天然產(chǎn)物化學實驗課程學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

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[摘要]天然產(chǎn)物化學實驗課程是一門綜合性課程，涉及大量的研究內(nèi)容，在此課程的教學過程中，如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的探索興趣對學生素質(zhì)培養(yǎng)非常重要。本文探討了探索性實驗的流程設計和實驗實施保障，將探索性實驗納入天然產(chǎn)物化學實驗課程的教學中，以更好地培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和發(fā)現(xiàn)科學問題并解決該問題的能力。

[關鍵詞]天然產(chǎn)物化學；實驗課程；探索性實驗；創(chuàng)新能力

天然產(chǎn)物化學課程是高等院校藥學[1]、應用化學[2]等相關專業(yè)的專業(yè)主干課程，是有機化學的一個重要分支，又是一門交叉學科，涉及有機化學、無機化學、波普解析、生物化學、儀器分析等先修課程，本門課程要求學生了解天然產(chǎn)物的分類、分布與結(jié)構類型，掌握天然產(chǎn)物分離提取、結(jié)構鑒定的一般方法，熟悉各類天然產(chǎn)物，特別是重要天然產(chǎn)物的合成、性質(zhì)及應用，并對天然產(chǎn)物的合成途徑有一定認識。其授課主要內(nèi)容包括來源于陸生植物和動物的十三大類天然有機化合物(維生素、糖、核酸、氨基酸、多肽與蛋白質(zhì)等)，以及近年來新增的海洋天然產(chǎn)物章節(jié)[3-4]。天然產(chǎn)物化學是一門理論和實驗并重的課程，許多提取分離天然產(chǎn)物的規(guī)律是從實驗中總結(jié)出來的[5]，而實驗中得到的規(guī)律和經(jīng)驗的集合形成了天然產(chǎn)物化學課程的理論體系。在實驗課程中有意的訓練大學本科階段學生的創(chuàng)新能力，不僅能夠為部分適合繼續(xù)科學探索的學生打下扎實的基礎，因為本科階段學生的思維還沒有固化，有特有的靈活性和創(chuàng)新性，在實驗過程中能夠有更新穎的角度和更獨特的思維，往往還能夠得到許多高年級研究學生沒有涉及的新發(fā)現(xiàn)。例如美國猶他大學Olivera教授指導18歲左右的大學新生開展關于芋螺毒素毒性的研究，創(chuàng)造性地直接將芋螺毒組分注射到哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)，揭示了芋螺毒素藥理多樣性的面紗，并且進一步研究發(fā)現(xiàn)了多種活性多肽，部分多肽進入臨床試驗，其中齊考諾肽(ziconotide)已經(jīng)上市[3]?？梢?，在大學天然產(chǎn)物實驗課程階段培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要性，不僅能夠幫助學生在今后的工作中敢于設想，大膽實踐，使其創(chuàng)新素質(zhì)不斷提高，還能推動天然產(chǎn)物研究領域發(fā)展，同時得到更多有益于人類發(fā)展的科研成果。本文就如何在天然產(chǎn)物化學課程理論授課的基礎上，在實驗課程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和激發(fā)學生的探索精神，設計了天然產(chǎn)物化學實驗課程中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的具體流程，并探討了該流程得以順利實施的保障。以期在天然產(chǎn)物化學實驗課程的授課中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情，并發(fā)現(xiàn)具有科研精神和科研潛力的優(yōu)秀學生，鼓勵其積極投身于我國天然產(chǎn)物化學領域的研究，還能在實驗課程中得到更多有價值的科研成果，以期積極推動產(chǎn)學研相結(jié)合的高校課程培養(yǎng)體系建設。

1天然產(chǎn)物化學課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的流程設計

1.1基礎練習

天然產(chǎn)物化學是一門理論和實踐并重的課程，良好的理論基礎是其實踐操作的前提，而實踐操作又豐富了理論知識體系，但最終落腳點是在實踐應用上，一些基礎的實踐操作技能單靠理論是無法習得的，要熟練掌握還是需通過實驗課程的習得和課后不斷練習，并且對基本操作技能的熟練使用是實踐創(chuàng)新的基礎。盡管對天然產(chǎn)物進行深入研究的過程中會涉及非常多的實驗操作方法，但其中最基本的操作方法和技能并不多，如天然產(chǎn)物提取，天然產(chǎn)物除雜、純化，天然產(chǎn)物結(jié)構和理化性質(zhì)的分析等，所涉及到的儀器設備或工具主要有提取裝置、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、分層過濾裝置、硅膠等不同類型柱色譜裝置、薄層色譜、液相色譜裝置、紫外檢測裝置等，都是初級簡單的基礎裝置。因此，在實驗教學過程培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的基礎，是通過設計一些初級基本的課程，由淺入深，訓練學生初步了解或掌握最基本的操作技能，使用最基礎的裝置和工具，如“黃連中小檗堿的提取與鑒定”、“黃芪多糖的提取分離和鑒定”等。這些基礎實驗作為天然產(chǎn)物化學研究的入門，必不可少，但是切勿過多，否則會因為重復類似的操作而使學生漸漸失去興趣，阻礙了其創(chuàng)新發(fā)揮。

1.2自主選材

經(jīng)過少而精的基礎練習后，同學們對于天然產(chǎn)物化學的實踐有了一定基礎，為培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，需激發(fā)學生的興趣，要啟發(fā)學生通過探索身邊的未知，在實踐中打開另一個世界的大門，并伴隨帶來的一定成就感，再進一步激發(fā)興趣。此時，要求學生根據(jù)自身生活環(huán)境，選一種或多種材料，可以是植物、動物或微生物，然后根據(jù)興趣方向進行組隊。同學們自發(fā)組隊完成后，為了保障后續(xù)創(chuàng)新訓練的順利開展，指導老師可根據(jù)實驗課程基礎練習階段的表現(xiàn)情況，對各分組進行調(diào)整，并選定小組組長，同時根據(jù)自身經(jīng)驗從學生選出的材料中排除一部分收集或探索難度較大、明顯超過學生水平的材料，并給出建議首選材料。

1.3自主設計

選材組隊完成以后，便進入實驗方案自主設計階段，要求學生結(jié)合之前實驗課程的實驗設計，自主查閱文獻并設計實驗方案。為了節(jié)約時間，提高效率，可要求小組不同學生根據(jù)自身特長進行分工，如資料收集、整理，具體某一實驗流程的安排設計、調(diào)研確定實驗中所需儀器設備實驗室是否滿足并擬定解決方法，及最后的設計報告的撰寫等。本過程是理論探索過程，為保障設計的合理性和完整性，指導老師需對設計報告進行審核和修改，并及時為學生解疑答惑，提出意見，同時鼓勵學生克服困難，避免部分學生放棄。還應就實驗設計中涉及的實驗室安全問題進行教育培訓，提前識別風險，預估風險并提出方案規(guī)避風險，確保實驗進行中的安全問題，提高安全意識。

1.4實驗方案實施

實驗方案設計完成后，便進入實踐實施階段，該階段可能是天然產(chǎn)物化學實驗中最具挑戰(zhàn)的部分，其周期最長，遇到的問題可能最多。此階段，指導老師須定時與學生分析和討論實驗過程中的問題、現(xiàn)象等，指導學生如何獲取解決方法，還須在實驗實施過程中強調(diào)實驗安全操作流程，培養(yǎng)學生安全意識。此外，指導老師要鼓勵學生仔細觀察、不斷重復，自主發(fā)現(xiàn)問題；也要對實驗過程中的新現(xiàn)象，引導學生思考，鼓勵大膽假設；對部分初步判斷特別有價值或有意義的新問題，指導老師甚至可以和學生一起進行探究。整個過程中要培養(yǎng)學生做好實驗記錄的習慣。

1.5實驗結(jié)果整理

實驗完成后，要求學生對實驗結(jié)果進行整理，并撰寫報告，對部分有科學價值的內(nèi)容，鼓勵學生撰寫成論文，投稿發(fā)表。對于實驗結(jié)果的整理分析，可以幫助學生認識實驗中得到了怎樣的數(shù)據(jù)，說明了什么問題。通過對整個實驗的回憶，能讓學生意識到自身的進步，從而增加其探索的欲望。其中，對具有科學價值的創(chuàng)新成果，投稿到期刊，對學生來說也是一種認可，會大大激發(fā)學生的成就感，在投稿返修過程中還能培養(yǎng)學生抗挫折能力和科學韌性。

2課程創(chuàng)新設計實施的保障

2.1師資力量的保障

本文設計提出的天然產(chǎn)物化學實驗課程中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的流程的第一階段基礎訓練階段，由于其整個實驗設計、實驗過程和實驗結(jié)果等早已明確，實驗為驗證性工作，一般實驗教師便可勝任。而在此基礎上開展的后續(xù)流程，具有明顯的探索性，期間所遇到的問題，和所面臨的困得更多，需具有較好科研基礎和創(chuàng)新能力的老師作為指導，這對后續(xù)流程的順利開展和完成具有重要作用。并且，由于每位老師精力有限，指導的小組不宜太多，為每一個小組配備專門指導老師很重要。因此，在天然產(chǎn)物化學實驗課程開始前，教研室相關課程負責教師要為學生遴選一個導師庫，根據(jù)教師研究方向匹配相應實驗小組；也可以由學生根據(jù)實驗設計和研究內(nèi)容，在導師庫選擇合適的指導教師。目前，盡管隨著各大高校不斷引進高水平博士，高校的師資水平在不斷提高，但國內(nèi)高校很少有這種直接為某一個實驗創(chuàng)新課程匹配師資的舉措。不過，從目前很多高校開展的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目來看，高校中已經(jīng)有相當部分教師有意愿指導學生作探索研究[6]，并且隨著具有博士學位教師的增加，此類教師隊伍人數(shù)在逐年增加，可見高校中愿意帶領學生開拓創(chuàng)新的老師并不少，這為本文提出的在天然產(chǎn)物化學實驗課程中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的流程的順利開展提供了一定保障，為建立相應的導師庫提供了可能。

2.2時間和場地的保障

由于天然產(chǎn)物化學課程中涉及實驗的開展需要耗費大量的時間和精力，并且需要較固定的場所，因此，在時間和場地方面的保障必不可少。每一門課的課時量有限，除了減少驗證性實驗課的課時量外，增加實驗課的總課時量也很重要，同時，還需要學生拿出部分課余時間。由于不同學生課余時間的安排不盡相同，小組間不同成員的合理分工就非常有必要，通過合作從而保障創(chuàng)新性實驗的順利進行。此外，隨著開放性實驗室越來越多，公共平臺也越來越多，獲取一個相對固定的地方也相對容易，這為創(chuàng)新性實驗課程的順利開展提供了有力支撐。

2.3經(jīng)費保障

材料的收集、試劑和耗材的購買都需要經(jīng)費，充足的經(jīng)費來源是保障其順利實施的前提之一。教研室在安排相關實驗前，便需要預算相應的經(jīng)費需求。此外，對于創(chuàng)新性較好的實驗，可以在完成課程教學的同時，申請高校相應支撐項目，如大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。此外，部分選題在篩選指導老師時，如果能找到具有類似科研項目的指導教師最好，這樣指導老師可以從自己的科研經(jīng)費中拿出一部分資金，保障創(chuàng)新實驗的順利完成。此外，不同高校還可以從不同的創(chuàng)新實驗課程中篩選出部分具有較好價值的研究進行資助。

2.4過程監(jiān)督

過程監(jiān)督是指在整個創(chuàng)新實驗培養(yǎng)過程中，基礎實驗課程主講教師、小組探索實驗指導教師、教研室負責老師負有監(jiān)督學生整個實驗課程按照既定的流程持續(xù)進行的責任，避免虎頭蛇尾，隨著時間的延長，參與的人越來越少。同時也要避免創(chuàng)新性天然產(chǎn)物化學實驗課程進行的過程中，出現(xiàn)安全事故，要保障師生及學校的人身財產(chǎn)安全。此外，對于客觀原因無法順利完成該課程的，也可通過時時監(jiān)督和了解，及時終止。

3結(jié)語

天然產(chǎn)物化學實驗課程通過引入具有一定挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容，激發(fā)學生的學習探索興趣，充分結(jié)合學生身邊的生物材料，通過一定的人力物力投入和合理的實驗課程設計，可以充分挖掘?qū)W生的探索和創(chuàng)新精神，有利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力，讓學生感受到天然產(chǎn)物這門課程在生活中的作用，并反過來引導學生更好的學習天然產(chǎn)物理論知識。

參考文獻

[1]王建壯，呂華沖，劉暢．改革天然藥物化學實驗培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J]．中醫(yī)藥導報，2008，14：146-147．

[2]黃曉輝．《天然產(chǎn)物化學》教學改革探索[J]．才智，2015：225．

[3]湯海峰．天然藥物化學課程中“海洋天然產(chǎn)物”章節(jié)的教學實踐[J]．基礎醫(yī)學教育，2014，16：359-362．

[4]史清文，李力更，霍長虹，等．加強天然藥物化學課程中海洋天然產(chǎn)物章節(jié)教學的意義[J]．藥學教育，2011，27：27-29．

[5]張鳳，董新榮．《天然產(chǎn)物化學實驗》教學改革初探[J]．化工時刊，2018，32：43-44．

[6]張瑞．地方高?！按髮W生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”的實施策略[J]．創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育，2017，8：86-89．

作者：潘峰 劉云 單位：遵義醫(yī)科大學