中藥化學實驗教學實踐及改革方法*

周俊飛，來冰華，周桂生，陳佩東，尹 蓮

(1.南京中醫藥大學藥學院，江蘇 南京 210023；2.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012)

中醫藥作為中華民族數千年的文化積淀，在衛生、經濟、科技和生態等諸多方面發揮著重要作用，隨著我國經濟發展快速轉型、人口老齡化進程加速，人民群眾對中醫藥服務的需求越來越迫切。2021年7月7日，由我國5個部門聯合印發的《中醫藥文化傳播行動實施方案(2021—2025年)》積極部署了“十四五”期間中醫藥文化傳承弘揚工作[1]，該方案不僅是中醫藥文化傳播與知識普及的強大動力，還成功營造了有利于中醫藥事業健康發展的社會氛圍。

中藥化學是基于現代科學理論與技術，并結合中醫藥基本理論和臨床用藥經驗，研究中藥藥效物質基礎的一門學科。中藥化學課程主要由理論和實驗2部分組成，其中實驗課是學生將書本上的理論知識與實際應用緊密聯系的重要橋梁。為了適應國家經濟快速轉型的發展需求，學生除了具有堅實的基礎理論與醫藥文化底蘊外，還需要具備扎實的實驗操作技能。通過中藥化學實驗教學，不僅有助于學生理解書本上枯燥的基礎理論，而且還能培養學生實際動手能力、團隊協作能力及創新性思維能力，為其日后從事中藥制劑生產、檢驗等相關工作打下堅實的基礎[2]。為了更深層次地揭示中藥化學實驗教學改革的具體措施，本文將從改革教學方法、構建網絡教學模式、實驗項目預習與改進、實驗記錄的撰寫、實驗操作規范與安全、實驗考核評價6個方面進行探討，為中藥學專業人才培養的實驗課程改革提供新思路。

1 改革教學方法

本教學團隊強調培養學生實際解決問題的能力，因此在中藥化學實驗教學中時常引入案例式教學方法[3]，并組織學有余力的學生早日走進實驗室，實地探索與學習中藥化學相關原理和實驗技巧，激發學生的自主學習與創新能力，如在“甘草中甘草酸的提取、分離及甘草次酸的制備”中藥化學綜合實驗中，通過引入甘草泡騰片的研發歷程和傳統用藥實例[4]，激發學生的學習興趣與鉆研潛力。根據教學大綱與實驗設計，教師應對甘草酸和甘草次酸的理化性質、色譜行為、質譜規律、光譜特征進行逐一解析，讓學生主動查閱文獻進行學習，并合理設計實驗方案，深刻理解甘草酸的提取分離和純化精制實驗流程。學生在設計出合理方案后需要進行分組討論，闡明實驗設計理由并提出自己的見解，碰撞思維火花，同時教師進行實時指導，并明確最佳方案和設計理念。在課堂講解中，教師可結合自己擅長的研究領域，介紹自己的國家自然科學基金研究項目，與學生討論中藥化學前沿技術與理論，開拓學生學習視野，豐富學生知識體系。由于中藥化學是一門以實驗為核心的學科，因此本教研團隊提出“讓本科生走進實驗室”和“用實驗室作為本科生參與研究性學習的平臺”的理念，讓對中藥化學實驗充滿熱情的學生能利用有限的時間學到更多的實驗技巧與操作經驗，真正實現理論聯系實際[5]?？傊窘萄袌F隊提倡問題導向與實際應用式教學方法相結合，實現從知識型到能力型人才培養的轉變，加強學生主動運用理論知識去解決實際問題的能力。

2 構建網絡教學模式

南京中醫藥大學網絡教學平臺涵蓋了學科建設、課程學習、問題分析與課程管理等整個教學過程。教師可以利用網絡平臺中豐富的教學資源進行網絡授課、教學評估、課程組織等教學活動，學生可登錄網絡平臺進行中藥化學實驗課程學習，觀看實驗講解視頻和操作虛擬仿真項目。同時，網絡教學平臺上還有大量的名師講解提取分離的網絡公開課和精品課程等優質資源可供學生隨時觀看和討論[6]。不僅如此，網絡平臺上還提供了各類化合物紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、質譜(MS)及核磁共振譜(NMR)譜圖供學生學習中藥化學成分結構，為了培養學生的批判性思維，網絡教學平臺上還提供了結構鑒定糾正的最新案例，如王不留行中黃酮苷的化學結構早在1974年首次被報道為芹菜素-6-C-[α-L-阿拉伯糖-(1′′′→2′′)-β-D-葡萄糖]-4′-O-β-D-葡萄糖苷(圖1B)[7]，是2020年版《中華人民共和國藥典》王不留行項下質量標準的指標成分，具有保護血管內皮細胞的作用，但是該文獻沒有報道核磁共振數據，直到2018年王不留行中黃酮苷通過波譜技術才被修正為芹菜素-6-C-[α-L-阿拉伯糖-(1′′′→2′′)-β-D-葡萄糖]-7-O-β-D-葡萄糖苷(圖1A)[8]。該研究實例告誡學生要敢于質疑，養成科學嚴謹的治學態度。

學生在完成教學大綱規定內容的同時，也要完成相應的作業和測驗，有任何疑問都可以在慕課平臺討論區發帖，教師會在平臺上及時答復。另外，我們也鼓勵學生在完成中藥化學實驗課程后，將自己的實驗結果以文本、圖片或小視頻的方式上傳至慕課平臺討論區，大家可以相互討論、相互學習，教師進行糾正與點評。2021年12月，本校啟動了第二批虛擬仿真實驗教學一流課程培育工作，特別針對高危險性、高技術難度、時空限制等方面因素限制的實驗教學項目，仿真度可基本還原線下實驗操作環境、互動感受及教學要求，指明了中藥化學實驗教學的發展與改革新方向。

3 實驗項目預習與改進

在中藥化學實驗課程開始前，學生必須對實驗內容進行預習與思考。重點理解實驗目的和原理，通過網絡資源熟悉實驗操作細節，利用理論知識對實驗結果進行預測，如中藥化學綜合實驗“甘草中甘草酸的提取、分離及甘草次酸的制備”中，學生在預習時首先需要掌握甘草中目標成分甘草酸的理化性質，包括顏色、極性、溶解性等；理解甘草粗粉用10%氨水潤濕后再用水滲漉提取，滲漉液用5%硫酸調pH至2～3放置沉淀的目的，以及為何要用冰醋酸熱溶后冷卻析晶的方法獲得甘草酸單鉀鹽。不僅如此，學生還要了解回流提取、重結晶、醋酐-濃硫酸反應和薄層色譜等檢測方法，并結合學校網絡課程平臺，完成實驗預習測試課題，教師需要對學生進行及時溝通指導、答疑解惑，針對共性問題教師需要在線下課堂集中重點講解。

當下科技發展日新月異，新技術手段層出不窮，因此中藥化學實驗課程內容每年都必須進行優化改進。目前，本校中藥化學實驗項目主要有黃藤中巴馬汀、槐米中蘆丁、甘草中甘草酸、絞股藍總皂苷、黃柏中總生物堿、黃芩總黃酮的制備等，提取方法有回流提取法、煎煮法、滲漉提取法等，涉及的分離方法有堿溶酸沉法、硅膠柱色譜法、聚酰胺薄層色譜法等，涉及的理化檢識法有蒽醌類成分的醋酸鎂反應、黃酮類成分的鹽酸-鎂粉反應、生物堿的碘化鉍鉀反應等。同時學生可以在講義中原本的實驗設計基礎上，查閱前沿文獻提出更優的實驗設計，鼓勵學生質疑“學術權威”，激發學生自主創新能力[9]。同時以驗證性實驗-綜合性實驗-自主設計性實驗的順序由易到難設置課程，讓學生循序漸進，從學習實驗技能到自主創新不斷提高自己。教師應根據中藥化學實驗課程的教學效果，結合領域前沿技術和科研實驗室條件，充分考慮時代需求，實時更新中藥化學實驗講義，添加新的教學內容，完善與改進實驗項目。

4 實驗記錄的撰寫

實驗記錄反映了整個實驗的技術流程與操作細節，其中原始數據是最核心的部分，這部分撰寫要求實時、準確、無涂改、無缺頁等，有助于學生反思自己出現的問題并尋找解決方案，保持實事求是的科學態度，實驗記錄的真實性與完整性將直接影響科研項目的完成質量[10]。學生在做實驗時，應該客觀真實地撰寫實驗記錄，并且對其中的實驗設計方案和階段性結果在理論層面給予合理的解釋，杜絕模糊不清的實驗記錄導致其他研究人員參考時難以重復實驗結果，或者發生實驗結果相關的圖片、圖表和數據缺失等不良情況的發生，如在中藥材中化學成分提取實驗中，需要記錄所用溶劑、物料比、溫度、時間等，另外提取次數和效率也十分重要。關于薄層色譜法的記錄，僅僅記錄展開劑組成和目標成分的Rf值是不夠的，分離度更高的展開劑配比、合適的專用顯色劑、顯色的紫外波長等也不可或缺[11]。在化學成分檢識方面，學生應該注重觀察化學成分的顯色變化或沉淀反應，并且結合有機化學理論知識分析深層次原因，如在Molish反應中，糖溶液和濃硫酸之間會形成紫環這一現象，學生需要理解，這是由于糖在濃硫酸的作用下脫水形成的糠醛與α-萘酚反應，進而形成紫紅色復合物造成的。規范學生實驗記錄的撰寫是一種嚴謹治學態度的表現，里面記載的實驗流程與結果必須經得起檢驗。同時教師可以組織學有余力的學生走進實驗室，學習奮戰在科研一線研究生的實驗記錄本，培養學生自主鉆研的能力并實現理論到實踐的升華。

5 實驗操作規范與安全

中藥化學實驗教學課程由于其實踐性較強，需要學生更好地掌握化學實驗的基本原理、基本操作和基本技能，建立一套行之有效的操作規范。中藥化學實驗具有較大的潛在性危險，所涉及的實驗用品包括易燃易爆物、強酸強堿，甚至是有毒化學品，學生在操作過程中需要注意力高度集中，稍有不慎便有可能發生事故[12]。當實驗過程中遇到突發情況時，如濃硫酸或強堿飛濺到皮膚上、突發火災或電力事故的緊急應對措施，學生必須冷靜沉著去處理，臨危不亂，保障實驗室的安全運行[13]。

首先是對實驗化學品的分類管理，依據物品的理化性質與用途大致可分為有機物、無機物、生化試劑、指示劑和危險品等，分類目的在于方便管理、安全環保、防止變質等。此外，分類后的化學品需要進行檔案化管理，即從藥品柜、儲藏瓶、實驗室到檔案入冊這個過程。目前，采用電腦檔案入冊不僅整潔、清晰、方便查詢與修改，而且還有標明實驗室號、注意事項、藥品名、柜號等，特別是針對危險物品的管理，可以做到特殊關注、分開管理，促使學生遵守紀律、明確職責。

學生實驗操作過程是否規范，不僅牽涉到學生科研素質，還與實驗室安全密切相關。大多數學生只是在初中和高中階段接觸過化學實驗課程，教師有必要在大學課堂上對操作規范進一步強化，如基本的酸堿滴定、薄層色譜法、柱層析法等一些不同實驗項目的具體操作，必須分開解析分類討論。每次中藥化學實驗開始時，教師必須對實驗項目原理、流程設計、重點難點進行講解，再三強調實驗過程中容易發生危險的步驟及其規避危險的方法。不僅如此，教師還需要把項目詳細的實驗流程以紙質版的形式打印出來貼在墻面上供學生隨時參考；另外，教師還可以利用網絡教學平臺發布一些和規范實驗操作相關的視頻資料，讓學生事先充分預習與思考，引導學生建立實驗規范與安全意識[14]。

6 實驗考核評價

為了客觀公正地評價學生的動手操作能力與綜合素質，本校中藥化學實驗成績主要由平時成績(30分)、實驗報告(30分)與期末考核(40分)3個部分構成，目前考核方式還是以每個實驗項目中學生的實驗技能、實驗結果、實驗報告為核心，如在“采用硅膠色譜柱分離大黃素”中藥化學實驗中，大黃素的吸附情況、色譜柱裝填的均勻性、溶劑洗脫的分離度、薄層色譜結果和理化檢識結果等都是考察的實驗細節。另外，還需要考慮儀器設備與試劑是否放置指定位置、實驗臺面是否及時清理、是否節約溶劑、小組內的團隊協作能力等予以評價。學生的實驗報告需要教師對每個實驗項目進行審核批改，匯總一學期3次實驗報告成績，對于一些共性問題，教師應通過線下或線上及時反饋，隨時為學生答疑解惑。期末考核即現場抽簽選題，教師通過學生完成任務的情況予以評分，同時教師在學生考核中詢問一些專業性的問題來考查學生的理論知識儲備，重點培養學生理論聯系實際的能力。不僅如此，本教研室還鼓勵學有余力的學生早日走進實驗室，實地體驗一線研究人員嚴謹的治學態度與自主學習的理念，并在實驗室錄制一些微視頻，進一步嚴格規范學生實驗操作流程，提高學習效果[15]，教師可根據實際情況給予學生額外獎勵分。多元化實驗考核評價旨在培養具有中醫藥思維、科學思維、創新思維的中藥學專業高素質人才，為推動我國中藥產業穩步健康發展做貢獻。

7 小 結

中藥化學實驗教學是培養學生提高實際動手能力的重要途徑，現如今社會對大學畢業生綜合能力要求越來越高，傳統的教學方式已經不能滿足社會高速發展的需求。本教研團隊始終堅持以學生為主體，將鍛煉學生的主觀能動性與自主創新能力為核心目的，培養能適應社會的高素質綜合型人才。在今后的教學中，本教研團隊將不斷探索新型實驗教學模式和考核改革方案，為我國中藥學人才培養實驗課程改革提供新思路。