淺談海洋藥學專業“核磁共振波譜學”教學方法

陸園園 邢瑩瑩 張奉國

（中國藥科大學 江蘇·南京 210009）

核磁共振技術經幾十年的發展，已經形成一門有完整理論的系統學科。今天核磁共振已成為有機化合物結構鑒定、含量測定、代謝組學、藥物設計及化學反應動力學等的極為重要的方法，在有機化學、藥物化學、合成生物學等領域中發揮著舉足輕重的作用。[1，2]

中國藥科大學海洋藥學專業自從2004 年設立本專業以來，一直堅持針對本科生教學開展核磁共振波譜學教學。由于海洋藥學專業為生命科學技術學院設立，學生主要專業背景還是偏向于生物學，由于整體氛圍的影響，學生大多數時候接觸到的是生物學相關信息，對于化學接觸信息較少，難以形成學習化學知識的氛圍。[3]隨著藥學教育體系不斷完善，對于藥學專業學生的各項能力要求也日益提高。隨著生物學科和化學學科不斷融合交叉，如果生物學科背景的學生能夠進一步掌握相關化學知識和技能，不僅能夠使學生在未來發展中更具有競爭力，還可以使生物學科煥發新的活力。本文主要從問題導入教學、案例教學和實踐教學三個方面入手對海洋藥學專業中核磁共振波譜教學過程進行總結和探討。希望這些教學方法的提出能夠起到拋磚引玉的作用，為波譜分析教學過程中出現更多更好的教學方法提供參考。

1 問題導入教學

問題導入在教學中是進行探索式學習的一種方式。有時候學生在開始一門課程的時候，對這門課程只是充滿著好奇心，對于教師來說這是一個非常至關重要的一個節點，如果學生碰到難于理解的問題，加上索然無味的照本宣科，采用這種學習和講授的方式，必然會使學生最早產生的好奇心消失的蕩然無存。這時教師講的越多，學生聽課效果越差，很難達到教學目的。如果我們設置一些問題來引導學生進行思考，讓學生明確學習這些知識能有什么具體用途，這樣學生就會一直保留著學習興趣和熱情，讓整個教學過程順利的開展下去。

比如波譜分析課程中核磁共振原理部分是該門課程中難點，主要原因是基礎理論過于抽象并牽涉到對物理基礎理論知識的學習，對于大多數學生來說心理上比較抵觸物理基礎理論的知識，教師也很難舉例說明。

因此，我們對該問題進行深入分析，產生這個問題主要原因是學生對于波譜分析中要學什么，具體有什么用途不夠明確，如果我們明確波譜分析用途以及需要學習的內容的話，那關于“學習什么內容，有什么用途”問題就可以迎刃而解。為了幫助他們學習，我們設置了四個引導性問題：①核磁共振信號如何產生？②不同形狀的核磁共振峰產生原因？③哪些數字代表化學位移？④那些數字代表氫原子的數目？

在這四個問題里面，均包含著核磁共振原理的重點和難點。問題導入的方法主要目的還是提升學生學習波譜的興趣和熱情，讓學生沿著問題的引導一步一步進入學習波譜的氛圍中，可以使得教學順利開展。針對理論教學過程中學生經常出現來的懈怠，抓不住學習重點等問題，問題導入是一個非常行之有效的引導辦法，只有這樣學生才能跟上教學節奏，教師也就能順利完成教學任務，達到教學目的。

2 案例教學

核磁共振波譜學習中會有很多細節問題。正常的講解是從概念的定義開始，比如化學等價是分子內有對稱性操作的質子，會出現化學位移相等的情況。這個概念理解的時候會出現問題主要有化學等價是什么，它有什么用途？化學等價和化學不等價在核磁共振譜圖上呈現差異是什么？我們在教學過程中發現這些問題會給學生的學習帶來太多的困擾，由于傳統講授教學過程中理論知識和實際應用是割裂的，就會無限放大這些問題，甚至成為壓倒學生學習波譜分析興趣的“最后一根稻草”。眾所周知，興趣是最好的老師，我們在之前教學中已經花費大量精力將學生學習興趣吸引過來，所以不能讓學生在遇到較為困難的學習任務半途而廢，失去對學習波譜的學習信心。

針對這些問題，我們深入進行分析發現如果在理論知識和實際應用之間搭起“一座橋梁”將其聯系起來，應該就可以順利解決這些難題。因為波譜分析畢竟還是經驗型知識，波譜是從實驗數據中總結而來的。因此，在學習過程中還需秉承從“哪來到哪去”解決問題的邏輯思維，從設計一些化學結構分子對概念和規律進行合理的解釋，讓學生深刻理解應該可以達到掌握這些知識的教學目的。所以我們要設置一些具體的化學結構作為“橋梁”將理論教學和實際應用聯系起來。而且，這些問題要是沒有具體的化學結構對應去理解概念和規律的話，是非常抽象的，一部分學生會死記硬背去掌握，但往往事倍功半，難以談上真正的掌握。

以化學位移比較方面為例，在教學過程中，針對每一種典型的結構片段，都要有一些具體的海洋天然產物小分子的實例，比如，海洋來源的單萜類化合物代表烷基化學位移，鹵代化合物代表電負性取代基團化合物，等等。這些實例的選取要符合結構簡單明了的要求，這樣對化學結構接觸較少的生物背景學生易于掌握。通過具體實例，結合化學位移影響因素進行施教，這樣就可以將抽象化的概念轉變為具體的實例，更容易被學生接受。

總之，在教學中，我們秉承“大道至簡”思路，把簡單化學結構如海洋苯酚類化合物或單萜類化合物作為講解的實例，讓學生能夠真正高效的理解問題本質，這樣之后無論多復雜的分子結構，都能夠準確把握問題的關鍵，不至于出現誤判。另外，講解完例子之后，還需要匹配一定數量的習題供學生練習，讓學生在練習過程中用心體會這些概念和結果，鞏固學習成果，并從中收獲學習知識的喜悅心得以及鍛煉應對波譜分析問題所采用的思路方法，也有信心應對相應的挑戰，最終達到事半功倍的成效。

3 實踐教學

波譜分析的教學終極目標是學生能夠對核磁共振波譜進行識別和分析，最終獨自可以確定該譜圖對應有機分子的具體結構。經過幾年的波譜教學，學生雖然經歷過完整的核磁共振波譜分析教學訓練，但是在大學四年級的畢業設計階段我們就發現存在這個問題：學生拿到分離得到化合物，得到核磁共振譜圖后，依然不能夠獨立進行核磁共振波譜的解析工作，而且也沒有足夠的信心應對結構分析的挑戰。究其主要原因還是學生缺乏實戰的經驗，如果我們能在核磁共振波譜分析課程中把綜合波譜分析內容融入課程體系中，就可以順利解決這一應用難題。因此，在設置課程的時候要充分考慮到波譜解析工作的實際應用問題的解決。

對核磁共振波譜的分析，實際上也是對于理論知識應用于實踐。因此，我們把核磁共振波譜分析歸結為實踐教學這一模塊。那么如何來具體設置實踐教學呢？我們也對實踐教學如何具體開展進行相關探索工作。

首先在課程中設置綜合波譜分析討論課達到基本學習要求目的。課程是面向所有海洋藥學專業學生，學生個體之間學習積極性和主動性存在較大差異。雖然綜合波譜分析討論課會占用一些教學時間，但是為了保證所有學生學習效果，我們發現設置綜合波譜分析討論課是很有必要的。這樣保證學生都能夠接受綜合波譜分析專項的訓練，也可以能夠督促部分同學完成相關學習任務。

其次在課后需要一定數量的課后作業鞏固學習成果。課后作業是對課堂綜合波譜分析討論課學習的鞏固，可以確保學生扎實掌握分析討論課的內容。課后作業的設置也需要綜合考慮學生具體學習情況，作業的難度和習題量是逐步提高，對于學有余力的同學可以多做一些，部分同學如感到全部做完難度較大，可以保質保量的完成部分作業也是可以接受的。

最后，我們還適當增加波譜分析文獻檢索方面教學，利用一些工具數據庫，比如Scifinder和微譜數據庫在解析譜圖結構過程中的輔助性作用。在文獻內容，主要有一些主流的雜志比如《Natural product reports》《Journal of natural products》《Phytochemistry》和《Marine drugs》等一些專業雜志報道有關海洋天然有機化合物。這些內容的拓展可以使得對核磁共振波譜分析有著濃厚興趣的同學有機會深入學習核磁共振波譜分析專業技術，為相關專業提供人才儲備。

實踐教學通過這種多層次、多角度細致安排，保證學生的學習質量和學習效果。這樣能使學生掌握核磁共振分析技術，舉一反三，達到“授之以漁”的效果。

綜上所述，核磁共振分析教學本質上可以分類成理論教學、案例分析和實踐應用三大塊內容，其中案例分析是聯系理論教學和實踐應用的“橋梁”，理論教學是基礎，實踐應用是終極目標。通過對教學過程的反思，我們認為對于理論教學，案例分析和實踐教學這三大部分內容所執行功能的側重點應該有所不同。我們要在理論教學中培養學生學習興趣，使用案例分析增強學生學習信心，最后通過實踐應用達到學生能夠獨立進行核磁共振波譜的解析工作。并在整個課程的設計要充分考慮到學生不同層次的具體需求，盡量滿足每個學生的個體需求，這樣才能在教與學的過程中達到該門課程總體教學目的和要求。總的來說，核磁共振分析是一門專業性較強的課程，每個專業都可以從自己專業角度出發，設置不同的教學目標，這樣才能夠因材施教，建立符合本專業特色的核磁共振教學方法，達到預期的教學目的。