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)國家級實驗教學(xué)示范中心； △通訊作者)

綜合化學(xué)實驗是我校軍事藥學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心針對藥學(xué)本科專業(yè)學(xué)生獨立開設(shè)的一門專業(yè)實驗課。課程共92學(xué)時，其中包括藥物化學(xué)實驗27學(xué)時，天然藥物化學(xué)實驗25學(xué)時，綜合設(shè)計性實驗40學(xué)時。

課程開設(shè)于大三第一學(xué)期，此時學(xué)生已經(jīng)完成了“四大化學(xué)”實驗的學(xué)習(xí)，掌握了基本實驗操作技能，具備了較好的綜合能力，并通過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)計性項目訓(xùn)練[3，4]，提高了文獻查閱、方案設(shè)計、總結(jié)及報告等方面的能力[5，6]。本門課程前半部分的藥物化學(xué)、天然藥物化學(xué)的學(xué)習(xí)為開展難度更大、綜合程度更高的研究實驗項目奠定了基礎(chǔ)。

自2020年9月以來，授課組對本門課程中綜合設(shè)計性實驗部分的實驗項目進行改革，通過文獻調(diào)研、反復(fù)預(yù)實驗，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)實施2年，教學(xué)效果良好。一方面，青蒿素是我國屠呦呦先生獲諾貝爾獎的對象，學(xué)生很感興趣；另一方面，項目包含諸多知識點，有一定的難度，對大三的學(xué)生具有挑戰(zhàn)性；再者，項目中包含眾多的思政元素，是完美的思政融入實驗課的教學(xué)案例[7，8]。

1 課程設(shè)計

整個實驗共40學(xué)時，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行結(jié)構(gòu)確證。

學(xué)生通過查閱文獻，組內(nèi)討論設(shè)計實驗方案，課堂上以開題報告的形式匯報實驗計劃，由其他組學(xué)生進行提問，就實驗方案的可行性進行交流。教師總結(jié)把關(guān)，提出實驗中可能會遇到的問題，以便學(xué)生做好準備以應(yīng)對解決。這個過程培養(yǎng)了學(xué)生主動探究問題、分析問題和總結(jié)分析的能力以及口頭表達能力。

實驗操作階段，教師共安排6次課，每次5學(xué)時。學(xué)生必須要計劃好每次實驗做哪些，做到哪一步，做完樣品如何處理才能不影響下次課的實驗效果；對于實驗過程中遇到的問題要冷靜思考，主動解決。教師在巡場時引導(dǎo)、幫助學(xué)生解決實驗出現(xiàn)的“意外”。學(xué)生得到最終產(chǎn)品后測定熔點，通過LC-MS、IR和H NMR對樣品進行純度分析和結(jié)構(gòu)確證。該過程培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)籌安排能力，分析問題、解決問題的能力以及綜合實驗實踐能力。

結(jié)題總結(jié)仍然以匯報的形式進行，匯報人不能與開題時相同。最后，每組總結(jié)實驗情況，分析實驗中遇到的問題及解決方法，按照規(guī)范格式的要求，形成一篇研究論文，在結(jié)題匯報后一周內(nèi)上交。

2 課程實施

2.1 制定多樣化實驗方案

黃花蒿提取純化青蒿素的實驗中，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。受到時間和藥材量的限制，各組均沒有進行正交設(shè)計法優(yōu)化提取方案的研究，但大多進行了方法學(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；有的小組對提取方法的關(guān)鍵參數(shù)進行單因素考察。

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)計的實驗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，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，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，有的小組采取重結(jié)晶法，有的小組選用柱色譜法。

2.2 強化各項實驗技能和實驗思維

青蒿素的提取純化實驗采用柱色譜分離，配合薄層色譜檢測。在這個過程中，學(xué)生首先要根據(jù)青蒿素的性質(zhì)選擇合適的展開劑，再根據(jù)TLC的監(jiān)測情況調(diào)整柱色譜流動相比例，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，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)生有一定的分析問題的能力，并制定合理的解決方案。

整個實驗訓(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)、減壓過濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、熔點測定及LC-MS操作等實驗技能。實驗過程中，用薄層色譜監(jiān)測反應(yīng)時，有學(xué)生沒有點交叉點，樣品點的Rf值相近時，有些學(xué)生無法準確判斷是否為同一物質(zhì)。這時候教員通過提問的形式引導(dǎo)學(xué)生增加交叉點樣。有學(xué)生通過重結(jié)晶法得到蒿甲醚后，TLC顯示純度不夠，這時他們會選擇通過柱色譜進一步純化，以得到純度更高的產(chǎn)品。這些過程讓學(xué)生親身經(jīng)歷實驗中出現(xiàn)的問題，尋找原因并探索解決問題的方法。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)題匯報時，有學(xué)生提出查找文獻要多方比較，結(jié)合所學(xué)知識客觀地分析實驗方案，并在實驗過程中根據(jù)實際情況及時調(diào)整實驗方案。有學(xué)生認為實驗中要主動思考，不可操之過急，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)生認為不可眼高手低，實驗開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)，全面思考問題。此次研究型實驗的開展，不僅強化了學(xué)生的實驗操作技能，更提高了口頭表達和寫作能力。

3 潛移默化主動思政

屠呦呦先生于2015年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，是我國首位獲得諾貝爾的科學(xué)家。選擇青蒿素為實驗對象不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的自信心，還能讓學(xué)生體驗到自己得到青蒿素純品和制備出蒿甲醚的成就感。同時，屠呦呦發(fā)現(xiàn)青蒿素的過程中扛住了190次失敗，她堅忍不拔的拼搏精神、實事求是的科學(xué)態(tài)度給學(xué)生深刻啟發(fā)。而這些都是在準備階段，學(xué)生通過查閱文獻主動了解青蒿素的研究進展，進一步了解青蒿素發(fā)現(xiàn)發(fā)展史的過程中自己領(lǐng)悟體會出來的。在開題匯報時，學(xué)生民族自豪感油然而生，溢于言表。

在還原青蒿素的實驗中，有的小組未得到雙氫青蒿素，這時候在教員的引導(dǎo)下回頭分析原因。有的學(xué)生認為是在稱取反應(yīng)物時沒仔細看試劑瓶，加錯原料。有的學(xué)生認為是因為反應(yīng)后處理時沒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)生意識到每個細節(jié)的重要性，不僅培養(yǎng)了學(xué)生嚴謹求真的精神，獨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)計性實驗已實施兩年，結(jié)果總體滿意。大部分小組都得到了理想的實驗結(jié)果，但也有少數(shù)小組課內(nèi)實驗結(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，純度達不到要求。有重做需求的學(xué)生，通過預(yù)約就可以在課余時間進入實驗室補做。

本項目的實施，深入錘煉了學(xué)生的基本實驗技能和實驗習(xí)慣，強化了提煉信息、分析問題和解決問題的能力，同時培養(yǎng)了學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和學(xué)術(shù)素養(yǎng)，潛移默化地增強了學(xué)生的民族自豪感和文化自信，提高了抗挫折能力。