開展有機(jī)化學(xué)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐

吳建麗，周 芳，侯巧芝，信建豪，張 強(qiáng)

(黃河科技學(xué)院 醫(yī)學(xué)院， 河南 鄭州 450000)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，是培養(yǎng)合格人才的基本環(huán)節(jié)，在學(xué)生能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提高方面有其獨(dú)特的作用[1]。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是藥學(xué)專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，讓學(xué)生把有機(jī)化學(xué)理論與實(shí)踐、知識(shí)與能力有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。原有的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證性和操作性項(xiàng)目為主，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能及數(shù)據(jù)處理技術(shù)等有顯著效果[2]，但對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新精神顯得嚴(yán)重不足。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指結(jié)合或獨(dú)立于課程教學(xué)而進(jìn)行的一種由學(xué)生自主完成的探索性實(shí)驗(yàn)[3]，其特點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探研性與學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性科學(xué)思維和開拓創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的參與性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[4-5]。 目前，各個(gè)高校都不同程度的引入了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們的兩個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已經(jīng)寫入教學(xué)大綱，已經(jīng)開設(shè)了三個(gè)學(xué)期，取得了不錯(cuò)的效果。

1 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生根據(jù)教師給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、小組討論、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、寫出具體實(shí)驗(yàn)步驟、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器和藥品、獨(dú)立進(jìn)行操作并得出結(jié)果的實(shí)驗(yàn)、撰寫設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告、匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及心得體會(huì)[6-7]。

鑒于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生參與度低、啟發(fā)性不夠等缺點(diǎn)，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)組老師決定于2016-2017學(xué)年第一學(xué)期開始開設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。課題組老師經(jīng)過(guò)資料調(diào)研和討論論證，選擇了乙酰水楊酸的合成、馬齒莧多糖或總黃酮的提取和苯甲酸的綠色合成、洗潔精的制備等幾個(gè)備選項(xiàng)目。近三年在實(shí)驗(yàn)室有序開展了4個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中，以馬齒莧多糖或總黃酮的提取以綜合性強(qiáng)而最具代表性。

2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程

馬齒莧是世界衛(wèi)生組織提名為最有用處的藥用植物之一，也是我國(guó)衛(wèi)生部規(guī)劃的78種藥食同源野生植物之一，全草均可作為藥用。馬齒莧中含有多糖、黃酮、生物堿、香豆素等化學(xué)有效成分，馬齒莧多糖具有抗氧化、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫力等表現(xiàn)出了可觀的潛在藥用價(jià)值；馬齒莧黃酮主要有抗衰老、提高心血管通暢、消炎與提高免疫力、平衡內(nèi)分泌、抑制腫瘤擴(kuò)增、 抗病毒、抗輻射和抑菌殺菌等作用[8]。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中過(guò)程中，學(xué)生的活動(dòng)包括文獻(xiàn)查閱、小組討論、方案提交、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、過(guò)程記錄、結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)等具體環(huán)節(jié)。因此，該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生深入了解馬齒莧的同時(shí)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)和新的知識(shí)點(diǎn)，從而有效的培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合新舊知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高了他們的自身學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作及分析解決問(wèn)題等綜合素養(yǎng)，達(dá)到了綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)[9]。

2.1 作業(yè)布置、查閱文獻(xiàn)和方案設(shè)計(jì)

教師在實(shí)驗(yàn)前兩周進(jìn)行實(shí)驗(yàn)作業(yè)相關(guān)工作的布置。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目：馬齒莧中多糖的提取工藝研究、馬齒莧中總黃酮的提取工藝研究，二者中選取其中一個(gè)。多糖提取可用方法：水浸提法、微波輔助法、超聲波法、索氏提取法；總黃酮提取可用方法：回流法、微波輔助法、超聲波法等。.多糖提取工藝流程：馬齒莧干品→粉碎→提取→分離→濃縮→沉淀→離心分離→干燥→馬齒莧粗多糖→溶解定容→測(cè)吸光度→計(jì)算多糖含量； 黃酮提取工藝流程：馬齒莧干品→粉碎→提取→分離→濃縮→定容→測(cè)吸光度→計(jì)算黃酮含量。多糖含量測(cè)定：馬齒莧粗多糖→加入一定量的水溶解，定容→采用苯酚-硫酸法顯色→測(cè)吸光度→計(jì)算含量；

黃酮含量測(cè)定：濃縮液定容→加入顯色劑(NaNO2-AlCl3-NaOH)→測(cè)吸光度→計(jì)算含量。

每組4～5名學(xué)生，選出一個(gè)組長(zhǎng)總體負(fù)責(zé)，各組討論選定題目，組長(zhǎng)帶領(lǐng)組員利用學(xué)校圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)資源查閱文獻(xiàn)；每位同學(xué)認(rèn)真閱讀2～3篇文獻(xiàn)；組長(zhǎng)組織組員討論，選擇出最佳的提取方法；討論制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，包括用到的儀器、試劑的濃度及用量、最佳反應(yīng)的時(shí)間、最佳反應(yīng)溫度等；組長(zhǎng)負(fù)責(zé)安排本組同學(xué)的討論和記錄，并匯總成實(shí)驗(yàn)方案提交。

這個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室外，缺少老師的監(jiān)管，因此很考驗(yàn)組長(zhǎng)的組織能力和小組的團(tuán)結(jié)協(xié)作。好的學(xué)習(xí)效果會(huì)大大調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，活躍學(xué)生的思維，非常有助于挖掘?qū)W生的潛能，在原有有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行馬齒莧多糖或總黃酮方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施，對(duì)拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)思路并對(duì)有機(jī)化學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)起到積極的促進(jìn)作用。

2.2 師生討論，確定方案和實(shí)驗(yàn)步驟，并準(zhǔn)備相關(guān)儀器、試劑和藥品

小組選定微波輔助、超聲輔助或者索氏提取法后確定實(shí)驗(yàn)方案并提交給指導(dǎo)老師，老師指出方案中的不當(dāng)之處進(jìn)行修改后，由組長(zhǎng)帶領(lǐng)成員制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟。

比如其中一個(gè)小組選用索氏提取法進(jìn)行馬齒莧中總黃酮的提取，其實(shí)驗(yàn)步驟為：將粉碎后的馬齒莧取2.0g裝入茶包中，并塞入索氏提取器中；量取95%乙醇(稀釋)100mL(料液比1∶50)，加入圓底燒瓶中，并加入沸石；組裝儀器，調(diào)節(jié)電熱套的電壓為100V，進(jìn)行虹吸5～6次；將提取液以11000r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min；提取上清液轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶用95%乙醇(稀釋)定容；取樣品溶液1mL加入4mL的顯色劑，混合后測(cè)定其吸光度；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0084x + 0.0127[10](x為濃度，y為吸光度)計(jì)算黃酮含量。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，該組學(xué)生需要的儀器包括：燒杯，紫外分光光度儀，250mL容量瓶，托盤天平，離心機(jī)，量筒，錐形瓶，索氏提取器，研缽，電熱套；試劑包括：馬齒莧，95%乙醇(分析純)，NaNO2，AlCl3，NaOH，蒸餾水。

2.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

因各組學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案不同而導(dǎo)致儀器和試劑有差別，因此正式實(shí)驗(yàn)開始前，指導(dǎo)老師引導(dǎo)各組學(xué)生自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。多糖提取和總黃酮提取均需用到顯色劑，每班配置一份供大家使用。自己精心準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)更加珍惜試劑和儀器，也能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備老師的不易。

2.4 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

正式實(shí)驗(yàn)課堂上，各小組分工合作獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)老師注意觀察，對(duì)操作不規(guī)范，理解不正確的地方進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和及時(shí)糾正，讓小組成員討論解決并進(jìn)一步檢查實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題。由于學(xué)生以前的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中從未使用微波反應(yīng)器、超生反應(yīng)器和紫外-可見分光光度計(jì)因此指導(dǎo)老師需要集中給大家示范的這些儀器的規(guī)范使用方法。而學(xué)生在進(jìn)行索氏提取裝置和蒸餾裝置組建的時(shí)候，指導(dǎo)教師注意提醒即可。

每組學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，老師檢查每組的實(shí)驗(yàn)記錄過(guò)程是否完整，吸光度值是否符合規(guī)律，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中涉及到微波反應(yīng)器，超生反應(yīng)器，索氏提取器，離心機(jī)，紫外分光光度計(jì)等儀器的操作，看他們的記錄是否規(guī)范完整。

2.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)和匯報(bào)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，組長(zhǎng)帶領(lǐng)成員整理原始數(shù)據(jù)，分析討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后以論文形式提交設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并以ppt形式進(jìn)行匯報(bào)。

在小組ppt形式匯報(bào)過(guò)程中，指導(dǎo)老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并全面總結(jié)，表?yè)P(yáng)做的好的小組，總結(jié)和匯報(bào)環(huán)節(jié)對(duì)提高學(xué)生的科研素養(yǎng)和語(yǔ)言表達(dá)特別有幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考查了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，并拓展了新的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)了學(xué)生調(diào)閱文獻(xiàn)，分工合作，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，論文寫作，匯報(bào)表達(dá)等能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)就是的科學(xué)態(tài)度，幫助學(xué)生拓寬了學(xué)習(xí)思路，挖掘了學(xué)生的潛能，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，增加他們的學(xué)習(xí)信心?？傊鄬?duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開展過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)這樣或者那樣的問(wèn)題，對(duì)指導(dǎo)教師和學(xué)生均是是比較大的挑戰(zhàn)，但堅(jiān)持下來(lái)收獲更多。