植物化学实验教学改革探索与创新实践

刘雅婧　郭庆勋　王英　李景文　闫帆　赵磊　王庆钰

摘  要：针对植物化学实验教学中存在的不足，通过对教学内容、教学模式、考核方式等多方面的改革，将科研成果转化为实验项目，融入绿色发展理念，极大地提高了学生的学习兴趣，提升了学生的科研创新能力，提高了教学质量，收到了良好的教学效果。

关键词：植物化学;实验教学;教学改革;本科教学;绿色可持续;创新实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）15-0035-03

Abstract： In view of the shortcomings in the experimental teaching of phytochemistry， through the reform of teaching content， teaching mode and assessment methods， the scientific research achievements are transformed into experimental projects and integrated into the concept of green development， which greatly improves students' interest in learning， scientific research and innovation ability teaching quality and teaching effect.

Keywords： phytochemistry; experimental teaching; exploration practice; undergraduate teaching; green and sustainable; innovation practice

植物化学是一门运用有机化学的知识与方法，综合植物学理论，对植物的化学成分进行提取分离、结构鉴定、化学合成与结构改造的一门学科。[1]具有很强的实践性、应用性和创新性。其作为一门生物技术专业的专业基础必修课，在整个本科教学体系中占有十分重要的地位。植物化学实验是植物化学课程的重要组成部分。要求学生具有较强的动手能力及分析、解决问题的能力。为了培养出高素质的创新科研人才，我们针对现有实验教学中存在的诸多问题，对植物化学实验教学进行了教学改革和探索。主要在以下几个方面做了重大的改革。

一、更新教学内容，将科学研究与实验教学相结合

实验教学内容的改革是实验教学永远不变的主题。引入科学研究的新成果作为实验内容，使实验教学内容既达到该课程的基本要求，又具有鲜明的专业特色，又突出反映科技发展的最新成果，具有浓郁的时代气息。[2]

我们从近年的科研成果中选取了既具有专业特色，又有较好的应用前景的植物色素提取方向研究课题，经过精心的改造，引入了《辣椒中辣椒红素的提取》这一设计性实验。植物色素应用前景广阔，食品和化妆品行业都急需安全、稳定的植物来源的色素，而我院教授又有多年关于辣椒色素方面的科研研究，因此我们将辣椒色素的提取作为设计性实验添加到了实验项目中来。在实验过程中，学生们课下查阅相关文献，各小组和老师最终制定实验方案，课上从辣椒的采收、烘干，到研磨的一系列准备工作都亲自动手，打破了以往教师为其准备好所有实验样品、试剂、器皿的被动学习模式。在进行柱层析的过程中，又学习到了硅胶柱的装填，上样，馏分收集等基本的实验操作技能。最终，每组同学都得到了两种植物色素，即辣椒红素和辣椒黄素。由于辣椒色素色彩鲜艳，含量丰富，在实验过程中，学生们特别直观的观察到了自己的实验成果，产生了浓厚的实验兴趣。在整个实验过程中都积极参与，期望得到专属的实验成果。在实验过程中同学间通过讨论、交流培养了他们与他人合作、倾听他人意见、集思广益的优秀科研作风。通过将科研成果转化为实验项目，使学生们在实验中亲力亲为，从查阅文献开始，到实验过程中实验技术的学习、具体问题的解决，整个过程中培养了学生们的科研思维、创新能力，为毕业论文的设计和将来开展科学研究工作打下了良好的基础。[3，4]

二、革新實验教学手段，以现代技术和网络设施为载体，变革实验教学方法

在新的教育形式下，我们将优良的教学传统与现代化的教学手段相结合，使实验教学更加的系统和完善。我们通过增加网络资源，让学生通过实验教学网站进行实验内容的预习，对整个实验过程有了初步了解。并通过网上学习，系统内答题的模式，完成了对学生实验室安全教育这一重大而又耗时的基本实验常识的培训。通过网上学习，答题，学生们必须达到90分以上才允许进入实验室。普及和提高了学生们的安全知识及意识。通过建立班级实验课QQ群，将紫外可见分光光度计的使用方法录制成小视频，学生在课余时间观看预习，课上时亲自动手操作验证后，全部掌握了使用方法及注意事项，解决了以往教学模式中一组同学往往只有具体测定样品的同学掌握仪器使用方法的弊端。

另外，为了提高实验水平，实现教学水平现代化，我们在植物化学实验中新增加了大型仪器设备高效液相色谱仪的应用。在以往的实验教学过程中，人参皂苷的含量测定我们采用的是紫外可见分光光度计法，实验仪器使用的是紫外可见分光光度计。该仪器属基本教学仪器，其他实验课程涉及含量测定的大都采用此仪器，存在实验仪器使用较单一的缺陷。并且其只能测定人参总皂苷的含量。为了使学生们接触到更为精密、前沿的实验仪器，我们将人参皂苷的含量测定改革为用高效液相色谱仪进行测定。并同时摸索出同时测定5种人参皂苷含量的实验条件供学生们测定所用。通过实验仪器的更新，使学生们接触到了先进的实验仪器，开拓了视野，实现了现代化大型仪器为本科生实验教学服务的先进教学理念。

三、融入绿色可持续发展理念

植物化学实验常用易燃、易挥发、有毒、易爆炸或易腐蚀的药品及溶剂，实验过程中也常会排放出三废（废液、废气和废渣），若不进行合理处理，这些不可忽视的污染源将严重污染空气和水源，甚至导致意外爆炸或中毒事件[5]。因此，在实验教学中融入绿色可持续发展的理念势在必行。为实现绿色化学在实验中的运用和发展，需要培养学生的社会责任感和绿色化学的环保意识，从本质上优化传统实验项目，避免使用有毒有害的起始原料，用经济性的环保技术代替传统的经典方法。在植物化学具体的实验项目中，我们采取了如下改革措施：

更换更为环保的有机试剂：在辣椒素的提取过程当中，需要用到三氯甲烷作为提取溶剂，众所周知三氯甲烷具有强烈的肝毒性，且易挥发，对人体和环境有极大的危害。但是作为植物化学最常用的溶剂又有着其自身优势。为了不影响提取效果，又要减低毒性，我们选取了极性相似，但毒性相对较低的二氯甲烷，大大降低了环境污染及中毒风险。

改进实验步骤，减少有机溶剂的使用：在人参皂苷的提取及鉴定这一实验当中，传统的实验指导中人参皂苷的提取方法采用的是三氯甲烷回流提取法。该方法有机溶剂用量大，耗时长，提取效率低。我们根据人参皂苷易溶于水这一特性，摒弃了原有方法，改用安全环保的超声波水提取法，不但解决了有机溶剂用量多的困扰，而且通过超声波提取法还大大提高了人参皂苷的产率。

节约实验材料，避免浪费：在芦丁的提取及结构鉴定这一实验当中，需要对每个小组从槐米中提取出来的芦丁进行层析鉴定。层析鉴定需要的标准物质每年都需要订购，虽属必备的实验材料购置，但是基于免于浪费，绿色可持续发展的理念，我们将学生们提取出来的粗品芦丁进行了精制，使其纯度达到了95%以上，达到了标准物质的标准，留作下一轮实验的标准物质备用。如此循环下来，培养了学生们勤俭节约的良好实验风气，又培养了学生们的责任感，节约了实验经费，避免了不必要的浪费。

四、改革考核方式

实验考核是实验教学过程中的一个重要环节，是检查学生对所学知识的掌握程度、应用所学知识的综合能力及衡量教师教学效果的重要形式。以往实验课的考核模式较单一，课程成绩是由两部分组成：平时成绩（包括出勤、课堂表现）占30%，实验报告成绩占70%。经过实际教学运行，我们发现这种考核方式存在很多弊端。由于没有针对性，学生们对实验课不够重视，形成了学生进实验室不是关注实验内容，而是急于抄写实验报告交差的现象。学生在实验过程中亦不动脑思考，只是按照实验步骤按部就班的进行操作，动手和动脑能力都没有得到训练。更有抄写实验报告的不良行为。

为了客观的评价学生的实验能力，解决上述问题。我们将植物化学的实验考核不断地进行改革尝试和完善。对考核模式做了多元化的分配。不再唯实验报告为依据给出成绩。我们将实验成绩分为两大部分，即平时成绩60%和期末考试成绩40%。平时成绩也做了项目细化。课前预习占比20%，课内实验状况占比30%，實验报告占比50%。并不要求当堂交实验报告，留给同学们更多的时间回顾整理实验思路，总结实验中遇到的问题及解决办法。改变了写实验报告只是为了交差的思想。期末考试也形式多样。包括：“实验原理口试”、“基本实验操作”、“实验仪器使用”，每个项目都给出5组题目。学生采取抽签方式进行答题和操作。由于题目多，范围广，理论和实际动手能力同时考核，所以不存在突击复习的弊端。要取得较好的实验成绩，全靠平时实验课上的知识积累，及动手能力的训练。通过考核方式的改革，大大提高了学生的主观能动性，激发了实验兴趣，提高了实验教学效果。

五、教学效果评价

将选修本课程的生物技术专业学生进行了教学效果评价。选取对象分别为实施改革前的2011级学生与实施改革后的2014级学生。实验成绩为客观评价，问卷调查为主观调查。采用SPSS17.0软件进行统计学分析，结果见表1。

正态性检验结果显示：t检验结果显示，P=0.028<0.05，即2014级学生实验报告成绩（92.3±4.4分）高于2011级（88.4±7.2分）。X2检验结果显示，2014级学生的实验报告成绩优秀率≥90分，对提高学习兴趣的满意度、对提高创新能力的满意度以及对教学方法满意度均高于2011级（P<0.05）。

六、结束语

通过对生物技术专业课“植物化学实验”，从教学内容、教学模式、考核方式等多方面的改革，极大地提高了学生的学习兴趣，培养了学生的科研创新能力，提高了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在今后的实验教学中，要密切与实践和科研结合，不断更新教学内容、教学方法和教学手段，将相关学科知识充分融入到本课程的实验教学中。

参考文献：

[1]高锦明.植物化学[M].北京：科学出版社，2015.

[2]高等学校国家级实验教学示范中心联席会.国家级实验教学示范中心[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]金浩，赫崇衡，李伟，等.探索教学与科研互动的新模式[J].实验窒研究与探索，2008（6）：7-9.

[4]杨彩艳，秦少艳，杨凤莲，等.中药化学实验教学与科研互动教学模式探索[J].实验室研究与探索，2017（9）：196-198.

[5]唐丽娟，周杰兴，刘玮玮，等.药物合成反应实验教学的绿色改革与实践[J].山东化工，2014（12）：129-131.