樊玲玲，汤 磊，李 永

(贵州医科大学药学院，贵州 贵阳 550025)

实验教学是高等院校本科及研究生教学活动的重要环节，在提高学生动手能力、创新精神和实践能力方面发挥着重要作用。目前，传统的药学及化学专业本科实验教学大多数是将有机化学、仪器分析、药物化学等课程的实验分开开设，实验内容由教师指定，操作模式为“照方抓药”。此类教学方式导致学生对实验课缺乏积极性，同时也不会主动对实验过程中所产生的现象和结果进行分析，且学生修完课程后对各个学科所学知识不能融会贯通和灵活运用，创新思维能力和实践动手能力没有得到有效提高[1-5]。根据国家实现高等教育内涵式发展的目标，传统“照方抓药”的教学模式已不能满足国家对创新型人才培养的要求。因此，探索与寻找新的实验教学方式对人才的培养具有重要意义。

近几年，开放性实验作为一种新兴的教学方式，是对传统实验教学模式的改革和补充，其特点是学生作为实验主体，且实验内容兼具设计型和综合型。实践证明，开放性实验不仅可以提高学生学习的主观能动性和综合素质，而且对学生个性发展和创新精神的培养具有显著作用[6-11]。因此，为了弥补现有实验教学效果的不足，秉承“以人为本”的教学理念，我校鼓励学生充分利用课余时间，将多个学科相关知识交叉融合进行开放性实验申报，并在教师的指导下独立完成整个项目，力争提高学生分析问题、解决问题的能力，培养科学研究思维、团队协作精神及创新意识，为后期的进一步深造学习和相关工作奠定基础。

1 教学组织与实施

首先，学生根据已掌握的理论知识和实验技能，并结合自身兴趣、指导教师的科研方向及学院现有的实验条件进行文献调研确定课题研究方向及内容；其次，通过可行性分析确定研究方案并购买相关合成及生物活性测试所需试剂、材料；最后，在指导教师的协助下独立完成整个化合物合成，谱图解析、活性测试和数据分析工作。

1.1 查阅文献确定实验内容

在本科学习阶段，学生很少接触到国内外学术数据库，对如何检索专业文献也知之甚少。因此，为了提高学生对科技论文的检索能力和阅读能力，同时提高其学术英语水平。我们根据本校图书馆现有数据库资源，对学生进行文献检索课程的培训，主要包括中国知网、维普、万方等中文数据库及ScienceDirect、PubMed和Web of Science等外文数据库。学生通过检索文献可以了解自己所选研究方向的最新动态，及所选课题的科学意义、研究价值。

经过文献调研，并结合指导教师的研究方向和自身的学习兴趣，学生发现临床上用于治疗急性缺血性脑卒中的天然药物丁苯酞，在抗氧化、抗凝血、抗炎等医用活性方面研究较多，而基于农用生物活性的研究鲜有报道。鉴于此，学生选择以丁苯酞为研究对象，进行衍生物的合成、分离纯化、结构鉴定和抑菌活性测试等工作。

1.2 教学组织

本次开放性实验共24学时，12名同学参加，二人一组。其中文献检索2学时、薄层层析板制备2学时，6-硝基丁苯酞和6-氨基丁苯酞的合成各4学时，结构鉴定及谱图解析2学时，化合物抑菌活性测试8学时，结果分析及报告撰写2学时。

图1 开放性实验实施流程Fig.1 The open experiment implementation process

1.3 薄层层析板制备

在合成药物研究过程中，薄层层析制备板作为有机化合物及天然产物分离纯化常用的实验材料，在本校药学本科实验教学中未曾用到。因此，为了开阔学生眼界和锻炼其动手能力，我们通过让学生亲自制备薄层层析板[12]并进行化合物的分离纯化，实践与理论相结合加深学生对课本知识的理解。

1.4 化合物的合成

在有机化学实验中，通常很少涉及到多步反应的合成，化合物的纯化也均采用重结晶的方法，同时很少用到紫外灯、旋转蒸发仪等仪器设备。因此，在开放性实验中加入各种类型的有机合成反应，不仅有利于学生对有机化学理论知识的理解，还能掌握其他的分离纯化手段及仪器设备使用方法。

本次实验涉及到有机化学理论课程中有机含氮杂环化合物的制备相关知识，主要分为硝化和还原两步反应。首先，硝化反应是制备芳香族硝基化合物的主要方法，也是重要的亲电取代反应之一，常用的硝化试剂为浓硝酸和浓硫酸的混合物；其次，硝基还原有多种方法，常见的为Fe/HCl、Sn/HCl等。通过分析现有文献报道的合成方法，实验操作难易程度，同时考虑到丁苯酞特有的内酯环结构，学生选择以浓H2SO4/KNO3作为硝化试剂，Fe/NH4Cl作为还原试剂来制备丁苯酞衍生物(图2)。在合成实验准备过程中，学生需要在指导教师推荐的各大试剂网上查阅所用到的各种化学试剂的品质和价格，同时根据整个实验的用量进行购买，避免试剂的浪费和所造成的环境污染。在化合物的合成过程中，学生首先根据实际需要确定反应的投料量，同时密切跟踪反应进程，并根据反应效果对反应条件进行优化。通过该环节的锻炼，不仅加深了学生对有机化学反应机理的理解，而且增强了学生对整个实验的统筹协调能力。

图2 化合物合成路线及分离纯化过程图Fig.2 The synthesis and purification of compounds

1.5 化合物结构鉴定

在波谱解析课程教学中，虽然学生学习了氢谱、碳谱、质谱、红外等化合物结构鉴定的常用手段，但灵活运用所学知识解析新化合物的能力较差。因此，我们借助学院的大型仪器实验平台，通过让学生观摩和动手操作核磁共振仪及高分辨质谱仪，使其更加深刻了解了这些仪器的构造和工作原理。同时结合1HNMR、13CNMR和HRMS谱图对所合成的6-硝基丁苯酞(图3)和6-氨基丁苯酞(图4)进行了结构确认，让学生结合真实的图谱了解有机化合物各官能团氢原子和碳原子的出峰位置，基本学会了根据多种谱图信息解析化合物结构的方法。进一步将理论与实践教学有机结合，使学生对现代仪器分析有了更深刻的认识。

图3 6-硝基丁苯酞氢谱和碳谱Fig.3 The 1HNMR and 13CNMR spectra of compound 6-nitrobutylphthalide

图4 6-氨基丁苯酞氢谱和碳谱Fig.4 The 1HNMR and 13CNMR spectra of compound 6-aminobutyphthalide

1.6 化合物抑菌活性测试

在药学本科开设的课程中，没有涉及到对有机化合物的活性筛选实验，学生无法深刻体会到科学研究的意义和价值。植物病原真菌作为常见的植物病害之一，对全球粮食产量及食品安全具有重要影响，而我们的学生仅从相关书籍上了解过其形态和特征，从未实际接触过，同时也不清楚农药抑菌剂开发的整个过程。因此，结合教师的科研内容和实验可操作性，学生采用菌丝生长速率法[13]，亲自动手测试了所合成化合物对五种常见植物病原真菌的抑制作用，并发现了具有一定抑菌活性的化合物(图5)。通过该阶段的学习，使学生不仅了解了微生物培养的基本过程和科学研究的价值，而且掌握了化合物抑菌活性测试方法。

图5 化合物对植物病原真菌菌丝抑制作用Fig.5 The inhibitory effect of compounds on plant pathogenic fungi

2 开放性实验教学效果

为了更客观的评价本次开放性实验的教学效果，为以后此类实验的开设积累经验。我们要求学生从实验操作技能、文献检索能力、团队合作能力、数据分析能力和创新思维能力培养等多个方面对本次开放性实验的教学效果进行了总结和评价。从总结报告可以看出，学生对于本次开放性实验的教学内容和效果表示非常满意，认为此次开放性实验将有机化学、天然产物化学、仪器分析和波谱解析等课程所学的零散知识进行了相互结合，同时加入了活性测试环节的科研训练，整个课题难度适宜，实验环节虽然具有挑战性，但又充满了乐趣。其次，学生通过克服实验中遇到的各种困难深刻感受到了科学研究的不易，体会到了科学研究的价值。从他们的反馈中也充分证明了开放性实验在增强学生动手能力、激发学生创新意识方面有着传统教学方式不可比拟的优势。此外，部分学生也对本次实验提出了些许意见和建议，希望学校在经费允许的条件下，多开设开放性实验课题，提高整个学院学生的参与度。

3 结 语

开放性实验作为第二课堂，是对传统教学的补充和完善，其在提高学生的综合素质、思维能力、创新水平和核心竞争力方面发挥着重要作用。此次开放性实验将化合物的合成与生物活性测试相结合，综合了有机化学、药物化学、波谱分析、仪器分析和微生物学等学科专业知识，不仅使学生了解了科学研究的基本环节和思路，而且加强了学生的基础实验技能，提高了学生的自主学习能力和创新意识。可见，开放性实验教学模式值得在各个学科之间进行推广和完善。