天然產物化學實驗教學模式探索

耿會玲 段亞青 袁茂森 王建芳 高錦明

（西北農林科技大學 理學院，陜西 楊凌712100）

天然產物化學是以各類生物為研究對象， 以有機化學為基礎，以化學和物理方法為手段，研究生物次生代謝產物的提取、分離、結構、功能、生物合成、化學合成與修飾及其用途的一門科學，是生物資源開發利用研究的基礎， 希望從中獲得醫治危害人類健康疾病的防治藥物、醫用及農用抗菌素、高效低毒農藥、植物生長激素及其他具有經濟價值的物質[1]。 天然產物化學實驗課程是整個教學必不可少的重要環節， 要求學生掌握提取分離天然產物有效成分的基本方法和技能，這不僅可以進一步驗證和鞏固理論知識，同時也能提高學生分析問題和解決問題的綜合能力[2]。要求學生要融會貫通，將其中講授的方法與技能應用到天然產物研究與開發中[3]。該課程涉及的樣品資源豐富，我們應當借助我國的資源優勢對其進行系統而深入的研究，進而將天然產物化學研究和生命科學密切結合起來，最終推動我國天然產物化學研究的持續發展[4]。

天然產物化學實驗的典型特點是持續時間長、步驟繁多、操作復雜等，教學中主要存在以下問題：（1）教師提前準備好許多實驗環節，實驗步驟相當詳細，學生只是會做而已，對實驗中出現的問題置之不理，更不會去探索實驗結果的準確性和可靠性，缺乏對實驗過程的深入了解；（2）學生中普遍存在“重理論輕實踐”的錯誤思想, 把實驗課當作放松課，常常出現“一部分人做，一部分人觀看”的現象，導致學生動手能力得不到提高；（3）實驗課時少，讓學生在短時間內解決問題幾乎是不可能的，學生只能被動接受知識，難以激發學生的學習興趣，無法調動學生的積極性和主動性，不利于培養學生的創新思維能力。 為了提高教學質量，培養學生的基本操作技能，使學生具備熟練的從事生產實踐的動手能力，我們認為可以嘗試采用模塊化教學，即把實驗內容分為基礎認識——技能訓練——綜合實驗——應用創新，這一教學方法旨在提高學生的學習興趣，鞏固理論知識，培養學生獨立思考和開拓創新的科學素養[5]。 我校天然產物化學實驗教學的基本思路是以綜合實驗為主，構建模塊化實驗教學新模式。

1 天然產物化學實驗教學的基本思路

1.1 實驗內容合理化

實驗內容要與學生的專業緊密結合，例如，給食品專業學生開設“八角茴香油的提取與鑒定”、“β-胡蘿卜素和番茄紅素的提取分離與鑒定”和“果膠的提取與精制”等學生感興趣的實驗，這不僅可以激發學生的興趣，提高學習的主動性和能動性，也為將來的專業學習奠定一定的基礎。

實驗內容應盡可能涉及不同類型化學成分如生物堿、黃酮、萜類、甾體、 揮發油等的提取分離， 盡可能涵括多種原理如相似相溶原理、pH 梯度萃取原理、吸附解吸原理等的應用，盡可能涉及不同實驗方法特別是常用的提取分離方法酸溶堿沉法 （生物堿）、 堿溶酸沉法 （黃酮）、水蒸汽蒸餾法（揮發油）等的運用，系統地訓練學生，使其全面掌握所學的知識與技能。

1.2 實驗安排合理化

實驗課與理論課的課時比為1:2，為了提高教學效率，優化教學效果，對實驗課的內容、時間、管理都做了相應的調整。

（1）合理安排實驗課的順序。 根據學生的專業制定合理的教學大綱，課程安排遵循“循序漸進，由淺入深”的原則，開始一定要安排操作步驟相對簡單，所需時間較短的基礎實驗，后面就可以逐漸增加操作難度。 第一個實驗通常安排系統預試，讓學生初步檢測植物中的化學成分；再安排3～5 個代表性化合物的提取分離試驗，最后設計兩個綜合實驗。

（2）合理安排實驗時間。實驗課盡量與理論課同步，時間由原來的3 小時改為6 小時。 多數實驗課需要6 個學時甚至更長的時間才能完成，原來一個實驗需要兩次課程，第二次上課時老師又得重復上節課的內容，導致講課時間過長，做實驗時間相對縮短，思考和探索的時間自然減少。 調整時間后增強了實驗的連續性，留給學生足夠的時間思考和提問，教師也能及時幫助學生講解疑難問題，學生的思維逐漸活躍，分析問題、解決問題的能力都會提高。

（3）實驗過程中加強管理，培養良好的科研素質。要求學生一定要熟悉實驗室環境，會正確使用滅火器材，注意人身安全，保持實驗臺面整潔，嚴格按照教材的要求規范操作，逐步養成良好的操作習慣，具備良好的科研素質。

2 基本措施和實施方法

2.1 實驗內容與技能模塊化

第一階段為基礎認識（4h），將整個實驗室用到的小到玻璃儀器，大到分光光度計，均給學生演示并復習。 利用多媒體將現代分析技術給學生演示一遍， 使學生對基本的實驗技能在腦中呈現具體的形象。后兩小時安排學生練習薄層板的制備及其注意事項，為后面的實驗準備薄層板，這樣學生都能認真完成實驗要求。

第二階段為基本技能訓練， 這是教學的重要部分, 約占總學時數的70%。 精選代表性的藥材進行實驗, 使學生逐步掌握各類化學成分的提取、分離、鑒定方法。 例如通過“槐米中蘆丁的提取和鑒定”使學生掌握黃酮類化合物的純化方法, 初步了解化合物結構的鑒定程序。通過“八角茴香油的提取與鑒定”，使學生學習揮發油的識別方法和腦的分離方法， 掌握揮發油的提取方法及其化學成分的定性檢測方法。通過這一階段的練習，使學生掌握天然產物化學實驗的的思維方法和操作方法， 培養良好的實驗習慣與實事求是的科學態度, 為高層次的設計性實驗打下堅實的基礎。

第三階段為綜合性實驗，約占總學時的15%。學生自選題目，設計實驗路線，然后在教師知道下完成整個實驗，旨在考察學生綜合運用各項實驗技能的水平。

2.2 規范基本操作，引入創新設計試驗

這是第四階段的主要任務，約占總學時的15%，目的是培養學生的綜合操作能力， 提高分析與解決問題的能力, 使其具備獨立思考和勇于創新的科研精神。 設計性實驗可歸納為三類：一是混合物的分離和鑒定, 即把幾種性質不同的提取物混合起來, 要求學生自己設計工藝, 進行分離、純化、鑒定。 二是一種植物中某類化學成分的提取和鑒定。 三是粗提物中主要有效成分的定性和定量。 后兩類實驗應選取文獻中方法較成熟, 結果重現性好的實驗，選題盡量與科研工作接軌。教師事先給出題目，學生查閱文獻, 設計方案, 經教師審定后,學生獨立操作。最后，根據操作情況, 提取化學成分的質量和層析檢測結果對論文進行綜合評分。

開設綜合設計實驗有利于調動學生的積極性，提高實驗效果；有利于發揮學生的創造性，培養獨立工作能力；有利于培養嚴肅認真的工作作風，提高學生利用所學知識解決實際問題的能力。

2.3 加強平時考核，確保實驗成績評定合理、公正

傳統考評主要以實驗報告評分作為實驗課成績，無法體現學生的實際操作水平， 加強實驗考評是促使學生重視實驗課學習的有效措施，通過考評對整個實驗過程做出正確評價。 實驗成績分為平時成績（60%）、期末考試（20%）和綜合設計實驗測試（20%），所得評分能如實反映學生的實際水平。 平時成績為各次實驗成績的平均數；期末實驗考試為筆試題，測試內容為實驗涉及的基本理論、基本操作方法和注意事項；綜合設計實驗是將學生對未知樣品的整個純化流程和結果給出合理評分。

平時成績考核的四大量化因子為預習報告 （10%）、 基本操作（40%）、基本內容（20%）、實驗報告（30%），判分標準為正確（100 分）、基本正確（60～80 分）、原則性錯誤（20 分）、未答（0 分）四個等級。

3 進一步教改的思路

3.1 開放實驗室

通過開放實驗室培養學生的實踐能力， 使他們養成勇于探索的科學精神；也為學生開辟第二課堂，進行廣泛的實驗活動。 學生可以自己選題，設計實驗方案，然后在教師的指導下進行。 這與傳統的實驗教學明顯不同，學生的主動性不再受限制，學生成為實驗活動的中心，這樣可使少數優秀學生有充足的時間深入鉆研業務，從而加快成才的步伐。

3.2 開設探索性實驗

以麻黃中麻黃堿的提取為例，讓學生探索半仿生提取法。 通過測定發現其中麻黃堿含量顯著提高，證明半仿生提取法優于傳統水提法。 機理探索證明： 半仿生提取法將整體藥物研究法與分子藥物研究法相結合，從生物藥劑學的角度模擬口服給藥，利用胃腸道轉運的原理為經消化道給藥的中藥制劑設計的一種新的提取工藝。 該方法保留了天然藥物整體觀點的本色，提高了提取效率，達到了事半功倍的效果。

通過以上教學實踐，學生比較系統地掌握了天然產物中各種化學成分提取、分離、檢識的方法，他們的實驗技能、思維能力和動手能力也都有所提高。至于實驗教學的進一步改革，如實驗教材內容的更新，從簡單的提取分離實驗過度到設計性、綜合性實驗的開設等，尚需繼續探索。

［1］劉湘,汪秋安.天然產物化學[M].2 版.北京:化學工業出版社,2009.

［2］朱星枚，孫曉莉，姜茹,等.天然藥物化學實驗教學中環保意識的培養[J].山西醫科大學學報:基礎醫學教育版，2007，9(5),537.

［3］曹蔚，張雅，王四旺.天然藥物化學教學改革的幾點體會[J].基礎醫學教育，2011，2(13),135.

［4］孫印石，李娜，劉政波,等. 加強農業院校中藥專業天然藥物化學實驗課程建設[J].實驗技術與管理,2008,25(3),149.

［5］張顏彤，王秋香，紀耀華,等.素質教育在天然藥物化學實驗教學中的體現[J].中國科教創新導刊，2009,9.