《中药化学》设计性实验指导性教案的探讨.doc

中药化学设计性实验指导性教案的探讨中药化学设计性实验指导性教案的探讨 窦德强 冉小库 栾泽柱 许枬 王丽娜 曲杨 才谦 辽宁中医药大学药学院辽宁大连（116000） 【摘要】目前本科教学的实验课分为验证性实验、综合性实验和设计性实验。设计性实验是优化和整合实验教学内容的重要途径。而制定一个系统的实验指导性教案是目前教学体系中开展好设计性实验的必备条件。本文结合教学经验，对中药化学课程中设计性实验的指导性教案的建立进行探讨。 关键词中药化学；设计性实验；氧化苦参碱；苦参碱 Investigate in the Directional Teaching Plan for Designing Experiment in Chemistry of Chinese Medicine Dou De-Qiang， Ran Xiao-Ku， Luan Zhe-Zhu， Xu Nan， Wang Li-Na，Qu Yang， Cai Qian 【Abstract】There are replication， comprehensive and designing experiments in the undergraduate courses， among them， designing experiment is an important way to integrate and optimize the contents of experiment teaching. Establishment of a systemic directional teaching plan is essential for the designing experiment. Underlying teaching experience， the directional teaching plan for designing experiment in chemistry of Chinese medicine is investigated. 【Key words】chemistry of Chinese medicine； designing experiment； oxymatrine； matrine 前期我们对中药化学英语教学中专业单词的构词及讲解方法进行研究，受到同行专家的好评1，2。随着大学教育对实验课程的重视，如何开展好中药化学实验课程已卓有探讨3，4。近年来，我们对如何较好地完成中药化学实验课中设计性实验进行研究，现将一些教学体会同大家分享。 目前本科教学的实验课分为验证性实验、综合性实验和设计性实验5-7。验证性实验指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。综合性实验主要是指实验内容涉及本学科的综合知识或与本学科相关学科知识的实验，实验过程比较复杂，需综合运用多个学科理论知识或多种实验操作技能， 目的是为了让学生通过综合实验掌握对各种分析技术综合运用的技能，提高分析问题和解决问题的能力，着重能力培养，培养良好的科学素质。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。设计性实验是优化和整合实验教学内容的重要途径，能增强学生综合分析能力、动手能力、数据处理及查阅资料能力，培养学生的创新能力、团队协作能力。 1中药化学实验设计性实验现状 实验教学是课堂教学的必要补充，中药化学实验对于学生加深中药化学课堂教学内容的理解起着关键作用。在中药化学实验课程中8，按照教学大纲规定一般分为验证性实验、综合实验和设计性实验。虽然规定了设计性实验教学时数，但实际教学中各学校由于时间和学生准备不足基本还是采用验证性实验模式。在中药化学实验课程中，一般把“芦丁的提取与分离实验”规定为综合性实验，把“氧化苦参碱的提取与分离实验”规定为设计性实验。但实际工作中，这个实验即使作为验证性实验，也常常不成功。其原因如下：1.氧化苦参碱不易结晶，最后的产品往往得不到结晶，学生没办法观察到设计实验条件的优劣，有些学校已改成“一叶萩碱的提取与分离实验”9，10；2.即使通过资料查询，近年来采用生物碱常用提取分离方法进行氧化苦参碱分离的文献不多，而且本科实验主要进行教材中介绍的方法进行练习，多数学校只是课堂进行一些设计讲解。 设计性实验的大致步骤为首先由教师给出实验目的和实验室的实验条件，然后同学们分组进行资料查询和实验设计，然后经过或不经过教师审核确定实验方案，再进行实验和分析。在这个过程中，学生们所查阅的资料多为报道的最佳工艺资料，而更多同学对于“非最佳工艺”所产生的效果无从了解，而这些问题多数教师只是根据原理或经验给予解释，有些问题如果不亲自做实验也很难解释，如树脂上吸附的生物碱，用氯仿或乙醇那个洗脱会更好，这两种试剂都有应用。 由于设计性实验更接近于科学研究，有一些不确定的因素，实验之前需要教师根据试验的实际情况进行适当的研究，要对于试验中可能出现的选择进行比较，对于同学们的多种设计才能给予充分的指导，而这些工作笔者认为首先教师要建立一个指导性教案。 2指导性教案的建立 近些年教师多忙于科研工作，而对于本科教学工作没有更多的精力，另外青年教师队伍不断壮大，青年教师对于当初实验方法制定时的过程了解也较少。因此有必要对于设计性实验做一些研究和验证工作。因此所制定的教案不同于一般验证性实验的教案，要包括一些试验研究工作，我们称为设计实验的指导性教案。 根据设计实验的特点，指导性教案的格式与其它验证性实验格式可以基本一致，但在内容上有较大不同。指导性实验教案主要有实验目的、实验原理、实验方法以及结果与结论几部分组成。其中实验的原理部分应该有加大内容扩展，这部分建议由两部分组成，一部分为综述部分，即总结文献资料和汇总提取方法，这些方法中哪些还存在问题，还需要验证什么实验等。另一部分为探索部分，即根据上述资料认为需要验证或探索的实验，这部分内容需要自己去做实验验证和探索。总之实验原理部分准备充分，后续的实验方法部分就很容易进行指导。在实验方法中，由于是设计性实验，一个班级应每两组同学采用不同的实验方法，可以是采用的试剂不同，也可采用溶剂的比例有差别。总之，不同的实验条件最后通过总结会更好的拓展同学对于实验的认识。实验方法部分在实验之前的指导性教案中需要预先设定好，在与同学敲定最后的设计性实验方案时才能有计划地进行指导。下面笔者以氧化苦参碱的提取分离及鉴定为例进行说明。 【目的要求】 了解喹喏里西丁类生物碱的性质。 掌握渗漉法的原理、操作与影响因素。 掌握离子交换树脂提取生物碱的原理及方法。 掌握离子交换树脂的处理方法。 掌握连续回流提取法的原理、特点及仪器的使用方法。 掌握生物碱的薄层色谱鉴定方法。 【实验原理】 研究方法概述 中药苦参是豆科植物苦参 （Sophora flavescens Ait） 的干燥根，有清热燥湿、杀虫、利尿之功效。苦参在临床上用于杀虫、治疗痢疾、肝炎、荨麻疹、湿疹、气管炎等。药理实验证明苦参总生物碱有抗心律失常及抗癌活性等。苦参中主要含生物碱和黄酮类成分。苦参中主要生物碱有：苦参碱（1）、氧化苦参碱（2）、槐定（3）、槐果碱（4），结构如下。氧化苦参碱有抗癌、抗衰老等作用。氧化苦参碱13C-NMR数据：68.7（C-2）， 17.0（C-3）， 25.9（C-4）， 34.3（C-5）， 66.6（C-6）， 42.4（C-7）， 24.4（C-8）， 17.0（C-9）， 69.1（C-10）， 52.8（C-11）， 28.3（C-12）， 18.5（C-13）， 32.7（C-14）， 169.8（C-15）， 41.6（C-17）。 从苦参中提取生物碱一般用水、酸水或醇提法，粗提物用树脂法或酸碱法纯化，分离方法多用氧化铝或硅胶柱层色谱。目前各类教材中为了达到学生熟悉离子交换树脂的锻炼目的，主要采用以下两种方法，工艺如下： 其它的精致纯化步骤及博层鉴别方法类似，鉴于篇幅，此处此处不再赘述。 方法分析及补充实验 上述两种方法，主要区别在于树脂的洗脱溶剂选择，如果采用工艺II的碱水洗脱树脂，然后浓缩，时间较长，可能在各学校的实验课中难于实施；采用工艺I用氯仿洗脱，生物碱的溶解度较大，收率高，但毒性较大，尤其是学生操作不熟练，实验室内氯仿浓度较高。另外学生在进行实验设计时，自然会想采用乙醇或石油醚洗脱树脂会得到什么样的结果，而且乙醇是常用的溶剂。石油醚极性较低，估计收率不会高，但也可能纯度会高。于是我们补充了这两个实验。结果如下： 1）采用乙醇洗脱后，由于乙醇中含水，氧化苦参碱很难结晶析出。后续的工艺应该是：浓缩乙醇，采用氯仿萃取，干燥，浓缩氯仿，加乙醚产生沉淀，转溶于丙酮后，结晶析出。但这个方法收率较氯仿洗脱为低。 2）采用石油醚洗脱后，收率较低，只为氯仿洗脱的1/4，但得到的产物中多为苦参碱，而不是氧化苦参碱。另外石油醚易燃、易爆。因此这个方法不好。 实验指导及实验方案制定 尽管是设计实验，但由于实验课时限制，很难实施完全设计实验。我们经过实验，制定如下方法。 首先在课堂教学中实施实验设计和分组。每个班级分成4-5组同学首先分别查资料进行实验设计，做成PPT讲解。然后大家讨论，同时要充分利用上面准备的知识对学生进行提示，精选出1-2种工艺。按照学生的反应，在讨论和提示的过程教学过程中，学生觉得知识的拓展和收获较大。 方法确定后，药材用量、提取溶剂的用量、渗漉速度和酸浓度的确定也是同学们较难确定的问题，而这些问题也正是中药生产中，提取工艺必须考查的问题，与实际应用较接近，需要同学们掌握。一般实验教科书中很少涉及这方面的内容，这部分内容需要教师准备采用正交设计等方法进行试验条件优化的讲解。然后根据同学们设计的实验参数进行试验条件优化设计。考虑到实验的重复性问题，我们一般采用两组同学做一个实验条件，每个班级或年级分成若干个组别，按照实验条件的不同分别进行试验。实验结果在全班进行总结，最后按照设计要求进行统计，找到最佳实验条件。这个实验由于各组别的实验条件不同，同学们的实验认真程度较验证性实验大大提高。同时这个实验与实际应用更接近，学生兴趣很高。 总之，设计性实验是提高学生综合运用能力和创造力的强有力手段，如何开展设计性实验是近年来实验教学的重要内容。对于设计性实验，首先教师要有充分的准备，这个准备主要体现在制定一个较为完善指导性教案，一些疑问和实验条件必须经过预实验的研究与探索才能完成，需要教师话费更大精力进行教学研究。本文同时也呼吁学校及有关部门加大已有教学实验的改革投入，尤其是对设计性实验和综合性实验的投入，增加和完善设计性实验的实验教学，促进学生综合能力和创造力提高，促进本科教学水平进一步提高。 参考文献 1窦德强.中药化学英语教学中专业单词讲解方法探讨J.辽宁中医药大学学报，2007，9（3）：240-241. 2窦德强，徐为群，康廷国，张剑峰.中药学专业双语教学方法探讨J. 高校教育研究 2009，17（9）：58-59. 3邓巧虹，雷海民，张桂燕。中药化学实验的教学改革J.药学教育2008， 24（3）：40-42 4刘梅. 中药化学实验教学体系改革与学生创新能力的培养J. 西北医学教育， 2010，18（3）：531-533. 5蒋庆琳，郑向辉，王地娟，臧志和. 基于学科交叉的药学综合性与设计性实验改革与实践J. 药学实践杂志2012，30（5）：392-393 6蒋益萍