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从中药材中提取有效成分芦丁实验教学设计及实践

2024-08-29 86 上传者：管理员

摘要：为培养中药学专业学生的实践能力和药学思维，设计了采用多种中药材和不同的实验方法提取芦丁的实验教学案例，将‘教、学、做’融为一体，并进行了实践。在教学中突出学生的主体地位，将实验技能、科研思维、思政教育进行有机地融合。实践证明，实验教学的开展，不仅让学生掌握了实验技能，还极大地激发了学习兴趣，提升了分析和解决问题的能力。

关键词：
中药学专业
中药材
实验教学
教学设计
芦丁
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2022年4月《国家卫生健康委关于加强新时代中医药人才工作的意见》指出人才是中医药发展的第一资源[1]。各中医药院校积极围绕医教协同深化中医药教育改革，在教育改革和中医药人才培养模式上进行了有益的探索和实践。有机化学与现代中药学密切相关，其理论知识及实践技术是实现中药现代化的主要技术手段之一。有机化学实验是有机化学课程的重要组成部分，其主要任务是通过实践验证理论知识[2]，培养学生的实验习惯、操作技能、科学思维、安全管理等多方面的综合素质[3]。近年来，我校有机化学教学团队根据中药学专业的特点，积极开展实验教学改革，以教学为中心，将实验技能、科研思维、思政教育进行有机地融合，实施全方位、多层次育人[4]。

中药材有效成分提取分离的实验技术是中药学专业学生必须掌握的一项基本实验技能。芦丁的提取分离是经典的实验教学内容之一，在大多数医药学院校都开设了这一实验。在传统的芦丁提取教学实验中，一般固定槐米为原料药材，采用一种提取方法，没对芦丁的鉴定进行拓展，这些都不利于学生实践和创新能力的培养[5]。基于此，本文从教学内容、教学过程、教学评价等多方面进行了改进，激发学生的学习兴趣，让学生主动全程参与实验，提高学生运用知识解决实际问题的能力[6]。

1、课前分析

本实验的授课对象为高职中药学专业大一学生，开课的时间为第二学期。在专业知识上，学生已经学习了无机化学和部分有机化学的相关知识，如溶液配制、减压过滤、蒸发浓缩、固体干燥等基本实验技能。这些知识储备为实验的开展奠定了基础。教学团队搭建的网络课程，为混合式实验教学开展提供了条件。在学习氛围上，能积极参与到课堂活动中，课堂氛围比较好。由于课程面向的是大一学生，学生缺乏专业知识，知识的运用与理论联系实际的能力相对较薄弱。学生通常习惯被动接收教师灌输的知识，实验课上最直观的表现就是按部就班地完成实验，缺乏批判性思维和创新能力。

2、教学设计

2.1 教学目标

科学合理的教学目标是教学质量的保障。教学目标应根据预期的学习结果制定，简洁明了地表达出教学意图。传统的一维目标偏重知识和技能，忽视学生价值观的培养[7]。三维目标更加重视学生全面的发展，主要有知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面[8]。知识目标体现教学内容，能力目标体现科学思维，情感目标体现课程思政，三者相互关联和渗透。本次实验的教学目标设计如表1所示。

表1 教学目标设计

2.2 教学内容

教学内容围绕知识、能力和情感三方面进行设计，培养德才兼备的中医药人才。实验内容在传统的方案上进行了一些改进。传统的教学内容一般以槐米为原料用碱提酸沉法提取芦丁，即全班采用统一实验方案。修改后的实验内容增加了药材的种类，提取方法。在药材选取上使用了三种不同的药材为实验对象，分别为槐花、槐米、芸香草，让学生能直观地认识不同中药材有效成分的含量差异。在提取方法上，采用了乙醇回流提取[9]、碱提酸沉法[10]，实验流程如图1所示。一个小组选取一种药材和一种提取方法进行实验，每个小组的实验方案有一定差异。通过采用不同的实验方法，考察提取方法对实验结果的影响，比较实验方法的优缺点。此外，在学习平台还引入了屠呦呦发现青蒿素的纪录片、芦丁的鉴定等教学内容，供学生在线上学习。

图1 芦丁提取实验流程

2.3 教学过程

互联网技术的快速发展促进了高等教育的变革，“互联网+教育”的有机融合在实验教学中发挥着巨大作用。线上教学具有资源共享、时空灵活、交流及时等优势[11]，有效地弥补了线下实验教学的缺陷。教学团队以超星学习通为线上平台，采用线上线下结合的教学模式开展实验教学。混合式教学主要分为课前准备、课中实施、课后拓展三个环节。

图2 实验教学流程

课前环节，教师整合教学资源，将教学资源上传到学习通平台，并发布课前任务，学生按要求完成任务。教学资源主要有实验操作示范、芦丁市场现状、青蒿素的研发历程等。教学资源的核心部分为乙醇回流法、碱提酸沉法提取芦丁的示范操作及细节分析，让学生课前学习实验操作，为线下实验开展做好准备。芦丁市场现状及未来发展趋势的行业报告和文献资料可以引导学生理论联系实际生产。观看青蒿素的研发历程视频，学生不仅可以学习科学家们不畏艰险甘于奉献的精神，还能增强民族自信[12]。学生课前学习的任务有：(1)观看实验示范操作、青蒿素研发视频，阅读芦丁市场现状等相关文献；(2)小组协作制定实验方案，提前一星期将方案上传至学习通给老师审核修改，实验方案以PPT文档呈现，包含芦丁简介、实验原理、实验试剂及仪器、详细实验步骤等。学生课前任务的完成情况可以通过平台数据进行有效地监督。学生提交实验初步方案后，教师应及时地反馈修改意见。方案确定后，实验准备教师根据方案准备试剂和器材。

课中环节，主要在线下完成，教师讲解实验内容，学生在教师的指导下完成实验。由于课前学生已经通过线上平台详细地学习了实验内容，在课堂讲解部分，教师不需要再详细地讲解基础知识，重点应启发学生知识的融会贯通及应用。讲解过程主要采用问题导入引导学生思考，如实验中为何选取了三种不同的药材？不同提取方法的实验原理有何差异？实验中的操作对芦丁的品质有何影响？在学生进行实验操作过程中，应重点指导规范操作，主要的实验操作单元有回流提取、水浴加热、减压过滤、浓缩液体、静置结晶、固体干燥。通过规范实验操作，提高学生的动手能力，培养学生的实验室安全和环保意识。

课后环节，采用线上线下结合的方式进行。学生在完成实验报告后，教师及时组织学生在线上进行成果展示及实验心得分享，最后由教师总结点评。在以往的实验课堂中，一般都是在实验结束后就进行总结分析，学生在短时间内还没有消化吸收，总结的收效并不明显，因此总结分析放在实验报告完成后进行。由学生成果展示实验结果和分享实验心得，教师最后点评总结。

2.4 教学评价

教学评价是衡量教学目标是否达成的重要指标，不仅要对学生学习成绩进行评价，还应对教师教学质量进行评价，对学生评价主要包含学业达成、学科能力素养、学习兴趣和态度等[13]，对教师的评价主要有教学态度、教学准备与过程、教学过程与方法等。实验教学评价应采用基于数据支持的多维量化指标进行评价，过程和结果都要进行评价。采用线上线下混合式的教学，线上平台数据为教学评价提供了数据支持。学生成绩评价中各部分占比为：实验方案制定15%、线上视频学习15%、实验报告20%、课堂表现35%、产品展示和总结汇报15%。学生评价主要依托学校教务处的教学评价系统和调查问卷进行，通过学生评价检视教学中存在的问题。

3、教学实践

3.1 课前准备

改革后的芦丁提取实验在我校中药学专业实施教学计划。学生根据平台系统随机分成了8组，每组约6～7人，由教师随机指定实验药材及提取方法。分组后教师在课前4周发布教

学任务清单，学生根据课前任务清单完成课前任务。具体的任务清单为：(1)查阅文献，能说出芦丁的用途，性质特征，主要来源及常用的提取方法；(2)观看用乙醇回流法及碱提酸沉法提取芦丁的教学视频；(3)列出详尽的实验方案，包括实验原理、仪器设备、试剂、实验步骤等几方面主要内容，课前2周提交给带教老师；(4)实验方案经带教老师审核通过后，提前3天到实验室配制本小组需要用到的试剂、准备仪器设备等。教师发布课前清单后，审核学生提交的实验方案，与学生讨论修改实验方案，通过线上会议分小组完成讨论，修改得到最终的实验方案。根据学生的实验方案，由教师准备实验中所需的材料、仪器设备及试剂。

在课前任务准备环节学生都能按课前任务要求在相应的时间节点完成。通过课前文献查阅，学生对芦丁的结构、性质、用途、来源、提取方法等有很深入地了解，部分同学还拓展到了芦丁衍生物的结构及临床应用。在教学视频的观看上，学生在课前能主动观看视频，不仅完成了本小组必看的教学视频，还完成了选看内容，如纪录片青蒿素的研发视频，从学习通后台统计的数据来看，视频观看率在90%以上。各小组的实验方案都很详尽，尤其是在芦丁的药理作用上，介绍得非常全面，实验操作中具体的细节如所需溶液的浓度等，仪器的操作要点等都有详细的说明。但有个别小组的实验方案也有不合理的地方，如实验步骤叙述不清、试剂配制方法没有细化，在线上讨论阶段及时进行了答疑和修改。得到成熟可能的实验方案后，学生提前3天到实验室准备玻璃仪器，粉碎药材，配制75%乙醇、6 mol/L盐酸、饱和石灰石等试剂。

3.2 芦丁提取过程

在实验过程中，先由教师根据课前任务的完成情况进行总结，指出实验方案中的问题及强调实验中的注意事项，示范回流提取、减压过滤、液体浓缩等实验操作。课堂集中讲解后，分小组进行实验操作，教师巡视并指导学生完成实验。实验过程中各小组成员团结协作积极参与到实验中，通过传帮带的形式完成实验内容。实验完成后及时进行了溶剂回收、数据处理等内容，顺利地完成了实验。课中各小组大部分实验操作都能规范有序地进行，但也存在一些问题。较为突出的问题是学生的实验动手能力参差不齐，在回流和蒸馏装置的搭建上还不太熟练，减压操作不规范，这些都还需要加强。

图3 实验过程展示

3.3 实验结果及讨论

从实验结果来看，7每个小组都得到了精制芦丁产品，1个小组芦丁固体析出失败，芦丁的得率如表2所示，从得率来看不同小组的实验结果有明显差异。除了得率外，各小组的芦丁固体，颜色深浅、产品颗粒大小都有较为明显的差异。在课后总结阶段主要引导学生分析实验结果。课后总结每个小组以PPT的形式进行，PPT图文并茂，学生的表述也比较流畅。总结阶段各小组主要展示了芦丁提取方法、产品的外观、芦丁的得率、实验成败等方面的内容。学生在实验成败分析方面尤其突出，包括原因分析，遇到的困难，实验对个人的影响等。尤其是第四小组同学，没有得到芦丁产品，但是在分析总结环节找到了原因，在用盐酸调节pH值时没有达到4～5导致芦丁析出失败。教师总结环节，引导学生观察实验结果，分析药材的品种、采摘时间和提取方法对得率及品质的影响。相同的药材，不同的提取方法，取得率有差异；相同的提取方法，不同的药材，实验结果有差异；相同的药材，相同的实验方法，结果也有差异。也分析了其他因素影响实验结果，保证实验结果准确性的方法就是平行实验。通过这样的方式向学生渗透科研思维和介绍科研方法。

表2 实验结果

此外，还应对学生在各个环节的表现进行充分肯定，激励学生在以后的学习中继续保持积极参与的态度。为了深化学生的知识，还应提出更深层次的问题，评价芦丁品质的标准是什么？如果鉴定？让学生在课后查阅药典及观看鉴别视频完成。课后的拓展应采用多种形式持续进行，如指导学生参加科研项目，创新创业大赛，毕业论文等，促进学生持续发展[14]。

4、结语

中药材有效成分的提取分离是中药学研究的重要方向之一，也是发现先导化合物的重要途径[15]，其研究工作可为后续的结构鉴定、药理活性筛选、构效关系研究等打下基础。因此，有效成分的提取实验对中药学专业学生来说显得格外重要。在实验教学中通过精心设计的教学活动，将‘教、学、做’融为一体，让学生早接触中药学专业知识，强化学生能力的培养。在教学中除了传授专业知识外，德育教育也必不可少，德育教育应有机地融合在专业知识中。从教师评教和学生评学的结果来看，芦丁提取实验不仅让学生掌握了基本实验技能，还提升了个人能力和品质。采用多种原材料和不同的实验方法提取芦丁，实验操作简便、难易程度适中，适合在大一学生中开展。我校除了中药学专业外，还有临床医学、医学检验等都开设有芦丁提取这一实验，可以考虑在其他专业进行推广，受益更多的学生。在今后的教学中，专业知识与基础知识巧妙地融合、学生的持续教育将是教学团队继续努力的方向。

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