CC BY
139
ВНЕДРЕНИЕ RESEARCH-BASED LEARNING ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «БИОЛОГИЯ»
В МЕДИЦИНСКОМ ВУЗЕ
Жунусова Майра Абыловна
магистр техн. наук, преподаватель, Карагандинский государственный медицинский университет,
Республика Казахстан, г. Караганда E-mail: [email protected]
Власова Ленина Михайловна
канд. хим. наук, доцент, Карагандинский государственный медицинский университет,
Республика Казахстан, г. Караганда
Реметова Назигуль Сериковна
старший преподаватель, Карагандинский государственный медицинский университет,
Республика Казахстан, г. Караганда
THE INTRODUCTION OF RESEARCH-BASED LEARNING TECHNOLOGIES FOR STUDENTS OF SPECIALTY "BIOLOGY” AT THE MEDICAL UNIVERSITY
Zhunussova Mаira
Master of Engineering sciences, lecturer of Karaganda State Medical University,
Republic of Kazakhstan, Karaganda
Vlasova Lenina
Candidate of chemical sciences, аssociate Professor of Karaganda State Medical University,
Republic of Kazakhstan, Karaganda
Remetova Nazigul
Senior lecturer of Karaganda State Medical University,
Republic of Kazakhstan, Karaganda
Жунусова М.А., Власова Л.М., Реметова Н.С. Внедрение research-based learning технологии для студентов специальности «Биология» в медицинском вузе //
Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2015. № 3-4 (12) .
URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2042
АННОТАЦИЯ
В статье изложены этапы внедрения инновационного метода research-based learning (RBL) для студентов специальности «Биология» в Карагандинском государственном медицинском университете по дисциплине «Химия» и элективной дисциплине «Аналитическая химия». Тема исследовательской работы: «Экстракция. Выделение суммы алкалоидов из растительного сырья». В рамках исследовательской работы проэкстрагировано растительное сырье: Aconitum excelsum Reich. Выделена сумма алкалоидов, проведены математические расчеты полученного экстракта на воздушно-сухое сырье.
ABSTRACT
The article describes the steps of introduction of the innovative method of research-based learning (RBL) for students of specialty "Biology" in Karaganda State Medical University on the discipline "Chemistry" and elective discipline "Analytical Chemistry". The theme of the research work is: "Extraction. Isolation of total alkaloids from plant raw materials". In the framework of the research work was extracted vegetable raw material Aconitum excelsum Reich. The total amount of alkaloids was discovered. There were held mathematical calculations of the total alkaloids obtained on the basis of air-dry raw material.
Ключевые слова: research-based learning (RBL), Aconitum excelsum Reich., экстракция, алкалоиды.
Keywords: research-based learning (RBL), Aconitum excelsum Reich., extraction, alkaloids.
Курсы дисциплины «Химия» (1 семестр) [5] и элективной дисциплины «Аналитическая химия» (2 семестр) [6] были разработаны для студентов 2 курса специальности «Биология» в Карагандинском государственном медицинском университете с учетом естественно-научного направления будущих специалистов.
Были изучены темы согласно плану интеграции дисциплины «Химия» по специальности «Биология». Обеспечение учебно-методическими материалами студентов согласно карте книгообеспеченности составляет 100 %.
Кабинеты и лаборатории оборудованы в достаточном количестве техническими средствами обучения, плакатами, специальной и технической литературой, наглядными пособиями, компьютерами, учебно-методическими пособиями, дидактическими материалами, заданиями для контроля знаний студентов. Дополнительно оснащаются 2 учебные комнаты.
Общее количество студентов — 14. Из них 3 студента — с русским языком обучения (группа 2 — 102), 11 студентов — с казахским языком обучения (группа 2 — 101).
Для итогового контроля утверждены 30 экзаменационных билетов, включающих 3 теоретических и 1 практический вопрос.
Знания и навыки, полученные по окончании курса, являются фундаментом для дальнейшей деятельности биологов по изучению и охране живой природы, использованию биологических систем в хозяйственных и медицинских целях, анализу получаемой полевой и лабораторной информации, обобщению и систематизации результатов выполненных работ.
«Аналитическая химия» формирует у студентов практические навыки работы с химической посудой, лабораторным оборудованием и техникой выполнения основных химических операций и основных приемов химического анализа.
Для повышения эффективности образования было принято решение внедрения инновационного метода, основанного на использовании исследования как инструмента образовательного процесса research-based learning (RBL), в результате которого знания студента приобретаются на основе собственного опыта в решении реальной проблемы [2].
На первом этапе была проведена беседа со студентами специальности «Биология» о выборе темы исследовательской работы.
Тема исследовательской работы: «Экстракция. Выделение суммы
алкалоидов из растительного сырья». Были разработаны методические рекомендации по выполнению данной работы.
В процессе проведения исследований студенты закрепляют изученный материал из курса химии, а также расширяют знания по текущему курсу «Аналитическая химия», который включает по программе такие темы, как «Экстракция. Теория экстракционных методов, законы распределения», также затрагивает качественный анализ при предварительном обнаружении в извлечениях алкалоидов при помощи общеосадочных и специфических реактивов.
Развиваются практические навыки, а именно — студенты учатся организовывать свое рабочее место, соблюдать технику безопасности при работе с растворителями, ядовитыми веществами, нагревательными приборами, кислотами и щелочами, готовить растворы с заданной концентрацией, уметь работать с измерительными приборами (аналитическими весами, потенциометром), проводить математические расчеты полученной массы извлечения на воздушно-сухое сырье.
В качестве источника алкалоидов использовалось сухое сырье, подземную часть борца северного Aconitum excelsum Reich., семейства Ranunculaceae, собранного в августе 2014 г. в Каркаралинске, в фазу — конец цветения. Были определены цели и задачи исследования:
Цель: Сформировать представление об алкалоидах, методах выделения суммы алкалоидов из растительного сырья и их очистке, качественном обнаружении алкалоидов в полученном экстракте, рассчитать массу полученного извлечения на воздушно-сухое сырье.
Задачи:
Приготовить:
• растительное сырье для экстракции,
• оборудование для экстракции,
растворители,
• оборудование для отгонки растворителя из полученного экстракта,
• реактивы для качественного обнаружения алкалоидов.
Для выполнения поставленных перед собою задач студентам дано было задание подготовить литературный обзор (источники: Интернет, научная литература, журналы...) по алкалоидоносным растениям, произрастающим на территории Казахстана, выяснить, какими лечебными свойствами они обладают, в частности, борец северный, как максимально извлечь сумму алкалоидов из сырья, какие методы применяют для извлечения, какие требования, предъявляются к экстрагентам при проведении экстракции и какое оборудование применимо при экстракции в лабораторной технике.
С алкалоидами и экстракцией студенты знакомы из тем «Алкалоиды» и «Методы разделения и концентрирования веществ», которые были включены в 1-м семестре по дисциплине «Химия» в рамках 2, 3-го кредита по СРС (самостоятельная работа студента) в общем объеме 10 часов. Форма проведения СРС включала самостоятельное изучение темы, студенты готовили и защищали рефераты и презентации, вопросы тем были включены в коллоквиумы.
Из литературных источников известно, что данный вид Aconitum excelsum Reich — борец северный. Семейство Ranunculaceae. Произрастает в Казахстане во влажных лесах, в зарослях кустарников по берегам ручьев, в окрестностях Комиссаровки (заповедная территория), в окрестности горы Жиренсакал, в окрестности оз. Шайтанколь [1].
После сбора информации по каждому пункту из поставленных целей и задач переходим к приготовлению приборов, оборудования и реактивов: алкалоидсодержащее растение, аппарат Сокслета, ротационный испаритель, карбонат натрия (для приготовления, 5 %-ного раствора), дистиллированная вода, бензол, хлороформ, 2%-м H2SO4, реактив Бертрана (кремневольфрамовая кислота), универсальная индикаторная бумага, весы аналитические (лабораторные) SPU-402, термобаня водяная TW-2 (20-60С, 4,5 литров), сушильный шкаф ШС-80, круглодонная колба со шлифом — 1 шт., колба-
приемник для растворителя — 1 шт., иономер И-160 МИ, шкаф лабораторный, вытяжной, мерная посуда, несколько пар перчаток.
Учитывая то, что растение данного вида ядовито, работу проводили в перчатках.
Сначала приступили к измельчению корней и дальнейшему взвешиванию на аналитических весах. Масса воздушно-сухого сырья составила 202, 42 г.
Из методов выделения применили экстрагирование в системе твердое тело — жидкость, где твердым телом является лекарственное растительное сырье или сырье животного происхождения, а жидкостью — экстрагент.
Руководствовались схемой выделения суммы алкалоидов, основанной на приеме смены растворителей, учитывающих различную растворимость свободных алкалоидов-оснований и их солей и заключающихся в следующем:
1. алкалоиды-основания экстрагируют из растительного сырья органическим растворителем после подщелачивания;
2. полученное извлечение обрабатывают 1—5 %-ной кислотой. Основания алкалоидов образуют с кислотой соответствующие соли, которые растворяются в воде, а основная масса сопутствующих гидрофобных веществ остается в органическом растворителе;
3. к водному раствору добавляют щелочь для переведения солей алкалоидов в основания и обрабатывают несмешивающимся с водой органическим растворителем (на последних стадиях очистки чаще всего используют хлороформ). Алкалоиды-основания переходят в органический растворитель, его отделяют; в водной фазе остаются водорастворимые (гидрофильные) сопутствующие вещества;
4. органический растворитель отгоняют на ротационном испарителе. Остаток представляет собой очищенную сумму алкалоидов [4].
С полученным остатком очищенной суммы алкалоидов выполняют качественные реакции.
Измельченное сырье обработали 5 %-ным раствором карбоната натрия до рН=10 (контроль проводили и универсальной индикаторной бумагой,
и иономером), затем собрали установку для экстракции, аппарат Сокслета, состоящий из колбы для растворителя, экстрактора и обратного шарикового холодильника.
При проведении экстракции, прежде всего, плотно соединяли колбу и экстрактор, потом в экстрактор вводили экстрагируемое вещество, плотно завернув его в чистую фильтровальную бумагу и перевязав чистой ниткой. Затем в экстрактор доливали растворитель бензол до тех пор, пока он не начнет стекать через отводную трубку в колбу; добавили еще половину объема налитого растворителя, присоединили к экстрактору холодильник и пустили в него воду, затем нагревали.
По окончании экстракции бензолом, содержимое колбы отфильтровали и обработали экстракт 2%-м H2SO4 до pH = 4, с помощью делительной воронки отделили сернокислую фазу от органического растворителя, экстракт подщелачивали 5 %-ным раствором карбоната натрия до рН=10, затем поместили в экстрактор, залили хлороформ и повторили экстракцию.
После проведения экстракции студентам объяснили, что в первую очередь закрывают воду, затем снимают холодильник; отнимают экстрактор, под наклоном дают стечь из него остаткам жидкости в колбу, чтобы жидкость переливалась через отводную трубку; содержимое колбы (экстракт) переливают в другой, заранее приготовленный сосуд, колбу ополаскивают чистым растворителем, после сливая его с экстрактом.
С помощью делительной воронки отделили органический слой со свободными алкалоидами основаниями, отлили в заранее взвешенную круглодонную колбу такое количество экстракта, чтобы объем был не более чем наполовину.
Присоединили колбу, закрепив резинкой, к ротационному испарителю, затем подключили воду к холодильнику, включили водоструйный насос и мотор, который обеспечивал вращение колбы. После установления вакуума под колбу поместили баню с теплой водой.
Подключение роторного испарителя к водоструйному насосу создает вакуум, позволяющий легко удалять «летучие» растворители с температурой кипения до 100о С при температуре бани 50—60о С [3]. Отогнали растворитель. Получили густую темно-коричневую массу со своеобразным запахом.
Качественную реакцию с полученной суммой алкалоидов проводили реактивом Бертрана (кремне-вольфрамовая кислота). Выпал аморфный осадок с желтоватым оттенком.
Экстракт оставили для пассивного испарения остатков растворителя до постоянной массы. Взвесили. Масса полученной суммы алкалоидов составила 24, 19 г, 11,95 % на воздушно-сухое сырье.
Общая схема получения суммы алкалоидов из борца северного указана на рисунке 1.
Экстракция хлороформом (3 раза по 500 мл)
I
Обработка 5 %-ным раствором карбоната натрия
I ~
Экстракция хлороформом (3 раза по 500 мл)
X
Концентрирование экстракта
I
Рисунок 1. Технологическая схема выделения суммы алкалоидов
из борца северного
При проведении всех этапов практической части студенты должны были вести лабораторный журнал, для дальнейшего анализа данных, интерпретации
и оценки результатов проведенного исследования. По завершении работы студент должен зарисовать схему этапов выделения алкалоидов из данного растения и оформить отчет о выполнении лабораторной работы в рамках RBL.
План оформления отчета: 1. Дата и название работы. 2. Цель и задачи работы. 3. Краткое описание опыта 4. Результаты полученных опытных данных. 5. Расчеты по полученным данным. 6. Выводы по работе.
Полученная сумма алкалоидов будет использована в дальнейшем для следующей группы студентов при изучении такой темы, как «Хроматография. Основы бумажной и тонкослойной хроматографии, их применение для разделения неорганических и органических веществ» 2-го кредита по дисциплине «Химия».
Список литературы:
1. Атикеева С.Н. Редкие, исчезающие растения Каркаралинских гор / С.Н. Атикеева, А.И. Ахметжанова, Д.Т. Алибеков // Биология. Вестник КарГУ: Сер. Биология. Медицина. География /Биология. — 2006. — № 3. — С. 17—19.
2. Койков В.В., Дербисалина Г.А. Роль research-based learning в подготовке инновационно-активных специалистов системы здравоохранения // Денсаульщ сацтауды дамыту журналы. — 2012. — № 4 (65). — С. 67—78.
3. Обработка реакционных смесей. Удаление растворителей / [Электронный
ресурс]. — Режим доступа: URL:
http: //www.chem. msu.su/rus/teaching/ponomar/glava2 .html# 1 (дата
обращения: 02.03.2015).
4. План: Понятие об алкалоидах. История изучения алкалоидов.
Распространение алкалоидов в растительном мире. Факторы, влияющие на накопление алкалоидов / [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: http://refdb.ru/look/1543725-p2.html (дата обращения: 02.03.2015).
5. Содержание/Biologiya /2 kurs/Himia/ rus/Syllabus/ [Электронный ресурс]. —
Режим доступа: URL:
ftp://ftp01.kgmu.kz/Biologiya/2%20kurs/Himia/rus/Syllabus/ (дата обращения:
02.03.2015) .
6. Содержание/Biologiya/2kurs/Analiticheskayachimia/rus/SyПabus/
[Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL:
ftp://ftp01.kgmu.kz/Biologiya/20/o20kurs/Himia/rus/Syllabus/ (дата обращения:
02.03.2015) .
