天然药物化学课程教学改革初探

李 莉

杭州师范大学材料与化学化工学院 (杭州 311121)

天然药物化学是本校制药工程专业本科生的专业选修课程，是理论与实践结合紧密的一门课程，课程体系中注重各类天然药物化学成分的结构类型、理化性质和提取分离方法，主要类型化学成分的结构测定和生物合成途径等[1-2]。课程教学目标要求学生掌握理论知识，对天然药物的提取分离技能也有一定的要求。通过这门课程的学习，学生可以为将来的毕业设计打下良好基础，为将来从业做一些知识储备。这门课程涉及的知识不仅仅局限于化学范畴，在生物、医药、食品等众多领域都有极强的实际应用背景，在与化学化工相关的许多专业中都占有重要地位。

由于该课程内容庞杂，分子结构式多，课堂讲授如果采用传统教学法，学生易产生恐惧心理，觉得课程难学，分子式难记，产生畏难情绪，导致课堂教学效果欠佳。另外，如果学生知识储备不足，对一些知识点理解不透，会逐渐缺失学习兴趣。天然药物化学涉及有机化学、分析化学、生物化学、波谱解析、中药学、药用植物学等课程的内容，学生普遍反映难度较大，不容易学好。如何讲好该门课，以更好地调动学生的学习主动性和积极性，一直是笔者探索的问题。

1 PBL教学法

基于问题的学习(problem-based learning，PBL)是一种问题式学习教学法，是由美国神经病学教授Howard Barrows创立的一种能发挥学生学习的主观能动性和自学能力的学习方法[3]，这一教学法以问题为基础,倡导学生通过自学、研究、讨论和合作解决问题。该方法可以培养学生自主学习能力，发展学生的综合思考能力，是一种新型的教学方法和教学理念[4]。其在加拿大麦克玛斯特大学首先试行。带着问题去上课，有助于学生了解这节课要掌握的知识点，课前让学生自主准备好与各章知识点相关的思考题，教师也可以根据教学内容提出问题，有目的地引导学生去独立思考，由学生查阅资料，在讲课的过程中让学生相互之间提问，分组讨论，得到最佳答案。课堂上教师再补充一些涉及重要知识点的问题，让学生学习相关知识后再解决。如讲述生物碱时，笔者向学生提出以下几个问题：“从‘生物碱’这三个字大家可以联想到什么”“生物碱的结构有什么特点”“日常生活中大家有没有看到与生物碱类物质有关的例子？请举例说明。”根据生物碱的碱性向学生提问“如何判断各种生物碱的碱性强弱？”还可以把分析化学中关于酸碱性的知识点结合生物碱的碱性启发学生思考。在讲到生物碱物质的分离时，提问“根据生物碱的碱性，用什么手段能把生物碱进行粗分？”在讲述某一类物质的结构解析时，笔者提问“大家觉得这一类物质的结构解析采取什么手段能更快更准确地解决问题？”让学生用已学知识来解决这些问题，并组织学生分组讨论。基于问题的教学方式，可让学生体会到知识的连贯性，体会到学以致用的乐趣。还可以把问题融入一章的思维导图，方便学生对知识点的记忆。以黄酮类化合物为例(见图1)，根据思维导图设计相应知识点的问题，比如让学生通过Chemdraw软件画出黄酮类各类型结构式。学生从问题解答中获得成就感和自信心，活跃课堂气氛的同时也极大地提高了学生的学习兴趣和热情。学生学完一章内容后教师补充一些问题通过小测验去解决，知识点也得到了巩固。所以PBL的应用有利于提高学生学习的积极性和主动性,变被动为主动,变枯燥为有趣,使深奥知识通俗化[5]。好的问题设计可以对学生进行有效的组织及帮助他们学习，首先能激发学生学习动机，然后维持他们的兴趣，让学生始终对提出的问题进行思考和分析，找到解决问题的关键所在，从而去寻找问题的解决方案[6]。这门课程之所以采用这种教学方法是考虑到其内容较多，但章节之间的联系和系统性需要显示出来。通过这个方法，学生可以梳理知识，掌握各章节的重点，有的放矢地解决这些问题，最终才能学好这门课程。

图1 黄酮类化合物思维导图

2 开讲有亮点

天然药物化学总论介绍该学科的研究目的、研究内容、发展简史以及天然药物化学成分提取、分离和鉴定的一般方法。一般的课程绪论部分多是简要介绍，但这门课程的总论内容丰富，是后续各章节内容的引言，教师在讲述提取、分离和鉴定时会涉及后面的各类化合物，因此开篇很重要，讲好总论部分，可以引发学生的学习兴趣[5]。如果教师把总论内容讲解得当，学生可了解这门课程的主要内容，找到学习各章的思路和方法，达到事半功倍的学习效果。因此，教师在讲授这部分内容时可提及自己的科研经历，结合自身科研实际讲解这部分内容，学生会把这些科研经历当作了解科学研究的一个入口。同时教师还可讲述自身科研经历中一些有趣的例子，走的一些弯路，提醒学生将来在从事科研工作时应该注意一些可能会遇到的问题[7]。教师在这部分展示自己的科研成果时，可结合相关最新的研究论文进行讲述，让学生有一个大致印象，以了解这门课程对将来工作的重要性。例如，在介绍天然产物的一般分离方法和结构鉴定时，笔者以从橐吾属植物箭叶橐吾中分离得到的一个新倍半萜化合物为例，讲述其分离过程、表征方法，该化合物发表在HelvChimActa期刊上，笔者还介绍本研究方向能发表的几个SCI期刊，JournalofNaturalProducts、Plantamedica和Phytochemistry，给学生查阅文献时提供一些可选择的期刊来源[8]。另外还可结合临床的一些常用药物，中成药中一些植物药材的提取物，讲述民间用药的例子。为了讲解的趣味性，笔者在讲授中药成分时在课件上展示适量的植物图片，图文并茂，鼓励学生有机会到大自然中寻找一些有用的药材进行鉴别，了解此药材的功效。在讲到分离分析方法时，教师可以结合学生即将进行的毕业设计环节中必须掌握的一些实验和分析技能，以提高学生的关注度，如柱分离的方法，如何从薄层分析开始研究一种植物的化学成分，进一步分析如何选择固定相、洗脱剂；如何进行梯度洗脱和怎样掌握重结晶的方法，以上这些知识点在学生做毕业论文的时候可能都会用到。理论和实践相结合，有助于学生获得更直观的感性认识。以我国科学家屠呦呦获得诺贝尔医学奖为例，讲述她发现青蒿素的过程，从青蒿素的结构出发，将其归为倍半萜类，提取分离后如何表征结构，讲述其提取时只能采用低温乙醚提取方法，高温会破坏它的过氧基结构，说明提取时选择的方法很重要。在发现它的抗疟生物活性后，上海药物研究所对它进行结构修饰后得到的蒿甲醚，抗疟疗效比青蒿素高许多倍，之后屠呦呦独创的双氢青蒿素抗疟疗效高出十倍[9]，这样以点带面，以青蒿素一个例子陈述课程学习的目的，以此来提高学生对本门课程的学习兴趣。兴趣是最好的老师，教师要抓住学生需求，告诉他们学完这门课程可以获得哪些知识，将来在工作中可以运用这些知识解决哪些问题，令学生产生持续不断的学习兴趣。所以开篇很重要，学生通过总论部分可以掌握这门课程的学习内容、学习方法，笔者认为讲好总论部分，则为后面内容的讲解做了很好的铺垫。

3 适量的小测验

为了让学生更好地掌握知识点，受32课时的限制，教师必须重点突出。因此笔者将班级分为6个小组，课程分为总论、生物碱类、糖和苷、苯丙素类和醌类、黄酮类以及萜类六个章节，各小组分管一个章节内容。学生自己搜集题目，学生在讲课过程中就要搜集相关知识点的考题素材，并负责批阅，作为平时成绩的一项，小组学生不参与本组选定章节考试。教师集中把各章节的题目放在网络课程里进行考核，如通过本校的学习通APP进行课上测验，并在讲完各章内容后马上进行小测验，给学生适当的紧迫感，这也是考查学生是否掌握这门课的学习方法的重要一步。题目类型主要为填空、选择和简答题。让学生在课上进行小测验，教师当场批改登记成绩，使学生在学习本课程时养成及时巩固知识的习惯，可以减少期末考试阶段复习压力。小测验题量以半小时以内完成为标准，难度不宜太大，注重基础知识的掌握，并涉及上课所讲的重要知识点。小测验的方式可以让学生养成有问题及时解决的习惯，不把问题积累起来，才能达到重点突出，解决一切重难点的目的。

4 查阅文献

开课前教师让学生利用假期在家乡当地采集一种实用药材，了解它的疗效，并利用软件鉴别药材，再查阅资料，鉴别这种植物属于什么科什么属什么种，然后根据这个药材的学名找到它的拉丁名称，查阅相关的中文或英文文献。获得植物的拉丁名后，查阅它的研究进展，阅读一篇综述性的论文。学生将药材图片及拉丁名及时发至班级群，以免其他同学重复对同种药材的研究，这项作业必须在开课前完成。该课程开设于制药工程本科三年级下学期，学生之前已经学习过文献检索与常用软件课程，掌握了一定的文献检索方法，这个环节可以提高学生的检索文献能力。教师在讲完每章内容后，让学生在查阅了最新的与各论化合物相关的前沿文献资料的基础上，在课堂上讲解与这一章相关的文献，学生可结合教师上课时讲述的知识点，讲透文献内容，理论联系实际。在讲解过程中，文献中有关植物的分离方法、结构表征方式、结构式的确定过程作为重点讲述内容。教师先讲解一篇相关文献作为范例，再让每个学生在课前选择一篇与所采植物相关的文献进行课堂讲解。教师事先给出讲解的评价标准，如文献讲解时有没有对专业词汇进行准确翻译，分离方法有没有解释全面，结构表征时采用的方法有哪些，过程如何进行，有机化合物归类是否准确，结构解析是否讲解清楚，文献是否能举一反三的吸收理解，教师在课后进行打分。以此作为平时成绩的一个重要组成部分。

开展一个课题研究，查阅文献很重要，要掌握这个课题在国内外的研究进展，就必须查阅相关文献，因此笔者在这门课程教学中结合学生很快要进行毕业设计这一特点，设置了这一环节。不仅可以了解别人研究天然产物的方法，从药材的选用，到提取分离的方法，再到结构研究，进一步开展药理活性的过程，都是学生要通过这门课程的学习需要掌握的内容，因此这个环节必不可少。

5 集中观看小视频

本校天然药物化学课程由于没有实验课时，仅仅通过理论授课，学生会觉得很枯燥，无法加深理解理论的知识点。若在课程中增加实验视频内容环节，在播放的同时教师口头讲解，随时暂停视频提问，可以提高学生的学习兴趣，学生可以直观地了解药用植物分离分析技术。课前教师准备好相关实验视频，例如柱分离视频，如何选择薄层板展开剂，如何选择固定相，如何选择一定尺寸的色谱柱，如何上样，梯度洗脱如何操作，洗脱后如何进行馏分跟踪等问题，在视频中都可以进行讲解和提问。教师在讲解黄酮化合物的结构及分离时，可以播放芦丁提取的实验视频。芦丁作为黄酮苷类化合物，学生需要掌握与黄酮苷有关的知识点，如结构式，如何检验样品中有无芦丁，采用什么提取方式和分离方法最合适，得到纯品后如何验证它的结构，这些问题学生都可以在观看视频时提问讨论。学生遇到问题随时暂停视频进行集体讨论，结合所学知识讨论为什么要用视频中所用的分离方法，优点在哪里。也可以采用虚拟仿真实验，让学生在学习软件中通过观看和虚拟练习达到实验操作能力提高的目的。形象的动态原理图,可阐述一般的分离原理,把一些复杂原理描绘出来,实现对实验的再现和模拟,由此达到传统课堂教学中语言文字和静态的原理示意图所无法达到的效果。虚拟仿真实验，还可以避免实验操作时用到大量溶剂的危险，学生因实验条件不充分而无法形象地理解课堂内容的不足。用虚拟仿真系统进行天然药物化学实验教学，是对制药工程专业课程教学的有力补充[10]。

6 谱图解析

天然药物化学这门课程中结构解析部分与之前学习过的应用波谱学密切相关。为了进一步巩固之前所学并有所拓展，在学生已经掌握的波谱知识的基础上，笔者给每个小组分配一个化合物的谱图，主要是核磁的谱图，包括一维和二维，让学生掌握如何通过核磁谱图解析化合物的方法，这部分的内容有一定的难度，需要课外课时来加强练习，为学生将来从事相关分析工作打下良好的基础。在学完一个阶段后，各组选择代表进行谱图讲解，其他学生做补充，最后教师总结，通过讲解过程中问题的导入引发学生的思考。学生可以相互讨论，得出结论后教师再公布参考答案。教师根据讲解情况给每个小组成员打分，同样作为平时成绩的重要组成部分。分组解决结构解析的方法，不仅可以让学生提高团队合作的能力，也能更好地提高学生的参与感，“以学生为中心”是学校倡导的且要一直持续下去的教学原则，该方法的实施可以更好地体现这一原则。

7 结语

笔者以问题为导向，通过开课前的准备、总论的系统讲解、课堂上的提问教学、课后的小测试以及小视频的观看等教学手段丰富了传统、单一的教学形式，学生在学习该课程时找到了学习的自信心，增加了学习兴趣。分组学习的形式，增加了上课的趣味性，教师利用学校的智慧教室组织好上课的流程，开展智慧课堂，以此提高学生对本门课程的学习兴趣。通过上述改革措施，教学效果良好，充分调动了学生的学习积极性，为后续的学习和研究打下良好的基础。