本科生與研究生有機(jī)波譜分析課程教學(xué)差異對比

王多志　　劉晨江，2，*

（1新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，烏魯木齊830046；2新疆大學(xué)理化測試中心，烏魯木齊830046）

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本科生與研究生有機(jī)波譜分析課程教學(xué)差異對比

王多志1劉晨江1，2，*

（1新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，烏魯木齊830046；2新疆大學(xué)理化測試中心，烏魯木齊830046）

摘要：針對有機(jī)波譜分析課程，探討了本科生與研究生在教材、教學(xué)主要內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)實踐及教學(xué)規(guī)劃的側(cè)重點(diǎn)等方面的差異。指出本科生教學(xué)側(cè)重基礎(chǔ)知識，難度不宜過高；而研究生教學(xué)注重原理、實踐，注重學(xué)科發(fā)展及培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜圖譜的能力。

關(guān)鍵詞：有機(jī)波譜分析；本科教學(xué)；研究生教學(xué)；差異性

隨著科學(xué)技術(shù)及現(xiàn)代儀器分析方法的飛速發(fā)展，有機(jī)波譜學(xué)作為鑒定和確證有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的重要手段，與電子學(xué)、計算機(jī)科學(xué)緊密結(jié)合，成為結(jié)構(gòu)分析中的重要方法，在化學(xué)、化工、材料、醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［1，2］。波譜分析方法涉及紫外光譜（UV）、紅外光譜（IR）、核磁共振波譜（NMR）、質(zhì)譜（MS）及X射線衍射等的基本原理、特征、規(guī)律及圖譜解析技術(shù)，闡述上述內(nèi)容的有機(jī)波譜分析課程已成為國內(nèi)眾多大學(xué)化學(xué)、化工、材料、藥學(xué)和食品等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。同時，也是化學(xué)專業(yè)特別是有機(jī)化學(xué)專業(yè)的專業(yè)學(xué)位課程［3，4］。

本文作者長期承擔(dān)新疆大學(xué)本科化學(xué)專業(yè)和碩士研究生有機(jī)化學(xué)專業(yè)的有機(jī)波譜分析課程的教學(xué)工作。在教學(xué)過程中，作者發(fā)現(xiàn)本科生和研究生課程雖然在教學(xué)內(nèi)容上有部分重復(fù)，但是在教學(xué)理念、教學(xué)思維、教學(xué)規(guī)劃和教學(xué)模式等方面有差異。為了提高有機(jī)波譜分析課程的教學(xué)效果，設(shè)計更合理的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，本文通過對本科生與研究生的課堂調(diào)查，獲取了不同層次學(xué)生的感

1　本科生與研究生教材和教學(xué)內(nèi)容的選擇

對于不同層次、不同知識基礎(chǔ)的學(xué)生來說，教材及教學(xué)內(nèi)容的選擇對學(xué)生更快更好地掌握有機(jī)波譜學(xué)知識顯得十分必要。我們通過多年的教學(xué)實踐，得出以下兩點(diǎn)體會：

（1）化學(xué)及相關(guān)專業(yè)本科生均開設(shè)有機(jī)化學(xué)課程，一般在有機(jī)化學(xué)教材中都會將紫外光譜（UV）、紅外光譜（IR）、核磁共振譜（NMR）、質(zhì)譜（MS）等內(nèi)容安排在一章中，并簡單介紹波譜學(xué)的基礎(chǔ)知識。在后續(xù)章節(jié)中，涉及到各類化合物時再分別介紹UV、IR、NMR及MS各自的特征。

基于本課程內(nèi)容分散、學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不易掌握的特點(diǎn)，我校在本科生學(xué)完有機(jī)化學(xué)課程后繼續(xù)開設(shè)有機(jī)波譜分析課程，其為專業(yè)選修課，授課對象主要是學(xué)有余力、對波譜學(xué)感興趣且有繼續(xù)深造意愿的本科生，共54學(xué)時。根據(jù)課程的定位和學(xué)時數(shù)，我校本科生課程選用武漢大學(xué)出版社出版、孟令芝教授等主編的《有機(jī)波譜分析》，該教材注重基礎(chǔ)，譜圖解析講解詳細(xì)，習(xí)題譜圖清晰、難度適當(dāng)，適宜作為本科生教材，在教學(xué)過程中得到我?；瘜W(xué)專業(yè)本科生的普遍認(rèn)可。在內(nèi)容上，我們重點(diǎn)講授質(zhì)譜、核磁共振氫譜、紅外及紫外光譜，而核磁共振碳譜、拉曼光譜、熒光光譜及X射線光電子能譜等內(nèi)容只做簡單介紹甚至不作講解。根據(jù)本科生的知識層次，我們只講解核磁共振氫譜的一級譜圖，二級譜圖則不作為授課內(nèi)容。

（2）本校有機(jī)化學(xué)專業(yè)碩士研究生的培養(yǎng)大綱對有機(jī)波譜分析課程的定位是專業(yè)學(xué)位課，54學(xué)時，此外開設(shè)了專業(yè)選修課——核磁共振譜學(xué)，重點(diǎn)講授二維核磁共振原理及圖譜解析，36學(xué)時。由于研究生的培養(yǎng)目標(biāo)更高且有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，因此課程的難度和深度都比本科生有所加強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容也更廣泛，我們授課時更側(cè)重講解原理，譬如核磁共振部分，注重講解二級譜圖、核磁共振碳譜、二維核磁共振原理及各種相關(guān)譜圖等。同時，注重培養(yǎng)學(xué)生解析復(fù)雜圖譜的能力和結(jié)合科研項目解決實際問題的能力。在研究生教材的選擇上，我們采用多本教材相結(jié)合，主要推薦的教材有科學(xué)出版社出版、寧永成教授主編的《有機(jī)化學(xué)物結(jié)構(gòu)鑒定與有機(jī)波譜學(xué)》，蘭州大學(xué)出版社出版、楊立教授主編的《二維核磁共振簡明原理及圖譜分析》，北京大學(xué)出版社出版、沈其豐教授主編的《核磁共振碳譜》等，這些教材各有側(cè)重，內(nèi)容及原理的講解也更深入，適合作為研究生的教材或參考書。

2　本科生與研究生教學(xué)方法的差異

本科生處于課程學(xué)習(xí)的初級階段，因此首次授課要讓本科生初步建立有機(jī)波譜學(xué)的理論體系，認(rèn)識本課程在科學(xué)研究及實際生活中的重要性和實用性，提高他們的學(xué)習(xí)興趣。在后續(xù)的課堂講授過程中，通過實例對波譜分析與傳統(tǒng)化學(xué)分析作比較，突出波譜分析在結(jié)構(gòu)確證方面的優(yōu)勢。例如用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法將嗎啡從鴉片中提取出到確定結(jié)構(gòu)大約經(jīng)歷了150年的時間［2］，而用現(xiàn)代的波譜分析方法就非常迅速?；诒究粕慕虒W(xué)層次，我們更注重課堂的生動性、趣味性，避免過于理論化。如紅外光譜能量變化主要與分子的振動能級有關(guān)，這就涉及分子如何振動、不同分子的振動方式有何區(qū)別等。在講解這一內(nèi)容時，我們利用多媒體課件制作動畫或運(yùn)用肢體語言，從而形象生動地表示出基團(tuán)的振動過程，不僅使學(xué)生一目了然，同時也增強(qiáng)了課程的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

對于研究生來講，我們側(cè)重于講解該課程的原理和培養(yǎng)學(xué)生解決科研實際問題的能力。在給研究生授課時，通過更多地運(yùn)用互動式教學(xué)調(diào)動學(xué)生的積極性，即課前先給研究生安排講解內(nèi)容及任務(wù)，讓他們自學(xué)，上課時再請學(xué)生走上講臺，以老師的角色講解內(nèi)容和圖譜解析步驟中所用到的專業(yè)知識，最后任課教師再進(jìn)行點(diǎn)評、補(bǔ)充、提煉，做到完全的互動式教學(xué)。這種以任務(wù)驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)的模式，可以培養(yǎng)學(xué)生的課堂表達(dá)能力，也能達(dá)到教學(xué)相長的效果。此外，我們也會給出一些結(jié)構(gòu)新穎的有機(jī)化合物，讓學(xué)生先查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計合成路線后試驗，再讓學(xué)生分析產(chǎn)物波譜測試的結(jié)果并判斷是否是目標(biāo)化合物，最后由教師給出結(jié)論，這樣不僅培養(yǎng)了研究生分析解決問題的能力，而且有助于他們在學(xué)習(xí)過程中更早地進(jìn)入科研角色。

3　本科生與研究生在實踐教學(xué)上的差異

運(yùn)用波譜方法確定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)之所以快捷、方便、準(zhǔn)確，是因為波譜分析的結(jié)果出自于高精尖大型儀器設(shè)備。這些儀器價格昂貴、數(shù)量有限，需有專人管理操作，因此我校的本科生無法人人親自動手操作。為了讓本科生對測試儀器有比較感性的認(rèn)識，我們通過播放儀器的實物結(jié)構(gòu)和使用方法的錄像，或者請本校管理儀器的教師對照講解和演示操作方式，使學(xué)生對這些儀器有直觀、感性的認(rèn)識。研究生人數(shù)相對較少，在教學(xué)過程中每名培訓(xùn)合格的學(xué)生，可以實踐操作一至兩次包括紅外光譜儀、核磁共振譜儀在內(nèi)的儀器，這樣有益于研究生理解、掌握有關(guān)理論和原理。

4　計算機(jī)輔助軟件運(yùn)用上的差異

在實際圖譜解析及譜峰指認(rèn)時，我們經(jīng)常會借助一些化學(xué)軟件對譜圖進(jìn)行模擬。我校本科生計算機(jī)化學(xué)課程中的一個基本教學(xué)內(nèi)容就是Chemoffice畫圖軟件［5］的使用及功能?；谶@一基礎(chǔ)，我們向本科生介紹這一軟件模擬核磁共振譜的功能，使他們較好地掌握軟件輔助指認(rèn)解析圖譜的方法。對于研究生，我們主要向他們介紹另一種核磁數(shù)據(jù)處理及模擬軟件——MestReNova軟件，該軟件可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測化合物1H NMR和13C NMR的化學(xué)位移以及烯烴的取代構(gòu)型，也可以在沒有實驗操作條件的情況下，通過譜圖模擬提供化合物核磁共振方面的仿真信息［3］。另外，通過對比模擬譜圖與實測譜圖，也有助于解析結(jié)構(gòu)、歸屬化學(xué)位移。相對于通過經(jīng)驗公式計算值與實測值的比較來解析譜圖，MestReNova軟件的特點(diǎn)是快捷、方便。

5　考核模式的差異

考試不僅是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是評價教學(xué)效果、檢驗學(xué)生掌握知識程度的重要手段［6］。通過對每一次考試結(jié)果的分析，教師不但可以了解學(xué)生掌握知識的情況，而且可以據(jù)此調(diào)整教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教材。對于本科生，我們一貫選擇閉卷考試，有助于本科生熟記一些基本概念及波譜特征，閉卷考試成績占總評成績的70%，另外30%的成績來源于課堂討論及作業(yè)。研究生的考核方式有3部分內(nèi)容：第一部分是開卷考試，占總成績的60%，考試內(nèi)容為難度較高的綜合解析題，主要考核學(xué)生對四大譜知識的綜合運(yùn)用情況。學(xué)生只有充分掌握基礎(chǔ)知識和一些解題技巧，并運(yùn)用科學(xué)的思維方式分析、歸納和總結(jié)才能較好地完成。第二部分是考核實踐操作，占總成績的20%。由學(xué)生書寫在有機(jī)化學(xué)實驗中合成化合物的測試操作報告，內(nèi)容包括測試項目、測試儀器等，然后進(jìn)行測試操作及結(jié)果分析。最后一部分我們安排學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好，就有機(jī)波譜分析在實際應(yīng)用方面、未來發(fā)展方向及最新技術(shù)革新方面寫一篇論文，占總成績的20%?？傊瑢τ谘芯可己朔绞降陌才?，我們更注重實際應(yīng)用和培養(yǎng)學(xué)生解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新意識和探索精神。

6　教學(xué)效果

近年來我校在有機(jī)波譜分析課程教學(xué)過程中，針對不同層次學(xué)生，在教材選擇、教學(xué)方法和實踐教學(xué)內(nèi)容等方面不斷改革，課程考核模式也逐漸完善，得到了大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)同和歡迎。本科生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，充分認(rèn)識到有機(jī)波譜學(xué)的重要性，能夠較好地掌握質(zhì)譜、核磁共振氫譜、紅外及紫外光譜的基本原理，并熟練地識別和解析難度適宜的各種圖譜，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，擴(kuò)展了學(xué)生的知識面。從學(xué)生對本課程的評教結(jié)果來看，課堂教學(xué)質(zhì)量評估優(yōu)秀率大于90%，學(xué)生綜合考核成績均達(dá)到合格及以上。研究生完成本課程學(xué)習(xí)后，不僅充分掌握了理論知識，包括收集資料、實踐操作、數(shù)據(jù)整理、分析問題、解決問題和課堂表達(dá)等在內(nèi)的諸多方面都得到提高，全面地培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立工作的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，為以后獨(dú)立從事科研工作和解決實際問題奠定了良好的基礎(chǔ)。

以上是我們對新疆大學(xué)本科生和研究生有機(jī)波譜分析課程教學(xué)差異的比較和探討。經(jīng)過實踐，我們對不同層次的學(xué)生在教材、教學(xué)方法、教學(xué)實踐及考核方式等方面做了不同的選擇，結(jié)果證明處理好這些差異對本科生和研究生的教學(xué)都起到了積極的促進(jìn)作用。近年來有機(jī)波譜分析課程的教學(xué)內(nèi)容和方法在不斷地更新和改革，如何讓本科生和研究生這些不同層次的教學(xué)對象都達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果，如何豐富教學(xué)手段，如何借助最新的技術(shù)和平臺提高教學(xué)成果，都值得進(jìn)一步深入地研究和探討。

參考文獻(xiàn)

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［4］曹書霞，廖新成.大學(xué)化學(xué)，2010，25（5），36.

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［6］王春華，曲榮君，劉春萍，紀(jì)春暖，孫昌梅.化學(xué)教育，2003，24（9），35.

中圖分類號：O6；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201601040

*通訊作者，Email:pxylcj@126.com受和反饋意見，并結(jié)合自己多年的教學(xué)體會，對有機(jī)波譜分析課程在本科生與研究生教學(xué)過程中的差異進(jìn)行了簡單的探討，希望有助于本課程教學(xué)質(zhì)量的提高，為同類學(xué)科教學(xué)改革提供參考。

Comparison of the Organic Spectroscopic Analysis Course Teaching between Undergraduates and Postgraduates

WANG Duo-Zhi1LIU Chen-Jiang1，2，*
（1College of Chemistry and Chemical Engineering，Xinjiang University，Urumqi 830046，P.R.China；2Physics and Chemistry Detecting Center of Xinjiang University，Urumqi 830046，P.R.China）

Abstract:This paper discusses the differences in choice of teaching materials and main contents，teaching mode，teaching practices and the teaching program between undergraduates and graduate students in teaching the organic spectroscopic analysis course.The article comes up with a viewpoint that undergraduate teaching should emphasize the basics with moderate difficulty，while postgraduate teaching should emphasize on the principles，the practice，the development of discipline and the ability to analyze complicated spectra.

Key Words:Organic spectroscopy analysis；Undergraduate teaching；Postgraduate teaching；Difference