鄒 燕，張 弛，2，沈頌章，2，梁文儀，2，趙慶杰，蘇 娟，2△

(1海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院, 上海 200433； 2軍事藥學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心； △通訊作者)

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是我校軍事藥學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心針對(duì)藥學(xué)本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生獨(dú)立開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課。課程共92學(xué)時(shí)，其中包括藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)27學(xué)時(shí)，天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)25學(xué)時(shí)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)40學(xué)時(shí)。

課程開(kāi)設(shè)于大三第一學(xué)期，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)完成了“四大化學(xué)”實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，掌握了基本實(shí)驗(yàn)操作技能，具備了較好的綜合能力，并通過(guò)阿司匹林的合成和精制[1，2]，苯巴比妥的合成、精制、結(jié)構(gòu)確證和質(zhì)量分析等設(shè)計(jì)性項(xiàng)目訓(xùn)練[3，4]，提高了文獻(xiàn)查閱、方案設(shè)計(jì)、總結(jié)及報(bào)告等方面的能力[5，6]。本門(mén)課程前半部分的藥物化學(xué)、天然藥物化學(xué)的學(xué)習(xí)為開(kāi)展難度更大、綜合程度更高的研究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。

自2020年9月以來(lái)，授課組對(duì)本門(mén)課程中綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改革，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、反復(fù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，最終選擇“青蒿素的提純、蒿甲醚的制備”為主題，已經(jīng)連續(xù)實(shí)施2年，教學(xué)效果良好。一方面，青蒿素是我國(guó)屠呦呦先生獲諾貝爾獎(jiǎng)的對(duì)象，學(xué)生很感興趣；另一方面，項(xiàng)目包含諸多知識(shí)點(diǎn)，有一定的難度，對(duì)大三的學(xué)生具有挑戰(zhàn)性；再者，項(xiàng)目中包含眾多的思政元素，是完美的思政融入實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)案例[7，8]。

1 課程設(shè)計(jì)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)共40學(xué)時(shí)，教師提前2周布置任務(wù)。學(xué)生按4人一組分組，其中2人完成黃花蒿中青蒿素的提取和純化；另外2人以青蒿素為原料，合成蒿甲醚，要求學(xué)生得到純的化合物并進(jìn)行結(jié)構(gòu)確證。

學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)，組內(nèi)討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，課堂上以開(kāi)題報(bào)告的形式匯報(bào)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，由其他組學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，就實(shí)驗(yàn)方案的可行性進(jìn)行交流。教師總結(jié)把關(guān)，提出實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)遇到的問(wèn)題，以便學(xué)生做好準(zhǔn)備以應(yīng)對(duì)解決。這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)探究問(wèn)題、分析問(wèn)題和總結(jié)分析的能力以及口頭表達(dá)能力。

實(shí)驗(yàn)操作階段，教師共安排6次課，每次5學(xué)時(shí)。學(xué)生必須要計(jì)劃好每次實(shí)驗(yàn)做哪些，做到哪一步，做完樣品如何處理才能不影響下次課的實(shí)驗(yàn)效果；對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題要冷靜思考，主動(dòng)解決。教師在巡場(chǎng)時(shí)引導(dǎo)、幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的“意外”。學(xué)生得到最終產(chǎn)品后測(cè)定熔點(diǎn)，通過(guò)LC-MS、IR和H NMR對(duì)樣品進(jìn)行純度分析和結(jié)構(gòu)確證。該過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)籌安排能力，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力。

結(jié)題總結(jié)仍然以匯報(bào)的形式進(jìn)行，匯報(bào)人不能與開(kāi)題時(shí)相同。最后，每組總結(jié)實(shí)驗(yàn)情況，分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法，按照規(guī)范格式的要求，形成一篇研究論文，在結(jié)題匯報(bào)后一周內(nèi)上交。

2 課程實(shí)施

2.1 制定多樣化實(shí)驗(yàn)方案

黃花蒿提取純化青蒿素的實(shí)驗(yàn)中，每組有400 g黃花蒿藥材。學(xué)生采取的提取方法有傳統(tǒng)的冷浸法、創(chuàng)新的微波輔助萃取法、索氏提取法，所用溶劑有石油醚、6號(hào)提取油、石油醚-乙酸乙酯混合溶劑等。分離的手段主要包括萃取后重結(jié)晶法、柱色譜法。受到時(shí)間和藥材量的限制，各組均沒(méi)有進(jìn)行正交設(shè)計(jì)法優(yōu)化提取方案的研究，但大多進(jìn)行了方法學(xué)上的探索，有的小組固定提取方法后，比較兩種純化方法的效果；有的小組對(duì)提取方法的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行單因素考察。

以青蒿素為原料制備蒿甲醚主要有兩步，先將青蒿素還原成雙氫青蒿素，然后在三氟乙酸的催化作用下和甲醇反應(yīng)生成蒿甲醚。學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案有一鍋法和兩步法。一鍋法是將青蒿素還原成雙氫青蒿素后不純化，濾餅直接溶解進(jìn)行醚化反應(yīng)。兩步法是將雙氫青蒿素純化后再醚化制備蒿甲醚。第一步青蒿素制備雙氫青蒿素時(shí)，在催化劑的選擇上，有的小組選用硼氫化鈉，有的小組選用硼氫化鈉-氯化鈣。溶劑的選擇上，有的小組選用甲醇，有的小組選用甲醇和乙酸乙酯混合溶劑。第二步雙氫青蒿素制備蒿甲醚時(shí)，在溶劑的選擇上，有的小組選用二氯甲烷和甲醇，有的小組選用乙酸乙酯和甲醇。蒿甲醚的純化時(shí)，有的小組采取重結(jié)晶法，有的小組選用柱色譜法。

2.2 強(qiáng)化各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)思維

青蒿素的提取純化實(shí)驗(yàn)采用柱色譜分離，配合薄層色譜檢測(cè)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生首先要根據(jù)青蒿素的性質(zhì)選擇合適的展開(kāi)劑，再根據(jù)TLC的監(jiān)測(cè)情況調(diào)整柱色譜流動(dòng)相比例，有效地訓(xùn)練科研思維。

蒿甲醚的制備先將青蒿素還原成雙氫青蒿素，然后在三氟乙酸的催化作用下和甲醇反應(yīng)生成蒿甲醚。第一步，大部分學(xué)生選用硼氫化鈉還原，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)瓶中逐漸析出白色固體。學(xué)生需要分析白色固體主要是什么物質(zhì)，如何快速分析，怎么處理未反應(yīng)的硼氫化鈉，采用哪種方法純化可以得到比較純的雙氫青蒿素。第二步制備蒿甲醚時(shí)，反應(yīng)不完全怎么辦？反應(yīng)結(jié)束后怎么先初步純化？再進(jìn)一步分離α-蒿甲醚和β-蒿甲醚？這些都要求學(xué)生有一定的分析問(wèn)題的能力，并制定合理的解決方案。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練了學(xué)生的液液萃取、薄層色譜、柱色譜、重結(jié)晶技術(shù)、減壓過(guò)濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、熔點(diǎn)測(cè)定及LC-MS操作等實(shí)驗(yàn)技能。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用薄層色譜監(jiān)測(cè)反應(yīng)時(shí)，有學(xué)生沒(méi)有點(diǎn)交叉點(diǎn)，樣品點(diǎn)的Rf值相近時(shí)，有些學(xué)生無(wú)法準(zhǔn)確判斷是否為同一物質(zhì)。這時(shí)候教員通過(guò)提問(wèn)的形式引導(dǎo)學(xué)生增加交叉點(diǎn)樣。有學(xué)生通過(guò)重結(jié)晶法得到蒿甲醚后，TLC顯示純度不夠，這時(shí)他們會(huì)選擇通過(guò)柱色譜進(jìn)一步純化，以得到純度更高的產(chǎn)品。這些過(guò)程讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，尋找原因并探索解決問(wèn)題的方法。這樣的訓(xùn)練留給學(xué)生的印象更加深刻。

2.3 全面提高綜合能力

結(jié)題匯報(bào)時(shí)，有學(xué)生提出查找文獻(xiàn)要多方比較，結(jié)合所學(xué)知識(shí)客觀地分析實(shí)驗(yàn)方案，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。有學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中要主動(dòng)思考，不可操之過(guò)急，學(xué)生之間分工合作要密切，各成員要各司其職，齊心協(xié)力方可取得成功。還有學(xué)生認(rèn)為不可眼高手低，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前要充分了解各試劑的性質(zhì)，考慮試劑之間可能存在的化學(xué)反應(yīng)，全面思考問(wèn)題。此次研究型實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，不僅強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，更提高了口頭表達(dá)和寫(xiě)作能力。

3 潛移默化主動(dòng)思政

屠呦呦先生于2015年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，是我國(guó)首位獲得諾貝爾的科學(xué)家。選擇青蒿素為實(shí)驗(yàn)對(duì)象不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的自信心，還能讓學(xué)生體驗(yàn)到自己得到青蒿素純品和制備出蒿甲醚的成就感。同時(shí)，屠呦呦發(fā)現(xiàn)青蒿素的過(guò)程中扛住了190次失敗，她堅(jiān)忍不拔的拼搏精神、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度給學(xué)生深刻啟發(fā)。而這些都是在準(zhǔn)備階段，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)主動(dòng)了解青蒿素的研究進(jìn)展，進(jìn)一步了解青蒿素發(fā)現(xiàn)發(fā)展史的過(guò)程中自己領(lǐng)悟體會(huì)出來(lái)的。在開(kāi)題匯報(bào)時(shí)，學(xué)生民族自豪感油然而生，溢于言表。

在還原青蒿素的實(shí)驗(yàn)中，有的小組未得到雙氫青蒿素，這時(shí)候在教員的引導(dǎo)下回頭分析原因。有的學(xué)生認(rèn)為是在稱(chēng)取反應(yīng)物時(shí)沒(méi)仔細(xì)看試劑瓶，加錯(cuò)原料。有的學(xué)生認(rèn)為是因?yàn)榉磻?yīng)后處理時(shí)沒(méi)弄清楚雙氫青蒿素在濾液還是濾餅中，直接丟棄濾餅，導(dǎo)致得不到產(chǎn)物。經(jīng)歷這些小失誤讓學(xué)生意識(shí)到每個(gè)細(xì)節(jié)的重要性，不僅培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求真的精神，獨(dú)立思考和自主判斷的能力，還幫助他們建立正確的挫折觀。

青蒿素和蒿甲醚的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)已實(shí)施兩年，結(jié)果總體滿(mǎn)意。大部分小組都得到了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但也有少數(shù)小組課內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，比如未能從黃花蒿中制備純度較高的青蒿素，合成的蒿甲醚得率低，純度達(dá)不到要求。有重做需求的學(xué)生，通過(guò)預(yù)約就可以在課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)做。

本項(xiàng)目的實(shí)施，深入錘煉了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，強(qiáng)化了提煉信息、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和學(xué)術(shù)素養(yǎng)，潛移默化地增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感和文化自信，提高了抗挫折能力。