基于安全教育背景的“药物合...教学模式及教学内容改革探索_安亚楠.pdf

科技视界Science&Technology Vision高校的教学及科研实验室是培养新时代应用型科技创新人才的重要场所之一，但近年来各大高校接连出现的严重实验室安全事故使得这一重要场所成为人们谈之色变的所在，这严重制约着高校人才培养质量和为党育人、为国育才伟大目标的实现，同时也限制了学我校在培养高素质应用型专门人才过程中作用的发挥。根据 2019 年 6 月教育部印发的 关于加强高校实验室安全工作的意见 可知，建立安全的化学实验室在当下是刻不容缓的1-2。据此，重庆文理学院药学院针对制药工程专业药物合成实验室的安全工作提出了新的要求和目标，以确保在安全生产的前提下，提高实验课程的教学质量和人才培养质量。“药物合成实验”是学我校制药工程专业大三学生必修的实验实践课之一，具有较强的实践性和综合性，在整个制药工程专业人才培养体系和知识体系中占据重要的地位。该课程主要依托经典药物及关键药物中间体的合成项目开展，既是对药物合成反应理论课程知识的补充与巩固，更是使学生系统掌握药物合成的基本原理、基本过程，具备适应未来工作岗位所必需的独立分析问题和解决问题能力的培育基地，是培养德智体美劳全面发展，具有较强创新能力、综合素质、科研意识和药学职业道德的新时代高素质应用型专业人才的关键所在。本文以重庆文理学院制药工程专业为例，针对药物合成实验课程教学现状及存在的问题，探讨教学改革的思路和举措，以提高实验课程的教学质量和人才培养质量。1药物合成实验教学现状及问题分析长期以来实验类课程往往被认为是理论课程的附庸品，学生从思想上对实验课的重视程度有限，这一现象在药物合成实验课程中同样有所体现。药物合成实验开设在制药工程专业大三下学期，是在完成了先修课程有机化学、有机化学实验、药物化学、药物合成反应等课程的基础上开展的。俗话说“无规矩不成方圆”，许多学生从大一初进实验室，由于缺乏系统的安全培训、安全教育和安全宣传，未能形成良好的安全意识和规范的实验操作习惯，在有限的实验学时中过于随心随意，安全意识淡薄，缺乏安全事故应急处理及“三废”处理能力，存在DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.35基于安全教育背景的“药物合成实验”教学模式及教学内容改革探索安亚楠唐小龙*（重庆文理学院药学院，重庆402160）【摘要】本 文 以 重 庆文 理学 院 制药 工程 专 业为 例，针 对 药 物合 成 实 验 该 课 程 教 学 现 状 及 存 在 的 问 题，分 别 从 教 学内容、教学 方 式 及教 学重 点 等不 同 维度 提出 了 教学 改 革的 思 路 和 举措，以更加 贴 合 学 校安 全 教 育 背 景 下 高 素 质 应 用 型专 业人 才的 培 养 目标。【关 键词】安 全 教 育；药物合 成 实 验；教学 内容；教 学改 革基 金 项 目：重 庆 文 理 学 院 课 程 思 政 建 设 项 目（2021KCSZ026）；重 庆 文 理 学 院 塔 基 计 划-人 才 引 进 项 目（R2021SYX05）（R2018SCH10）；教 育部产 学 研协 同 育人 项 目（202102072031）。作 者简 介：安 亚楠，博士研 究 生，讲 师。*通 信 作 者：唐小 龙，博士，讲 师。科学课堂126Science&Technology Vision科技视界较大的安全隐患。其次，在教学内容和实验项目的选择上，由于有机化学与药物合成反应理论课程在培养目标及教学内容中存在一定的相似性，因此在有机化学实验和药物合成实验项目的选择上也会存在一定的交叉性。如在有机化学实验和药物合成实验中均开设有“阿司匹林的合成”实验项目，尽管授课教师已刻意强调有机化学实验中该项目的目的主要侧重于合成原理的理解，而在药物合成实验中则更侧重于对终产物的鉴定与表征，但实验过程却无法避免地出现一定的重复性，以上因素直接导致学生对该实验项目的兴趣缺乏，实验中动手欲望低下，安全意识淡薄，无法达到实践能力和安全意识培养的目标和要求，甚至出现安全事故。第三，在教学运行中，由于教学安排及实验实践教室有限，因此存在着理论课程和实验教学脱节的现象，如在“苯妥英钠的合成”实验项目中，涉及安息香缩合反应、氧化反应和重排反应，但这些反应的基本原理和作用机制均是在实验完成后才进行理论课教学，学生在整个实验过程中对实验目的和原理理解不够，纯粹按照实验流程机械操作，严重影响着实验教学的质量和效果。第四，由于教学经费的限制，造成实验实训室教学设备严重不足且得不到及时更新，教师无法及时将新思路、新方法和新的科研成果引入到实践教学当中，致使实验教学项目陈旧落后，学生在有限的实验课时中由于实验仪器和设备的缺乏无法人人获得操作机会，使得部分同学游离在实验状态之外，未能达到实践锻炼的目的。最后，由于前期已开展过无机化学实验、有机化学实验、物理化学实验等基础实验课程，多数教师潜意识认为学生已具备基本的操作规范性和安全意识，在药物合成实验教学中往往会忽略安全教育的重要性，更加侧重于实验原理、实验过程及实验结果与讨论部分。2药物合成实验课程改革方向和举措2.1提高学生安全意识，培养良好实验习惯安全责任无小事，良好的安全意识和实验习惯是避免安全事故发生的根本措施。药物合成实验教学中涉及多种有毒、有害、易腐蚀、易挥发、易燃或易爆类试剂及较多玻璃器皿，稍有不慎极易导致中毒、火灾、爆炸或割伤等安全事故的发生。根据叶元兴等3对 19862019 年间发生的 150起实验室安全事故的分析结果可知，实验室危险因素大致可归纳为危险化学品事故（62.0%）、仪器设备事故（23.3%）、线路安全事故（8.0%）、生物安全事故（4.7%）和其他事故（2.0%）等四种类型，其中不当使用或堆积危险化学品导致的事故占比最大。如 2018 年 12 月，北京某大学实验室由于堆积大量易燃易爆化学品（如镁粉、催化剂、磷酸钠等），导致学生实验期间实验室发生爆炸，造成 3 名实验学生当场死亡。2016 年 9 月，某大学化工与生物工程学院实验室由于高锰酸钾等使用不当导致实验室爆炸发生，致使两名学生重伤住院，一名学生轻伤的后果。以上这一例例的事故无一不在警示我们，安全教育和安全意识的重要性。在药物合成实验教学过程中，老师应时刻关注并提醒学生注意安全生产，时刻提高安全意识，要求学生课前充分预习，提前了解所使用试剂的理化性质，如乙醇的易挥发性和易燃性；浓盐酸、浓硝酸和浓硫酸的强氧化性，强腐蚀性；浓盐酸的易挥发性和对呼吸道的刺激性强烈；浓硝酸作为氧化剂时反应会产生大量有毒的 NO2气体，具有强腐蚀性等，应在确保安全的前提下合理、正确的在通风橱中使用，养成良好的实验习惯和较强的安全意识，将安全教育和安全意识根植心中，时刻谨记。2.2教学内容中引入绿色化学理念，培养学生环保意识在药物合成实验项目的选择中，“苯妥英钠的合成”较为经典的实验项目，其中涉及的安息香缩合反应更是一个非常重要且适用面广的经典反应之一，但同时也是一个令人困扰的化学反应。这是因为在该项目中氰化物发挥着必不可少的作用，而氰化物毒性巨大，若长期暴露在酸性条件下，会转变成易挥发的有毒气体氰化氢，对人体产生不可逆转的损害。此外，在苯妥英钠的合成中还需要经历浓硝酸氧化的步骤，过程中伴随有强腐蚀性 NO2气体的产生。因此在进行该实验项目之前，教师可鼓励学生积极查阅文献资料，寻找可替代反应试剂，在激发学生创新意识和创造思维的同时，实现绿色环保、健康安全的化学合成。如在王宇浩等4进行安息香的绿色合成研究时发现，可用维生素 B1代替安息香缩合反应中的氰化物，再加以适当的催化剂（如 FeCl3）同样可实现二苯乙二酮结构的生成。以此经典合成案例激发学生绿色化学、环保意识的觉醒。科学课堂127科技视界Science&Technology Vision2.3分离技术和分析检测手段的多样化为了确保在有限的实验课时中学生实验行之有效，药物合成实验项目的选择多数为经典的验证性实验，实验步骤中明确给出了反应时间和反应条件，只需要学生完成验证即可。但由于学生个体水平和素质参差不齐及对反应条件控制度的掌握差异，往往会造成同一实验的反应现象及产物性状千差万别，让学生对实验结果产生较大困惑，从而忽略实验事实，应付了事。因此在药物合成实验过程中教师可鼓励学生尝试使用如 TLC、HPLC、NMR 等多种检测手段对反应进程及反应结果进行监测和分析，帮助学生充分理解和接受实验现象的差异性，透过现象看本质，增加其对实验项目的认同感和参与度。在进行终产物的检测和验证时，为了尽可能地节约成本和缩短实验时间，实验教材和讲义中通常会选用操作简便、耗时较短的熔点测试法来进行产物纯度分析。但众所周知仅凭熔点或熔程单一指标来判定化合物纯度存在着极大的误差和不确定性，无法真实反应实验结果。教师应积极组织学生结合实际实验情况，充分利用学院资源，将特异性的颜色反应及1H-NMR、13C-NMR 等手段融入实验教学当中，使药物合成实验不再单调乏味，使学生不在故步自封，充分发挥其主观能动性和积极性，在培养学生创新思维的同时，帮助学生了解科研的乐趣并磨砺其实践技能。2.4细化实验报告内容实验报告是学生对于实验原理和实验过程最基本、最真实的记录和理解，一份完整的实验报告应包括实验目的、实验原理、实验试剂及仪器、实验过程、实验现象、实验结果及问题分析等部分，应该是学生个性化和差异化的最好体现。但在实际教学过程中却存在着严重的“千人一面”现象，究其根本还是老师和学生对实验课程的重视程度及教学模式过于固化导致的。针对以上问题，我们提出将实验报告细分为两个部分的解决思路，即由预习报告和实验报告两部分组成。预习报告中要求学生提前查阅和了解实验所用试剂的理化性质，熟悉实验的基本原理，对实验中可能存在安全风险及潜在问题进行提前预估。实验报告中要求学生时刻注意操作的规范性和记录的真实性，鼓励学生将实验细节（如反应时间、反应温度、加料量、前处理方式等），实验过程（如颜色变化、溶解性、是否沉淀、是否有产生气体等），实验结果（如中间体及产物的 TLC 薄层色谱图、产品重量、产率、性质表征（色泽、晶型、外观等）如实记录。教师还应告知学生实验最重要的是过程而非结果，无论反应收率高低、反应成功与否，实事求是才是最基本原则，以此锻炼学生尊重客观实验事实的科学态度和实事求是的精神。课后教师及时对学生的实验报告进行评阅和分析，组织对不符合实验现象和结果的原因进行分析讨论，锻炼学生发现问题、解决问题的能力。3结语高校实验室安全管理及安全教育工作艰巨而关键，药物合成实验作为高校安全事故多发地之一，特别是对于今后要从事药物研发、生产、销售使用等领域工作的制药工程及相关专业学生来说，良好的安全意识、规范的实验操作和专业的职业素养均显得尤为必需。在今后的药物合成实验教学中，教师我们除了要注重培养学生的基本实验技能，更应该重视对学生的安全意识、规范操作和良好实验习惯的养成。鼓励学生勇于创新的同时，更应注重其实事求是科研态度的养成。如何更好地将药物合成实验与实际药品生产和新药研发接轨，更有效地培养学生的职业素质将是我们今后继续探索和改革的方向。【参考文献】1叶江海，赵臣亮，杨雅欣，等.高校化学实验室安全管理体系建设探索与实践J.广东化工，2021，48（18）：244-245.2郑琤，郭钰，柯子厚，等.探索地方高校一流化学专业实验室的建设与管理J.实验技术与管理，2021，38（2）：259-264.3叶元兴，马静，赵玉泽，等.基于150起实验室事故的统计分析及安全管理对策研究J.实验技术与管理，2020，37（12）：317-322.4王宇浩，董一凤，彭颖颖，等.安息香的绿色合成及其工艺研究J.泰山医学院学报，2020，41（5）：353-356.科学课堂128