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        大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建與實(shí)踐
        ——L(934)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化三顆針有效成分鹽酸小檗堿精制工藝的研究

        2016-03-13 03:29:34李俊平聶立勇王林玲何雪君廖伊茜朱蘭寸馬廷升
        衛(wèi)生職業(yè)教育 2016年17期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)生

        李俊平,聶立勇,王林玲,何雪君,廖伊茜,朱蘭寸,馬廷升

        大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建與實(shí)踐
        ——L(934)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化三顆針有效成分鹽酸小檗堿精制工藝的研究

        李俊平,聶立勇,王林玲,何雪君,廖伊茜,朱蘭寸*,馬廷升

        (湖南醫(yī)藥學(xué)院藥學(xué)院,湖南 懷化 418000)

        為了加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練,探索并建立以問題和課題為核心的教學(xué)模式,結(jié)合湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化三顆針有效成分鹽酸小檗堿精制工藝的研究”,探索以學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐,調(diào)動學(xué)生主動性、積極性和創(chuàng)造性,激發(fā)其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識,有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì),進(jìn)一步推動天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

        天然藥物化學(xué);研究性學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        為貫徹落實(shí)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》的精神,大力加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練,探索并建立以問題和課題為核心的教學(xué)模式,倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),調(diào)動學(xué)生主動性、積極性和創(chuàng)造性,激發(fā)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識,使其逐漸掌握思考問題、解決問題的方法,提高創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[1]。天然藥物化學(xué)是藥學(xué)專業(yè)的一門重要課程,是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法研究天然藥物化學(xué)成分的一門應(yīng)用學(xué)科,實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握從天然藥物中提取、分離有效成分的基本操作技能,具有一定的創(chuàng)新性。我們結(jié)合天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),申報(bào)了大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化三顆針有效成分鹽酸小檗堿精制工藝的研究”,獲得了湖南省教育廳立項(xiàng)資助。該項(xiàng)目的實(shí)施帶動了學(xué)生在大學(xué)階段進(jìn)行科學(xué)研究與發(fā)明創(chuàng)造,形成了創(chuàng)新教育的氛圍,進(jìn)一步推動了天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,提高了教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立獲取知識及應(yīng)用知識能力,有效提升了創(chuàng)新能力和科研綜合素質(zhì)。

        1 項(xiàng)目構(gòu)建思路

        1.1 L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡介

        正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法,是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散、齊整可比”的特點(diǎn)[2]。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表是一整套規(guī)則的設(shè)計(jì)表格,L為正交表的代號,n為試驗(yàn)的次數(shù),t為水平數(shù),c為列數(shù),也就是可能安排最多的因素個數(shù)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表有很多類型,如L4(23)、L8(27)、L9(34)、L16(45)等,其中L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡單、最常用,它表示需做9次實(shí)驗(yàn),最多可觀察4個因素,每個因素均為3水平。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟為:確定試驗(yàn)因素及水平數(shù),選用合適的正交表,列出試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果,對正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析,包括極差分析和方差分析、確定最優(yōu)或較優(yōu)因素水平組合。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于試驗(yàn)因素的安排,通常在不考慮交互作用的情況下,可以自由地將各因素安排在正交表的各列,只要不在同一列安排兩個因素即可。因素所在列是隨意的,一旦安排完成,試驗(yàn)方案即確定,之后的試驗(yàn)以及后續(xù)分析將根據(jù)這一安排進(jìn)行,不能再改變。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是分析因式設(shè)計(jì)的主要方法,是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,在很多領(lǐng)域的研究中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在天然藥物化學(xué)研究中,L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)常用于天然藥物的提取、分離工藝的優(yōu)化[3]。

        1.2設(shè)計(jì)背景

        三顆針為小檗科植物,其干燥根莖因常生三叉狀針刺而得名。此屬植物的根含小檗堿、小檗紅堿、小檗胺、藥根堿等化學(xué)成分,具有多種生理活性和抗癌等活性,有抗菌、降壓作用。其主要成分小蘗堿具有清熱燥濕、瀉火解毒的作用,用于細(xì)菌性痢疾、胃腸炎、副傷寒等治療,療效確切[4]。在藥物生產(chǎn)中,原料藥鹽酸小蘗堿的純度是關(guān)鍵,是藥物制劑的質(zhì)量保證。目前相關(guān)報(bào)道多為三顆針有效成分小蘗堿的提取、分離條件的優(yōu)化,得到小蘗堿粗品[5],但未見有關(guān)小檗堿粗品經(jīng)精制為鹽酸小蘗堿工藝優(yōu)化的報(bào)道。我們根據(jù)教學(xué)計(jì)劃開設(shè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)“三顆針有效成分小檗堿的提取、分離”,運(yùn)用L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化三顆針提取的小檗堿粗品精制為鹽酸小蘗堿的工藝條件,以提高產(chǎn)品收率。

        1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容

        我校天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:稱取三顆針根粗粉50 g,用0.3%硫酸溶液室溫浸泡24 h,過濾,收濾液;藥渣同法操作一次,合并兩次濾液,用石灰乳調(diào)濾液pH值為10~12,靜置過夜,過濾,濾液加入精制食鹽使含鹽量達(dá)6%的濃度,靜置過夜,布濾,即得小檗堿粗品。將得到的粗制小檗堿(無需干燥)置于燒杯中,加入約50倍純化水,水浴上回流煮沸半小時,迅速抽濾,不溶物可再加純化水30~40m l煮一次,過濾,合并濾液,加濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值為1~2,放冷即可析出鹽酸小檗堿精制品,減壓過濾,并用少量70%乙醇洗滌結(jié)晶,于80℃以下干燥,稱重,計(jì)算提取率。采用L9(34)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行精制工藝條件的優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)因素為浸泡溶劑硫酸溶液的濃度、浸泡時間、提取pH值、提取溫度,分別設(shè)計(jì)3個合適水平,以提取率為考查指標(biāo)。學(xué)生分組按L9(34)正交試驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn),然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,確定最佳工藝。這樣我們將一個經(jīng)典、簡單的實(shí)驗(yàn)經(jīng)綜合設(shè)計(jì)后,內(nèi)容更豐富,學(xué)生思維方式更靈活。

        2 項(xiàng)目組織實(shí)施

        2.1組織團(tuán)隊(duì),精勤協(xié)作

        大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主體是學(xué)生團(tuán)隊(duì),團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神是項(xiàng)目順利實(shí)施的支柱,分工與合作能聚集團(tuán)隊(duì)中每個人的能量并使其發(fā)揮到最大。在該項(xiàng)目中,學(xué)生按L9(34)正交試驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn),3個水平,4個因素,實(shí)驗(yàn)任務(wù)非常重,既要分工也要合作。雖然大家的目標(biāo)一致,但在團(tuán)隊(duì)合作中難免會因觀點(diǎn)不同而產(chǎn)生摩擦,這便需要我們以團(tuán)隊(duì)為重、以項(xiàng)目為主,全身心投入,并充分尊重團(tuán)隊(duì)成員的意見和建議。筆者所在組從項(xiàng)目立項(xiàng)之初成員之間不太了解發(fā)展為關(guān)系很好的隊(duì)友、朋友,這也說明了團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性。

        2.2查閱資料,確定方案

        正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是天然藥物有效成分提取、分離的科學(xué)方法之一,在實(shí)際工作中運(yùn)用較廣,但在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中很少提及。雖然正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)較復(fù)雜,難度較大,但能很好地提升學(xué)生主動性、創(chuàng)造性和綜合實(shí)踐能力。首先,在教師指導(dǎo)下,學(xué)生通過學(xué)校圖書館數(shù)據(jù)庫查閱文獻(xiàn)、收集資料。本項(xiàng)目共查閱了國內(nèi)外參考文獻(xiàn)50余篇,通過對新技術(shù)、新動態(tài)的查詢,學(xué)生獲得了新知識,并產(chǎn)生濃厚的研究興趣。然后,學(xué)生討論方法的可行性,擬定切實(shí)可行的具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,包括詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟、儀器試劑計(jì)劃、注意事項(xiàng)等,交由教師審閱通過。此外,教師在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時,向?qū)W生詳細(xì)介紹三顆針提取小檗堿的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理以及如何合理確定提取工藝因素和水平,確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

        2.3精心組織,認(rèn)真實(shí)施

        實(shí)驗(yàn)方案確定后,讓學(xué)生分組按正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn),提取得到產(chǎn)品,計(jì)算收率。在項(xiàng)目實(shí)施中,學(xué)生遇到的問題往往比預(yù)期要多,如影響三顆針鹽酸小檗堿精制提取率因素主要為溶液pH值,其次為回流時間、乙醇濃度、純化水用量,試驗(yàn)號A2B3C1D2為最佳工藝條件[6],但方差分析表明以提取率為考查指標(biāo)4個因素中,純化水用量對其有顯著影響(P<0.05),且是關(guān)鍵因素,方差分析與直觀分析結(jié)果不一致。在這種情況下,沒有人能直接告訴學(xué)生問題出現(xiàn)的原因,學(xué)生就要自己分析,并通過網(wǎng)絡(luò)資源及相關(guān)書籍進(jìn)行學(xué)習(xí),與自己的實(shí)驗(yàn)條件等信息進(jìn)行比較,經(jīng)不斷修改調(diào)試解決問題。又如,在精制鹽酸小檗堿過程中,發(fā)現(xiàn)提取率普遍較低,學(xué)生感到很困惑,不知什么原因。經(jīng)反復(fù)研究分析和查閱資料發(fā)現(xiàn),原來是煮沸后的溶液應(yīng)趁熱迅速抽濾,以免溶液冷卻而析出鹽酸小檗堿結(jié)晶,造成提取率降低。因此,通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生自主創(chuàng)新能力得到顯著提高,在掌握天然藥物化學(xué)基本理論和基本技能的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)了濃厚的研究興趣,享受到理論與實(shí)踐相結(jié)合帶來的成果,提高了學(xué)習(xí)自主性和創(chuàng)新能力。

        2.4認(rèn)真總結(jié),撰寫論文

        實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,各小組學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果進(jìn)行討論,總結(jié)實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)和體會,切身感受這個過程帶來的鍛煉和收獲,并撰寫一篇論文作為成績評定依據(jù)之一。該課題組已有2篇學(xué)生論文在《中國藥業(yè)》和《衛(wèi)生職業(yè)教育》這兩個國家級刊物上發(fā)表。學(xué)生對這種實(shí)驗(yàn)?zāi)J浇o予了充分肯定,認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中可以充分發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力,有效調(diào)動了探索科學(xué)奧秘的好奇心和求知欲望。我校在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入正交設(shè)計(jì)法,獲得了校教學(xué)成果一等獎。

        3 項(xiàng)目開展經(jīng)驗(yàn)

        3.1保障機(jī)制

        為確保大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目得到有效實(shí)施,我院成立工作領(lǐng)導(dǎo)小組,并制訂了詳細(xì)的管理制度。本著以人為本的工作理念,領(lǐng)導(dǎo)小組指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目研究的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,耐心接受學(xué)生咨詢,協(xié)調(diào)解決學(xué)生科研過程中遇到的問題,為學(xué)生項(xiàng)目研究做好服務(wù)工作。此外,學(xué)校給予了項(xiàng)目配套經(jīng)費(fèi)支持,嚴(yán)格專項(xiàng)使用。

        3.2過程管理

        大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展,注重的是過程而非結(jié)果,強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)際動手能力和自主學(xué)習(xí)能力的提高、創(chuàng)新思維的培養(yǎng),所以項(xiàng)目的過程管理就顯得尤為重要。參與項(xiàng)目的5位學(xué)生對科學(xué)研究或創(chuàng)造發(fā)明有濃厚興趣,在興趣驅(qū)動及導(dǎo)師指導(dǎo)下完成了項(xiàng)目申報(bào)和實(shí)驗(yàn)過程。項(xiàng)目組學(xué)生自主設(shè)計(jì)課題、完成課題、管理課題,并在實(shí)施過程中不斷調(diào)整優(yōu)化。為了督促學(xué)生按期完成研究任務(wù),要求學(xué)生明確責(zé)任和目標(biāo),院(部)定期開展項(xiàng)目中期檢查,針對項(xiàng)目管理和項(xiàng)目研究中存在的問題,及時協(xié)同有關(guān)部門進(jìn)行處理。通過過程管理,加強(qiáng)對項(xiàng)目的監(jiān)督,促使學(xué)生順利按計(jì)劃完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

        3.3搭建平臺

        為開拓學(xué)生視野,激發(fā)學(xué)生科學(xué)研究興趣,展示大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)成果,我們創(chuàng)建了大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目組QQ群和網(wǎng)絡(luò)平臺,以便項(xiàng)目組成員之間、成員與教師之間相互交流,支持項(xiàng)目組學(xué)生參加校內(nèi)外學(xué)術(shù)會議,為學(xué)生提供交流經(jīng)驗(yàn)、展示成果、共享資源的機(jī)會。

        4結(jié)語

        “教學(xué)有法,教無定法”。長期以來天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較單一,導(dǎo)致學(xué)生思維單一,難以適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等實(shí)際工作需要。天然藥物化學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建與實(shí)踐,改進(jìn)了經(jīng)典實(shí)驗(yàn),不僅培養(yǎng)了學(xué)生掌握基本操作技能、理論實(shí)踐融會貫通、靈活解決實(shí)際問題能力,還增強(qiáng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研意識、敢于進(jìn)取的創(chuàng)新開拓精神。對學(xué)生強(qiáng)調(diào)的是“做”而不是“知”,對教師的要求是進(jìn)行方法指導(dǎo)而不是灌輸,使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體,在實(shí)訓(xùn)中培養(yǎng)綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

        [1]劉佳,張敬敬.指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的幾點(diǎn)體會[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育,2014,16(5):38-39.

        [2]郝拉娣,于化東.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表的使用分析[J].編輯學(xué)報(bào),2005,17 (5):334-335.

        [3]王艷,張愛珍,任春生.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用進(jìn)展[J].分析試驗(yàn)室,2008,9(2):151-152.

        [4]程詠梅,陳仁華.小檗堿提取工藝的研究[J].時珍國醫(yī)國藥,2007,18 (6):1445-1447.

        [5]楊宏健,肖美風(fēng).正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選三顆針中小檗堿的提取工藝[J].中國藥師,2005,8(8):673.

        [6]朱蘭寸,李俊平,聶立勇,等.三顆針有效成分鹽酸小檗堿精制工藝的優(yōu)化[J].中國藥業(yè),2014,23(7):38-39.

        (*通訊作者:朱蘭寸)■

        G420

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        1671-1246(2016)17-0017-03

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