以學生為主體的中藥化學探索性實驗過程及設計

陳 勇，李 祥，陳建偉

（南京中醫藥大學藥學院中藥化學教研室，江蘇南京210023）

以學生為主體的中藥化學探索性實驗過程及設計

陳 勇，李 祥，陳建偉

（南京中醫藥大學藥學院中藥化學教研室，江蘇南京210023）

中藥化學實驗是整個中藥化學課程的重要組成部分，目前主要以驗證性實驗教學為主。隨著現代教育改革的不斷深入和發展，人們逐漸認識到傳統的驗證性實驗教學已不利于培養創新性人才的目標，而探索性實驗的實施過程可培養學生的獨立探究能力、創造能力及批判的思維方法，使學生受到科學方法的系統訓練。該文結合實例討論中藥化學探索性實驗的過程及設計。

學生；教育，醫學，本科；中草藥/生產和制備；中藥化學；教育改革

中藥化學學科具有很強的實踐性和應用性，因此中藥化學實驗是整個中藥化學課程的重要組成部分。開展中藥化學實驗，一方面使學生通過實驗對理論知識的理解更加深入，掌握得更加牢固；另一方面，訓練學生的基本操作技能，培養學生分析和解決問題的能力，使學生獲得從事中藥化學科研、生產工作的基本能力。目前本校中藥學及中藥資源與開發專業都開設了中藥化學課程，而相應開展的中藥化學實驗主要以驗證性實驗為主。隨著現代教育改革的不斷深入和發展，人們越來越認識到實驗教學不僅是驗證理論課學習到的一些規律，培訓學生的實驗技能，而是要使學生通過實驗掌握一種科學的學習和研究方法。傳統的驗證性實驗教學已不利于實現培養創新性人才的培養目標[1]。探索性實驗作為化學實驗的一種形式，旨在培養學生的獨立探究能力、創造能力及批判的思維方法，使學生受到科學方法的系統訓練[2]。在中藥化學實驗教學改革中，本校選擇以探索性實驗的設計與教學為突破口，將驗證性為主的實驗轉變為探索性實驗，發揮學生的主體作用[3]，現將中藥化學探索性實驗的過程及設計報道如下。

1 探索性中藥化學實驗設計原則

在教學實踐中，探索性實驗運用于教學的評價結果表明，具有良好教學功能的探索性實驗應具備一定的科學性、發展性、可行性、啟發性、安全性、趣味性和效益性[4]。這就要求教師設計中藥化學探索性實驗時，在設計過程中所用到的實驗原理，操作程序和方法必須與學生在中藥化學課程所學到的理論知識相一致；讓學生能夠根據現有的中藥化學理論及實驗操作能力，或通過適當的文獻查閱能夠較順利地進行實驗方案的探索；使學生在探索的過程中能夠積極地、自覺深入地思考，從而培養學生的思維創新能力[5]。同時在設計過程中，盡量選擇與日常生活或中藥生產實際過程相結合的中藥化學問題進行探索。因探索性實驗所需的儀器和藥品試劑較多，教師和實驗人員的工作量較大，所以在設計實驗時應講究時間和教學效益，而且還要盡量在實驗過程中使用經濟安全的試劑，保證探索性實驗的教學工作順利進行。

2 中藥化學探索性實驗教學過程及設計

2.1 提出課題 為了使學生在探索性實驗過程中起到中心和主體的作用，提出的探索性實驗課題要與學生的知識結構相符，同時還要具有一定的可行性和趣味性，盡量選擇與日常生活或中藥生產實際過程相結合的中藥化學問題進行探索。可以將中藥化學實驗中比較成熟的驗證性實驗如《黃藤中掌葉防已堿的提取、分離、氫化及結構鑒定》轉變為探索性實驗課題。在導入課題時要生動，以引起學生的探索興趣。

如提出以下問題：延胡索乙素是臨床上常用的一種鎮痛藥，效果非常好，而延胡索乙素在延胡索中含量僅為萬分之幾，含量很低，故從延胡索中獲得延胡索乙素成本較高，有什么好的解決方法等。通過理論課的學習，學生已了解熟悉了中藥化學研究的任務和意義相關知識，可以進行相關討論，提出一些解決方案。如提出的探索性實驗課題是需要學生提前進行相關文獻查閱的，可提前在中藥化學理論課上提出，給學生一定的準備時間。教師再用理論課的相關知識進行引導，最后討論出可行的探索方向，即通過從其他中藥如黃藤中得到黃藤素，再通過簡單的氫化反應得到延胡索乙素，來解決這個問題，那么探索的方向轉變為如何從黃藤中制備延胡索乙素。方向明確后，下一步進入學生自行探索環節。

2.2 學生自行探索 在學生自行探索之前，要對學生進行分組，分組由學生自由組合，教師可只限定每組人數。每組學生首先根據提出的探索性課題，最終要解決的具體問題及大概的探索方向，查閱相關的國內外文獻，提出合理的假設[2]；根據文獻報道及已有的中藥化學理論知識，初步預測實驗結果，整理出實驗方案報告。

對于提出的探索性課題，即如何從黃藤中制備延胡索乙素，學生進行自行探索后，結合文獻及所學的知識，提出以下幾種實驗方案：（1）黃藤酸性浸出液，石灰水沉去雜質，上清液加鹽鹽析，重結晶加酸形成鹽酸巴馬汀，鋅-硫酸氫化、堿化后得延胡索乙素[6]。（2）乙醇回流提取液大孔樹脂吸附得巴馬汀，NaBH4氫化，過濾得結晶，85%乙醇重結晶得延胡索乙素[7]。（3）黃藤酸性浸出液，堿中和，鹽析得粗巴馬汀，NaBH4氫化，過濾得結晶，85%乙醇重結晶得延胡索乙素[8]。（4）黃藤酸性滲濾液，鹽析后堿化得粗巴馬汀，重結晶加酸形成鹽酸巴馬汀，NaBH4氫化，堿化，過濾得結晶，95%乙醇重結晶得延胡索乙素。

2.3 討論探索的方案 由學生自行探索提出的實驗方案充滿未知因素，因此教師主要從安全性、可行性等方面來仔細審核學生提出的探索性實驗方案。在討論過程中，主要分析和把握不同方案之間的關鍵差異點，糾正某些實驗方案的錯誤，提出某些實驗方案的缺點。有些組的學生提出的方案可以解決探索性課題，學生可以使用自己設計并經修正的實驗方案。而有些組的學生的探索方案在討論后不能很好地解決問題，可以選用教師介紹的其他實驗方案，也可以選擇其認為比較合理的實驗方案。最后，從可行的探索性方案中選出2～3種方案，再將實驗學生重新分組，每種方案至少保證有三組同學進行實驗。最后，教師根據學生選擇的實驗方案，準備實驗儀器、藥品試劑等。

例如，學生提出的從黃藤中制備延胡索乙素的3種實驗方案，主要差異集中在提取的方法不同、堿化和鹽析的順序不同、粗巴馬汀是否要精制和氫化的方法不同。而教師要根據安全性、可行性和效益性等原則來和學生討論實驗方案。如鋅-硫酸氫化法、NaBH4氫化法還原時間長，效率低；而從安全的角度出發，在不降低實驗效率的情況下，應將學生的實驗方案中有毒試劑如甲醇改為用無毒的乙醇替代。

2.4 實驗方案的實施 學生自己動手操作，是實驗教學的主要環節，也是學生檢驗自己的探索性實驗方案，完成檢驗所學理論知識的重要環節。學生進入實驗室后，根據擬定的實驗設計方案，進行儀器和相關藥品試劑的準備、進行實驗、觀察實驗現象、及時做好實驗記錄。由于探索性實驗有一定難度，對于學生來說，一個方案由一組操作，如在操作過程中發生操作失誤，最后將得不到實驗數據，無法進行不同方案的比較，這會使前期的探索方案得不到有效的驗證。所以前期教師要對學生進行重新分組，每種方案至少保證有三組學生進行實驗。與此同時，教師要進行檢查、指導、參與。特別注意的是，對一些比較復雜的操作，教師在實驗方案的實施前還應讓學生做相應的技能訓練。

2.5 總結與反思 在實驗實施的過程中，教師要提醒學生注意觀察，做好實驗記錄，如中間產物的重量、反應過程中產生的顏色變化等。實驗完成后，學生要分組寫出所實施的實驗方案的詳細操作過程及實驗過程中的現象及結果。在總結反思過程中，學生作為實驗的具體實施者應成為主體，通過實驗過程中所得到的數據，進行分析比較，教師在一旁進行引導和總結即可。不同實驗方案實施的小組要進行實驗數據的比較，最終提出探索性課題的最佳解決方案。

例如，在總結如何從黃藤中制備延胡索乙素的方案時，應就學生自行探索階段提出的實驗方案中的主要差異點進行總結分析。根據實驗結果，來分析堿化和鹽析的順序不同、粗巴馬汀是否要精制對延胡索乙素的得率及純度的影響。

3 注意的問題

3.1 探索性實驗課題的選擇 教師必須事先對學生的知識結構背景進行相關調研，提出學生利用中藥化學課程所學的知識能解決的課題進行探索。教師必須事先對學生采用的實驗方案內容、步驟和使用的儀器藥品等做到心中有數[9]。在方案討論階段，要適當地引導部分學生，如對于提出的方案不可行的學生選擇教師介紹的方案，而該方案教師應做過預實驗，以保證探索性實驗正常有序地進行。

3.2 教師要在實驗過程中及時指導 探索性實驗要以學生為主體，但是不能放開學生完全不管。在進行探索性實驗前，要對學生的實驗操作技能有所了解，事先要對溶劑提取法、液-液萃取法、重結晶、柱色譜分離等中藥化學實驗基本操作進行訓練。學生在實驗過程中由于實驗操作不熟練，往往會犯一些失誤。教師要在整個實驗的過程中認真、及時指導，一方面要求學生在動手做之前要認真地思考，了解實驗的關鍵操作要點；另一方面也要及時幫助學生分析實驗失敗的原因，找出問題，重新實驗，以取得最終的結果[10]。當然，如果實驗進行到后期由于實驗操作失誤沒有得出結果，不應再要求學生花費大量的時間重新做實驗，可與實施相同方案的實驗組共享中間產物或合并成一組繼續進行實驗。教師要鼓勵不同組別的學生經常交流，相互分工協作，培養學生團隊合作的精神。

[1]孟慶繁，逯家輝，王貞佐，等.探索性實驗是創新型人才培養的有效途徑[J].實驗室研究與探索，2004，23（1）：85-88.

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[3]周偉.在物理實驗教學中如何體現學生自主性[J].中國教育技術裝備，2015（1）：107-108.

[4]王學松，陸真，孫德泉.中學化學教學中探索性實驗的設計原則與設計舉例[J].化學教學，2000（10）：31-34.

[5]劉芳娥，劉利兵，曲萍，等.為醫學本科生開設探索性實驗的研究與實踐[J].中國高等醫學教育，2006（11）：10-11.

[6]許學健，胡培華.黃藤素的提取、氫化和延胡索乙素的精制[J].中國藥學雜志，1979（7）：306-307.

[7]劉廣，耿桂華，齊娜.用黃藤制備延胡索乙素的方法研究[J].世界科學技術：中醫藥現代化，2014，16（6）：1422-1426.

[8]韋國鋒，黃祖良，何有成.從黃藤中提取制備延胡索乙素方法的改進[J].右江民族醫學院學報，2001，23（4）：528.

[9]劉李，繆明星，劉曉東，等.基于創新能力提升的藥學開放性實驗教學平臺研究[J].藥學教育，2014，30（6）：62-65.

[10]鄢友娥，張酈，敖英.探索性實驗教學方法推廣和應用中的問題與對策[J].山西醫科大學學報：基礎醫學教育版，2009，11（5）：588-591.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.14.055

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:1009-5519（2015）14-2220-03

2015-04-02）

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD）。

陳勇（1987-），男，江蘇濱海人，博士研究生，講師，主要從事中藥化學教學工作；E-mail：achenyongmail@163.com。