以学习能力培养为导向的天然药物化学实验教学改革与实践

年四辉，包淑云，王存琴，张艳华，何宝佳

2018 年6 月21 日，新时代全国高等学校本科教育工作会议在四川成都召开，大会提出，要加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力，提出坚持“以本为本”、推进“四个回归”的办学理念.学生自身实践能力的提升是应用型人才的培养目标［1］，而实践教学是提高学生应用能力、全面提升学生综合素质的重要抓手.天然药物化学作为药学类专业的一门专业课程，采用现代科学理论与方法研究天然药物中有效成分的化学结构类型、理化性质、提取分离、结构鉴定及生物合成途径等内容.实验教学是整个教学体系中的重要环节，通过从天然药物中提取、分离和纯化有效成分等一系列实践操作，培养学生的学习能力、动手能力和科研思维能力，以达到学以致用的目的.然而，在传统实验教学过程中，学生往往被给定具体实验方法，创新性、设计性实验较少，导致学生缺乏独立分析问题、解决问题的能力［2］，造成学生参与度和积极性不高，甚至出现应付实验操作等情况.

在天然药物化学教学中，除了运用多种教学方法提高理论教学质量之外还应加强实践教学的改革［3-4］，以提高实验教学等实践教学的实效性和有效性.在我校2017 版药学类专业培养方案中，学生的培养目标是“高素质创新性应用型人才”，应用学习能力是人才质量的重要衡量标准.因此，我院教师积极对天然药物化学实验教学进行改革探索和实践，以期积极落实我校应用创新型药学类人才培养目标，培养学生的应用学习能力，提升教学效果.

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

我校2016 级药学、药物制剂、制药工程三个专业共14 个教学班级的本科生.

1.2 分组情况

考虑到教学大班的班风差异，从理论教学三个大班中随机选择药学1 班、药学4 班、药学6 班、药学9 班、药物制剂1 班为试验班（药学1～5 班为第一教学大班，药学6～10 班为第二教学大班，药物制剂1～2 班、制药工程1～2 班为第三教学大班），其余班级为对照教学班.

1.3 统计方法

采用SPSS 22.0 统计学软件进行统计分析.

2 教学内容和实施过程

所有试验班在实验开设前通过“雨课堂”实现对实验内容和实验问题的推送，要求学生提前预习，课堂上采用Problem-based learning（PBL）法进行教学，对照班采用传统教学模式.

本学期的天然药物实验共开设四个实验，分8 次进行，其中，实验一“薄层色谱”、实验二“大黄中蒽醌类成分提取和分离”和实验三“槐米中提取芦丁”的实验单元保持原来的教学内容.经过以上三个实验的实验技能和实验思维训练后，为进一步培养学生的综合学习能力，实验四“汉防己中汉防己甲素和汉防己乙素的提取和分离”采用设计性实验，要求学生仔细查阅文献，并根据汉防己甲素和乙素的理化性质，充分利用已经学习的知识设计汉防己总生物碱的提取方法和分离方法，通过小组讨论和与教师讨论改进实验方案，确定实验方案后再进行实验，撰写实验报告.实验分两次完成，第一次进行总生物碱提取，第二次进行汉防己甲素、汉防己乙素分离.

在设计汉防己总生物碱提取实验时，学生通过充分查阅文献，能够考虑到目标成分的碱性而加入酸类成分进行提取，考虑到目标成分极性较弱［5］而选择有机溶剂进行提取和萃取.每组学生采取的提取方法不尽相同，但主要有三条提取路线：①酸提碱沉-有机溶剂萃取法：酸性醇（甲醇、乙醇）回流提取→碱化→有机溶剂（氯仿、乙醚）萃取；②酸提碱沉-有机溶剂回流提取法：酸提碱沉→有机溶剂（氯仿、乙醚）连续回流提取；③醇提酸溶碱提乙醇提取法：乙醇提取→酸溶碱提→有机溶剂提取.

在设计汉防己甲素、汉防己乙素分离实验时，学生能够考虑到汉防己甲素和汉防己乙素在化学结构上的差别而导致的极性差别，设计的分离方法主要如下：①甲苯法：利用汉防己甲素和汉防己乙素在甲苯中溶解度不同进行分离；②氧化铝柱层析法：根据汉防己甲素和汉防己乙素的碱性及吸附性差别，采用氧化铝作为吸附材料进行分离；③树脂层析法：根据两个主要化合物的碱性不同采用离子树脂进行分离，根据极性不同采用非极性大孔吸附树脂D101 进行分离；④硅胶层析法：根据汉防己甲素和汉防己乙素的弱碱性和吸附性差异采用硅胶作为吸附材料进行分离.

3 教学评价

教学结束后，笔者针对现有的教学模式和实验改革方法对试验班的142 名学生进行了调查，并对课程结束考的试卷卷面成绩和应用题得分情况进行分析，以评价实践教学效果.结果表明，该教学模式对学生的学习能力提升明显，在学习主动性（85.21%）、文献查阅能力（97.18%）、课程学习兴趣（89.44%）、分析和解决问题能力（88.03%）、自学能力（70.42%）、理论知识巩固情况（87.32%）、语言表达和沟通交流能力（60.56%）、实验设计能力（77.46%）等方面对学生均具有显著的帮助（表1）.

对学生成绩进行分析发现，试验班142 名学生的卷面平均得分为67.10±3.35，对照班261 名学生平均得分为60.74±5.02，P＜0.05，差异具有统计学意义；能够反映学生综合应用知识能力的设计题（满分15 分）的得分情况为：试验班学生平均得分12.32±0.59，对照班学生平均得分为10.73±1.46，P＜0.05，差异具有统计学意义（表2）.

调查统计及考试分析结果表明，通过PBL教学及设计性实验训练后，学生对理论知识的把握和综合应用知识能力、解决问题能力均明显得到提高.

4 改革成效

实验教学是课程教学的重要环节，也是培养学生各方面学习能力及实践能力的重要手段［6］，综合设计性实验是提高学生创新思维和综合应用能力的重要手段，对实验课程进行综合设计性实验改革，往往效果比较明显［7-8］.PBL 作为国际上流行的一种教学方法［9］，通过“以学生为主体、以问题为中心”的教学方式，可以充分发挥学生自主学习的主观能动性，在提出问题和解决问题的过程中完成教学内容，在理论教学和实验教学中都有应用［10-11］.

表1 天然药物化学改革对学生学习能力影响调查统计表

表2 天然药物化学实验教学改革试验班和对照班学生成绩统计表

本项目通过雨课堂等信息化教学手段进行课前、课后的指导学习和实验设计，并在课中采用PBL 教学法进行教学，这种互动式教学模式能够显著提高学生的参与度.实验设计需要查阅相关文献，PBL 教学需要学生讨论和解决问题，这些都需要学生主动参与到整个实验教学活动.在具体制定实验方案时，涉及的工艺多，为了保障实验的顺利进行，需要小组4 个成员之间明确分工密切合作，讨论并确定实验方案，所有学生都需要参与到实验中来，避免进行验证性实验时发生被动学习的情况“.汉防己中汉防己甲素和汉防己乙素的提取和分离”的实验结果显示，学生已基本掌握了生物碱的理化性质、常用提取分离方法等在理论教学单元需要掌握的内容，并能够在实验设计中根据文献灵活运用这些内容，说明本次实验教学改革，不仅实现了学生对所学理论内容的梳理和巩固，也明显提高了学生参与度和解决问题的能力.

5 存在的问题及改进措施

5.1 教学模式单一，学生参与度低，动手能力差

天然药物化学实验的传统教学模式具有“填鸭式”“满堂灌”的特点，且实验内容通常以验证性实验为主，教学内容相对陈旧，这样的教学方式和教学内容抑制了学生的学习热情，降低了学生参与度，而提升学生参与度是教学改革的核心，也是提高教学效果的有效手段［12］.

针对传统教学存在的教学模式单一、学生参与度低的问题，笔者所在课题组通过雨课堂平台对学习内容和要求进行线上指导，并采用PBL 教学法进行课堂授课.在教学内容中，学生经过以上三个实验的训练后开展实验教学改革，把原先生物碱的提取分离实验改成综合设计性实验，以考察、培养学生的学习能力和综合应用知识能力.学生完成该实验必须经历查阅文献、讨论并设计实验等过程，不仅培养了学生自主学习文献能力，也显著提高了学生的参与度，提升其应用能力.

5.2 实验教学学时不足

PBL 教学和采用设计性实验都需要学生主动参与，同时允许学生进行预实验，需要教师全程指导，教师和学生都要投入大量时间.天然药物化学实验共36 学时，实验四“汉防己中汉防己甲素和汉防己乙素的提取和分离”给定12 学时，但在本次实际教学中，实验四达到20～25 学时，总实验超过了50 学时.

为保障学校高素质人才的培养目标，保障实验教学效果，针对实验教学学时不足的问题，药学院在前期实验教学改革的基础上，根据积累的改革经验，将在2020 年对本科培养方案进行修订，增加实验课学时，调整理论课与实验课学时比例.

5.3 实验教学内容少

因学时和场地所限，天然药物化学实验目前只开设了薄层色谱、蒽醌类、黄酮类和生物碱类四个内容的实验课程，其他章节内容则无法开设.

针对实验教学内容少的问题，我们充分利用爱课程、好大学等平台上的MOOC 资源和精品课程，合理增加学生的学习内容，让学生忙起来，夯实教学效果.同时建设学校的天然药物化学虚拟仿真实验项目［13-14］，大力推进实验教学改革和创新，以进一步提高学生的综合应用能力.

6 结论

天然药物化学实验不仅能够验证和巩固所学的理论知识，更重要的是通过实验使学生掌握天然药物化学的基本操作技术和方法，培养学生主动观察、分析、解决问题等各方面的学习能力，为将来运用实验手段进行科学研究打下坚实的基础.本项目分别应用雨课堂、PBL 教学、设计性实验等多种手段对天然药物化学实验教学进行改革，提高了学生的参与度，增强了学生的学习能力、实验设计能力，培养了学生的质疑精神.本次教学实验改革是我校重视培养本科生学习及应用能力的体现和进一步落实，明显提高了教学效果和学生培养质量，具有一定的推广价值.