天然产物化学实验教学模式探索

耿会玲 段亚青 袁茂森 王建芳 高锦明

（西北农林科技大学 理学院，陕西 杨凌712100）

天然产物化学是以各类生物为研究对象， 以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物次生代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成与修饰及其用途的一门科学，是生物资源开发利用研究的基础， 希望从中获得医治危害人类健康疾病的防治药物、医用及农用抗菌素、高效低毒农药、植物生长激素及其他具有经济价值的物质[1]。 天然产物化学实验课程是整个教学必不可少的重要环节， 要求学生掌握提取分离天然产物有效成分的基本方法和技能，这不仅可以进一步验证和巩固理论知识，同时也能提高学生分析问题和解决问题的综合能力[2]。要求学生要融会贯通，将其中讲授的方法与技能应用到天然产物研究与开发中[3]。该课程涉及的样品资源丰富，我们应当借助我国的资源优势对其进行系统而深入的研究，进而将天然产物化学研究和生命科学密切结合起来，最终推动我国天然产物化学研究的持续发展[4]。

天然产物化学实验的典型特点是持续时间长、步骤繁多、操作复杂等，教学中主要存在以下问题：（1）教师提前准备好许多实验环节，实验步骤相当详细，学生只是会做而已，对实验中出现的问题置之不理，更不会去探索实验结果的准确性和可靠性，缺乏对实验过程的深入了解；（2）学生中普遍存在“重理论轻实践”的错误思想, 把实验课当作放松课，常常出现“一部分人做，一部分人观看”的现象，导致学生动手能力得不到提高；（3）实验课时少，让学生在短时间内解决问题几乎是不可能的，学生只能被动接受知识，难以激发学生的学习兴趣，无法调动学生的积极性和主动性，不利于培养学生的创新思维能力。 为了提高教学质量，培养学生的基本操作技能，使学生具备熟练的从事生产实践的动手能力，我们认为可以尝试采用模块化教学，即把实验内容分为基础认识——技能训练——综合实验——应用创新，这一教学方法旨在提高学生的学习兴趣，巩固理论知识，培养学生独立思考和开拓创新的科学素养[5]。 我校天然产物化学实验教学的基本思路是以综合实验为主，构建模块化实验教学新模式。

1 天然产物化学实验教学的基本思路

1.1 实验内容合理化

实验内容要与学生的专业紧密结合，例如，给食品专业学生开设“八角茴香油的提取与鉴定”、“β-胡萝卜素和番茄红素的提取分离与鉴定”和“果胶的提取与精制”等学生感兴趣的实验，这不仅可以激发学生的兴趣，提高学习的主动性和能动性，也为将来的专业学习奠定一定的基础。

实验内容应尽可能涉及不同类型化学成分如生物碱、黄酮、萜类、甾体、 挥发油等的提取分离， 尽可能涵括多种原理如相似相溶原理、pH 梯度萃取原理、吸附解吸原理等的应用，尽可能涉及不同实验方法特别是常用的提取分离方法酸溶碱沉法 （生物碱）、 碱溶酸沉法 （黄酮）、水蒸汽蒸馏法（挥发油）等的运用，系统地训练学生，使其全面掌握所学的知识与技能。

1.2 实验安排合理化

实验课与理论课的课时比为1:2，为了提高教学效率，优化教学效果，对实验课的内容、时间、管理都做了相应的调整。

（1）合理安排实验课的顺序。 根据学生的专业制定合理的教学大纲，课程安排遵循“循序渐进，由浅入深”的原则，开始一定要安排操作步骤相对简单，所需时间较短的基础实验，后面就可以逐渐增加操作难度。 第一个实验通常安排系统预试，让学生初步检测植物中的化学成分；再安排3～5 个代表性化合物的提取分离试验，最后设计两个综合实验。

（2）合理安排实验时间。实验课尽量与理论课同步，时间由原来的3 小时改为6 小时。 多数实验课需要6 个学时甚至更长的时间才能完成，原来一个实验需要两次课程，第二次上课时老师又得重复上节课的内容，导致讲课时间过长，做实验时间相对缩短，思考和探索的时间自然减少。 调整时间后增强了实验的连续性，留给学生足够的时间思考和提问，教师也能及时帮助学生讲解疑难问题，学生的思维逐渐活跃，分析问题、解决问题的能力都会提高。

（3）实验过程中加强管理，培养良好的科研素质。要求学生一定要熟悉实验室环境，会正确使用灭火器材，注意人身安全，保持实验台面整洁，严格按照教材的要求规范操作，逐步养成良好的操作习惯，具备良好的科研素质。

2 基本措施和实施方法

2.1 实验内容与技能模块化

第一阶段为基础认识（4h），将整个实验室用到的小到玻璃仪器，大到分光光度计，均给学生演示并复习。 利用多媒体将现代分析技术给学生演示一遍， 使学生对基本的实验技能在脑中呈现具体的形象。后两小时安排学生练习薄层板的制备及其注意事项，为后面的实验准备薄层板，这样学生都能认真完成实验要求。

第二阶段为基本技能训练， 这是教学的重要部分, 约占总学时数的70%。 精选代表性的药材进行实验, 使学生逐步掌握各类化学成分的提取、分离、鉴定方法。 例如通过“槐米中芦丁的提取和鉴定”使学生掌握黄酮类化合物的纯化方法, 初步了解化合物结构的鉴定程序。通过“八角茴香油的提取与鉴定”，使学生学习挥发油的识别方法和脑的分离方法， 掌握挥发油的提取方法及其化学成分的定性检测方法。通过这一阶段的练习，使学生掌握天然产物化学实验的的思维方法和操作方法， 培养良好的实验习惯与实事求是的科学态度, 为高层次的设计性实验打下坚实的基础。

第三阶段为综合性实验，约占总学时的15%。学生自选题目，设计实验路线，然后在教师知道下完成整个实验，旨在考察学生综合运用各项实验技能的水平。

2.2 规范基本操作，引入创新设计试验

这是第四阶段的主要任务，约占总学时的15%，目的是培养学生的综合操作能力， 提高分析与解决问题的能力, 使其具备独立思考和勇于创新的科研精神。 设计性实验可归纳为三类：一是混合物的分离和鉴定, 即把几种性质不同的提取物混合起来, 要求学生自己设计工艺, 进行分离、纯化、鉴定。 二是一种植物中某类化学成分的提取和鉴定。 三是粗提物中主要有效成分的定性和定量。 后两类实验应选取文献中方法较成熟, 结果重现性好的实验，选题尽量与科研工作接轨。教师事先给出题目，学生查阅文献, 设计方案, 经教师审定后,学生独立操作。最后，根据操作情况, 提取化学成分的质量和层析检测结果对论文进行综合评分。

开设综合设计实验有利于调动学生的积极性，提高实验效果；有利于发挥学生的创造性，培养独立工作能力；有利于培养严肃认真的工作作风，提高学生利用所学知识解决实际问题的能力。

2.3 加强平时考核，确保实验成绩评定合理、公正

传统考评主要以实验报告评分作为实验课成绩，无法体现学生的实际操作水平， 加强实验考评是促使学生重视实验课学习的有效措施，通过考评对整个实验过程做出正确评价。 实验成绩分为平时成绩（60%）、期末考试（20%）和综合设计实验测试（20%），所得评分能如实反映学生的实际水平。 平时成绩为各次实验成绩的平均数；期末实验考试为笔试题，测试内容为实验涉及的基本理论、基本操作方法和注意事项；综合设计实验是将学生对未知样品的整个纯化流程和结果给出合理评分。

平时成绩考核的四大量化因子为预习报告 （10%）、 基本操作（40%）、基本内容（20%）、实验报告（30%），判分标准为正确（100 分）、基本正确（60～80 分）、原则性错误（20 分）、未答（0 分）四个等级。

3 进一步教改的思路

3.1 开放实验室

通过开放实验室培养学生的实践能力， 使他们养成勇于探索的科学精神；也为学生开辟第二课堂，进行广泛的实验活动。 学生可以自己选题，设计实验方案，然后在教师的指导下进行。 这与传统的实验教学明显不同，学生的主动性不再受限制，学生成为实验活动的中心，这样可使少数优秀学生有充足的时间深入钻研业务，从而加快成才的步伐。

3.2 开设探索性实验

以麻黄中麻黄碱的提取为例，让学生探索半仿生提取法。 通过测定发现其中麻黄碱含量显著提高，证明半仿生提取法优于传统水提法。 机理探索证明： 半仿生提取法将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，从生物药剂学的角度模拟口服给药，利用胃肠道转运的原理为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺。 该方法保留了天然药物整体观点的本色，提高了提取效率，达到了事半功倍的效果。

通过以上教学实践，学生比较系统地掌握了天然产物中各种化学成分提取、分离、检识的方法，他们的实验技能、思维能力和动手能力也都有所提高。至于实验教学的进一步改革，如实验教材内容的更新，从简单的提取分离实验过度到设计性、综合性实验的开设等，尚需继续探索。

［1］刘湘,汪秋安.天然产物化学[M].2 版.北京:化学工业出版社,2009.

［2］朱星枚，孙晓莉，姜茹,等.天然药物化学实验教学中环保意识的培养[J].山西医科大学学报:基础医学教育版，2007，9(5),537.

［3］曹蔚，张雅，王四旺.天然药物化学教学改革的几点体会[J].基础医学教育，2011，2(13),135.

［4］孙印石，李娜，刘政波,等. 加强农业院校中药专业天然药物化学实验课程建设[J].实验技术与管理,2008,25(3),149.

［5］张颜彤，王秋香，纪耀华,等.素质教育在天然药物化学实验教学中的体现[J].中国科教创新导刊，2009,9.