綜合創造性實驗在天然藥物化學教學中的探索和應用

李海霞 張紅嶺 潘成學 劉 偉

鄭州大學藥學院，河南鄭州 450002

天然藥物化學是運用現代科學理論和技術，研究天然藥物中的化學成分（主要是有效成分）的一門學科，主要包括有效成分的結構特征，理化性質，提取分離、精制的方法及結構鑒定、修飾的內容。其是一門綜合性學科，綜合了無機化學、有機化學、分析化學、藥用植物學、生藥學及波譜解析等多門課程的知識，開設于這些先導課程之后；同時，還是一門實踐性非常強的學科，要求學生有著較強的實驗能力。本課程通過系統的理論學習，使學生具有初步從事天然藥物研究、開發、生產和質控的知識，并通過具體的實驗操作，提高學生觀察分析、解決問題的能力，培養學生嚴謹的科學態度和良好的科研作風。因此，對于高等院校藥學類專業的學生，天然藥物化學是一門重要的必修專業課。本文針對天然藥物化學學科所具有的特點，從理論教學與實踐教學相結合的角度，設計綜合創造性實驗，以培養學生學習興趣，探索創新型人才培養模式，提高我國藥學人才的國際競爭力。具體實施方法報道如下。

1 設計適合的實驗內容

1.1 激發學生主觀能動性

三黃片由大黃300g、鹽酸小檗堿5g、黃芩浸膏21g（相當于黃芩苷15g）制成，2000年收載于國家藥典一部，是一種常用中成藥，具有清熱解毒、瀉火通便之功效。由于其屬國家非處方藥，且適應證廣，可用于三焦熱盛，目赤腫痛，口鼻生瘡，咽喉腫痛，牙齦出血，心煩口渴，尿赤便秘，急性胃腸炎，痢疾等，已成為老百姓家庭常備藥[1]。因此聯系實際生活，選取三黃片這個由天然藥物制成的中成藥，引起學生極大興趣，積極參與，激發他們的主觀能動性。

1.2 強調學科關聯性和綜合性

與天然藥物化學緊密聯系的學科已從傳統的藥用植物學、生藥學及藥物分析等擴大至更多學科，如藥劑學、藥理學、科技文獻信息學及中醫中藥學等[2-3]。強調天然藥物化學、藥用植物學、生藥學、藥劑學、藥物分析學、中醫中藥學、藥理學等課程的聯系，打破舊模式，在課堂理論教學講授相關知識的基礎上，以實驗教學體系內開設新穎的綜合性實驗為依托，將部分專業教學打通，使之融為一體。嘗試通過三黃片綜合性實驗，使學生經歷天然藥物從源頭植物到合格藥品的全過程，將文獻檢索、藥用植物學、生藥學、天然藥物化學、藥劑學、藥物分析等實現無縫銜接，以點帶面地加深學生對天然藥物的系統認識，實現在指導性教學計劃上教學模式的創新性拓展。擬開展的項目包括：（1）文獻檢索三黃片處方組成、含有鹽酸小檗堿的藥用植物及大黃、黃柏、黃芩藥材的提取方法；（2）大黃、黃柏、黃芩的藥材來源及藥用植物學特征復習回顧；（3）大黃、黃柏、黃芩的生藥學鑒定，包括性狀及理化鑒別；（4）根據三味藥材所含有效成分的理化性質，設計提取工藝，（5）提取大黃部分藥材、黃芩浸膏及鹽酸小檗堿，（6）藥劑學實驗課，制備三黃片，（7）藥物分析學實驗課，分析三黃片質量。

2 理論教學引導和配合

在天然藥物化學的課堂理論教學中，如何將多種教學方法結合，提高學生自主學習能力，提升綜合素質，而不是讓學生覺得天然藥物化學僅僅是一個個枯燥無味分離過程的排列和一堆復雜化學結構式的堆砌[4]，是教學重點之一。常見的教學方法有基于問題的學習（problem-based learning，PBL）教學法[5]、實例教學法、互動式教學法及多媒體教學法等。PBL教學法，是將知識的學習置于相應的問題之中，然后讓學生通過對問題的解決，從而領悟到問題之中所隱藏的知識。實例（case）教學法，是根據教學目標和內容的需要，采用相關實例組織教學知識點，在課堂上的講授，有助于加深學生對教學內容的掌握。互動式教學法，是教與學雙方交流、溝通、探討，在彼此平等、彼此傾聽、彼此接納的基礎上，通過理性說服甚至辯論，達到不同觀點碰撞交融，使學生學到、學會、學好教師傳授的知識，同時通過學生的信息反饋，使教師對知識的理解進一步深化[6]。多媒體演示作為一種高校常見的教學方法，在天然藥物化學中已有越來越多的應用[7]。本文結合三黃片實例，嘗試在理論教學中綜合應用上述幾種教學方法，最大程度的利用有限的課堂教學時間，不僅為實驗操作實踐做鋪墊，而且有效提高教學質量。

具體來講，學習蒽醌時，采用實例教學法，講授含蒽醌天然藥物實例——大黃的相關內容：大黃中抗菌有效成分為蒽醌類化合物大黃酸、大黃酚、大黃素等，瀉下的主要有效成分為二蒽酮類衍生物番瀉苷A、B、C、D等。其瀉下作用強弱順序是二蒽酮類的番瀉苷類>蒽醌苷>游離蒽醌，是因游離蒽醌經消化道氧化，作用減弱，而結合型苷具有保護作用，到達腸，代謝為大黃酸蒽酮，刺激大腸，增強蠕動而起瀉下作用。這樣的活性機制也決定了其臨床適用于熱積便秘、熱毒雍盛。虛證不僅無效反而引起便秘加重。藥理實驗表明，將多次放血使之疲勞的動物模型視為虛證，給予大黃煎劑，使胃內容物長期停滯，向腸道移行延遲，從而證實了臨床實踐。因此，大黃制劑不利于長時間加熱煎煮，如大黃直火回流1h，瀉下作用大大降低，回流加熱3h，瀉下作用幾乎消失，與醫籍記載“風氣味俱厚之藥，皆忌久煎，而以大黃尤甚”的說法相符。因此大黃瀉下宜生用。可見通過大黃實例講解，涉及蒽醌、二蒽酮類衍生物、蒽酮的結構及生物活性等知識點，及藥理學、中醫中藥學等相關學科。學習黃酮和生物堿時，采用PBL教學法和互動式教學法，先提前預留思考題：黃芩抗菌抗病毒的有效成分是什么？黃芩在貯存過程中為什么會變綠？游離型小檗堿及其含氧酸鹽、不含氧酸鹽水溶性大小的比較？如何除去富含黏液質藥材（如黃柏）中的黏液質？柱層析分離小檗堿時可選擇何種吸附劑，為什么？然后，在課堂上互動教學，讓學生積極參與討論，沒有旁觀者，只有參與者。學生一方面從教師的引導中增進對一些問題的認識并提高解決問題的能力，比如黃芩藥材提取時要注意破壞共存酶的活性，黃柏提取小檗堿時可加入石灰水浸泡除去黏液質等；另一方面也從同學之間的交流、討論中提高對問題的洞察力，比如小檗堿堿性化合物，最好選擇氧化鋁柱層析等。另外，多媒體教學法貫穿始終，尤其是在相關章節給出大黃、黃柏、黃芩來源藥用植物、藥材的圖片及各自的鑒別特征。

3 實驗操作的實踐

對大黃、黃柏、黃芩生藥進行性狀及理化鑒別后，依據大黃、黃芩及黃柏中所含有效成分的性質，選擇不同的提取方法對其進行提取，并用紙層析檢識黃芩苷，柱層析純化鹽酸小檗堿。然后按照處方取從黃柏中提取的鹽酸小檗堿0.5g，預先測定黃芩苷含量的黃芩浸膏2.1g左右（浸膏量視黃芩苷含量而定，相當于含黃芩苷1.5g），大黃細粉15g，加入相應的片劑輔料制成100片。按照藥典對成品三黃片進行質量檢測，包括性狀、鑒別、檢查、片劑制劑通則中有關的各項規定（如重量差異、崩解時限等）、檢查大黃素和大黃酚的RP-HPLC含量測定。其中鑒別包括大黃粉末的顯微鑒別，鹽酸小檗堿、黃芩苷、大黃對照藥材的薄層層析鑒別；RP-HPLC含量測定為演示教學，大黃素和大黃酚的標準曲線教師提前制好，在實驗課上測定各組同學所制樣品，根據標準曲線，計算各自三黃片所含有效成分含量，核對藥典，確定是否合格品。

在全部實驗過程中，除了鼓勵學生及時發現和改進實驗中出現的問題外，只引導學生考慮三黃片的瀉下功效，提示大黃藥材需要部分粉碎成粗粉使用，讓學生自行設計提取分離步驟，具有相當的創造性。而且，只要原理符合，質量檢驗合格，無論選擇何種方法和溶劑，均為可行的實驗步驟。學生設計的實驗步驟可為任意合理步驟的組合，例如：大黃學生有使用30%乙醇，有使用95%乙醇提取的；黃芩學生有使用水提取、加酸沉淀析出，有使用乙醇回流提取黃芩苷的；黃柏學生有使用氧化鋁柱層析，有使用離子交換柱層析純化鹽酸小檗堿的。通過本試驗學生掌握了天然藥物化學實驗的基本操作和技能：有效成分常用的提取、分離、精制、檢識等基本操作，薄層層析、紙層析、柱層析三大基本色譜的操作方法及其在藥材提取分離中的具體應用，加深了對課堂所學天然藥物化學基本理論知識的理解，培養了良好的實驗室工作作風和習慣。

4 討論

天然藥物不論是歷史還是現在都為人類的健康發展做出了重要貢獻[8]；而且，近年來，隨著科技的不斷進步，開發天然藥物，已成為新藥研發的熱點[9]。科研在不斷探索中進步，科研教學同樣也需要探索精神[10]。天然藥物化學作為一個不斷發展的學科，我們需要在實踐中不斷求知求索，完善教學中的不足之處，提高學生的學生興趣[11-13]。同時天然藥物化學作為一門實驗性很強的學科，必須要求注重實驗教學，利用實驗中遇到的各種問題，并給予解決，才能進一步鞏固所學的知識，使學生能夠良好的吸收抽象的理論知識并達到事半功倍的效果。

學好天然藥物化學，對于控制天然藥物及其制劑質量、探索天然藥物治病的原理、降低原藥材的毒性并提高療效、擴大天然藥物的資源、對新化合物進行結構修飾或改造以開發新藥都非常重要[8]。三黃片綜合創造性實驗，從學生感興趣的日常生活出發，理論聯系實際，激發了教學雙方的主動性，理論教學上,在PBL教學方法中，學生通過問題解決問題，在問題中尋找隱藏的知識；在實例教學法中，加強和鞏固學生的基礎知識，加深學生對教學內容的掌握；在互動式教學法中，通過大家的交流與探討，激發交流雙方對問題的探索；在多媒體演示教學方法中，增強學生對實驗方法的了解和各種藥物外觀的掌握。實驗教學上，使學生對相關學科，如藥用植物學、生藥學、天然藥物化學、藥物制劑、藥物分析等，知識的融匯貫通有了初步了解。同時，通過自主設計提取步驟，對實驗中出現的問題或現象給出相應的討論或解釋，或對比其他組不同試驗方案，總結心得體會，拓展了學生的創造性思維，最大限度鍛煉和培養學生從事天然藥物研究、開發、生產和質控的綜合職業素養，總之，經過探索與實踐，通過興趣引導學生對學科產生興趣[14-16]，理論和實驗教學并重，我們不僅會提高教學水平和教學質量，還可將天然藥化的教學提到一個更高層次。

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