中药类专业物理化学实验教学项目改革初探

任蕾，王颖莉

（山西中医药大学中药学院，山西 晋中 030619）

0 引言

物理化学实验是一门理论性、实践性和技术性都很强的独立课程，它综合了化学领域中各分支学科所需要的基本研究技术和研究方法，在化学专业实验课程中占有重要地位。物理化学所涉及的理论研究几乎渗透到中药学研究的各个环节，对中药学研究的各方面有着重要的理论指导意义及实际应用价值。我们结合近几年对中药学方面的科研探索和教学实践，开展了物理化学实验与中药现代制剂技术相结合的实践教学研究课题，探索建设具有中药学特色、并能为后续制剂学等课程服务的物理化学实验项目，构建了物理化学实验与中药现代制剂技术相结合的实验教学体系。我们的具体做法如下。

1 总结物理化学实验教学存在的问题

经过多年在中医药类相关专业的物理化学实验教学实践探索，我们认为教学中存在的问题主要表现在以下几个方面[1-2]：一是实验内容与中医药结合不够，与专业结合度低；现代物理化学技术在实验教学中体现不足，实验内容陈旧；二是实验多为验证性实验，综合性、创新性不够；三是理论实验课不同步，实验课理论化，体现不出理论指导实验，学生难以发挥主动性、探索性，实验教学方法陈旧。其中最主要的问题是实验内容的中医药特色缺失，不易吸引学习兴趣。

2 建议及改进措施

依据“厚基础，宽专业，强能力，高素质”的实验教学原则，以及现代教育教学工作思路和实际情况[3]，在总结以往实验教学改革经验的基础上，根据近几年的教学实践，我们对物理化学实验项目进行了改革尝试。

2.1 整合实验内容，密切联系专业。在本次教改项目的实践过程中，我们增开了一些具有一定创新价值并且与药学专业方向有关的综合性、设计性实验，鼓励学生积极参与。例如在物理化学的经典实验教学中，分别是用凝固点降低法测定萘的摩尔质量和粘度法测定聚乙烯醇的摩尔质量；我们要求学生参照生物化学实验的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定蛋白质的相对摩尔质量[4-5]，选择常见药材半夏为研究对象，用Tris-HCl法提取半夏中的蛋白质，选择适宜的分离胶浓度，以标准蛋白质摩尔质量的对数对相对迁移率作图，得到标准曲线，从标准曲线上查出其摩尔质量。整个实验过程综合应用中药化学、生物化学的基本技能，强化了学生学习物理化学中的电化学与大分子溶液中的理论知识，实验所需仪器试剂都比较常见，具备作为常规教学实验的条件。该实验引导学生积极参与并发散思维，可以全面的培养学生的实验操作能力及专业技术水平。

2.2 改革教学手段，提高学生综合能力。物理化学实验多数为经典的验证性实验，实验内容较为晦涩难懂，推导过程还需要高数知识，对学生的逻辑思维能力及综合素质水平要求比较高，容易让学生产生畏难心理[6-7]。在本次教改项目的实践过程中，我们结合生活实际，帮助学生预习。比如在蔗糖水解速率常数的测定实验当中，较为传统的方式是通过旋光度测定，即利用对不同时刻体系的旋光度变化进行测定来获得速率常数。作为教师就可以设计问题，启发学生采用其他方法来测定速率常数，为化学动力学的理论知识拓宽应用范围。

2.3 设计交叉实验，结合专业发展。在本次教改项目的实践过程中，我们设计了与中药学相关的综合性实验，来调动学生学习的自主性并培养其创新意识。例如参考文献[8]，根据化学动力学的原理和方法，采用加速实验法测量恒温时常见中成药双黄连口服液的稳定性，为学生后续药剂学的学习提供思路。该实验原理及过程如下：

双黄连口服液主要由双花、黄芩和连翘组方，主要成分为绿原酸、黄芩苷和连翘苷。黄芩苷属于黄酮类物质，易水解为苷元黄芩黄素。通过恒温加速实验，以紫外光谱数据做基准，考察在不同温度下一小时内双黄连口服液中黄芩苷的含量变化关系，建立温度及时间对双黄连口服液中有效成分黄芩苷的含量影响。并与物理化学课程中的动力学知识结合，为双黄连口服液中的有效成分的稳定性建立动力学方程[9-10]。该实验设计中既包含对中成药有效成分的提取测定训练，又结合了物理化学中的动力学知识，是一个实践性很强的综合性实验。实验主要需要紫外光谱仪和恒温仪，一般性的教学实验室可以达到。而且本实验还可以进行拓展性训练，例如将双黄连口服液设计为注射剂，或者选择其他适当的中成药品，设计开放式的实验结果，能够极大的激发学生学习兴趣及创新能力。

2.4 建立启发式教学，开拓学生思路。在本次教改项目的实践过程中，根据模块化知识体系教材教学内容的需要，对学生在实验教学中采用“提问+讨论”的启发式教学改革实践[11]，让学生从被动的获取到主动的探索知识，达到最佳学习效果。在实验过程中，进行多组实验对比讨论，例如前文中所设计的电泳法测定蛋白质摩尔质量，可以在完成教学实验之外，让学生自行设计用粘度法测定蛋白质摩尔质量，进行对比分析，加深学生对理论知识的理解，提高学生对所学技能的应用能力。

2.5 引入数据分析软件，提高学生数据处理能力。物理化学实验要进行大量繁琐的实验数据处理和作图，在过去的物理化学实验教学中，作图大多是手工形式，这种形式不仅会浪费大量的时间成本，而且也会很容易造成数据误差的出现[12]。因此把计算机及有关软件引入到物理化学实验教学中，可以使实验数据处理的精准度、实验效率和实验效果得到较大的提高和改进。基于此，我们在对物理化学实验教学进行改革创新时，付出了大量的精力来对学生培训相关软件的使用，例如Origin、Excel、Matlab等数据分析软件。虽然学生们在前期的学习中可能接触过此类知识，但缺乏系统专业的训练，而在物理化学实验课上的实践会帮助他们对软件的使用有更深入的体会，也为以后的毕业论文撰写打下了笃实的基础；对数据的处理能力，也为学生适应大数据时代打好基础。

2.6 深化理论应用，模拟专业案例。我们结合中药学专业优势与实验室设备资源，在现有条件下对传统实验进行改进。例如中药的透析治疗目前报道很多，根据其中的化学原理进行离子透析实验模拟：选择合适孔径的半透膜模拟皮肤的结构作为透析袋，通过测定透析袋内外溶液的导电性，进而推测透析袋的通透性及离子的迁移情况，模拟中药离子透析的原理和过程。我们选择以蒲公英为君药的代表汤剂，测定了蒲公英分别与两味辅药连翘、鱼腥草配伍前后及其离子透析过程中的电导率变化。对影响透析液电导率的3个因素：颗粒剂浓度、透析时间、溶解时间，利用Box-Behnken进行设计并建立数学模型，探索这些因素对透析液电导率的影响。研究结果为深入研究蒲公英及其药对配伍后化学成分的组成及其存在状态以及与效应之间的关系提供一定依据，为揭示方剂药物中各主要成分的效应物质基础及作用机制提供了实验基础。这个实验所需仪器设备也仅是电导率仪和恒温设备，实验需要学生具有基本的中药药剂处理技能，同时涉及到大量物理化学中表面现象的基本知识。整个实验过程通过电导法测定时线性关系、精密度实验结果较好，而且可在1小时内观察到透析的平衡，与前期工作结合每次实验大概3-4学时，很适合用于实验教学。

3 结论

物理化学实验课的教学要主动适应时代要求，才能够满足新世纪高素质、创新型人才培养的需要。在本次实验教学的改革探索中，我们结合中药现代制剂技术，整合了物理化学学科的经典实验内容，设计了多个综合性较强的交叉实验，应用先进的教学理念和数据处理方法，为创新中药人才培养体系中交叉学科实验的建立提供一条新途径。今后我们将进一步加大物理化学实验的改革力度，建立行之有效的实验模式，把中药学专业教学和中药学研究思维融入到物理化学实验教学中去。