高效液相色譜實驗教學設計與改革

李湘南，龔清格，劉 霞，徐海星

（武漢理工大學化學化工與生命科學學院 湖北 武漢 430070）

色譜技術自從誕生以來，逐漸發展成了一種重要的現代分離分析技術，在藥學、醫學、食品科學、環境科學、化學化工等領域有著極為廣泛的使用，其中高效液相色譜（HPLC）在藥學分析中最為常用，是制藥工程與藥學類學生需要掌握的最重要的儀器分析方法之一。然而，由于HPLC 是大型精密分析儀器，價格昂貴，操作復雜，儀器維護保養工作也較為繁瑣，很多高校配置不可能達到一人一臺，本科實驗課時經常超過4 個人一組，甚至十多個學生一組，大多數學生根本沒有親自操作儀器的機會，實驗課往往是老師演示、學生參觀，這就導致學生在畢業應聘面試時或畢業后從事制藥相關專業工作時，面對這類大型儀器膽怯，沒有底氣，在相當長的時間內要對HPLC 儀器的流程、原理、應用范圍進行學習，更談不上熟練地操作儀器和進行設備維護等，極大地降低了用人單位對高校學生培養質量的認可。可見，傳統的HPLC 實驗教學模式已無法滿足學生就業和科研的需求，應該在本科實驗課程中就讓學生掌握HPLC 實驗技能，這對制藥本科實驗教學提出了挑戰，即怎么樣才能高效（通常6 學時教學時長）地完成HPLC 實驗教學，讓每個學生都能掌握這類精密儀器的操作步驟和實驗方法。

本教學設計擬將科研項目引入到HPLC實驗教學內容中，利用免費的超星學習通平臺，采用線上線下混合式教學模式，集中上課結合分散教學，建立全方位的HPLC實驗考核體系。旨在拓寬學生接觸并學會應用HPLC 儀的機會，增加HPLC儀對本科生的開放度，強化學生動手能力，提高學生實踐能力，期望能夠提高HPLC 的教學質量。

1 高效液相色譜儀的選擇

本系實驗中心配有兩種氣相色譜儀，一種是Agilent1220 型高效液相色譜儀，配置手動進樣和可變波長紫外檢測器；一種是島津LC16 型高效液相色譜儀，配置自動進樣器和紫外可見檢測器。島津LC16 型HPLC 自動進樣，在優化實驗方法階段可以極大地節約時間；Agilent1220手動進樣配件基本都裸露在外面，有利于學生更加詳細地了解并掌握液相色譜儀的進樣過程。

2 實驗內容的選擇

對于HPLC 實驗課程教學，選擇的測定樣品需要滿足幾個條件：①樣品的安全性，必須是對學生無毒無害，不易揮發的物質；②樣品前處理過程簡單，爭取縮短實驗耗時；③樣品出峰時間短、相應峰形好、響應靈敏度高，這樣學生的操作空間也大，實驗更易成功。④所選取的物質與實際生產生活相關性較大，更有利于激發學生的興趣。結合本系科研項目，開展高效液相色譜設計性實驗，內容包括4 個：①半抗原合成中產物含量測定；②蔓荊子中蔓荊子黃素含量測定；③槐米中蘆丁的含量測定；④白芨中蘋果酸酯含量測定。

針對四個實驗項目，給定的實驗講義中只提供基本的色譜條件，在上機實操過程中，由于各組使用的儀器或色譜柱不完全一致，可能產生保留時間太長，峰形對稱性差或者理論塔板數較低等問題，需要學生在實驗過程中根據色譜理論知識優化色譜條件，以得到合理的檢測結果。

3 應用線上線下相結合的混合式教學法對HPLC 實驗教學進行改革和探索

3.1 建立線上資源，引導學生自主預習

利用超星學習通平臺積極開展網上資源建設，上傳課程電子資源，在課前發布學習任務，并設置相應的任務點，學生通過HPLC 儀器各單元部件小視頻、運行演示視頻及模擬操作軟件對實驗課所用HPLC 儀的操作步驟和要點提前做好預練，避免在實驗操作時出現大的失誤；教師可以通過在線方式對每個學生的學習情況進行監督，例如圖1 列出了超星平臺上制藥工程專業zy1801 班HPLC 實驗部分任務點學習實時情況導出截圖；圖2 列出了學生任務點學習的成績截圖，此成績將作為平時成績計入實驗課最終成績，這樣可以保證每位同學完成課前線上學習任務。這種學習模式可以增強學生的成就感，激發學生進行HPLC實操的興趣，從而極大提高實驗課的效率；課中發布在線隨堂測試則進一步加強學生對HPLC 的理論知識、儀器結構和操作步驟的熟悉，從而提高實驗課堂上HPLC 儀器的使用效率。同時建立QQ 實驗課群，學生可以隨時提出疑問，教師及時解答，幫助學生落實學習效果。

圖1 HPLC 實驗部分任務點設置及學生學習情況超星平臺導出圖

圖2 HPLC 任務點學習超星平臺成績導出截圖

3.2 訓練HPLC 實驗技能和操作方法

在HPLC 實驗課堂教學中，重點訓練樣品的稱量和前處理、流動相配備、過濾膜的選擇和過濾操作、色譜柱安裝與拆卸、色譜操作軟件的使用、色譜柱平衡及沖洗、色譜運行條件的優化、色譜圖的處理與計算。學生經過前期線上學習，在實驗過程中4 人一組，各組自行協商分工，在給定的四個實驗內容自行選擇其一，按照實驗講義完成各實驗步驟，在實際操作過程中，利用前期積累的色譜理論知識，根據得到的色譜圖峰形、保留時間優化色譜條件，從而達到理想的檢測結果。在實驗過程中，學生各組自行操作，教師全程陪同及時指導并糾正錯誤的地方。通過該模式，學生自主操作，自主探索、反復訓練、提高了學生進行實驗探究的興趣，加深了對HPLC 儀器操作技能的掌握。在這一過程中，學生將色譜理論知識充分運用到HPLC 實驗分析中，可以訓練學生的創新思維和解決實際問題的能力，為其將來從事相關工作奠定基礎。

4 改革實驗課的考核機制，建立全方位的考核體系

學生在線學習為分散教學模式，學生利用課余碎片時間自行完成，不同學生學習態度、學習方法和關注的學習內容之間存在較大差異，因此，通過探索課程成績評定模式，促進學生自主學習，提高學生參與學習的積極性，達到線上線下相結合客觀公正地評價學生學習情況的目標。將HPLC 實驗課程成績分為課前線上線下預習、課中隨堂測試和期末成績三部分（見表1），成績分別占比25%、25%和50%，課前預習成績包括完成HPLC 實驗室安全知識學習和線上測試、觀看課程視頻、拓展閱讀、實操模擬這些設置任務點，課中單元測試以線上限時作答模式進行，考察HPLC 理論知識、HPLC 儀各單元部件結構、流程以及操作要點；期末成績為實驗報告，包含實驗預習記錄、實驗過程記錄和結果分析與討論三部分，各自占比20%、30%和50%。

表1 實驗課成績計分方法

5 結語

傳統的高效液相色譜實驗教學模式為統一的實驗項目，固定的色譜實驗條件，學生在實驗過程中完全按照實驗講義操作，得到統一的色譜圖。實驗結束后，對于色譜運行條件給實驗結果造成的影響，學生仍然一知半解，在面對新樣品時將無法開展色譜分析。針對這些問題，對傳統高效液相色譜實驗教學進行改革，利用超星學習通平臺建立線上資源，解決學生自主學習積極性不高，學習興趣不足的問題；采用線上線下相結合的混合式教學法，提高了實驗效率，解決大型儀器設備臺套數和學時少對實驗教學的限制；將科研項目引入實驗教學中，解決了實驗內容陳舊、單一、綜合性和設計性不夠的問題。

通過本次HPLC實驗教學改革，強化了學生自主學習能力，拓寬了學生實踐操作高效液相色譜大型儀器的機會，增加了高效液相色譜儀對本科生的開放度，全面提高了制藥本科實驗教學質量。