藥學專業波譜解析課程教學方法研究

韋柳斌+石靈高+廖娜+張藝

[摘要]波譜解析課程是利用波譜手段解析化合物結構的一門課程，是藥學專業較難學的課程之一。該門課程與儀器分析、藥物化學、有機化學、物理化學等課程相互滲透及融合，其課程教學在培養醫藥人才的應用技能及創新能力方面起到獨特的作用。在課程的教學實踐中，從激發學習興趣、優化教學內容、多媒體教學、運用多種教學方式、優化考核體系等方面進行探討與總結，提高教學效果。通過本門課程的教學，培養學生分析問題和解決問題的能力。

[關鍵詞]波譜解析；教學方法；能力培養

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2017）01（c）-0161-03

[Abstract]Spectrum analysis course as one of the most difficult courses to learn in pharmacy major aims at analyzing the compound structure by spectrum.The course mixes with other courses like instrumental analysis， pharmaceutical chemistry，organic chemistry，physical chemistry and so on.The course plays a unique role in cultivating application skills and innovation ability for medical elites.In the process of teaching practice，aspects including stimulation of learning interest，optimization of teaching contents，multimediateaching，multiple teaching approaches，and optimization of evaluation system were discussed and summarized，which improved teaching effect.Through learning the course，the abilities to analyze and solve problems are developed in medical students.

[Key words]Spectrum analysis；Teaching method；Ability cultivation

波譜解析是本科院校藥學教學中重要的專業基礎課程，是應用紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜和質譜等現代物理手段研究有機化合物結構的一門學科，是現代有機化合物結構測定最主要的手段[1]。

該學科已融合到相關學科的各個領域，成為醫藥工作者必須了解和掌握的一門學科。由于波譜解析與有機化學、儀器分析、物理學等多個學科互相滲透、交叉，具有一定的實踐性和抽象性，學生普遍反映該學科知識抽象、難于理解[2]。我校從2014年開始招收藥學專業本科生，筆者承擔波譜解析這門課程已有兩年，以下是對這門課程的教學方法做一些探索和總結。

1 結合現實生活熱點，激發學生學習熱情

激發學生的學習熱情，讓學生愛上這門課程是教學的關鍵一步。以往的傳統教學，無論你怎么強調課程的意義和重要性，學生都不會喜歡，只有激發學生的興趣和好奇心，才會不斷地跟隨老師探討其中的奧妙。在課程教學中引入生活中的一些熱點話題或現象作為實例調動學生的學習興趣是非常必要的。波譜解析課程介紹多種概念、原理和方法，理論性很強，學生在學習這門課程之前并沒接觸過各種儀器設備、譜圖等，缺乏實踐基礎，因此，激發學生對本門課程產生興趣顯得尤為重要。例如，講到解析藥物結構的重要性時可以提及我國藥學領域科學家屠呦呦因發現抗瘧疾藥物而獲得2015年諾貝爾生理學或醫學獎。她從青蒿草中提取出具有抗瘧疾的活性成分，但她當時并不知道青蒿素的結構，后來通過波譜技術的手段才得以解析該藥物的結構。在青蒿素結構的基礎上，經過結構修飾，得到抗瘧疾效果更好且副作用更低的藥物蒿甲醚和青蒿琥酯。假如不知道藥物的結構，新藥的研發就無從談起。通過這樣的例子讓學生認識到學習波譜解析這門課程的重要性，激發學生學習的熱情。再如，在講授質譜課程時，介紹奧運會興奮劑的檢測內容，學生可能會比較感興趣。比如漢城奧運會上，加拿大的運動員約翰遜創造了9.79 s的百米佳績，但是他獲得冠軍后被檢測出尿樣中含有司坦唑醇，令世人大跌眼鏡。當時漢城實驗室采用氣相色譜、質譜（GC/MS）和液相色譜、質譜聯用技術（LC/MS）[3]。通過引入現實生活熱點的具體例子，讓學生明白波譜解析不是一門枯燥無味的純理論內容，而是與日常生活息息相關課程，進一步激發學生學習的興趣，從而增強其學習的主動性。

2優化教學內容，突出重點

波譜解析課程主要介紹四大光譜的內容，由于課時有限，因此要精選教學內容，突出重點。目前在未知物結構鑒定中應用更多的是質譜和核磁共振譜，而紅外光譜、紫外光譜主要起到輔助作用，因此，把核磁共振譜、質譜作為重點講授章節。波譜解析課程的主要目標是讓學生學會利用多種波譜解析化合物的結構，所以要安排一定的學時來講授多種波譜聯用技術，提高學生的識譜、解譜能力。

波譜解析是利用四大光譜與化合物之間的關系和表征，拼湊化合物片段的過程，其推斷過程需科學嚴謹推理與判斷，如何把這些化合物片段合理地組織起來，是對學生譜學知識構架的考驗，課程學習完成后，大多數學生綜合解譜能力欠缺，其實這與缺乏四大光譜知識的融會貫通有直接的關系[4]。在未知物的結構解析當中，通常需要多種譜相互輔佐、相互印證。在組織教學內容時，既需要考慮單一方法的內在聯系性，又需要考慮多種波譜的整體性。通過具體的實例分析，使學生能綜合運用所學的波譜知識來分析、推斷化合物的結構。通過這門課程的學習可以鍛煉學生的邏輯思維、分析問題和解決問題的能力。

隨著時代的進步，科技發展日新月異，測試樣品的儀器也不斷更新與優化，因此，在教學過程中既要把基本原理、概念講透，又要與時俱進，不斷更新教學內容。例如在介紹核磁共振碳譜內容時，教材中有些譜圖是比較陳舊的，不少例題給的譜圖中有偏去偶譜圖，但是現在的核磁共振碳譜實驗中基本上不測偏去偶譜，而是測全去偶譜，因此，教學內容要做到與時俱進，引入新穎的、前沿教學內容。筆者結合從事的科研項目情況，挑選一些平常科研實驗中分離得到的簡單化合物的譜圖進行結構分析，由簡單到復雜，展示譜圖，引導學生識譜、解譜。從比較簡單的對羥基苯甲酸、阿魏酸的譜圖開始，再到結構相對復雜的槲皮素、黃烷醇等化合物的譜圖，步步深深入進行教學。此外，要保證譜圖的真實性，盡量不要刻意把譜圖的溶劑峰和水峰去掉，引導學生如何去分析真實的譜圖，提高學生的解譜能力。在課時允許的情況下，適當介紹圓二色譜、X-單晶衍射等波譜的知識，擴大學生的知識面。在課程教學設計過程中，除要考慮學生學習的基本需求外，也要充分考慮到藥學本科專業學生畢業后的就業或繼續深造的要求，使學生經過課程的學習達到較好的培養效果，更加適應醫藥企業或高等院校對藥學專業人才的需求。

3 借助多媒體，豐富教學手段

多媒體教學是指在課程教學過程中，根據教學對象的特點和教學目標要求，經過教學設計，合理選擇與運用現代教學媒體，并與傳統教學手段有效組合，共同完成教學過程，以豐富的媒體信息作用于學生，形成合理的教學過程結構，達到最優化的教學效果[5]。

隨著現代教育技術的迅猛發展，多媒體教學軟件作為波譜解析教學的重要工具已顯示出很好的教學效果。由于其表達形式直觀生動、教學信息量大、效率高，已經成為完成波譜解析教學難點的新趨勢和重要手段。例如在介紹核磁共振氫譜的基本原理時會講到拉莫爾進動，拉莫爾進動就是自旋核形成的磁矩在外加磁場中，將被迫對外加磁場自動取向，并且核會在自旋的同時繞外磁場方向進行回旋。采用動畫的形式來講解這種運動模式，這恰與自旋的陀螺在與地球重力場的重力線傾斜時做運動的情況相似，學生通過直觀、立體的動畫演示，能很快理解拉莫爾進動并留下深刻印象。

多媒體動畫能讓學生對某個知識點留下深刻的印象，而一些常用的軟件也能夠幫助學生掌握知識點，比如ChemOffice軟件功能強大，可以利用ChemOffice軟件為波譜解析教學服務。ChemOffice軟件可以顯示已知物的碳譜和氫譜，原理是以選取的分子基本結構為基礎，利用加和性原則來計算碳原子和氫原子的化學位移[6]。在課堂教學中可以隨時利用該軟件的ChemDraw模塊中一些化合物的1H-NMR和13C-NMR譜來驗證教材當中的理論內容。例如，在介紹碳譜這一章節提到共軛效應使得羰基碳信號向高場位移，可以用3-戊酮、1-烯-3-戊酮、二烯戊酮作為具體的例子，利用理論知識分析這3個化合物中羰基碳化學位移值由大到小的順序為3-戊酮、1-烯-3-戊酮、二烯戊酮，再調用ChemDraw模塊中13C-NMR譜，可以讓學生清晰地看到譜圖中這3個化合物對應羰基碳信號分別為13C 210.8、13C 201.6、13C 188.6，結果與理論分析的羰基碳化學位移值的變化趨勢十分吻合，這種直觀比較法讓學生能較好地掌握該知識點。

4 靈活運用多種教學方式

隨著中國高等教育改革的不斷深入，學生主體性的不斷加強，從傳統的以“教師為中心”的教學模式轉變為以“學生為中心”的教學模式就顯得尤為必要[7]。以教師為主導的課堂教學，學生只是被動地接受知識，不僅課堂氣氛沉悶，而且教學效果不好[8]，因此，在教學實踐中，筆者靈活運用多種教學方式，吸引學生參與到教學活動中。對于介紹基本概念、原理可以用講授法教學模式，而對于介紹多譜聯合應用時積極探索并大膽嘗試各種新的教學模式。例如問題導向式、小組討論式等啟發式教學模式和方法。應用討論、對比、啟發等教學方法， 引導學生思考和比較。

在介紹到多譜聯合應用的具體實例中，采用分組討論的形式，然后各個小組推薦一名同學到講臺講解，最后老師再進行點評，這種“學生當老師”的教學活動非常值得關注。這種模式活躍教學氣氛，改變教師一言堂的情況，學生也從中得到多方面的鍛煉。學生上講臺講課改變了過去被動地接收知識模式，向主動吸取知識方式轉變。一個老師在臺上的講解，與學生代表在臺上講解，后者更加能夠吸引學生參與到教學中，同時也能激發學生的學習熱情。在波譜解析課程教學中，特別是在介紹多譜聯合應用實例時，完全可以交給學生來組織課堂活動。通過這種活動，在這兩年的教學實踐中，學生反響很強烈，課堂氣氛非常活躍。走到臺上的學生，不管是否清晰、流暢地表達自己的解題思路和過程，都贏得了同學的熱烈掌聲，增強了其自信心。看到自己的同輩上臺當“老師”，臺下學生的注意力更加集中，既關注這位新教師又積極地思考問題，在這種平等的交流模式中，更能體現出教學是雙邊活動，課堂不再只是老師的一言堂，而是師生可以互換角色的課堂。當學生在臺上講解內容時，老師還要對學生的講解思路、過程以及知識點進行認真記錄，為下一步的點評做好充分的準備。學生講完，教師對每個上講臺的學生所涉及的知識點進行總結，提出存在的問題。在教學實踐中根據教學方法與教學內容的特點，靈活運用多種教學方法，增加知識的趣味性，使學生在輕松愉快的氛圍中學習。這種模式使課堂教學變得生動活潑，極大地吸引學生參與到教學活動中，提高教學效果。

5 優化考評體系

考試不僅是評價教學效果的主要手段，也是學生自我完善的重要環節[9]。波譜解析課程是培養學生綜合能力的一門課程，期末考試的一張試卷很難對學生波譜知識的實際應用能力進行評價。因此，筆者結合本課程的授課特點，認為考試總評成績由卷面分數60%、作業20%、平時表現20%這三部分組成較合理。應用多種譜來解析化合物結構特別是未知物結構是比較費時、費力的過程，學生在有限的考試時間內很難反映出其應用譜學知識解析結構的能力，因此，總評分數要由多方面組成[10-12]。在課堂上表現活躍、分組討論積極發言，特別是能代表本小組上講臺為全班同學講課的同學，其平時表現分可以給到滿分，鼓勵學生積極參與到教學活動中。

6 結語

隨著我國經濟及社會的發展進入新的階段，高等教育培養出來的人才必須適應經濟及社會發展的需求。我國政府提出“大眾創業，萬眾創新”的號召，這就要求高等院校培養出更多高層次應用技術型和創新型人才[13]。按照培養高級應用技術型和創新型人才的理念，課程的教育教學可提高學生的應用能力和創新能力。波譜解析作為一門重要的學科，在醫藥、食品、化學、化工等諸多領域得到廣泛的應用，該門課程在培養學生的應用技能和創新能力方面起到獨特的作用[14-15]。在教學實踐中，樹立“學生、教師雙主體”的教學觀，更加突出識譜、解譜應用為目標，激發學習興趣，優化教學內容，采用靈活多樣的教學手段和教學方法調動學生積極參與教學活動以及優化考核方法，注重培養學生應用所學知識來分析問題和解決問題的能力，以取得較好的教學效果。

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（收稿日期：2016-12-25 本文編輯：顧雪菲）