面向應(yīng)用的有機(jī)波譜分析教學(xué)探索與實(shí)踐

程文萍 王文洋

摘要：基于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合筆者的科研工作經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容，采用多樣化的教學(xué)方法，以及強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)有機(jī)波譜分析課程的教學(xué)進(jìn)行了探索與實(shí)踐。實(shí)踐表明，這些舉措不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且提高了學(xué)生的綜合解析譜圖能力和實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：有機(jī)波譜分析；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；應(yīng)用人才

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）06-0164-03

有機(jī)波譜分析的基礎(chǔ)理論和方法應(yīng)用，已經(jīng)成為化學(xué)、化工、材料和藥學(xué)等領(lǐng)域分析和鑒定有機(jī)化合物的重要手段，正是基于有機(jī)波譜分析在有機(jī)化合物鑒定中重要的位置和作用，目前它是我校應(yīng)用化學(xué)系開設(shè)的一門專業(yè)必修課[1，2]。該課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握波譜分析的基本理論、各種波譜技術(shù)與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生掌握和解析有機(jī)化合物譜圖的綜合能力，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)論文環(huán)節(jié)以及從事本專業(yè)相關(guān)科研工作奠定夯實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。

有機(jī)波譜分析內(nèi)容主要包括質(zhì)譜分析法（MS）、核磁共振波譜法（1H-NMR、13C-NMR）、紅外吸收光譜法（IR）和紫外光譜法（UV）。近年來，波譜分析技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)以及各種物理技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，使有機(jī)波譜分析方法克服了化學(xué)分析方法樣品消耗大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等缺點(diǎn)，具備微量化、簡(jiǎn)便快速和準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為最常用的分析工具[3，4]。這就要求分析工作者必須掌握其實(shí)驗(yàn)方法，并利用譜圖結(jié)果正確解析有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)信息，所以有機(jī)波譜分析課程的教學(xué)效果顯得尤為重要。但是，由于波譜分析課程數(shù)據(jù)繁多、譜圖復(fù)雜，不僅涉及一些相關(guān)的物理知識(shí)、有機(jī)物的立體結(jié)構(gòu)，而且涉及各種儀器的構(gòu)造及原理等內(nèi)容，造成這門課程的知識(shí)抽象、內(nèi)容龐雜、復(fù)雜難懂[5-7]。學(xué)生雖然認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)這門課程的重要性，但是缺乏學(xué)習(xí)的興趣和積極性，存在想學(xué)好這門課程但又不知道該如何學(xué)習(xí)以及如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的問題。為此，在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者不僅注重教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和更新，而且不斷改進(jìn)和探索多樣化的教學(xué)方法，并且結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使這門理論性和應(yīng)用性并重的課程有較好的教學(xué)效果，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

從有機(jī)波譜的基礎(chǔ)理論知識(shí)入手，構(gòu)建課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)?；趹?yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，有機(jī)波譜分析課程著力于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置注重基礎(chǔ)性、實(shí)踐性與應(yīng)用性相結(jié)合。結(jié)合課程特點(diǎn)，構(gòu)建的有機(jī)波譜分析課程教學(xué)包括理論教學(xué)、綜合譜圖解析和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)踐，以提高課程教學(xué)質(zhì)量。

基于我校應(yīng)用化學(xué)系的學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有機(jī)化學(xué)、有機(jī)合成化學(xué)、大學(xué)物理和結(jié)構(gòu)化學(xué)等相關(guān)課程，具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，因此，我們所選的教材是武漢大學(xué)孟令芝等編著的《有機(jī)波譜分析》，并參考其他相關(guān)教材，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和整合，增強(qiáng)課堂教學(xué)的豐富性、知識(shí)性和系統(tǒng)性，便于學(xué)生理解和掌握有機(jī)波譜的基本概念和基本原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為波譜綜合解析和實(shí)踐能力的提高奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

波譜分析課程涉及四譜的基本原理、波譜特征、相關(guān)概念和圖譜解析，四種儀器獨(dú)立成章、內(nèi)容繁多，沒有交叉。理論教學(xué)時(shí)，根據(jù)四譜在有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定中應(yīng)用的重要性，將質(zhì)譜和核磁共振譜作為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，為了避免各章節(jié)在學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)零亂枯燥的現(xiàn)象，結(jié)合結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識(shí)，將“波譜”作為貫穿核磁共振波譜、紅外與拉曼光譜和紫外-可見光譜三大譜基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的主線。這三種吸收光譜的產(chǎn)生，都是由于有機(jī)物分子吸收能量，導(dǎo)致分子能級(jí)發(fā)生躍遷。根據(jù)躍遷的能級(jí)差，從小到大將這三種吸收光譜進(jìn)行系統(tǒng)介紹，由于分子自旋核能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜被稱為核磁共振光譜，紅外吸收光譜是分子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所引起的，而紫外-可見光譜是由于電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的。同時(shí)，注重教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在邏輯性，明確電子效應(yīng)對(duì)這三大譜圖的影響，并對(duì)其中重要的影響因素進(jìn)行歸納總結(jié)，有助于學(xué)生厘清思路，熟練掌握各類有機(jī)化合物譜圖的基本規(guī)律，并且深入理解和掌握四譜的基礎(chǔ)知識(shí)，提高課堂教學(xué)效果。

二、更新教學(xué)內(nèi)容

學(xué)習(xí)這門課的主要目標(biāo)是提高學(xué)生的波譜分析技能，在學(xué)生掌握了四譜基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)該注重理論聯(lián)系實(shí)際，引入譜圖實(shí)例進(jìn)行解析，增強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)識(shí)，并將各類譜圖的分析結(jié)果融會(huì)貫通，鞏固所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，提高課堂教學(xué)效果。首先，對(duì)于課本上介紹的具有代表性的各類有機(jī)化合物的譜圖進(jìn)行解析，有利于學(xué)生掌握譜圖解析的基本方法。然后，在教學(xué)中引入與波譜相關(guān)的科研實(shí)例，學(xué)生對(duì)實(shí)際譜圖進(jìn)行解析，理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，積累了圖譜解析經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了圖譜綜合解析應(yīng)用能力。

有機(jī)波譜分析是分析化學(xué)中發(fā)展速度快、應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域之一，因此，教師必須跟蹤波譜分析技術(shù)的新進(jìn)展、新方法和新應(yīng)用，通過查閱四譜表征的最新科研成果，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生介紹有機(jī)波譜技術(shù)的最新發(fā)展與應(yīng)用，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，顯著提高教學(xué)效果。例如，講授質(zhì)譜時(shí)，通過對(duì)現(xiàn)代質(zhì)譜儀的離子化方式和質(zhì)量分析器的應(yīng)用范圍、性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)介紹和詳細(xì)對(duì)比，加深學(xué)生理解和掌握各種質(zhì)譜儀的基本原理、儀器構(gòu)造、圖譜特點(diǎn)以及解析圖譜的注意事項(xiàng)，并且能夠在實(shí)際應(yīng)用中選擇適合的質(zhì)譜儀來鑒定各類有機(jī)化合物，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的實(shí)踐能力。在紅外光譜的教學(xué)過程中，結(jié)合自己的科研工作，介紹了紅外光譜在多級(jí)孔分子篩的表面酸性表征中的應(yīng)用，利用吡啶吸附的紅外光譜，不僅可以表征固體表面酸性部位的強(qiáng)度和酸量，而且可以表征酸的類型（L酸和B酸），并且可以利用不同大小尺寸的探針分子（2，6-二叔丁基吡啶，三甲基乙腈等[8]）來探測(cè)酸性中心的空間分布，明確多級(jí)孔分子篩表面酸中心對(duì)大分子反應(yīng)物的可接近性。同時(shí)，教師也鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)，使學(xué)生在較短的時(shí)間里掌握有機(jī)波譜分析方法的應(yīng)用，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。

三、豐富教學(xué)方法

學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)了四譜的基本原理和圖譜解析之后，在綜合譜圖解析這部分內(nèi)容的教學(xué)實(shí)踐過程中，教師引入了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念[9，10]，以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與合作學(xué)習(xí)能力，同時(shí)提高學(xué)生運(yùn)用各種波譜技術(shù)綜合解析譜圖的能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)波譜分析基本原理的理解。翻轉(zhuǎn)課堂主要以分組討論學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行，每個(gè)小組自主選擇一個(gè)綜合實(shí)例進(jìn)行解析。通過小組自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)之后，以PPT或板書的形式向大家闡述譜圖解析的思路和結(jié)果，也可以提出解析譜圖過程中遇到的問題。對(duì)于學(xué)生的講解，教師首先給予鼓勵(lì)和肯定；其次對(duì)其解析的正確性給予評(píng)價(jià)，及時(shí)糾正講解中的錯(cuò)誤；最后根據(jù)學(xué)生提出的問題，讓其他學(xué)生思考回答，最終由教師和學(xué)生共同解決這些疑問。開展組與組之間相互討論、相互評(píng)價(jià)的活動(dòng)，有利于學(xué)生深入理解波譜的基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生的譜圖解析能力和綜合素質(zhì)。這種“以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，不僅可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，加強(qiáng)生生之間、師生之間的互動(dòng)交流，增強(qiáng)課堂吸引力，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)深入掌握和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、思考問題與解決問題的能力。

由于有機(jī)波譜分析課程內(nèi)容抽象，知識(shí)信息量大，涉及面廣，譜圖分析的難度大，因此，我校應(yīng)用化學(xué)系利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建立班級(jí)交流群，將教師的多媒體課件、課后作業(yè)答案、教師收集的實(shí)際譜圖解析以及儀器使用教程等學(xué)習(xí)內(nèi)容均上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，供學(xué)生在課后進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)。這不僅可以開拓學(xué)生視野，擴(kuò)大知識(shí)面，并且有利于完善學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系。同時(shí)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)隨時(shí)提問，任課教師及時(shí)進(jìn)行答疑輔導(dǎo)，增進(jìn)了師生交流，激發(fā)了學(xué)生不斷探索知識(shí)和積極思考的熱情。

四、結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)

有機(jī)波譜分析是一門理論性與實(shí)驗(yàn)性結(jié)合的課程，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是有機(jī)波譜分析教學(xué)實(shí)踐中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是對(duì)理論教學(xué)的重要延伸和應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果取決于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師向?qū)W生詳細(xì)講解儀器構(gòu)造、測(cè)試原理、實(shí)驗(yàn)步驟、儀器維護(hù)以及操作注意事項(xiàng)，獲得譜圖后要求學(xué)生對(duì)未知化合物的譜圖進(jìn)行解析，鞏固理論教學(xué)內(nèi)容，加深對(duì)有機(jī)波譜儀器應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。在紫外光譜實(shí)驗(yàn)中，開設(shè)了紫外-可見光譜法表征共軛有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握有機(jī)化合物的紫外光譜測(cè)定方法，并且能夠?qū)τ袡C(jī)化合物進(jìn)行定性及定量分析，從而加深對(duì)紫外光譜基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。此外，根據(jù)我系的教學(xué)設(shè)置，結(jié)合其他課程如《有機(jī)合成化學(xué)》和《配位化學(xué)》的知識(shí)，設(shè)計(jì)合成配合物，采用紫外光譜來確定配合物的組成，計(jì)算八面體配合物的分裂能。在紅外光譜實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試含有苯環(huán)、羰基、取代基等有機(jī)化合物的紅外光譜圖，根據(jù)譜圖及分子式來判斷其是何種有機(jī)化合物，深刻認(rèn)識(shí)不同的取代基對(duì)于羰基特征吸收峰位置的影響。有機(jī)波譜實(shí)驗(yàn)的設(shè)置與學(xué)生的專業(yè)密切相關(guān)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，而且提高了學(xué)生的譜圖解析能力，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力和解決實(shí)際問題的能力，為以后相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

有機(jī)波譜分析是應(yīng)用性很強(qiáng)的一門課程，注重理論性和實(shí)踐性的結(jié)合。近幾年，我們開展了應(yīng)用化學(xué)專業(yè)有機(jī)波譜分析教學(xué)改革的實(shí)踐，通過優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法以及精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的自主性，增強(qiáng)學(xué)生的綜合譜圖解析能力和實(shí)踐能力，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神，使學(xué)生逐步成長(zhǎng)為高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]李云志，江洪波，盛麗.《有機(jī)波譜解析》教學(xué)淺見[J].廣州化工，2012，40（6）：148-149.

[2]朱鵬飛，劉梅.有機(jī)波譜分析課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].化工高等教育，2016，（60）：23-25.

[3]裴朝玉，趙春香，王子云.有機(jī)波譜分析課程教學(xué)改革淺析[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，29（2）：74-75.

[4]張來新.有機(jī)波譜分析化學(xué)課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)體會(huì)[J].科技論壇，2014，（14）：139-140.

[5]周峰巖，劉麗娟，閆鵬，張文志，趙玉亮，周利.基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的《有機(jī)波譜解析》教學(xué)實(shí)踐[J].廣州化工，2014，42（24）：178-179.

[6]郭俊芳，郭慶中，李亮，鄢國(guó)平，俞湘華，杜飛鵬，張橋.材料化學(xué)專業(yè)有機(jī)波譜分析課程的教學(xué)探索[J].化工時(shí)刊，2013，27（9）：52-53.

[7]張向陽(yáng)，申有名，張春香，周詩(shī)彪.優(yōu)化應(yīng)用化學(xué)專業(yè)有機(jī)波譜分析教學(xué)方法的探討[J].廣州化工，2015，43（16）：232-233.

[8]Karolina Sadowska，Kinga G ra-Marek，Jerzy Datka.Accessibility of acid sites in hierarchical zeolites：Quantitative IR studies of pivalonitrile adsorption[J].The Journal of Physical Chemistry，2013，117：9237-9244.

[9]張萍，DING Lin，張文碩.翻轉(zhuǎn)課堂的理念、演變與有效性研究[J].教育學(xué)報(bào)，2017，13（1）：46-55.

[10]郭文良，和學(xué)新.翻轉(zhuǎn)課堂：背景、理念與特征[J].教育理論與實(shí)踐，2015，35（11）：3-6.