基于液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用型課程探索

李 靜，陽(yáng) 萌，劉艷紅，房川琳，余達(dá)剛，王 娜

(四川大學(xué) a.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；b.化學(xué)學(xué)院，成都 610064)

0 引 言

我校作為地處西部的綜合性大學(xué)，一直在努力打造特色辦學(xué)風(fēng)格，堅(jiān)持以實(shí)施精英化教育、個(gè)性化教育、自由全面發(fā)展教育為理念，以辦最好的本科教育為目標(biāo)[1]。為深化教育教學(xué)改革，學(xué)校全面推進(jìn)“萬(wàn)門課程”工程建設(shè)，通過實(shí)施非標(biāo)準(zhǔn)答案考試、“探究式-小班化”教學(xué)等措施全面推進(jìn)原有5 000余門學(xué)術(shù)型課程的課堂教學(xué)改革[2-4]；同時(shí)以“開放辦學(xué)”的精神邀請(qǐng)校外企業(yè)家、行業(yè)領(lǐng)軍人物、專家等分別擬開設(shè)各2 000門左右的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型和實(shí)踐應(yīng)用型課程[5-6]。依托學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心專業(yè)實(shí)驗(yàn)室綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)”)硬件條件，自2014年起面向化學(xué)相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生開設(shè)了學(xué)科前沿應(yīng)用理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用型課程。課程邀請(qǐng)校外中科院專家作為理論課程授課教師，著重教授學(xué)科的前沿應(yīng)用理論；綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)儀器實(shí)驗(yàn)教輔人員則主要培訓(xùn)學(xué)生掌握相關(guān)大型儀器設(shè)備的使用以及分析應(yīng)用的全流程。在此結(jié)合課程4年來(lái)實(shí)踐情況進(jìn)行分析和探討，以期不斷改進(jìn)和完善。

1 基礎(chǔ)條件

化學(xué)學(xué)科作為我校“雙一流”建設(shè)學(xué)科近年來(lái)得到較快發(fā)展，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)學(xué)科分布廣泛，涉及化學(xué)、化工、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、高分子、材料、考古等10余個(gè)學(xué)院和近20個(gè)國(guó)家、部、省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心經(jīng)過20余年的發(fā)展，也已經(jīng)逐漸形成一個(gè)多學(xué)科交叉的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心重點(diǎn)建設(shè)的3個(gè)主要教學(xué)平臺(tái)之一，已形成擁有一大批先進(jìn)儀器設(shè)備的綜合與探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[7]。目前，位于望江校區(qū)第一理科樓的綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)，擁有LCMS-2020型低分辨液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀和LCMS-IT-TOF型高分辨液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，具備課程開展必須的硬件條件。同時(shí)，綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)所依托的各類科研團(tuán)隊(duì)，也大部分位于第一理科樓和相鄰的化學(xué)館內(nèi)，這些教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)室資源，為課程的實(shí)施提供了有力支撐。

目前，綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)承擔(dān)了本科生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、探索性實(shí)驗(yàn)等綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)也在本科生畢業(yè)論文、學(xué)校“三大計(jì)劃”課外科技項(xiàng)目、各類實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽等方面發(fā)揮了重要作用[8-11]。相關(guān)儀器的實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理人員，通過日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研服務(wù)，不斷積累和提升專業(yè)技能，在熟練掌握相關(guān)儀器工作原理、操作及維護(hù)的基礎(chǔ)上，積極參與科研教學(xué)服務(wù)，有效拓展了實(shí)踐應(yīng)用能力。此外，校外授課專家對(duì)課程的開設(shè)給予了大力支持，與實(shí)驗(yàn)教輔人員組成的教學(xué)團(tuán)隊(duì)一直以極大的熱情投入本課程的建設(shè)，充分利用周末或晚上等休息和設(shè)備空閑時(shí)間開展教學(xué)工作，有效提升了大型儀器設(shè)備的使用效率。

2 課程設(shè)計(jì)思路

學(xué)校面向化學(xué)及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生已開設(shè)的儀器分析必修課程是一門包括液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在內(nèi)的綜合性儀器課程，主要以課堂理論教學(xué)為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生去掌握化學(xué)學(xué)科相關(guān)的多種大型儀器設(shè)備的基礎(chǔ)理論知識(shí)，屬于普及型的理論教學(xué)課程。而目前針對(duì)液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)已單獨(dú)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程則多數(shù)以掌握儀器基本原理和基本操作為目的，極少涉及實(shí)踐應(yīng)用。由于液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)一直以來(lái)分別屬于兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)體系，缺乏系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性和連貫性，一直未能形成理論結(jié)合實(shí)踐的教學(xué)體系。為進(jìn)一步發(fā)揮液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和應(yīng)用實(shí)踐能力提升方面的作用，液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)課程定位為一門緊跟技術(shù)應(yīng)用前沿、緊跟最新學(xué)術(shù)成果，并且理論和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的實(shí)踐應(yīng)用型課程。其中，理論教學(xué)部分在常規(guī)儀器課程教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，從更深層次向?qū)W生重點(diǎn)講述液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的譜圖解析和科研實(shí)踐應(yīng)用的理論知識(shí)；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)以理論教學(xué)內(nèi)容為牽引，針對(duì)性地開展貼近科研實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。

3 教學(xué)探索情況

3.1 教學(xué)內(nèi)容

與傳統(tǒng)儀器分析課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)分別為獨(dú)立課程不同，在過去4年的教學(xué)中實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)作為液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)課程的重要組成部分與理論課程協(xié)同開展，已初步形成緊跟學(xué)科前沿應(yīng)用，并且理論和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容。

課程的理論教學(xué)內(nèi)容與針對(duì)大三學(xué)生開設(shè)的必修課程儀器分析相比較，其深度和廣度已得到極大延伸[12-13]。雖然理論教學(xué)內(nèi)容的前1/3還是關(guān)于儀器的基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，但該部分內(nèi)容著重圍繞綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)已有的相關(guān)儀器設(shè)備開展有針對(duì)性的基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，旨在為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)提供必要的理論支撐基礎(chǔ)。而余下2/3的理論教學(xué)內(nèi)容涉及的譜圖解析和實(shí)踐應(yīng)用案例教學(xué)已與天然產(chǎn)物化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科和交叉領(lǐng)域的科研實(shí)踐活動(dòng)緊密結(jié)合在一起。

而實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程則以理論教學(xué)內(nèi)容為引導(dǎo)，著重開展匹配理論課程的儀器基礎(chǔ)原理、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中，基礎(chǔ)原理著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)儀器及儀器各器件的直觀認(rèn)識(shí)和認(rèn)知；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)著重培養(yǎng)學(xué)生掌握儀器基礎(chǔ)操作和基本應(yīng)用流程；應(yīng)用實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)主要是將經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行升級(jí)改造，引入現(xiàn)代分析技術(shù)[14-16]，使有機(jī)合成、分離純化、結(jié)構(gòu)表征及結(jié)構(gòu)解析有效銜接，目的在于促進(jìn)學(xué)生將理論知識(shí)有效轉(zhuǎn)化為分析運(yùn)用能力。

3.2 教學(xué)效果分析

基于液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用型課程開設(shè)4年以來(lái)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革探索和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面都取得一定成效。①有利于教學(xué)模式的改進(jìn)，與傳統(tǒng)儀器分析課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)分別為獨(dú)立課程不同，在過去4年的教學(xué)中實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程作為液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)課程的一部分同步開展，而且理論課程聘請(qǐng)本領(lǐng)域高水平校外專家參與教學(xué)，教輔人員則充分利用綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)設(shè)備提煉適合學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。這種理論實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)模式，在幫助學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力方面起到了重要的促進(jìn)作用，有利于學(xué)生快速將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐應(yīng)用能力;②有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)作為確定化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行物性研究的重要工具，實(shí)踐應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于本科教學(xué)，能顯著提升高年級(jí)本科生分析和解決實(shí)際問題的能力，打破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究的壁壘，有利于促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時(shí)對(duì)提高畢業(yè)生的質(zhì)量，增加就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力起到了重要作用。

3.3 下一步完善思路

為使實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程與理論教學(xué)中科研前沿和實(shí)踐應(yīng)用內(nèi)容相匹配，建立更加完善的基礎(chǔ)原理-驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)-綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)-實(shí)踐應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)的階梯式實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程體系，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)、常規(guī)操作、基本應(yīng)用、科研實(shí)踐的全鏈條教學(xué)，進(jìn)一步結(jié)合理論課程內(nèi)容和學(xué)科科研前沿，繼續(xù)設(shè)計(jì)系列實(shí)踐應(yīng)用型有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的一部分，主要包括：

(1)液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析天然產(chǎn)物。利用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)開展復(fù)雜體系中的天然產(chǎn)物分析，可以通過對(duì)比已知化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的碎片離子或特征裂解方式直接、快速、準(zhǔn)確地分析目標(biāo)天然產(chǎn)物的主要成分，以及不同加工制備工藝等，如：中藥材生地和熟地的鑒定，荔枝核總皂苷的定性分析等系列實(shí)驗(yàn)。

(2)研究有機(jī)反應(yīng)中間體。利用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)反應(yīng)過程中的活潑中間體是研究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理常用的手段之一，可引導(dǎo)學(xué)生利用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)研究“2+2”反應(yīng)、D-A反應(yīng)、BH反應(yīng)、Aldol反應(yīng)、Heck反應(yīng)、Still反應(yīng)過程中的有機(jī)反應(yīng)中間體，根據(jù)分析結(jié)果嘗試分析上述各種類型反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，每個(gè)類型的反應(yīng)均可獨(dú)立設(shè)計(jì)成一個(gè)實(shí)踐應(yīng)用型有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本課程以校外專家教授團(tuán)隊(duì)理論教學(xué)為基礎(chǔ)，依托專業(yè)實(shí)驗(yàn)室綜合訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)的大型儀器設(shè)備，采用大型儀器理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合的模式開展相關(guān)教學(xué)，在學(xué)生創(chuàng)新能力，基本科研素養(yǎng)培養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用，通過4年的教學(xué)實(shí)踐逐步形成理論和實(shí)踐互相融合的一門實(shí)踐應(yīng)用型課程。在未來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中，將通過持續(xù)設(shè)計(jì)系列實(shí)踐應(yīng)用型有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析實(shí)驗(yàn)來(lái)構(gòu)筑更為完善的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程體系，形成理論學(xué)習(xí)、常規(guī)操作、基本應(yīng)用、科研實(shí)踐的全鏈條儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)。新增的一系列實(shí)踐應(yīng)用型有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析實(shí)驗(yàn)將根據(jù)科研前沿的動(dòng)態(tài)持續(xù)更新，并設(shè)計(jì)成系列獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方案，在教學(xué)實(shí)踐中多元化、開放化、靈活化的設(shè)置科研實(shí)踐實(shí)驗(yàn)授課內(nèi)容，避免“照方抓藥”；同時(shí)針對(duì)不同水平、不同專業(yè)的學(xué)生靈活組合教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到“因材施教”的目的。最終，通過這門理論實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐應(yīng)用型課程讓學(xué)生盡早了解科研理念、科研文化和科研價(jià)值，提升科學(xué)研究和科技創(chuàng)新的能力，為將來(lái)開展科研活動(dòng)和從事相關(guān)行業(yè)工作奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。