工程認證背景下基于藥物分析實踐的儀器分析實驗教學改革探索

田娟 桑大永 張冕 詹紅菊 施紅

摘 要：儀器分析實驗是一門具有較強實踐性的專業課程，對培養學生實驗操作技能、實踐創新能力以及嚴謹科學態度具有重要意義。我校制藥工程專業開設該課程時曾存在專業針對性不夠強、設備短缺、教學方法單一以及評價體系落后等問題，亟待解決。本文針對這些問題，從藥物分析實踐出發優化教學內容，改進以學生為主導的教學方法和增加創新的評價方式。改革后工程教育認證的兩個課程目標達成情況都有所提高。本次改革探索取得了較好的教學效果，培養了學生實驗操作技能和創新思維能力，并為推進制藥工程專業實驗課程改革提供了新思路。

關鍵詞：儀器分析實驗; 教學改革; 藥物分析實踐

中圖分類號： G642. 423? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）4-156-002

儀器分析是化學、生物、材料、環境、藥學、食品等專業開設的一門實踐操作與理論緊密結合的基礎課程[1-2]。制藥工程專業開設的分析化學、儀器分析和藥物分析三門課程互為基礎、相互交叉，從發展前景來看儀器分析是藥物分析發展的趨勢[3]。儀器分析實驗課程的學習對培養學生實驗操作技能、實踐創新能力以及嚴謹科學態度具有重要意義。2020年10月我校制藥工程專業的工程教育認證申請通過受理，但目前我們開設的儀器分析實驗課程無法滿足工程教育認證培養具有實踐能力的應用型人才的要求。為了提高課程教學質量和培養出滿足社會需求的制藥工程專業應用型人才，儀器分析實驗課程教學改革勢在必行。本文針對儀器分析實驗課程教學中存在的問題進行教學內容、教學模式和評價方式的改革，為推進制藥工程專業本科實驗課程改革提供了新的思路。

1.儀器分析實驗課程存在的問題

1.1實驗教學內容“輕實驗、重理論”，專業針對性不強

原實驗教學內容覆蓋光學和色譜分析兩個大類，未涉及電分析類實驗。實驗項目設計上是每種儀器涉及一個實驗，充分體現了“理論+實驗”的模式。實驗內容均為驗證性實驗，是理論教學的鞏固和加深，而忽略了對學生實驗操作和儀器綜合應用能力的培養。實驗項目開設非常經典，內容相對陳舊，適合化工、生物、材料等各個專業，但沒有制藥工程專業的針對性，與藥物分析結合不緊密，對學生的專業技能培養不夠，也沒法激發學生的專業認同感和學習激情。

1.2實驗儀器缺乏，學生缺少實踐機會

儀器分析實驗涉及的多為大型儀器，儀器的價格和維護費用都比較高，目前學校能對教學開放的大型儀器數量有限。由于學生人數較多，盡管我們已經采取分組的形式來進行實驗教學，學生的動手操作儀器的機會依然很少。

1.3教學方法單一，學生積極性不高

實驗教學中以教師課前講解理論知識和演示實驗操作為主，學生了解實驗步驟后按部就班地完成實驗。學生對于實驗的設計過程和原理沒有獨立的思考和相互探討，難以高效地激發學生的主觀能動性。

1.4評價體系落后，缺乏過程評價

實驗報告是以往儀器分析實驗評價的主體，占總評成績的50%，預習和實驗操作分別占20%和30%。由于操作機會不均等實驗操作只能靠老師打“印象分”，使得整個評價體系無法實現工程教育認證的過程評價要求。

2.基于藥物分析實踐的改革探索

2.1結合藥典中藥物的分析方法調整實驗教學內容

教學內容是教學的基礎，也是改革的核心[4]。原儀器分析的實驗和理論并在一門課程下，理論和實驗各占16學時，實驗部分只開設了紅外（IR）、紫外（UV）、高效液相色譜（HPLC）和氣相色譜（GC）四個相關實驗。為了讓實驗內容更貼合藥學專業的特點，我們首先將儀器分析的實驗課程與理論課程分離，實驗課程學時設置為32學時，比以往的實驗學時增加了一倍，并將實驗項目劃分為藥物的定性分析和定量分析兩個板塊，與藥物分析緊密結合，但保證與藥物分析實驗項目沒有重合。

定性分析主要是針對藥物的結構鑒定，以紅外、紫外和核磁共振為基礎的有機化合物的結構鑒定實驗項目：如阿司匹林原料藥的紅外光譜的測繪及結構分析;阿司匹林原料藥的核磁氫譜的測試及結構分析。讓學生從結構簡單的原料藥入手熟悉化學藥物的波譜測繪及譜圖解析過程。定量分析則針對藥物的含量和雜質的分析。《中國藥典》中藥物的含量分析多采用HPLC、UV等現代儀器分析方法，藥物雜質分析雖然以傳統化學分析方法為主，但也有些雜質分析采用儀器分析的方法[3]。我們結合藥典中的藥物含量及雜質分析兩個方面來設計實驗內容。如以熒光、HPLC和GC為基礎的藥物含量分析項目：熒光分析法測維生素B2片劑的核黃素含量，高效液相色譜儀的使用及液相色譜法測定阿司匹林;如以電位分析法、原子吸收為基礎的藥物雜質分析實驗項目：卡爾費休法測鹽酸苯佐卡因原料藥中的微量水分等。

其中“卡爾費休法測鹽酸苯佐卡因原料藥中的微量水分”是我們新增的實驗項目之一，是根據《中國藥典》通則中水分測定的第一法費休氏法[5]中的永停滴定法編寫。實驗項目選用瑞士萬通701KF水分測定儀，儀器操作簡單、準確度高，是目前醫藥行業及科研院校測試水分含量的常用儀器。實驗項目針對藥物中常見雜質水含量的測定來設計，測定原理涉及到儀器分析電化學分析的電位分析法。學生通過實驗項目的學習既鞏固了電位分析的理論知識，又加深了對藥物雜質分析的認識，同時實驗操作也能直接面向藥廠原料藥質量檢測實踐需求。

2.2以學生為主導，實現教學模式“翻轉”

由于實驗儀器設備昂貴，課時和實驗條件的限制，原來教師在實驗準備中提前給學生做了大量的試劑配制、儀器預熱和實驗條件設置等工作，上課時學生只能通過教師講解和演示來學習，使得學生操作機會較少，獨立思考少，學習缺乏熱情。疫情期間我們普遍開始使用“學習通”給學生進行線上教學，改革后我們課前借助“學習通”發布實驗項目目標、原理和儀器操作視頻。目前“學習通”上創建的制藥工程專業的儀器分析實驗課程，學生能看到紫外-可見分光光度儀、紅外光譜儀、原子吸收光譜儀、熒光光譜儀、核磁共振儀、氣相色譜儀、高效液相色譜儀以及自動電位滴定儀的儀器原理簡介、操作簡介視頻以及章節作業發布。學生通過視頻任務點的完成能了解儀器基本結構、操作方法及實驗原理等內容，也便于學生日后的鞏固復習。對于具體實驗步驟，則需要學生在課前通過查閱文獻自己完成實驗步驟的設計。例如“卡爾費休法測鹽酸苯佐卡因原料藥中的微量水分”實驗，課前不給學生具體的實驗步驟，學生通過水分測定儀的視頻觀看鞏固電位分析法的理論知識，再通過對藥典通則中水分測定法的查閱來設計用費休氏法測定苯佐卡因原料藥中水分含量的操作步驟。學生以小組為單位討論實驗方案，再與老師討論后開展實驗進程以及撰寫實驗報告。這樣教學模式變以往“教師主導”為“學生主導”，極大地調動了學生的主觀能動性，鍛煉學生的協作能力以及激發學生的學習熱情。

2.3評價體系凸顯過程評價

以往實驗評價多以實驗報告為主，也加入部分實驗操作作為評價內容。但是由于儀器分析的設備昂貴、臺套數有限，部分學生沒有機會參與儀器操作，使得實驗課程的過程評價變得很困難。改革后儀器分析實驗課程的評價由實驗預習、實驗方案、實驗操作和實驗報告四個部分組成。學生在“學習通”上完成視頻任務點和作業的情況作為實驗預習部分評價依據;3-4人小組各自設計再與老師討論后給出實驗方案作為實驗方案制訂部分的評價依據;實驗操作部分也不是單純地靠老師給出“印象分”，而是老師評價和小組內互評各占50%（“學習通”上分組操作即可）;數據處理和實驗報告的撰寫作為實驗報告部分的評價依據。這樣的評價體系更能體現工程教育認證對過程評價的要求。

3.改革效果

儀器分析實驗課程是制藥工程專業第5學期開設的專業基礎課程，從2018級的制藥工程專業開始執行該改革方案。2017級制藥工程專業2個班級共54人，期末總評成績平均分為78.5分。2018級制藥工程專業2個班共計51人，期末總評成績平均分為79.1分。從期末總評成績看沒有太大的變化，但從工程教育認證的達成情況分析來看，2018級相較2017級兩個課程目標的達成情況都有所提高。其中，課程目標1熟悉針對不同藥物性質的儀器分析原理和方法，達成度從0.697提高至0.750;而課程目標2能選擇和使用現代檢測手段進行藥物的分析測試和生產過程監控，達成度從0.706提高至0.775。執行改革方案后學生對儀器分析實驗的興趣有所提高，對現代儀器的操作更加熟練，對利用現代儀器進行的藥物分析認識也更加深刻。

4.結論

為了契合工程教育認證的要求，針對儀器分析實驗課程教學中存在的問題，從藥物分析實踐出發對教學內容、教學模式和評價方式三方面進行了探索和實踐，取得了較好的教學效果，為推進制藥工程專業實驗課程改革、培養了實驗技能和創新意識的應用型人才提供了新的思路。工程教育認證申報是一個根據畢業要求和教學目標達成情況不斷調整教學方法和手段的過程，所以對儀器分析實驗課程的教學改革也將任重道遠。

基金項目：荊楚理工學院校級教改項目（基金編號：JX2019-042）

參考文獻：

[1]蔡向忠，王秀紅，李銀生，等.改革儀器分析實驗教學培養學生創新能力[J]實驗室研究與探索，2014（11）：168-171

[2]李振華，蘇瓊，向曉明，等.《儀器分析》課程教學模式的探討[J]山東化工，2019，48（16）：204

[3]祁剛，朱明東，李幸佳，付帥.制藥工程藥物分析專業教學改革[J]廣東化工，2012，39（15）：192+177

[4]陳瑩，繆煜清，歐陽瑞鐲，等.儀器分析實驗課程綜合創新教學模式探索[J]廣州化工，2020，48（3）：137-138

[5]國家藥典委員會，中國藥典，2020版，第四部[M]北京：中國醫藥科技出版社，2020：114