门72学时的高等天然药化实验作为专业实验选修课。该课程以小班化自主探索为特色，实验教学方案由本专业带教教师紧密结合自身研究方向、依托科研项目来制定[8]，通过几种代表性天然物质的提取、分离和理化鉴定以及若干天然成分的结构衍生或多步化学合成实验，使学生了解从天然产物中开发新药的基本程序和技术手段，拓展其研究视野，培养创新意识。与天然药物化学实验侧重点不同，高等天然药物化学实验课程更强调实验内容的综合性、设计性和探究性[9]。对于有志于天然产物合成方向深造的本科生，该课程的训练将为其未来的研究工作打下坚实的基础。

致谢：感谢王锋鹏教授在本文撰写过程中给予的指导和建议。