淺談海洋藥學(xué)專業(yè)“核磁共振波譜學(xué)”教學(xué)方法

陸園園 邢瑩瑩 張奉國

（中國藥科大學(xué) 江蘇·南京 210009）

核磁共振技術(shù)經(jīng)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成一門有完整理論的系統(tǒng)學(xué)科。今天核磁共振已成為有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定、含量測(cè)定、代謝組學(xué)、藥物設(shè)計(jì)及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等的極為重要的方法，在有機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用。[1，2]

中國藥科大學(xué)海洋藥學(xué)專業(yè)自從2004 年設(shè)立本專業(yè)以來，一直堅(jiān)持針對(duì)本科生教學(xué)開展核磁共振波譜學(xué)教學(xué)。由于海洋藥學(xué)專業(yè)為生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院設(shè)立，學(xué)生主要專業(yè)背景還是偏向于生物學(xué)，由于整體氛圍的影響，學(xué)生大多數(shù)時(shí)候接觸到的是生物學(xué)相關(guān)信息，對(duì)于化學(xué)接觸信息較少，難以形成學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的氛圍。[3]隨著藥學(xué)教育體系不斷完善，對(duì)于藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的各項(xiàng)能力要求也日益提高。隨著生物學(xué)科和化學(xué)學(xué)科不斷融合交叉，如果生物學(xué)科背景的學(xué)生能夠進(jìn)一步掌握相關(guān)化學(xué)知識(shí)和技能，不僅能夠使學(xué)生在未來發(fā)展中更具有競(jìng)爭(zhēng)力，還可以使生物學(xué)科煥發(fā)新的活力。本文主要從問題導(dǎo)入教學(xué)、案例教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)三個(gè)方面入手對(duì)海洋藥學(xué)專業(yè)中核磁共振波譜教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)和探討。希望這些教學(xué)方法的提出能夠起到拋磚引玉的作用，為波譜分析教學(xué)過程中出現(xiàn)更多更好的教學(xué)方法提供參考。

1 問題導(dǎo)入教學(xué)

問題導(dǎo)入在教學(xué)中是進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)的一種方式。有時(shí)候?qū)W生在開始一門課程的時(shí)候，對(duì)這門課程只是充滿著好奇心，對(duì)于教師來說這是一個(gè)非常至關(guān)重要的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果學(xué)生碰到難于理解的問題，加上索然無味的照本宣科，采用這種學(xué)習(xí)和講授的方式，必然會(huì)使學(xué)生最早產(chǎn)生的好奇心消失的蕩然無存。這時(shí)教師講的越多，學(xué)生聽課效果越差，很難達(dá)到教學(xué)目的。如果我們?cè)O(shè)置一些問題來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)這些知識(shí)能有什么具體用途，這樣學(xué)生就會(huì)一直保留著學(xué)習(xí)興趣和熱情，讓整個(gè)教學(xué)過程順利的開展下去。

比如波譜分析課程中核磁共振原理部分是該門課程中難點(diǎn)，主要原因是基礎(chǔ)理論過于抽象并牽涉到對(duì)物理基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來說心理上比較抵觸物理基礎(chǔ)理論的知識(shí)，教師也很難舉例說明。

因此，我們對(duì)該問題進(jìn)行深入分析，產(chǎn)生這個(gè)問題主要原因是學(xué)生對(duì)于波譜分析中要學(xué)什么，具體有什么用途不夠明確，如果我們明確波譜分析用途以及需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容的話，那關(guān)于“學(xué)習(xí)什么內(nèi)容，有什么用途”問題就可以迎刃而解。為了幫助他們學(xué)習(xí)，我們?cè)O(shè)置了四個(gè)引導(dǎo)性問題：①核磁共振信號(hào)如何產(chǎn)生？②不同形狀的核磁共振峰產(chǎn)生原因？③哪些數(shù)字代表化學(xué)位移？④那些數(shù)字代表氫原子的數(shù)目？

在這四個(gè)問題里面，均包含著核磁共振原理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。問題導(dǎo)入的方法主要目的還是提升學(xué)生學(xué)習(xí)波譜的興趣和熱情，讓學(xué)生沿著問題的引導(dǎo)一步一步進(jìn)入學(xué)習(xí)波譜的氛圍中，可以使得教學(xué)順利開展。針對(duì)理論教學(xué)過程中學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)來的懈怠，抓不住學(xué)習(xí)重點(diǎn)等問題，問題導(dǎo)入是一個(gè)非常行之有效的引導(dǎo)辦法，只有這樣學(xué)生才能跟上教學(xué)節(jié)奏，教師也就能順利完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目的。

2 案例教學(xué)

核磁共振波譜學(xué)習(xí)中會(huì)有很多細(xì)節(jié)問題。正常的講解是從概念的定義開始，比如化學(xué)等價(jià)是分子內(nèi)有對(duì)稱性操作的質(zhì)子，會(huì)出現(xiàn)化學(xué)位移相等的情況。這個(gè)概念理解的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)問題主要有化學(xué)等價(jià)是什么，它有什么用途？化學(xué)等價(jià)和化學(xué)不等價(jià)在核磁共振譜圖上呈現(xiàn)差異是什么？我們?cè)诮虒W(xué)過程中發(fā)現(xiàn)這些問題會(huì)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來太多的困擾，由于傳統(tǒng)講授教學(xué)過程中理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用是割裂的，就會(huì)無限放大這些問題，甚至成為壓倒學(xué)生學(xué)習(xí)波譜分析興趣的“最后一根稻草”。眾所周知，興趣是最好的老師，我們?cè)谥敖虒W(xué)中已經(jīng)花費(fèi)大量精力將學(xué)生學(xué)習(xí)興趣吸引過來，所以不能讓學(xué)生在遇到較為困難的學(xué)習(xí)任務(wù)半途而廢，失去對(duì)學(xué)習(xí)波譜的學(xué)習(xí)信心。

針對(duì)這些問題，我們深入進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)如果在理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用之間搭起“一座橋梁”將其聯(lián)系起來，應(yīng)該就可以順利解決這些難題。因?yàn)椴ㄗV分析畢竟還是經(jīng)驗(yàn)型知識(shí)，波譜是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)而來的。因此，在學(xué)習(xí)過程中還需秉承從“哪來到哪去”解決問題的邏輯思維，從設(shè)計(jì)一些化學(xué)結(jié)構(gòu)分子對(duì)概念和規(guī)律進(jìn)行合理的解釋，讓學(xué)生深刻理解應(yīng)該可以達(dá)到掌握這些知識(shí)的教學(xué)目的。所以我們要設(shè)置一些具體的化學(xué)結(jié)構(gòu)作為“橋梁”將理論教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。而且，這些問題要是沒有具體的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)去理解概念和規(guī)律的話，是非常抽象的，一部分學(xué)生會(huì)死記硬背去掌握，但往往事倍功半，難以談上真正的掌握。

以化學(xué)位移比較方面為例，在教學(xué)過程中，針對(duì)每一種典型的結(jié)構(gòu)片段，都要有一些具體的海洋天然產(chǎn)物小分子的實(shí)例，比如，海洋來源的單萜類化合物代表烷基化學(xué)位移，鹵代化合物代表電負(fù)性取代基團(tuán)化合物，等等。這些實(shí)例的選取要符合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了的要求，這樣對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)接觸較少的生物背景學(xué)生易于掌握。通過具體實(shí)例，結(jié)合化學(xué)位移影響因素進(jìn)行施教，這樣就可以將抽象化的概念轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的實(shí)例，更容易被學(xué)生接受。

總之，在教學(xué)中，我們秉承“大道至簡(jiǎn)”思路，把簡(jiǎn)單化學(xué)結(jié)構(gòu)如海洋苯酚類化合物或單萜類化合物作為講解的實(shí)例，讓學(xué)生能夠真正高效的理解問題本質(zhì)，這樣之后無論多復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，都能夠準(zhǔn)確把握問題的關(guān)鍵，不至于出現(xiàn)誤判。另外，講解完例子之后，還需要匹配一定數(shù)量的習(xí)題供學(xué)生練習(xí)，讓學(xué)生在練習(xí)過程中用心體會(huì)這些概念和結(jié)果，鞏固學(xué)習(xí)成果，并從中收獲學(xué)習(xí)知識(shí)的喜悅心得以及鍛煉應(yīng)對(duì)波譜分析問題所采用的思路方法，也有信心應(yīng)對(duì)相應(yīng)的挑戰(zhàn)，最終達(dá)到事半功倍的成效。

3 實(shí)踐教學(xué)

波譜分析的教學(xué)終極目標(biāo)是學(xué)生能夠?qū)舜殴舱癫ㄗV進(jìn)行識(shí)別和分析，最終獨(dú)自可以確定該譜圖對(duì)應(yīng)有機(jī)分子的具體結(jié)構(gòu)。經(jīng)過幾年的波譜教學(xué)，學(xué)生雖然經(jīng)歷過完整的核磁共振波譜分析教學(xué)訓(xùn)練，但是在大學(xué)四年級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)階段我們就發(fā)現(xiàn)存在這個(gè)問題：學(xué)生拿到分離得到化合物，得到核磁共振譜圖后，依然不能夠獨(dú)立進(jìn)行核磁共振波譜的解析工作，而且也沒有足夠的信心應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)分析的挑戰(zhàn)。究其主要原因還是學(xué)生缺乏實(shí)戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)，如果我們能在核磁共振波譜分析課程中把綜合波譜分析內(nèi)容融入課程體系中，就可以順利解決這一應(yīng)用難題。因此，在設(shè)置課程的時(shí)候要充分考慮到波譜解析工作的實(shí)際應(yīng)用問題的解決。

對(duì)核磁共振波譜的分析，實(shí)際上也是對(duì)于理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。因此，我們把核磁共振波譜分析歸結(jié)為實(shí)踐教學(xué)這一模塊。那么如何來具體設(shè)置實(shí)踐教學(xué)呢？我們也對(duì)實(shí)踐教學(xué)如何具體開展進(jìn)行相關(guān)探索工作。

首先在課程中設(shè)置綜合波譜分析討論課達(dá)到基本學(xué)習(xí)要求目的。課程是面向所有海洋藥學(xué)專業(yè)學(xué)生，學(xué)生個(gè)體之間學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性存在較大差異。雖然綜合波譜分析討論課會(huì)占用一些教學(xué)時(shí)間，但是為了保證所有學(xué)生學(xué)習(xí)效果，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)置綜合波譜分析討論課是很有必要的。這樣保證學(xué)生都能夠接受綜合波譜分析專項(xiàng)的訓(xùn)練，也可以能夠督促部分同學(xué)完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。

其次在課后需要一定數(shù)量的課后作業(yè)鞏固學(xué)習(xí)成果。課后作業(yè)是對(duì)課堂綜合波譜分析討論課學(xué)習(xí)的鞏固，可以確保學(xué)生扎實(shí)掌握分析討論課的內(nèi)容。課后作業(yè)的設(shè)置也需要綜合考慮學(xué)生具體學(xué)習(xí)情況，作業(yè)的難度和習(xí)題量是逐步提高，對(duì)于學(xué)有余力的同學(xué)可以多做一些，部分同學(xué)如感到全部做完難度較大，可以保質(zhì)保量的完成部分作業(yè)也是可以接受的。

最后，我們還適當(dāng)增加波譜分析文獻(xiàn)檢索方面教學(xué)，利用一些工具數(shù)據(jù)庫，比如Scifinder和微譜數(shù)據(jù)庫在解析譜圖結(jié)構(gòu)過程中的輔助性作用。在文獻(xiàn)內(nèi)容，主要有一些主流的雜志比如《Natural product reports》《Journal of natural products》《Phytochemistry》和《Marine drugs》等一些專業(yè)雜志報(bào)道有關(guān)海洋天然有機(jī)化合物。這些內(nèi)容的拓展可以使得對(duì)核磁共振波譜分析有著濃厚興趣的同學(xué)有機(jī)會(huì)深入學(xué)習(xí)核磁共振波譜分析專業(yè)技術(shù)，為相關(guān)專業(yè)提供人才儲(chǔ)備。

實(shí)踐教學(xué)通過這種多層次、多角度細(xì)致安排，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。這樣能使學(xué)生掌握核磁共振分析技術(shù)，舉一反三，達(dá)到“授之以漁”的效果。

綜上所述，核磁共振分析教學(xué)本質(zhì)上可以分類成理論教學(xué)、案例分析和實(shí)踐應(yīng)用三大塊內(nèi)容，其中案例分析是聯(lián)系理論教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用的“橋梁”，理論教學(xué)是基礎(chǔ)，實(shí)踐應(yīng)用是終極目標(biāo)。通過對(duì)教學(xué)過程的反思，我們認(rèn)為對(duì)于理論教學(xué)，案例分析和實(shí)踐教學(xué)這三大部分內(nèi)容所執(zhí)行功能的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該有所不同。我們要在理論教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使用案例分析增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信心，最后通過實(shí)踐應(yīng)用達(dá)到學(xué)生能夠獨(dú)立進(jìn)行核磁共振波譜的解析工作。并在整個(gè)課程的設(shè)計(jì)要充分考慮到學(xué)生不同層次的具體需求，盡量滿足每個(gè)學(xué)生的個(gè)體需求，這樣才能在教與學(xué)的過程中達(dá)到該門課程總體教學(xué)目的和要求。總的來說，核磁共振分析是一門專業(yè)性較強(qiáng)的課程，每個(gè)專業(yè)都可以從自己專業(yè)角度出發(fā)，設(shè)置不同的教學(xué)目標(biāo)，這樣才能夠因材施教，建立符合本專業(yè)特色的核磁共振教學(xué)方法，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。