高效液相色譜在藥學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的綜合應(yīng)用探索

徐仲玉，黃 瑾，馬紅梅，馬小思，劉朝陽(yáng)，馬 磊

（華東理工大學(xué)藥學(xué)院，上海 200237）

0 引言

我國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代，信息技術(shù)飛躍發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。為適應(yīng)國(guó)家建設(shè)和人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)人才的要求，我國(guó)高等教育正面臨著千載難逢的歷史機(jī)遇和挑戰(zhàn)。只有造就一大批堪當(dāng)大任、敢于創(chuàng)新、勇于實(shí)踐的高素質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，才能為民族復(fù)興提供堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)［1-2］。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)是時(shí)代發(fā)展賦予高等教育的重要任務(wù)［3］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)理論知識(shí)進(jìn)一步加深理解的一個(gè)重要補(bǔ)充，更是新時(shí)代創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的重要載體之一［4］。藥學(xué)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)本身就具有極強(qiáng)的實(shí)踐性，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練對(duì)學(xué)生理論課的深入理解更具有其特殊性和重要性。因此新時(shí)代藥學(xué)相關(guān)本科專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需在經(jīng)典教學(xué)方式方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改革創(chuàng)新，在內(nèi)容上進(jìn)行層級(jí)遞進(jìn)，在方法上做到多措并舉，在模式上以學(xué)生為主體刺激學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，在時(shí)間上開(kāi)放拓展延伸第2實(shí)驗(yàn)課堂，充分利用挖掘現(xiàn)有教學(xué)軟硬件資源，綜合引導(dǎo)發(fā)散學(xué)生思維，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)［5］。

高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）技術(shù)是以氣相色譜和經(jīng)典液相色譜法為基礎(chǔ)的分析技術(shù)，始于上世紀(jì)60 年代末期，具有分辨率高、速度快、分析精準(zhǔn)等特點(diǎn)［6-7］。目前HPLC已經(jīng)作為一種重要的藥物分離分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)和藥物生產(chǎn)質(zhì)量控制的不同環(huán)節(jié)，是當(dāng)前生物醫(yī)藥行業(yè)研究制造中不可或缺的重要分析手段之一［8-10］，也是各高校藥學(xué)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容，相應(yīng)的HPLC 實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為藥學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的必備實(shí)驗(yàn)技能之一［11-13］。

在藥學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的HPLC 教學(xué)中，近10 年來(lái)，隨著各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，各高校的設(shè)備條件、技術(shù)人員水平普遍有了大幅度提升。隨著綜合實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，HPLC在各類(lèi)藥學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了全面滲透。由教師講解學(xué)生按要求動(dòng)手操作的舊有教學(xué)模式使得學(xué)生實(shí)際獨(dú)立操作的機(jī)會(huì)受到了一定的限制，缺乏思考機(jī)會(huì)，只能簡(jiǎn)單按照老師講解操作步驟來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，嚴(yán)重限制了其對(duì)知識(shí)的深層次掌握和理解，進(jìn)一步限制了其思維的綜合延展，相應(yīng)的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果受到了一定影響［14］。為切實(shí)以學(xué)生為主體，驅(qū)動(dòng)解決實(shí)際問(wèn)題的探索精神，培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力，我校藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備、人員配置以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容3 個(gè)方面的現(xiàn)狀，積極挖掘延展實(shí)驗(yàn)中心在實(shí)踐育人環(huán)節(jié)中的作用，以藥學(xué)學(xué)科群為整體，根據(jù)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)、年級(jí)及知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行了逐級(jí)劃分，開(kāi)設(shè)了面向?qū)I(yè)低年級(jí)學(xué)生（大一大二）的3 層級(jí)高效液相色譜開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生全面學(xué)習(xí)理解HPLC技術(shù)，并切實(shí)用HPLC 解決實(shí)際問(wèn)題提供了很好的實(shí)踐學(xué)習(xí)平臺(tái)。

1 HPLC開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，可以更有效觸動(dòng)學(xué)生的求知內(nèi)驅(qū)力，是實(shí)踐教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容，也是高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才、實(shí)現(xiàn)一流人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要方式之一［15-16］。近年來(lái)，藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心結(jié)合當(dāng)前人才培養(yǎng)需求，積極利用各種建設(shè)機(jī)會(huì)，采用分層分級(jí)建設(shè)，新增了不同配置的高效液相色譜儀。目前中心分別擁有配備可變波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器（VWD）、二極管陣列紫外檢測(cè)器（DAD）、熒光檢測(cè)器（FLD）、蒸發(fā)光散射檢測(cè)器（ELSD）等不同檢測(cè)器的高效液相色譜儀。基于實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀和現(xiàn)有硬件設(shè)備基礎(chǔ)，中心整合藥學(xué)、制藥工程、藥物制劑3 個(gè)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建了基于HPLC 的藥學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)綜合開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，平臺(tái)以學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力的發(fā)動(dòng)為課程內(nèi)容設(shè)計(jì)目標(biāo)，面向?qū)W院不同年級(jí)的藥學(xué)類(lèi)本科生開(kāi)展3 層級(jí)逐層遞進(jìn)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)HPLC技術(shù)，并在項(xiàng)目實(shí)施的不同環(huán)節(jié)注重與其他知識(shí)的融會(huì)貫通，在整個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)體系中重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力的發(fā)動(dòng)以及創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

2 HPLC開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選題

2.1 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)背景調(diào)研

我校藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以新時(shí)代一流人才培養(yǎng)為契機(jī)，根據(jù)高等教育發(fā)展趨勢(shì)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)當(dāng)代藥學(xué)專(zhuān)門(mén)人才培養(yǎng)的新要求，切實(shí)結(jié)合藥學(xué)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)重實(shí)踐的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，積極吸收教育理論研究與藥學(xué)科學(xué)研究的新成果，開(kāi)展相應(yīng)的教學(xué)研究與改革工作，形成了理工科背景下的以新藥研發(fā)和現(xiàn)代化綠色制藥為特色的教學(xué)體系，整體課程體系如圖1 所示，從圖中可以明確看出藥物分析實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練被貫穿到了各類(lèi)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，而這些藥物分析實(shí)驗(yàn)技能中應(yīng)用最為廣泛的就是HPLC技術(shù)。

圖1 藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心課程體系圖

鑒于HPLC實(shí)驗(yàn)技術(shù)在藥學(xué)整體綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中的重要作用，同時(shí)每類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)有限，導(dǎo)致學(xué)生在這些綜合實(shí)驗(yàn)中對(duì)HPLC的綜合應(yīng)用能力不足，實(shí)驗(yàn)方法的開(kāi)發(fā)缺乏主動(dòng)意識(shí)和實(shí)踐能力。經(jīng)過(guò)師生座談及網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)研等形式，收集了學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的實(shí)踐難點(diǎn)和興趣點(diǎn)，在同學(xué)們的積極響應(yīng)下，構(gòu)思設(shè)計(jì)了以實(shí)驗(yàn)中心為載體層級(jí)遞進(jìn)的HPLC綜合開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，作為課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的有益補(bǔ)充。整個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)體系以內(nèi)容的逐層深入，設(shè)計(jì)思維的引導(dǎo)，切實(shí)以學(xué)生自己為主體，從實(shí)際藥學(xué)問(wèn)題出發(fā)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力，進(jìn)一步發(fā)散學(xué)生的思維，并激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)熱忱。

2.2 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在問(wèn)卷調(diào)研收集了學(xué)生感興趣的相關(guān)HPLC知識(shí)點(diǎn)基礎(chǔ)上，藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心從學(xué)院3 個(gè)藥學(xué)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置特點(diǎn)和學(xué)生的課程理論前期基礎(chǔ)出發(fā)，設(shè)計(jì)了針對(duì)不同年級(jí)的3 級(jí)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（見(jiàn)圖2）。

圖2 基于HPLC的3級(jí)逐層開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

整個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系分3 級(jí)逐層進(jìn)行。首先學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前必須進(jìn)行相應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)安全教育，通過(guò)線上資源自學(xué)完成實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容后，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行第1 層級(jí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，在此層級(jí)學(xué)習(xí)HPLC在藥物分析中的應(yīng)用基礎(chǔ)。在第1 層級(jí)的學(xué)習(xí)結(jié)束階段，學(xué)生會(huì)有一個(gè)自由選題的操作考核，通過(guò)操作考核的同學(xué)可以選修第2 層級(jí)的HPLC在藥物分析中的綜合應(yīng)用提高訓(xùn)練，此層級(jí)學(xué)生將比較學(xué)習(xí)不同檢測(cè)器HPLC 的應(yīng)用，主要有HPLC-VWD、HPLCDAD、HPLC-FLD和HPLC-ELSD，學(xué)習(xí)結(jié)束，同樣將有一個(gè)相對(duì)高階的操作考核。通過(guò)第2 層級(jí)考核的同學(xué)將可以獲得HPLC 設(shè)備的初階使用授權(quán)，可以在后續(xù)實(shí)際的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐課題研究過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際分析需求自主預(yù)約不同配置設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練，在此部分的訓(xùn)練過(guò)程中，將由指導(dǎo)老師協(xié)助同學(xué)進(jìn)行儀器設(shè)備的選型確認(rèn)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行色譜方法的開(kāi)發(fā)，最終完成基于HPLC 技術(shù)的3 級(jí)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)綜合訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)3 級(jí)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的同學(xué)將獲得最終的HPLC使用授權(quán)，可以在后期的課題開(kāi)展中自主預(yù)約設(shè)備，自主選擇合適設(shè)備進(jìn)行HPLC方法開(kāi)發(fā)，為自己的綜合藥學(xué)創(chuàng)新課題實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

3 HPLC開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施

3.1 實(shí)驗(yàn)前環(huán)境、健康、安全（EHS）教育

實(shí)驗(yàn)前環(huán)境、健康、安全（EHS）教育是所有實(shí)驗(yàn)前的先行課程，對(duì)于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)也不例外，參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練的學(xué)生必須完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)前EHS 教育并考核合格后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。EHS教育分線上線下兩部分進(jìn)行，首先在實(shí)驗(yàn)室集中進(jìn)行EHS教育培訓(xùn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和安防用品的使用進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熟悉和演練，EHS 培訓(xùn)結(jié)束后學(xué)生通過(guò)實(shí)景還原的實(shí)驗(yàn)室安全虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)虛擬演練考核，考核合格后方可進(jìn)入專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作教程培訓(xùn)，隨后可進(jìn)入對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展后續(xù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容訓(xùn)練。整體EHS教育流程如圖3 所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)前EHS教育流程圖

3.2 結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)的3 級(jí)實(shí)驗(yàn)體系

為充分利用有限的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)數(shù)，開(kāi)放第2 實(shí)踐課堂，針對(duì)HPLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)資料，這些預(yù)習(xí)資料主要有儀器設(shè)備理論原理基礎(chǔ)知識(shí)課件、儀器設(shè)備操作微視頻、儀器操作標(biāo)準(zhǔn)流程（SOP）以及設(shè)備軟件操作錄屏視頻，所有這些實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)資料通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站，供學(xué)生實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)使用，選修第1 階段的HPLC實(shí)驗(yàn)操作實(shí)訓(xùn)課程的同學(xué)，需在業(yè)余完成網(wǎng)站預(yù)習(xí)資料的自學(xué)后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，第1 階段的整體實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)原則上按32 學(xué)時(shí)開(kāi)展，同學(xué)在整個(gè)開(kāi)放課程進(jìn)行期間的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間內(nèi)都可以預(yù)約實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鞏固提升學(xué)習(xí)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分布設(shè)計(jì)如表1 所示，經(jīng)過(guò)此部分學(xué)習(xí)的同學(xué)基本上可以完成簡(jiǎn)單的HPLC分析任務(wù)，可以獨(dú)立操作儀器設(shè)備，解決簡(jiǎn)單的儀器設(shè)備故障問(wèn)題。

表1 HPLC開(kāi)放實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)計(jì)劃安排

經(jīng)過(guò)HPLC開(kāi)放實(shí)驗(yàn)第1 階段學(xué)習(xí)的同學(xué)，在有興趣的前提下可以選修第2 階段的高階開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課程實(shí)訓(xùn)。開(kāi)放課程3 年來(lái)的實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)第1 階段學(xué)習(xí)的同學(xué)，95%以上會(huì)選擇第2 階段學(xué)習(xí)，而且學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都非常高。第2 階段在第1 階段的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平和實(shí)驗(yàn)室與時(shí)俱進(jìn)的硬件設(shè)備條件，對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了逐步更新，目前形成了針對(duì)不同分析要求的拓展提高訓(xùn)練，主要訓(xùn)練內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 HPLC高階開(kāi)放實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)計(jì)劃安排

同學(xué)們?cè)谕瓿傻? 階段的HPLC高階開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的提高訓(xùn)練后，可以在有興趣的前提下預(yù)約第3 階段的個(gè)性課題實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，在此部分訓(xùn)練過(guò)程中，同學(xué)以項(xiàng)目小組為學(xué)習(xí)單位，帶著自己項(xiàng)目小組的實(shí)際問(wèn)題，靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間進(jìn)行課程實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練預(yù)約學(xué)習(xí)，以切實(shí)運(yùn)用第1 和第2 階段的所學(xué)在老師的指導(dǎo)幫助下，順利過(guò)渡到獨(dú)立選擇合適設(shè)備，設(shè)計(jì)合適方法解決創(chuàng)新課題研究中的實(shí)際問(wèn)題。在此部分訓(xùn)練中，同學(xué)們往往需要綜合運(yùn)用之前的所學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)、文獻(xiàn)檢索和綜合分析能力，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際分析需求的色譜分析的硬件選擇和方法開(kāi)發(fā)，并成功獲得理想的分析結(jié)果用以指導(dǎo)自己的創(chuàng)新實(shí)踐課題。

4 結(jié)語(yǔ)

3 年開(kāi)放實(shí)驗(yàn)小班教學(xué)（每班限額人數(shù)15 人）實(shí)踐表明，完成系統(tǒng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的學(xué)生基本上能夠熟練掌握兩家不同廠家（安捷倫和島津）HPLC 的正常使用，同時(shí)具備了根據(jù)分析目的要求選擇合適分析手段方法的能力，有一定的色譜方法開(kāi)發(fā)能力。跟蹤觀察近年來(lái)參加開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)生參與度和學(xué)生后續(xù)的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)該開(kāi)放實(shí)驗(yàn)小班訓(xùn)練的學(xué)生在進(jìn)入專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練過(guò)程中，普遍比未參加過(guò)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力強(qiáng)，而且在進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的研究過(guò)程中，能夠做到在不同階段靈活運(yùn)用相應(yīng)的測(cè)試手段來(lái)支撐自己的創(chuàng)新科研實(shí)驗(yàn)工作。同時(shí)隨著課程在同學(xué)身上的內(nèi)化體現(xiàn)，該開(kāi)放實(shí)驗(yàn)在同學(xué)中的反響也形成良性循環(huán)，每年參與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的學(xué)生都很踴躍。該HPLC開(kāi)放實(shí)驗(yàn)在精密分析儀器的使用良性循環(huán)和實(shí)踐育人效果的有效提升兩者間找到了良好的契合點(diǎn)。系列開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課程的靈活開(kāi)展切實(shí)有效地為新時(shí)代藥學(xué)一流人才實(shí)踐能力的培養(yǎng)開(kāi)放了第2 實(shí)踐課堂，從時(shí)間和空間上對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂進(jìn)行了有益延展。