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摘要：中药材活性成分的鉴定是阐明其功效发挥物质基础的重要一环。纤毛婆婆纳（Veronica ciliata Fisch.）是出名的藏药材，保肝疗效显著，分离纯化和鉴定其中化学成分具有重要意义，但是实际分离纯化耗费时间较久，不利于教学开展。为了解决这一问题，在实际教学过程中，采取课堂讲解天然药物提取纯化方法，分离性和制备型HPLC液相的原理和使用，实体实验部分开展粗提物的提取、萃取以及成分的初步分析；然后利用虚拟仿真技术模拟化合物的分离纯化和结构鉴定过程。采用虚实结合教学方法，让同学们充分了解纤毛婆婆纳保肝成分的鉴定过程，打造高效和多样化的教学体系，提高学生的学习兴趣和综合素质，促进了他们对于研究植物天然产物课题研究的兴趣。

关键词：天然产物活性成分；虚拟仿真技术；虚实结合；实验教学

1.引言

自然界中存在着繁多的药用植物，它们含有多种有效而又复杂的化学成分，这些成分是许多药物的先导化合物，对人类疾病具有重要的治疗和预防作用。植物天然产物的研究与开发已成为新药创制的重要源泉。典型的例子是屠呦呦教授发现的抗疟药“青蒿素”，这一发现不仅挽救了数百万人的生命，也体现了植物天然产物的巨大潜力和价值[1]。随着我国国民经济的高速发展，对科研投入的快速增加，我国在植物天然产物的研究条件和人才队伍方面迅速得到改善和发展。传统中药以及民族药中的天然产物成分研究也日渐深入，许多植物天然产物也 成为上市药物，治疗肿瘤的紫杉醇、具有保肝疗效的水飞蓟素等。这对天然药物的未来发展具有巨大影响，对我国社会和经济的发展、尤其是人口与健康事业和医药产业的发展具有重要和紧迫的意义[2]。因此，熟悉和掌握植物天然产物的提取、鉴定和应用对于学生或相应人员的培养至关重要。在实验教学过程中，植物天然产物的实验内容涉及多门学科交叉，具有专业知识复杂、课程内容繁多、实验成本高、需要众多大型仪器设备等特点。实验难度较大，且实验准备和实验过程常常需要大量的学时。加之学生数量较多，导致每位学生能够接触到的实验资源有限，对实验的掌握比较笼统，难以达到理想的实验教学效果。另外，受实验设备和场地的限制，学生只有在实验课上才能接触到实验，且不能重新温习实验，这限制了学生对实验的深入理解和掌握[3]。尤其在天然产物分离和鉴定时，需要大量大型的分析以及分离型液相色谱、质谱以及核磁共振等波谱仪器，对实验成本和场地都是极大的考验，实体实验难以开展，使得学生不能实际接触和操作设备，使得实验流程无法具象化，影响学生在这方面的培养。为了解决这些问题，教育者开始探索新的教学模式，虚实结合实验教学模式因其能够提供安全、经济、高效的实验环境而受到重视。这种模式通过虚拟仿真技术与实际操作相结合的方式，不仅能够模拟复杂的实验操作，还能够让学生在虚拟环境中反复练习，从而加深对实验原理的理解和技能的掌握[4]。

纤毛婆婆纳（Veronica ciliata Fisch），作为一种广泛分布于青藏高原的传统藏药材，已被证实含有多种具有保肝活性的化学成分[5，6]。在现代药物研究和教育中，如何有效提取、纯化并鉴定这些活性成分，是一个亟待解决的问题。本研究旨在探讨虚实结合实验教学模式在纤毛婆婆纳保肝活性成分鉴定实验中的应用，并分析其对提高学生实验技能和科研能力的效果。通过构建一个结合虚拟仿真和实际操作的实验教学平台，本研究期望为药用植物活性成分的研究和教学提供新的思路和方法。

2. 实验教学模式的构建

本论文构建了适合纤毛婆婆纳保肝活性成分鉴定实验的混合教学模式，主要包括教学方法的创新、教学内容的丰富、虚拟仿真实验的设计、课程考核体系的完善四个方面[7]。

2.1教学方法的创新：采用翻转课堂、小组讨论、角色扮演等多样化的教学方法，提高学生的参与度和学习动力 [8]。

2.2教学内容的丰富：课程内容围绕纤毛婆婆纳保肝活性成分的鉴定实验展开，主要包括两大部分教学内容：实体实验和虚拟仿真实验。让学生在课堂中既能学习到天然产物提取、分析和分离鉴定的基础理论知识，同时在实际操作中获得纤毛婆婆纳乙酸乙酯提取物，并学会高效液相色谱的分析，同时在虚拟实验教学中学会成分的分离和鉴定。

2.3虚拟仿真实验的设计：虚拟仿真实验的设计遵循由浅入深的原则，从基本操作技能的训练到复杂实验设计的模拟，逐步引导学生掌握纤毛婆婆纳保肝活性成分纯化和鉴定的实验流程和关键技术。通过虚拟仿真技术和 Unity3D 技术，展现藏药材纤毛婆婆纳保肝活性物质分离和鉴定的真实实验场景，重点展示了高速逆流色谱（HSCCC），半制备型高效液相（ Semi-prep HPLC）、液质联用（UPLC-MS）和核磁共振仪的工作原理，实现了对分离纯化以及结构鉴定大型精密仪器设备的逼真建模，加深了学生的直观认识，能够熟练掌握和操作实验过程中的大型精密仪器[9]。

2.4课程考核体系的完善：该课程注重过程和总结性评价，整个评价过程贯穿课程始终，评价方式涵盖学生自评、学生互评和教师评价[10]。设置作业及报告考核、虚拟仿真实验操作、线下实验操作等环节进行评价。另外该课程也注重自主学习能力的培养：鼓励学生在课下通过虚拟平台进行自主学习，利用虚拟仿真实验进行个性化练习，强化实验技能，同时培养解决问题的能力和批判性思维。

3.实验教学的实施

该课程要求掌握纤毛婆婆纳保肝活性成分的提取、分析、纯化以及鉴定的基本理论和液相、核磁共振等色谱波谱仪的使用。其中化合物的纯化和鉴定需要耗费大量的时间和昂贵的仪器设备，因此该课程采用先实后虚的教学模式。先让学生对整体的提取、萃取、纯化和鉴定过程有整体的了解和认识，然后在课程中进行纤毛婆婆纳醇提物的提取、萃取以及高效液相色谱成分的分析。最后在到虚拟仿真平台学习后续的化学成分纯化以及鉴定的相关内容。

3.1理论教学与纤毛婆婆纳成分的提取、分析以及鉴定全过程解析：在理论教学阶段，我们采用流程图以及互动式教学方法，通过提问、讨论和案例分析，激发学生的思考和兴趣。案例分析侧重于植物天然产物的研究进展、天然产物分离纯化全过程流程图讲解以及纤毛婆婆纳中成分提取、分析以及鉴定全过程的流程图讲解，使学生能够全面了解该实验课程的整体脉络，明确天然产物提取、分析以及鉴定的流程，清楚各个步骤的原理、使用仪器以及具体的操作方法，为后续的实操和虚拟实验鉴定基础。

3.2实际操作与虚拟实验的结合：在学生通过理论掌握基本原理以及仪器使用后，我们将安排实际操作环节，让学生在实验室亲自实验纤毛婆婆纳全草的干燥、粉碎、乙醇提取（超声波提取）、乙酸乙酯萃取、乙酸乙酯萃取相成分的分析，体验从纤毛婆婆纳全草到成分提取以及分析的完整流程。在完成实际操作后，学生登录到藏药材纤毛婆婆纳保肝活性成分研究虚拟仿真实验教学管理平台进行学习。该模块包括实验简介、模拟实验和知识拓展等功能模块。三个教学模块根据原理-具体实验操作-课后回顾逻辑紧密设计，学生按照顺序依次学习。

首先点击进入实验简介界面，了解实验目的与实验对象，该界面共有一个模块；在了解实验目的的基础上，然后点击进入实验模拟界面（图1A），该部分共有三个模块：分别为样品分离、样品纯化以及化合物的结构鉴定。首先进入样品分离模块：学习HSCCC分离纤毛婆婆纳乙酸乙酯部位的详细步骤：主要包括分离时固定相和流动相的制备和实际分离过程（图1B） ，在实际操作过程中还会穿插思考题，让同学们边学边思考，充分理解实验原理和实验细节。分离模块学完后，接下来进入样品纯化模块：学习如何利用制备型HPLC进行化合物进一步纯化，主要学习流动相的制备以及实际HPLC分离过程（图1C ）。分离纯化完成后进入化合物的结构鉴定模块：首先进入UPLC-MS确定化合物分子量的界面（图1D），学习UPLC-MS的确定化合物分子量的原理以及具体过程，接着学习核磁共振等波谱仪的原理和操作过程。最后点击进入知识拓展界面，进行进一步知识的回顾和拓展。最后，进行知识回顾，实体实验和虚拟实验的结合，让学生充分了解天然产物提取、纯化以及分离的全过程，让学生们自己话知识框架图总结主要实验过程和重要实验操作。

4.教学效果的评估

4.1知识掌握程度评估：通过理论测试和在线问答，评估学生对天然产物提取、分离和纯化相关知识的掌握以及整体脉络的了解；通过问答形式评估学生对分离、分析型液相色谱以及核磁共振波谱仪等仪器原理的掌握[11]。

4.2实验技能评估：通过观察学生在虚拟仿真实验和实际操作中的表现，评估对于纤毛婆婆纳化学成分提取的准确性，以及UPLC，UPLC-MS，制备型HPLC，核磁共振等仪器的操作的熟练度[12]。

4.3创新思维和科研能力评估：通过该课程所学内容，自己查阅文献，并制定一种中药中化学成分提取、分离以及鉴定的全流程，培养学生的科研思维和能力。

4.4教学反馈和学生满意度调查：通过定期收集学生的反馈，评估教学内容和方法的有效性，并根据反馈结果不断调整和优化教学策略，以满足学生的学习需求和提高教学效果[13]。

图1 虚拟仿真实验界面（A. 藏药材纤毛婆婆纳保肝活性物质的分离与鉴定模块初始界面;B. HSCCC分离界面;C. 制备型HPLC分离界面;D. UPLC-MS分析化合物分子量界面）

5 结论与建议

针对天然产物分离纯化耗时长，应用大型设备费用昂贵等问题，运用虚拟仿真技术设计结合实体实验完善了纤毛婆婆纳保肝活性成分鉴定实验内容，在有限的课时内利用有限的实验空间和充分的网络资源完成综合性实验的有效训练，学生通过虚拟仿真实验掌握了基本的实验操作和数据分析技能，同时掌握了药用植物天然产物的分离和鉴定的全过程，通过实际操作深化了对实验原理的理解，并通过整体实验流程的参与跟进培养了科研思维和创新能力。虚拟仿真技术的应用减少了对大型仪器设备的依赖，优化了教学资源的配置，使得每位学生都能获得充分的实践机会[14]。

在后续的教学中，根据学生使用和反馈不断优化虚拟仿真实验平台， 强化理论与实践的结合：在实验教学中进一步强化理论与实践的结合，通过案例教学、问题导向学习等方法，提高学生的综合应用能力。建立长效的教学评估机制：建立和完善教学效果评估体系，定期对实验教学进行评估和反馈，确保教学模式的持续改进和优化。促进跨学科的交流与合作：鼓励不同学科之间的交流与合作，将植物天然产物的研究与生物学、化学、医学等领域相结合，开拓学生的学术视野。

参考文献

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基金项目：本文系成都大学2022年实验教学研究与改革项目“虚拟仿真技术在植物天然药物分析与实验课程中的应用研究” 项目编号（cdsyjg2022025）；

“科研仪器平台开放共享在本科创新人才培养中的实践与探索”项目编号（cdsyjg2022008）

成都大学2021-2023年人才培养质量和教学改革立项项目“基于PDCA的二级学院教学运行管理模式改革与实践-以食品与生物工程学院为例”项目编号（cdjgb2022264）