植物化學實驗教學改革探索與創新實踐

劉雅婧　郭慶勛　王英　李景文　閆帆　趙磊　王慶鈺

摘? 要：針對植物化學實驗教學中存在的不足，通過對教學內容、教學模式、考核方式等多方面的改革，將科研成果轉化為實驗項目，融入綠色發展理念，極大地提高了學生的學習興趣，提升了學生的科研創新能力，提高了教學質量，收到了良好的教學效果。

關鍵詞：植物化學;實驗教學;教學改革;本科教學;綠色可持續;創新實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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

植物化學是一門運用有機化學的知識與方法，綜合植物學理論，對植物的化學成分進行提取分離、結構鑒定、化學合成與結構改造的一門學科。[1]具有很強的實踐性、應用性和創新性。其作為一門生物技術專業的專業基礎必修課，在整個本科教學體系中占有十分重要的地位。植物化學實驗是植物化學課程的重要組成部分。要求學生具有較強的動手能力及分析、解決問題的能力。為了培養出高素質的創新科研人才，我們針對現有實驗教學中存在的諸多問題，對植物化學實驗教學進行了教學改革和探索。主要在以下幾個方面做了重大的改革。

一、更新教學內容，將科學研究與實驗教學相結合

實驗教學內容的改革是實驗教學永遠不變的主題。引入科學研究的新成果作為實驗內容，使實驗教學內容既達到該課程的基本要求，又具有鮮明的專業特色，又突出反映科技發展的最新成果，具有濃郁的時代氣息。[2]

我們從近年的科研成果中選取了既具有專業特色，又有較好的應用前景的植物色素提取方向研究課題，經過精心的改造，引入了《辣椒中辣椒紅素的提取》這一設計性實驗。植物色素應用前景廣闊，食品和化妝品行業都急需安全、穩定的植物來源的色素，而我院教授又有多年關于辣椒色素方面的科研研究，因此我們將辣椒色素的提取作為設計性實驗添加到了實驗項目中來。在實驗過程中，學生們課下查閱相關文獻，各小組和老師最終制定實驗方案，課上從辣椒的采收、烘干，到研磨的一系列準備工作都親自動手，打破了以往教師為其準備好所有實驗樣品、試劑、器皿的被動學習模式。在進行柱層析的過程中，又學習到了硅膠柱的裝填，上樣，餾分收集等基本的實驗操作技能。最終，每組同學都得到了兩種植物色素，即辣椒紅素和辣椒黃素。由于辣椒色素色彩鮮艷，含量豐富，在實驗過程中，學生們特別直觀的觀察到了自己的實驗成果，產生了濃厚的實驗興趣。在整個實驗過程中都積極參與，期望得到專屬的實驗成果。在實驗過程中同學間通過討論、交流培養了他們與他人合作、傾聽他人意見、集思廣益的優秀科研作風。通過將科研成果轉化為實驗項目，使學生們在實驗中親力親為，從查閱文獻開始，到實驗過程中實驗技術的學習、具體問題的解決，整個過程中培養了學生們的科研思維、創新能力，為畢業論文的設計和將來開展科學研究工作打下了良好的基礎。[3，4]

二、革新實驗教學手段，以現代技術和網絡設施為載體，變革實驗教學方法

在新的教育形式下，我們將優良的教學傳統與現代化的教學手段相結合，使實驗教學更加的系統和完善。我們通過增加網絡資源，讓學生通過實驗教學網站進行實驗內容的預習，對整個實驗過程有了初步了解。并通過網上學習，系統內答題的模式，完成了對學生實驗室安全教育這一重大而又耗時的基本實驗常識的培訓。通過網上學習，答題，學生們必須達到90分以上才允許進入實驗室。普及和提高了學生們的安全知識及意識。通過建立班級實驗課QQ群，將紫外可見分光光度計的使用方法錄制成小視頻，學生在課余時間觀看預習，課上時親自動手操作驗證后，全部掌握了使用方法及注意事項，解決了以往教學模式中一組同學往往只有具體測定樣品的同學掌握儀器使用方法的弊端。

另外，為了提高實驗水平，實現教學水平現代化，我們在植物化學實驗中新增加了大型儀器設備高效液相色譜儀的應用。在以往的實驗教學過程中，人參皂苷的含量測定我們采用的是紫外可見分光光度計法，實驗儀器使用的是紫外可見分光光度計。該儀器屬基本教學儀器，其他實驗課程涉及含量測定的大都采用此儀器，存在實驗儀器使用較單一的缺陷。并且其只能測定人參總皂苷的含量。為了使學生們接觸到更為精密、前沿的實驗儀器，我們將人參皂苷的含量測定改革為用高效液相色譜儀進行測定。并同時摸索出同時測定5種人參皂苷含量的實驗條件供學生們測定所用。通過實驗儀器的更新，使學生們接觸到了先進的實驗儀器，開拓了視野，實現了現代化大型儀器為本科生實驗教學服務的先進教學理念。

三、融入綠色可持續發展理念

植物化學實驗常用易燃、易揮發、有毒、易爆炸或易腐蝕的藥品及溶劑，實驗過程中也常會排放出三廢（廢液、廢氣和廢渣），若不進行合理處理，這些不可忽視的污染源將嚴重污染空氣和水源，甚至導致意外爆炸或中毒事件[5]。因此，在實驗教學中融入綠色可持續發展的理念勢在必行。為實現綠色化學在實驗中的運用和發展，需要培養學生的社會責任感和綠色化學的環保意識，從本質上優化傳統實驗項目，避免使用有毒有害的起始原料，用經濟性的環保技術代替傳統的經典方法。在植物化學具體的實驗項目中，我們采取了如下改革措施：

更換更為環保的有機試劑：在辣椒素的提取過程當中，需要用到三氯甲烷作為提取溶劑，眾所周知三氯甲烷具有強烈的肝毒性，且易揮發，對人體和環境有極大的危害。但是作為植物化學最常用的溶劑又有著其自身優勢。為了不影響提取效果，又要減低毒性，我們選取了極性相似，但毒性相對較低的二氯甲烷，大大降低了環境污染及中毒風險。

改進實驗步驟，減少有機溶劑的使用：在人參皂苷的提取及鑒定這一實驗當中，傳統的實驗指導中人參皂苷的提取方法采用的是三氯甲烷回流提取法。該方法有機溶劑用量大，耗時長，提取效率低。我們根據人參皂苷易溶于水這一特性，摒棄了原有方法，改用安全環保的超聲波水提取法，不但解決了有機溶劑用量多的困擾，而且通過超聲波提取法還大大提高了人參皂苷的產率。

節約實驗材料，避免浪費：在蘆丁的提取及結構鑒定這一實驗當中，需要對每個小組從槐米中提取出來的蘆丁進行層析鑒定。層析鑒定需要的標準物質每年都需要訂購，雖屬必備的實驗材料購置，但是基于免于浪費，綠色可持續發展的理念，我們將學生們提取出來的粗品蘆丁進行了精制，使其純度達到了95%以上，達到了標準物質的標準，留作下一輪實驗的標準物質備用。如此循環下來，培養了學生們勤儉節約的良好實驗風氣，又培養了學生們的責任感，節約了實驗經費，避免了不必要的浪費。

四、改革考核方式

實驗考核是實驗教學過程中的一個重要環節，是檢查學生對所學知識的掌握程度、應用所學知識的綜合能力及衡量教師教學效果的重要形式。以往實驗課的考核模式較單一，課程成績是由兩部分組成：平時成績（包括出勤、課堂表現）占30%，實驗報告成績占70%。經過實際教學運行，我們發現這種考核方式存在很多弊端。由于沒有針對性，學生們對實驗課不夠重視，形成了學生進實驗室不是關注實驗內容，而是急于抄寫實驗報告交差的現象。學生在實驗過程中亦不動腦思考，只是按照實驗步驟按部就班的進行操作，動手和動腦能力都沒有得到訓練。更有抄寫實驗報告的不良行為。

為了客觀的評價學生的實驗能力，解決上述問題。我們將植物化學的實驗考核不斷地進行改革嘗試和完善。對考核模式做了多元化的分配。不再唯實驗報告為依據給出成績。我們將實驗成績分為兩大部分，即平時成績60%和期末考試成績40%。平時成績也做了項目細化。課前預習占比20%，課內實驗狀況占比30%，實驗報告占比50%。并不要求當堂交實驗報告，留給同學們更多的時間回顧整理實驗思路，總結實驗中遇到的問題及解決辦法。改變了寫實驗報告只是為了交差的思想。期末考試也形式多樣。包括：“實驗原理口試”、“基本實驗操作”、“實驗儀器使用”，每個項目都給出5組題目。學生采取抽簽方式進行答題和操作。由于題目多，范圍廣，理論和實際動手能力同時考核，所以不存在突擊復習的弊端。要取得較好的實驗成績，全靠平時實驗課上的知識積累，及動手能力的訓練。通過考核方式的改革，大大提高了學生的主觀能動性，激發了實驗興趣，提高了實驗教學效果。

五、教學效果評價

將選修本課程的生物技術專業學生進行了教學效果評價。選取對象分別為實施改革前的2011級學生與實施改革后的2014級學生。實驗成績為客觀評價，問卷調查為主觀調查。采用SPSS17.0軟件進行統計學分析，結果見表1。

正態性檢驗結果顯示：t檢驗結果顯示，P=0.028<0.05，即2014級學生實驗報告成績（92.3±4.4分）高于2011級（88.4±7.2分）。X2檢驗結果顯示，2014級學生的實驗報告成績優秀率≥90分，對提高學習興趣的滿意度、對提高創新能力的滿意度以及對教學方法滿意度均高于2011級（P<0.05）。

六、結束語

通過對生物技術專業課“植物化學實驗”，從教學內容、教學模式、考核方式等多方面的改革，極大地提高了學生的學習興趣，培養了學生的科研創新能力，提高了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。在今后的實驗教學中，要密切與實踐和科研結合，不斷更新教學內容、教學方法和教學手段，將相關學科知識充分融入到本課程的實驗教學中。

參考文獻：

[1]高錦明.植物化學[M].北京：科學出版社，2015.

[2]高等學校國家級實驗教學示范中心聯席會.國家級實驗教學示范中心[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3]金浩，赫崇衡，李偉，等.探索教學與科研互動的新模式[J].實驗窒研究與探索，2008（6）：7-9.

[4]楊彩艷，秦少艷，楊鳳蓮，等.中藥化學實驗教學與科研互動教學模式探索[J].實驗室研究與探索，2017（9）：196-198.

[5]唐麗娟，周杰興，劉瑋瑋，等.藥物合成反應實驗教學的綠色改革與實踐[J].山東化工，2014（12）：129-131.