有機(jī)波譜分析課程教學(xué)改革淺析

裴朝玉,趙春香,王子云

(周口師范學(xué)院化學(xué)系,河南周口466001)

有機(jī)波譜分析課程是高等學(xué)?；瘜W(xué)、應(yīng)用化學(xué)、制藥工程、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)必修的一門(mén)專業(yè)限選課。該課程主要介紹用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、核磁共振(NMR)、有機(jī)質(zhì)譜(MS)等方面的內(nèi)容[1]。波譜分析方法能夠克服化學(xué)分析方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、樣品消耗量大等缺點(diǎn),具有快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、微量等優(yōu)點(diǎn),是目前物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析首選的方法,廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、食品、材料、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域[2,3]。正是由于 MS, NMR,IR,UV譜儀的普及與發(fā)展及其與計(jì)算機(jī)技術(shù)、各種分離技術(shù)的結(jié)合,使幾乎所有有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定以及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系的確定成為可能。因此,紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜、有機(jī)質(zhì)譜已經(jīng)成為目前化學(xué)工作者最常用的分析工具,掌握這些實(shí)驗(yàn)方法并利用譜圖提供的結(jié)構(gòu)信息對(duì)化學(xué)及相關(guān)學(xué)科工作者是必需的[4]。所以,講授好有機(jī)波譜分析這門(mén)課顯得尤為重要。

有機(jī)波譜分析課程由于數(shù)據(jù)繁多、譜圖繁雜,涉及到抽象的物理知識(shí)和有機(jī)化合物立體結(jié)構(gòu)知識(shí),是一門(mén)教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程[5]。這就要求教師要不斷改進(jìn)教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)模式。在多年的教學(xué)工作中,筆者始終貫徹“以學(xué)生為本,培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型人才”的教學(xué)理念,不斷改革教學(xué)方法,更新教學(xué)觀念,以學(xué)生為中心開(kāi)展教學(xué)工作,做到“學(xué)生為主,教師為輔”,積累了一定的經(jīng)驗(yàn),取得了較好的教學(xué)效果。以下是筆者總結(jié)的教學(xué)方法和體會(huì)。

1 結(jié)合實(shí)際,精選教學(xué)內(nèi)容

有機(jī)波譜分析課程主要內(nèi)容是講授質(zhì)譜、紅外光譜、紫外光譜和核磁共振譜的基本原理、相關(guān)概念、儀器設(shè)備、影響波譜吸收峰的因素、各類有機(jī)化合物的波譜特征以及識(shí)譜、解譜的方法,教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生具有較強(qiáng)的圖譜解析能力和一定的實(shí)際操作能力。針對(duì)一部分學(xué)生選擇考研深造,而另一部分學(xué)生選擇畢業(yè)參加工作的實(shí)際情況,在教學(xué)內(nèi)容上,增加拉曼光譜、X線衍射、熒光光譜及波譜和色譜聯(lián)用技術(shù),增加課程信息量,拓寬學(xué)生的知識(shí)面,使學(xué)生及時(shí)了解該學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)和發(fā)展前沿。對(duì)考研學(xué)生,加大識(shí)譜、解譜例題的講解,通過(guò)列舉考研真題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的解譜能力,為考研打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)幾年的教學(xué),發(fā)現(xiàn)列舉考研真題更能集中學(xué)生的注意力、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,提高教學(xué)效果。在這幾年的教學(xué)過(guò)程中,筆者搜集了2002年到2010年一些重點(diǎn)大學(xué)(如浙江大學(xué)、武漢大學(xué)、鄭州大學(xué)等)關(guān)于波譜解析的考研真題近300題,通過(guò)對(duì)這些考研真題的講解,使學(xué)生更好地掌握了波譜解析相關(guān)知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)列舉一些通俗易懂的實(shí)例,加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。充分利用學(xué)院現(xiàn)有的相關(guān)儀器,使學(xué)生對(duì)波譜儀器有更加直觀、感性的認(rèn)識(shí)。結(jié)合理論課內(nèi)容,及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容,使理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合、相輔相成。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,將教師在科研中得到的譜圖特征鮮明的化合物和學(xué)生做畢業(yè)論文合成得到的樣品進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)得到的圖譜進(jìn)行解析,使學(xué)生更直接、更深刻地感覺(jué)到有機(jī)波譜就在他們身邊,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 改革教學(xué)方法

有機(jī)波譜分析課程所涉及到的概念抽象、理論繁多、圖譜繁雜、儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)眾多、知識(shí)面寬[6],這就要求授課教師在有機(jī)波譜分析課程教學(xué)過(guò)程中不斷改革教學(xué)方法,對(duì)不同的知識(shí)塊采用不同的教學(xué)方法。筆者在教學(xué)過(guò)程中,對(duì)基本原理注重追根溯源。如講解核磁共振譜時(shí),化學(xué)位移是解析圖譜的一個(gè)基礎(chǔ)。在授課過(guò)程中,首先給學(xué)生講清楚化學(xué)位移產(chǎn)生的根本原因是由于產(chǎn)生核磁共振的原子核周?chē)懈咚龠\(yùn)動(dòng)的電子,這些電子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的感應(yīng)磁場(chǎng),從而產(chǎn)生化學(xué)位移。在有機(jī)化合物分子內(nèi)部,不同的氫原子核和碳原子核核外電子云密度是不相同的,所以就有不同的化學(xué)位移。而影響化學(xué)位移的一些因素,如共軛效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、范德華效應(yīng)等在有機(jī)化學(xué)中已經(jīng)深入學(xué)習(xí)過(guò),學(xué)生通過(guò)自己的分析很容易就能得出不同基團(tuán)中氫原子核和碳原子核化學(xué)位移的變化規(guī)律。對(duì)于波譜儀器,由于儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜抽象,學(xué)生往往難以接受。為便于學(xué)生理解,筆者通過(guò)播放儀器的實(shí)物結(jié)構(gòu)及使用方法錄像,同時(shí)充分利用學(xué)院的氣質(zhì)聯(lián)用儀、熒光光譜儀、紅外光譜儀和紫外光譜儀,組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)物對(duì)照講解和操作演示,使學(xué)生對(duì)這些儀器有更直觀、感性的認(rèn)識(shí)。對(duì)于波譜特征峰數(shù)據(jù),如各類有機(jī)物的質(zhì)譜碎片峰、基團(tuán)的紅外特征吸收峰、不同基團(tuán)中質(zhì)子化學(xué)位移的范圍、不同雜化方式碳原子化學(xué)位移的范圍等,學(xué)生往往只會(huì)機(jī)械記憶,缺乏聯(lián)系對(duì)比,經(jīng)?；煜?不會(huì)融會(huì)貫通。針對(duì)這一情況,筆者采用緊密結(jié)合實(shí)例、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的方法。如講解羰基的紅外伸縮振動(dòng)吸收峰的位置在1 700cm-1左右,及時(shí)解析幾張含有羰基的紅外光譜圖,讓學(xué)生感覺(jué)到這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是和圖譜吸收峰緊密聯(lián)系在一起的,而不單單是孤立的幾個(gè)數(shù)字,以此促進(jìn)學(xué)生對(duì)此知識(shí)點(diǎn)的掌握。當(dāng)講到苯環(huán)上質(zhì)子化學(xué)位移的經(jīng)驗(yàn)范圍是6X 10-6～8X10-6時(shí),及時(shí)從課后習(xí)題中挑選幾張含有苯環(huán)的核磁共振氫譜譜圖進(jìn)行解析,加深學(xué)生對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的印象。同時(shí),利用表格的形式及時(shí)總結(jié)在譜圖解析過(guò)程中經(jīng)常要用到的一些波譜經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),反復(fù)強(qiáng)調(diào),相互對(duì)比,學(xué)生掌握起來(lái)就容易多了。對(duì)于立體化學(xué)的內(nèi)容,采用分子模型展示與多媒體課件演示等直觀的教學(xué)方法,取得了較好的教學(xué)效果。講到譜圖解析方法時(shí),教師先講解譜圖解析的基本方法和程序,然后講解部分譜圖解析實(shí)例,再讓學(xué)生自己解析一些典型譜圖,并進(jìn)一步講解解析過(guò)程。這樣做不僅有助于學(xué)生對(duì)解析方法的掌握,同時(shí)還可以提高學(xué)生的邏輯思維能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。

有機(jī)波譜分析課程部分內(nèi)容理論性強(qiáng)、比較抽象、難以理解,學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)難度較大,如果單單利用傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)不能滿足教學(xué)的需要。在教學(xué)過(guò)程中,筆者除了通過(guò)抑揚(yáng)頓挫的語(yǔ)調(diào)、適當(dāng)?shù)闹w語(yǔ)言來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、使學(xué)生的注意力集中以外,還充分將多媒體課件教學(xué)融入到傳統(tǒng)教學(xué)中去。如紅外光譜中基團(tuán)的幾種不同振動(dòng)形式、核磁共振中原子在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等,筆者利用多媒體課件制作動(dòng)畫(huà),將這些動(dòng)態(tài)過(guò)程形象生動(dòng)地表現(xiàn)出來(lái),學(xué)生一目了然,增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在授課過(guò)程中,將傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)、多媒體課件教學(xué)與視頻觀看、模型演示教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái),將各種教學(xué)手段有效整合,使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象內(nèi)容形象化、枯燥內(nèi)容趣味化,有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

3 改革教學(xué)模式

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展對(duì)人才的要求不單單是知識(shí)上的,更重要的是能力上的。為了培養(yǎng)知識(shí)和能力兼?zhèn)涞娜瞬?在教學(xué)過(guò)程中,改變以教師為中心的教學(xué)模式,采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。將以問(wèn)題為基礎(chǔ)的教學(xué)法[7]應(yīng)用到教學(xué)中,利用分組討論的方式將課堂還給學(xué)生,使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。具體做法是將班里的同學(xué)分成小組,質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振氫譜和譜圖綜合解析這幾章的內(nèi)容講完之后精心挑選一些難度適宜的譜圖解析題,一組一題,要求學(xué)生利用課余時(shí)間通過(guò)查閱資料共同完成,然后進(jìn)行集中討論。討論時(shí)先由教師隨機(jī)抽出小組中的一名學(xué)生在講臺(tái)上對(duì)解題過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的講解,小組其他成員可適當(dāng)補(bǔ)充;后由班里其他同學(xué)對(duì)他們的闡述進(jìn)行提問(wèn),小組成員共同商討解答同學(xué)的提問(wèn);同時(shí)其他同學(xué)也可提出自己不同的觀點(diǎn),班級(jí)共同討論;最后教師再對(duì)討論過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié),并對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行評(píng)分。這種形式由于是隨機(jī)抽調(diào),所以要求每個(gè)學(xué)生都要做好充分的準(zhǔn)備,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,變被動(dòng)接受為主動(dòng)探索,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,在掌握知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生相互協(xié)作的精神,提高了學(xué)生的自學(xué)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、文獻(xiàn)查閱能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,同時(shí)也為學(xué)生教學(xué)技能的提高提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

教學(xué)是教師教和學(xué)生學(xué)兩個(gè)過(guò)程的結(jié)合。為了充分顯示學(xué)生的主體地位,在有機(jī)波譜分析課程教學(xué)過(guò)程中定期組織召開(kāi)學(xué)生座談會(huì)。通過(guò)座談、問(wèn)卷調(diào)查等方式及時(shí)了解學(xué)生對(duì)有機(jī)波譜分析課程的學(xué)習(xí)情況、要求和建議,結(jié)合學(xué)生的意見(jiàn),進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行全面的分析。在不斷地探索和總結(jié)中,教師和學(xué)生之間形成了良好的默契,有機(jī)波譜分析課程變成了一門(mén)教師好教、學(xué)生容易學(xué)的課程。

4 改革考核方式

考試是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),通過(guò)考試可以了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握情況。它不僅是評(píng)價(jià)教師教學(xué)效果的一個(gè)很好的手段,為教師進(jìn)一步地改進(jìn)教學(xué)提供參考,指明方向;而且對(duì)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)有強(qiáng)化功能、檢測(cè)功能和反饋功能[8];同時(shí)還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生實(shí)際應(yīng)用知識(shí)的能力。為了綜合反應(yīng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,筆者在有機(jī)波譜分析課程考核模式上一改傳統(tǒng)的以一次考試成績(jī)作為課程的最終成績(jī)的單一模式,采用平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)相結(jié)合的方法。平時(shí)課堂表現(xiàn)和小組討論成績(jī)占20%,平時(shí)作業(yè)成績(jī)占10%,期末考試成績(jī)占70%,三者的綜合作為有機(jī)波譜分析課程的最終成績(jī)。期末考試采用開(kāi)卷的方式,考試過(guò)程中學(xué)生可以查教材、筆記和參考書(shū),但必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成。試題綜合四大譜的知識(shí),難易適當(dāng),以譜圖綜合解析的形式考察學(xué)生對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用的能力。針對(duì)不同層次的學(xué)生,在試題中還設(shè)計(jì)有難度較大的選做題。這種靈活的考核方式強(qiáng)調(diào)了平時(shí)學(xué)習(xí)的重要性,做到了對(duì)知識(shí)的真正掌握,而不是只為了拿學(xué)分通過(guò)考前死記硬背來(lái)應(yīng)付考試。這種考核方式對(duì)提高教學(xué)效果起到了良好的促進(jìn)作用。

有機(jī)波譜分析課程是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程,在日常生活的很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,波譜分析技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快,應(yīng)用越來(lái)越廣泛,這就要求我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中不斷更新教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段,借助各種先進(jìn)的技術(shù)不斷提高教學(xué)效果。教有法而無(wú)定法,教學(xué)工作只有不斷改革,才能跟上學(xué)科的發(fā)展,才能更好地提高教學(xué)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)教學(xué)的最終目的。

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