数字化视角下的实验教学设计——以“从红辣椒中提取红色素”为例

摘要

“从红辣椒中提取辣椒红色素”是天然产物化学课程教学中设置的一个综合性实验，实验步骤包含了辣椒红色素的提取、分离及纯化，涉及到多个实验影响因素，以及昂贵仪器的使用、教学学时的限制等难题。数字化教学设计的有效融入，不仅让学生可以提前对路径进行优化，也可加深对实验理论的理解以及实验内容的掌握。数字化设计内容主要包含两个方面：一是采取线下“分段式”数据采集，利用数学建模对提取温度及溶剂、展开剂及洗脱剂比例配置、柱层析硅胶的高度等因素进行数值模拟，学生可通过设置不同条件数值，对预测结果进行分析，并继续进行条件优化；二是利用虚拟仿真技术，实现实验结果的动态可视化展示，帮助学生进行回流等实验装置的搭建，以及高效液相色谱(HPLC)等仪器的操作，该部分教学评价将会根据实验结果以及操作的重复次数进行自动评分。数字化设计将充分调动起学生的主观能动性，在保证有效成分活性的同时，也能提高对植物利用与保护的意识，建立起环保理念。

关键词

天然产物 / 辣椒红色素 / 数值模拟 / 虚拟仿真 / 路径优化