天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)
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[摘要]天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是一門(mén)綜合性課程，涉及大量的研究?jī)?nèi)容，在此課程的教學(xué)過(guò)程中，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的探索興趣對(duì)學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)非常重要。本文探討了探索性實(shí)驗(yàn)的流程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)實(shí)施保障，將探索性實(shí)驗(yàn)納入天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，以更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題并解決該問(wèn)題的能力。
[關(guān)鍵詞]天然產(chǎn)物化學(xué)；實(shí)驗(yàn)課程；探索性實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力
天然產(chǎn)物化學(xué)課程是高等院校藥學(xué)[1]、應(yīng)用化學(xué)[2]等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)主干課程，是有機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要分支，又是一門(mén)交叉學(xué)科，涉及有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、波普解析、生物化學(xué)、儀器分析等先修課程，本門(mén)課程要求學(xué)生了解天然產(chǎn)物的分類、分布與結(jié)構(gòu)類型，掌握天然產(chǎn)物分離提取、結(jié)構(gòu)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(yīng)用，并對(duì)天然產(chǎn)物的合成途徑有一定認(rèn)識(shí)。其授課主要內(nèi)容包括來(lái)源于陸生植物和動(dòng)物的十三大類天然有機(jī)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(lái)新增的海洋天然產(chǎn)物章節(jié)[3-4]。天然產(chǎn)物化學(xué)是一門(mén)理論和實(shí)驗(yàn)并重的課程，許多提取分離天然產(chǎn)物的規(guī)律是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的[5]，而實(shí)驗(yàn)中得到的規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)的集合形成了天然產(chǎn)物化學(xué)課程的理論體系。在實(shí)驗(yàn)課程中有意的訓(xùn)練大學(xué)本科階段學(xué)生的創(chuàng)新能力，不僅能夠?yàn)椴糠诌m合繼續(xù)科學(xué)探索的學(xué)生打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，因?yàn)楸究齐A段學(xué)生的思維還沒(méi)有固化，有特有的靈活性和創(chuàng)新性，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠有更新穎的角度和更獨(dú)特的思維，往往還能夠得到許多高年級(jí)研究學(xué)生沒(méi)有涉及的新發(fā)現(xiàn)。例如美國(guó)猶他大學(xué)Olivera教授指導(dǎo)18歲左右的大學(xué)新生開(kāi)展關(guān)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(dòng)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(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了多種活性多肽，部分多肽進(jìn)入臨床試驗(yàn)，其中齊考諾肽(ziconotide)已經(jīng)上市[3]?？梢?jiàn)，在大學(xué)天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)課程階段培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要性，不僅能夠幫助學(xué)生在今后的工作中敢于設(shè)想，大膽實(shí)踐，使其創(chuàng)新素質(zhì)不斷提高，還能推動(dòng)天然產(chǎn)物研究領(lǐng)域發(fā)展，同時(shí)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(xué)課程理論授課的基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和激發(fā)學(xué)生的探索精神，設(shè)計(jì)了天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的具體流程，并探討了該流程得以順利實(shí)施的保障。以期在天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的授課中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)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(xué)生，鼓勵(lì)其積極投身于我國(guó)天然產(chǎn)物化學(xué)領(lǐng)域的研究，還能在實(shí)驗(yàn)課程中得到更多有價(jià)值的科研成果，以期積極推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的高校課程培養(yǎng)體系建設(shè)。
1天然產(chǎn)物化學(xué)課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的流程設(shè)計(jì)
1.1基礎(chǔ)練習(xí)
天然產(chǎn)物化學(xué)是一門(mén)理論和實(shí)踐并重的課程，良好的理論基礎(chǔ)是其實(shí)踐操作的前提，而實(shí)踐操作又豐富了理論知識(shí)體系，但最終落腳點(diǎn)是在實(shí)踐應(yīng)用上，一些基礎(chǔ)的實(shí)踐操作技能單靠理論是無(wú)法習(xí)得的，要熟練掌握還是需通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的習(xí)得和課后不斷練習(xí)，并且對(duì)基本操作技能的熟練使用是實(shí)踐創(chuàng)新的基礎(chǔ)。盡管對(duì)天然產(chǎn)物進(jìn)行深入研究的過(guò)程中會(huì)涉及非常多的實(shí)驗(yàn)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(gòu)和理化性質(zhì)的分析等，所涉及到的儀器設(shè)備或工具主要有提取裝置、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、分層過(guò)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(cè)裝置等，都是初級(jí)簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)裝置。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，是通過(guò)設(shè)計(jì)一些初級(jí)基本的課程，由淺入深，訓(xùn)練學(xué)生初步了解或掌握最基本的操作技能，使用最基礎(chǔ)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(chǔ)實(shí)驗(yàn)作為天然產(chǎn)物化學(xué)研究的入門(mén)，必不可少，但是切勿過(guò)多，否則會(huì)因?yàn)橹貜?fù)類似的操作而使學(xué)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(guò)少而精的基礎(chǔ)練習(xí)后，同學(xué)們對(duì)于天然產(chǎn)物化學(xué)的實(shí)踐有了一定基礎(chǔ)，為培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，需激發(fā)學(xué)生的興趣，要啟發(fā)學(xué)生通過(guò)探索身邊的未知，在實(shí)踐中打開(kāi)另一個(gè)世界的大門(mén)，并伴隨帶來(lái)的一定成就感，再進(jìn)一步激發(fā)興趣。此時(shí)，要求學(xué)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(dòng)物或微生物，然后根據(jù)興趣方向進(jìn)行組隊(duì)。同學(xué)們自發(fā)組隊(duì)完成后，為了保障后續(xù)創(chuàng)新訓(xùn)練的順利開(kāi)展，指導(dǎo)老師可根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程基礎(chǔ)練習(xí)階段的表現(xiàn)情況，對(duì)各分組進(jìn)行調(diào)整，并選定小組組長(zhǎng)，同時(shí)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)從學(xué)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(guò)學(xué)生水平的材料，并給出建議首選材料。
1.3自主設(shè)計(jì)
選材組隊(duì)完成以后，便進(jìn)入實(shí)驗(yàn)方案自主設(shè)計(jì)階段，要求學(xué)生結(jié)合之前實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自主查閱文獻(xiàn)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。為了節(jié)約時(shí)間，提高效率，可要求小組不同學(xué)生根據(jù)自身特長(zhǎng)進(jìn)行分工，如資料收集、整理，具體某一實(shí)驗(yàn)流程的安排設(shè)計(jì)、調(diào)研確定實(shí)驗(yàn)中所需儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)室是否滿足并擬定解決方法，及最后的設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)等。本過(guò)程是理論探索過(guò)程，為保障設(shè)計(jì)的合理性和完整性，指導(dǎo)老師需對(duì)設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行審核和修改，并及時(shí)為學(xué)生解疑答惑，提出意見(jiàn)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生克服困難，避免部分學(xué)生放棄。還應(yīng)就實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中涉及的實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題進(jìn)行教育培訓(xùn)，提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)估風(fēng)險(xiǎn)并提出方案規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，確保實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中的安全問(wèn)題，提高安全意識(shí)。
1.4實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施
實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)完成后，便進(jìn)入實(shí)踐實(shí)施階段，該階段可能是天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中最具挑戰(zhàn)的部分，其周期最長(zhǎng)，遇到的問(wèn)題可能最多。此階段，指導(dǎo)老師須定時(shí)與學(xué)生分析和討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題、現(xiàn)象等，指導(dǎo)學(xué)生如何獲取解決方法，還須在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全操作流程，培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)。此外，指導(dǎo)老師要鼓勵(lì)學(xué)生仔細(xì)觀察、不斷重復(fù)，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；也要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的新現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考，鼓勵(lì)大膽假設(shè)；對(duì)部分初步判斷特別有價(jià)值或有意義的新問(wèn)題，指導(dǎo)老師甚至可以和學(xué)生一起進(jìn)行探究。整個(gè)過(guò)程中要培養(yǎng)學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)記錄的習(xí)慣。
1.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理
實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理，并撰寫(xiě)報(bào)告，對(duì)部分有科學(xué)價(jià)值的內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生撰寫(xiě)成論文，投稿發(fā)表。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理分析，可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)中得到了怎樣的數(shù)據(jù)，說(shuō)明了什么問(wèn)題。通過(guò)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的回憶，能讓學(xué)生意識(shí)到自身的進(jìn)步，從而增加其探索的欲望。其中，對(duì)具有科學(xué)價(jià)值的創(chuàng)新成果，投稿到期刊，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)也是一種認(rèn)可，會(huì)大大激發(fā)學(xué)生的成就感，在投稿返修過(guò)程中還能培養(yǎng)學(xué)生抗挫折能力和科學(xué)韌性。
2課程創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)施的保障
2.1師資力量的保障
本文設(shè)計(jì)提出的天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的流程的第一階段基礎(chǔ)訓(xùn)練階段，由于其整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等早已明確，實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性工作，一般實(shí)驗(yàn)教師便可勝任。而在此基礎(chǔ)上開(kāi)展的后續(xù)流程，具有明顯的探索性，期間所遇到的問(wèn)題，和所面臨的困得更多，需具有較好科研基礎(chǔ)和創(chuàng)新能力的老師作為指導(dǎo)，這對(duì)后續(xù)流程的順利開(kāi)展和完成具有重要作用。并且，由于每位老師精力有限，指導(dǎo)的小組不宜太多，為每一個(gè)小組配備專門(mén)指導(dǎo)老師很重要。因此，在天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始前，教研室相關(guān)課程負(fù)責(zé)教師要為學(xué)生遴選一個(gè)導(dǎo)師庫(kù)，根據(jù)教師研究方向匹配相應(yīng)實(shí)驗(yàn)小組；也可以由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和研究?jī)?nèi)容，在導(dǎo)師庫(kù)選擇合適的指導(dǎo)教師。目前，盡管隨著各大高校不斷引進(jìn)高水平博士，高校的師資水平在不斷提高，但國(guó)內(nèi)高校很少有這種直接為某一個(gè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新課程匹配師資的舉措。不過(guò)，從目前很多高校開(kāi)展的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目來(lái)看，高校中已經(jīng)有相當(dāng)部分教師有意愿指導(dǎo)學(xué)生作探索研究[6]，并且隨著具有博士學(xué)位教師的增加，此類教師隊(duì)伍人數(shù)在逐年增加，可見(jiàn)高校中愿意帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)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(xué)實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的流程的順利開(kāi)展提供了一定保障，為建立相應(yīng)的導(dǎo)師庫(kù)提供了可能。
2.2時(shí)間和場(chǎng)地的保障
由于天然產(chǎn)物化學(xué)課程中涉及實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，并且需要較固定的場(chǎng)所，因此，在時(shí)間和場(chǎng)地方面的保障必不可少。每一門(mén)課的課時(shí)量有限，除了減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)量外，增加實(shí)驗(yàn)課的總課時(shí)量也很重要，同時(shí)，還需要學(xué)生拿出部分課余時(shí)間。由于不同學(xué)生課余時(shí)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(guò)合作從而保障創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。此外，隨著開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室越來(lái)越多，公共平臺(tái)也越來(lái)越多，獲取一個(gè)相對(duì)固定的地方也相對(duì)容易，這為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程的順利開(kāi)展提供了有力支撐。
2.3經(jīng)費(fèi)保障
材料的收集、試劑和耗材的購(gòu)買(mǎi)都需要經(jīng)費(fèi)，充足的經(jīng)費(fèi)來(lái)源是保障其順利實(shí)施的前提之一。教研室在安排相關(guān)實(shí)驗(yàn)前，便需要預(yù)算相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)需求。此外，對(duì)于創(chuàng)新性較好的實(shí)驗(yàn)，可以在完成課程教學(xué)的同時(shí)，申請(qǐng)高校相應(yīng)支撐項(xiàng)目，如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。此外，部分選題在篩選指導(dǎo)老師時(shí)，如果能找到具有類似科研項(xiàng)目的指導(dǎo)教師最好，這樣指導(dǎo)老師可以從自己的科研經(jīng)費(fèi)中拿出一部分資金，保障創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的順利完成。此外，不同高校還可以從不同的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程中篩選出部分具有較好價(jià)值的研究進(jìn)行資助。
2.4過(guò)程監(jiān)督
過(guò)程監(jiān)督是指在整個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)過(guò)程中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程主講教師、小組探索實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師、教研室負(fù)責(zé)老師負(fù)有監(jiān)督學(xué)生整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程按照既定的流程持續(xù)進(jìn)行的責(zé)任，避免虎頭蛇尾，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，參與的人越來(lái)越少。同時(shí)也要避免創(chuàng)新性天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行的過(guò)程中，出現(xiàn)安全事故，要保障師生及學(xué)校的人身財(cái)產(chǎn)安全。此外，對(duì)于客觀原因無(wú)法順利完成該課程的，也可通過(guò)時(shí)時(shí)監(jiān)督和了解，及時(shí)終止。
3結(jié)語(yǔ)
天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程通過(guò)引入具有一定挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探索興趣，充分結(jié)合學(xué)生身邊的生物材料，通過(guò)一定的人力物力投入和合理的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，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(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，讓學(xué)生感受到天然產(chǎn)物這門(mén)課程在生活中的作用，并反過(guò)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)天然產(chǎn)物理論知識(shí)。
參考文獻(xiàn)
[1]王建壯，呂華沖，劉暢．改革天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J]．中醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2008，14：146-147．
[2]黃曉輝．《天然產(chǎn)物化學(xué)》教學(xué)改革探索[J]．才智，2015：225．
[3]湯海峰．天然藥物化學(xué)課程中“海洋天然產(chǎn)物”章節(jié)的教學(xué)實(shí)踐[J]．基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2014，16：359-362．
[4]史清文，李力更，霍長(zhǎng)虹，等．加強(qiáng)天然藥物化學(xué)課程中海洋天然產(chǎn)物章節(jié)教學(xué)的意義[J]．藥學(xué)教育，2011，27：27-29．
[5]張鳳，董新榮．《天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革初探[J]．化工時(shí)刊，2018，32：43-44．
[6]張瑞．地方高?！按髮W(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”的實(shí)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(xué)
