李存玉,彭國(guó)平,鄭云楓
(南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,南京 210023)
中藥制藥專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)屬于中藥制藥專業(yè)核心課程,通過制藥理論與生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)合,基于中藥成分的理化性質(zhì)、作用特點(diǎn),探索中藥復(fù)雜溶液體系中成分的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化規(guī)律。通過該課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠熟練掌握中藥制藥過程所涉及的中藥成分理化性質(zhì)應(yīng)用特點(diǎn)與化學(xué)影響,具備在生產(chǎn)實(shí)踐中識(shí)別問題、分析問題、解決問題的能力[1]。但在教學(xué)過程中,學(xué)生表現(xiàn)出理論知識(shí)與實(shí)踐能力脫節(jié)的問題,以丹參注射液制備時(shí)的醇沉工藝為例,采用相同實(shí)驗(yàn)方案,出現(xiàn)差異大、難預(yù)測(cè)的醇沉效果。教師難以通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,無法進(jìn)行針對(duì)性地教學(xué)指導(dǎo)。為了解決上述教學(xué)問題,改變現(xiàn)有教學(xué)模式,以醇沉實(shí)驗(yàn)為例,整合線上教學(xué)資源,發(fā)掘線下教學(xué)優(yōu)勢(shì),探索并構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式,使學(xué)生充分發(fā)揮自主能動(dòng)性,檢索并使用MOOC、SPOC、雨課堂等相關(guān)線上教學(xué)資源,任課教師線下針對(duì)性進(jìn)行解惑答疑[2-6]。
開展教學(xué)工作之前,任課教師上傳教學(xué)大綱、PPT、教學(xué)視頻至校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)(http:/ /e.njucm.edu.cn/meol/personal.do),以供學(xué)生課前預(yù)習(xí)、同學(xué)交流、師生交互、作業(yè)反饋等。同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)開放課程,文獻(xiàn)檢索平臺(tái)。如醇沉溶液環(huán)境對(duì)成分影響規(guī)律的學(xué)習(xí),可以通過中國(guó)大學(xué)MOOC(https:/ /www.icourse163.org/)、中國(guó)知網(wǎng)中“中藥醇沉工藝優(yōu)化與過程控制研究進(jìn)展”(https:/ /kns.cnki.net/)以及《中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)》WS3-B-3766-98 丹參注射液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等途徑獲取相關(guān)知識(shí)點(diǎn),同時(shí)結(jié)合微信、QQ等網(wǎng)絡(luò)手段提高交流效率。
學(xué)生通過“雨課堂”進(jìn)行實(shí)名簽到,任課教師分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源使用及作業(yè)完成情況,圍繞教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行講述,以制藥企業(yè)生產(chǎn)實(shí)例為主題,通過PBL、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法,匹配相應(yīng)的考評(píng)辦法,調(diào)動(dòng)同學(xué)參與度,根據(jù)學(xué)生問題提出、反饋,判斷知識(shí)掌握情況,并及時(shí)予以解答。
課后學(xué)生根據(jù)預(yù)約實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備、試劑耗材批復(fù)情況,進(jìn)入中藥制藥專業(yè)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),由學(xué)生為主體開展主題實(shí)驗(yàn),助教及實(shí)驗(yàn)師輔助指導(dǎo)完成,并上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。同時(shí),對(duì)于課堂參與度低、作業(yè)完成度差的同學(xué),通過班級(jí)互助、教師課后針對(duì)性輔導(dǎo)的形式,提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。
(1)知識(shí)目標(biāo)。掌握醇沉法的基本原理;了解醇沉引起的復(fù)雜溶液體系變化;熟悉成分轉(zhuǎn)移率與存在狀態(tài)、醇沉的相關(guān)性。
(2)能力目標(biāo)。能夠通過慢加快攪式的醇沉保障目標(biāo)成分傳遞行為;能夠調(diào)節(jié)溶液環(huán)境改善醇沉效果;培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)及方案執(zhí)行能力。
(3)課程思政。中藥制藥過程中的醇沉工藝與藥品質(zhì)量、安全性息息相關(guān),圍繞中藥制藥專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),以中國(guó)制藥人的刻苦研制、醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展以及真實(shí)案例,從思想上產(chǎn)生共鳴,激發(fā)勵(lì)志求知的精神,并樹立正確的人生觀、價(jià)值觀和職業(yè)責(zé)任。
通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詮釋醇沉操作的慢加快攪,闡明醇沉過程中存在狀態(tài)變化,成分為什么會(huì)“包裹”,為什么需要冷藏處理,為什么醇沉有時(shí)間要求?引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,并實(shí)現(xiàn)能力提升。
以文獻(xiàn)報(bào)道的“清絡(luò)通痹顆粒醇沉工藝”為例[7],分析青藤堿為何隨著乙醇濃度升高損失率增加,教育學(xué)生錯(cuò)誤的醇沉處理,直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,造成藥用資源浪費(fèi)的同時(shí),給制藥企業(yè)帶來損失,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。
本課程授課對(duì)象為中藥學(xué)類中藥制藥專業(yè)本科四年級(jí)學(xué)生,已經(jīng)歷有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、中藥化學(xué)等理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能訓(xùn)練,為中藥制藥專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。學(xué)生經(jīng)過2 年多的專業(yè)課程學(xué)習(xí),對(duì)于理論向?qū)嵺`過渡的專業(yè)課程,興趣濃厚,渴望能夠通過自身能力解決制藥過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題。同時(shí),具備于網(wǎng)絡(luò)資源查閱、整理、分析能力,且可以通過教師引導(dǎo)完成自主學(xué)習(xí)和課堂討論。
實(shí)驗(yàn)教材采用中藥制藥專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)自編講義,醇沉作為中藥制藥經(jīng)典精制除雜工藝,通過改變目標(biāo)溶液體系中乙醇濃度,實(shí)現(xiàn)水溶性大分子無效成分沉淀的過程。本知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)生掌握中藥溶液復(fù)雜體系中成分狀態(tài)與醇沉濃度的內(nèi)在關(guān)聯(lián),可用于制劑除雜、多糖分離等。教學(xué)重點(diǎn)是醇沉法原理、復(fù)雜溶液體系、成分存在狀態(tài)。教學(xué)難點(diǎn)是成分狀態(tài)與醇沉傳遞行為及醇沉效果差異性控制。
線上線下混合式教學(xué)可以有效溝通理論教學(xué)和課程實(shí)踐,圍繞丹參注射液制備時(shí)醇沉環(huán)節(jié)的成分轉(zhuǎn)移率偏差大的實(shí)際生產(chǎn)問題,通過課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)、課后實(shí)踐3 個(gè)階段,采用問題導(dǎo)入、理論學(xué)習(xí)、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、結(jié)題討論的課程執(zhí)行模式,網(wǎng)絡(luò)、課堂、實(shí)驗(yàn)室線上線下教學(xué)相結(jié)合,構(gòu)建適用于中藥制藥專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路圖(見圖1)。充分鍛煉學(xué)生自主探究和組間協(xié)作能力,收獲實(shí)驗(yàn)成果的滿足感。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路
黑板教學(xué)設(shè)計(jì)包括課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué),其中課堂教學(xué)中黑板功能劃分為板書和幻燈投影區(qū)域,其中板書包括知識(shí)點(diǎn)標(biāo)題、重點(diǎn)、難點(diǎn)以及需要著重記憶的內(nèi)容。幻燈區(qū)域提供教學(xué)視頻、PPT、圖片等資源。實(shí)驗(yàn)教學(xué)黑板教學(xué)中分為板書和多功能交互屏,其中板書包括實(shí)驗(yàn)主題、實(shí)驗(yàn)人員、輔導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)員以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交流區(qū),多功能屏用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果、圖片、視頻、網(wǎng)絡(luò)資源展示。
(1)通過混合式教學(xué),溝通“課前-課中-課后”教學(xué)過程,貫穿理論與實(shí)踐教學(xué),調(diào)整學(xué)生、教師的角色定位,打破課堂教學(xué)中時(shí)間和空間限制,激發(fā)學(xué)生主觀求知熱情,培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑問題、設(shè)計(jì)方案、解決問題的科研邏輯思維與執(zhí)行能力[8]。
(2)“互聯(lián)網(wǎng)+開放性實(shí)驗(yàn)”為鍛煉學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力提供了平臺(tái)[9],學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)預(yù)約試劑、實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備等教學(xué)資源,提高學(xué)生課余時(shí)間使用的靈活性和合理性,有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行統(tǒng)籌安排,提高軟、硬件利用效率。
(3)以制藥關(guān)鍵工藝存在的問題為導(dǎo)入點(diǎn),學(xué)生通過科研探索、努力求知實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值。在掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí),塑造科研思維,構(gòu)建了中藥制藥化學(xué)知識(shí)體系。
(1)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)預(yù)習(xí)“溶液體系-醇沉過程與影響”、中國(guó)大學(xué)MOOC 教學(xué)視頻。同時(shí)下載課程PPT、教學(xué)大綱、作業(yè)(選擇題、判斷題),了解章節(jié)知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)。
(2)制藥問題的提出,丹參注射液生產(chǎn)工藝中的醇沉環(huán)節(jié),采用相同的試劑,但批次間成分轉(zhuǎn)移率差異大?醇沉的原理是什么?醇沉與復(fù)雜溶液體系的關(guān)系?成分存在狀態(tài)與醇沉轉(zhuǎn)移率的關(guān)系?如何發(fā)掘引起轉(zhuǎn)移率差異大的原因?
(3)預(yù)習(xí)效果評(píng)價(jià),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中作業(yè)反饋,師生交互功能抽查錯(cuò)題的原因和預(yù)習(xí)存在疑問。綜合分析,大部分同學(xué)掌握了醇沉是通過改變?nèi)芤后w系,影響溶液環(huán)境中溶質(zhì)溶解度,實(shí)現(xiàn)沉淀分離的理論知識(shí)點(diǎn),也理解了溶質(zhì)溶解度與分子大小、存在狀態(tài)是相關(guān)的。但是在分析成分轉(zhuǎn)移率差異時(shí)難以應(yīng)用,僅能提出“慢加快攪”基本操作原則,相同的試劑和操作方式,存在差異的原因難以分析。
(4)梳理知識(shí)點(diǎn),引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題。講解丹參注射液中主要含有酚酸類成分,在水溶液中以分子態(tài)、離子態(tài)形式存在,且存在分子大小、解離常數(shù)差異。隨著溶液體系變化,解離常數(shù)改變也會(huì)影響溶解度,如何控制目標(biāo)成分的溶解過程,是實(shí)現(xiàn)醇沉效果一致性的關(guān)鍵。
3.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
(1)文獻(xiàn)查閱,做好準(zhǔn)備工作。通過中國(guó)知網(wǎng)、萬方、維普、ScienceDirect、Wiley數(shù)據(jù)庫分析,發(fā)現(xiàn)醇沉過程中影響成分轉(zhuǎn)移率有成分存在狀態(tài)、沉淀物包裹兩個(gè)關(guān)鍵因素[10-11]。
(2)實(shí)驗(yàn)主題提出。沉淀包裹與溶液環(huán)境中乙醇分布的均勻性相關(guān),提出主題①乙醇加入速度、加入方法對(duì)成分轉(zhuǎn)移率的影響;成分存在狀態(tài)決定了醇沉溶液中的溶解度,提出主題②通過溶液pH 調(diào)控成分存在狀態(tài),探索解離行為與轉(zhuǎn)移率的相關(guān)性。
(3)提交實(shí)驗(yàn)方案。包括實(shí)驗(yàn)主題、實(shí)驗(yàn)人員、目的、試劑、儀器、場(chǎng)地、時(shí)間等內(nèi)容,通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)提交。
(4)方案反饋。認(rèn)可實(shí)驗(yàn)主題,提出多因素考察時(shí),需要量化考察因素,如加醇速度等;溶液pH調(diào)節(jié),了解成分解離常數(shù)pKa 和酸堿穩(wěn)定性,設(shè)定考察范圍。同時(shí)向?qū)W生反饋試劑、儀器、場(chǎng)地批準(zhǔn)情況,實(shí)驗(yàn)開展時(shí)間、指導(dǎo)老師、實(shí)驗(yàn)員安排。
3.2.2 實(shí)驗(yàn)方案執(zhí)行與數(shù)據(jù)分析
(1)操作參數(shù)對(duì)醇沉效果的影響。針對(duì)加入乙醇均勻度與溶液環(huán)境中局部乙醇濃度過高,引起的不溶性微粒瞬間釋放,導(dǎo)致成分包裹。學(xué)生自主設(shè)計(jì)定量醇沉裝置(見圖2),采用雷弗BT101L 流量型智能蠕動(dòng)泵與花灑連接,提高乙醇加入準(zhǔn)確性和均勻性。根據(jù)濃縮至相對(duì)密度的丹參浸膏,醇沉至含乙醇濃度為75%,加入95%乙醇體積為1 500 mL,分別定量考察10、20、50、100、200、500 mL/min 的乙醇流量,以除雜率、成分轉(zhuǎn)移率為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖2 定量醇沉示意圖
從圖3 所示可見,隨著乙醇流量的增加,除雜率和成分轉(zhuǎn)移率均呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì),其中當(dāng)乙醇流量超過100 mL/min時(shí),除雜效果和成分轉(zhuǎn)移率均下降明顯,此時(shí)與去雜存精的醇沉目的相悖,也是引起醇沉批次間差異大的原因所在。因此,學(xué)生分析此時(shí)加入乙醇速度過快,出現(xiàn)沉淀物對(duì)成分的包裹,同時(shí)雜質(zhì)類成分未經(jīng)過微粒析出、團(tuán)聚沉淀的過程,反而出現(xiàn)除雜率降低的趨勢(shì)。

圖3 操作參數(shù)對(duì)醇沉效果的影響
(2)溶液pH 對(duì)醇沉效果的影響。查閱文獻(xiàn)[12],確定指標(biāo)性成分pKa,原兒茶醛(7.56)、迷迭香酸(4.01)、丹酚酸B(2.77),丹參提取液pH在4.0~5.0范圍內(nèi),存在狀態(tài)主要為以游離態(tài)的原兒茶醛、游離-解離共存的迷迭香酸、解離態(tài)的丹酚酸B,為了改善成分在終端醇濃度下的溶解度,在相同醇沉操作前提下,考察pH分別為2.0~8.0 時(shí)對(duì)指標(biāo)性成分轉(zhuǎn)移率影響(見圖4)。

圖4 溶液pH對(duì)醇沉效果的影響
分析圖4 中數(shù)據(jù),溶液pH 引起的成分存在狀態(tài)變化,對(duì)醇沉效果具有一定影響。從圖中折線變化趨勢(shì),隨著pH升高,成分轉(zhuǎn)移率均下降,其中迷迭香酸因離子化程度高,引起溶解度下降,綜合成分轉(zhuǎn)移率和除雜率,應(yīng)該控制溶液pH≤4,可以在保障除雜效果的同時(shí),控制指標(biāo)性成分的損失。
根據(jù)兩個(gè)主題組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,組內(nèi)同學(xué)分工協(xié)作,一部分同學(xué)整理總結(jié)匯報(bào)材料,一部分同學(xué)根據(jù)操作參數(shù)以及溶液pH 對(duì)醇沉的影響,選擇pH 為4 時(shí),乙醇流量50 mL/min,進(jìn)行醇沉效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(平行3次),結(jié)果發(fā)現(xiàn)除雜率與成分轉(zhuǎn)移率相對(duì)穩(wěn)定,RSD(%)<5.0%。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、執(zhí)行、分析、驗(yàn)證,初步解決了丹參注射液醇沉效果一致性差的生產(chǎn)問題。
同學(xué)們圍繞研究現(xiàn)狀、立題依據(jù)、實(shí)驗(yàn)方案、研究?jī)?nèi)容、實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)為支撐,提出丹參注射液生產(chǎn)中的醇沉環(huán)節(jié),通過控制乙醇加入速度、溶液pH,可以改善生產(chǎn)過程中批次間的一致性問題[13]。同時(shí),其余同學(xué)根據(jù)線上線下混合式教學(xué)構(gòu)建的知識(shí)體系進(jìn)行提問、討論,有同學(xué)提出,實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研制的醇沉裝置進(jìn)行工業(yè)化的可行性。
通過結(jié)題匯報(bào),項(xiàng)目執(zhí)行和參與討論的同學(xué)均掌握醇沉法基本原理,熟悉丹參中指標(biāo)性成分轉(zhuǎn)移率與存在狀態(tài)、醇沉的相關(guān)性。同時(shí),理解慢加快攪的關(guān)鍵在于溶液環(huán)境中乙醇濃度變化的梯度性和均勻性,同時(shí)同學(xué)們圍繞醇沉實(shí)驗(yàn)的主題,充分鍛煉了自主設(shè)計(jì)和方案執(zhí)行能力。
圍繞文獻(xiàn)清絡(luò)通痹顆粒醇沉工藝中藥效成分青藤堿隨著乙醇濃度升高損失率增加的現(xiàn)象,基于已取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,學(xué)生提出①青藤堿屬于脂溶性成分,乙醇濃度升高,溶解度增加,因此文獻(xiàn)結(jié)果與理論知識(shí)相悖;②推測(cè)青藤堿以離子態(tài)形式存在,引起醇沉損失;③操作誤差引起的沉淀物“包裹行為”。并進(jìn)一步提出數(shù)據(jù)驗(yàn)證和解決方案,實(shí)現(xiàn)了知識(shí)、能力和課程思政培養(yǎng)目標(biāo),學(xué)生樹立了勵(lì)志求知科研探索精神和中藥制藥人的職業(yè)責(zé)任。
根據(jù)學(xué)生匯報(bào)、討論情況,對(duì)本節(jié)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容,幫助學(xué)生梳理知識(shí)體系。借助中藥制藥專業(yè)實(shí)踐基地優(yōu)勢(shì),前往附屬醫(yī)院制劑部、康緣藥業(yè)、南京中山制藥,在一線生產(chǎn)技術(shù)人員帶領(lǐng)下進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐訓(xùn)練,了解GMP 車間管理規(guī)范、生產(chǎn)流程和車間布局,以及中試設(shè)備操作及生產(chǎn)記錄填寫,通過理論聯(lián)系實(shí)踐,增強(qiáng)教學(xué)效果[14-15]。
學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),在線提交結(jié)題報(bào)告,根據(jù)方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目執(zhí)行、總結(jié)討論和報(bào)告完成情況進(jìn)行分?jǐn)?shù)評(píng)定,根據(jù)學(xué)生討論和問題通過平臺(tái)反饋,并進(jìn)行教學(xué)反思、更新教學(xué)資源等。
通過線上線下混合式教學(xué)法將中藥制藥專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)中的制藥理論與生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行有效結(jié)合,借助信息化教學(xué)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)基地[16],貫穿“課前-課中-課后”教學(xué)環(huán)節(jié),打破“空間-時(shí)間-人員”限制,以醇沉實(shí)驗(yàn)為例,通過問題引導(dǎo),設(shè)計(jì)主題,實(shí)踐執(zhí)行,結(jié)題匯報(bào),理論與實(shí)踐相結(jié)合,在實(shí)現(xiàn)知識(shí)能力培養(yǎng)的同時(shí),鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)、求知欲望和協(xié)作能力。
通過線上線下混合教學(xué)模式在中藥制藥化學(xué)課堂教學(xué)改革中的設(shè)計(jì)與實(shí)踐,讓學(xué)生、教師重新進(jìn)行了角色定位,學(xué)生從“為什么”的提問過渡至“是什么”的學(xué)術(shù)交流,文獻(xiàn)查閱、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)討論頻率明顯增加。實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地、設(shè)備資源得到合理化配置,任課教師、實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員、助教的職業(yè)價(jià)值得到進(jìn)一步釋放,增強(qiáng)了知識(shí)傳遞的責(zé)任感,收獲了學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的肯定,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的雙提升。