以科學(xué)研究為指導(dǎo)的藥學(xué)專業(yè)波譜解析教學(xué)改革探索*

劉治成，陸維麗，程文明，吳婷妮，李 寧

(安徽醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥 230032)

《波譜解析》是高校藥學(xué)專業(yè)本科及研究生所必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。其目的旨在向?qū)W生傳授通過(guò)綜合利用多種波譜信息對(duì)未知化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行推測(cè)及對(duì)已知化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證及定量等知識(shí)。教學(xué)大綱中一般主要要求教授紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、核磁共振圖譜(NMR)及質(zhì)譜(MS)的原理及識(shí)譜、解譜知識(shí)[1]。由于藥學(xué)專業(yè)學(xué)生常在天然產(chǎn)物分離鑒別、藥物合成分析、藥物代謝動(dòng)力學(xué)、藥理組學(xué)分析等諸多領(lǐng)域的科學(xué)研究和未來(lái)就業(yè)工作中運(yùn)用到上述四大譜學(xué)知識(shí)，使得《波譜解析》課程在學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)中顯得格外重要[2]。然而，相較于國(guó)外高等教育中常把上述四大譜學(xué)內(nèi)容安排在從本科至研究生多個(gè)學(xué)年有針對(duì)性的逐一教授的教學(xué)方式不同，大部分國(guó)內(nèi)高校藥學(xué)專業(yè)均將四大譜圖及其綜合運(yùn)用解析的教學(xué)任務(wù)安排在一個(gè)學(xué)年乃至于短短一個(gè)學(xué)期的較少課時(shí)內(nèi)完成。此外，本門課程教授的重點(diǎn)——譜圖解析部分雖基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作，但鮮有院校為此門課程配套開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生僅能在教師的講解下依靠相對(duì)抽象的例題學(xué)習(xí)對(duì)于解譜規(guī)律，這不僅加大了此門課程的授課難度，更對(duì)學(xué)生的理解和接受能力提出了極高的要求。以上原因?qū)е滤帉W(xué)學(xué)生尤其是藥學(xué)本科學(xué)生在學(xué)習(xí)《波譜解析》這門課程后實(shí)際對(duì)各波譜的解譜能力的掌握不甚理想，教學(xué)目標(biāo)實(shí)際往往難以實(shí)現(xiàn)[3]。由于本門課程所授內(nèi)容與科學(xué)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系緊密，為改善本門課程的教學(xué)效果，筆者根據(jù)多年的本門課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合四大譜學(xué)在藥學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際運(yùn)用，在以下方面做了新的嘗試和探索：

1 加強(qiáng)教師自身譜學(xué)在藥學(xué)領(lǐng)域運(yùn)用的學(xué)習(xí)

以筆者所在學(xué)校為例，參與藥學(xué)專業(yè)《波譜解析》課程教學(xué)的教師并非均具有藥學(xué)或天然藥物化學(xué)專業(yè)背景，因此有時(shí)難以充分結(jié)合本專業(yè)需要地講解本門課內(nèi)容[4]。這不僅有礙于藥學(xué)學(xué)生從課程中學(xué)習(xí)到專業(yè)相關(guān)技能更抑制了學(xué)生們對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)興趣。因此，對(duì)于非藥學(xué)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)的本門課程授課老師，我們組織了多次教學(xué)培訓(xùn)會(huì)議，其間邀請(qǐng)了多位以藥物化學(xué)、天然藥物化學(xué)及藥理學(xué)等為方向研究的專家，通過(guò)專家們以本專業(yè)的視角講解四大譜學(xué)知識(shí)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的各類運(yùn)用及其實(shí)例，以幫助各位授課老師在教學(xué)工作中抓住教學(xué)重點(diǎn)；非藥學(xué)及相關(guān)專業(yè)畢業(yè)的教師還積極自學(xué)了藥物化學(xué)和天然藥物化學(xué)專業(yè)知識(shí)，進(jìn)一步理解了藥學(xué)專業(yè)對(duì)本門課程掌握程度的需求，從而使他們能在課堂上更為有的放矢地在課堂上以各類藥物的譜圖為重點(diǎn)講授內(nèi)容，幫助學(xué)生們對(duì)此門課程的重要性和實(shí)用性有更好的認(rèn)識(shí)。

2 結(jié)合藥學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程 融入波譜分析內(nèi)容

為了更切實(shí)地讓學(xué)生體會(huì)到波譜分析在藥學(xué)專業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要意義，我們嘗試在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課——蘆丁的提取和鑒別及藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)——阿司匹林的合成等實(shí)驗(yàn)課程中將蘆丁的氫核核磁共振圖譜(1H-NMR)和DEPT譜(Distortionless Enhancement by Polarization Transfer)及阿司匹林的IR譜、MS譜和1H-NMR譜分發(fā)給學(xué)生，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)報(bào)告中加入對(duì)上述化合物對(duì)應(yīng)譜圖信號(hào)的歸屬。在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告后我們及時(shí)總結(jié)了學(xué)生解譜過(guò)程中的共同錯(cuò)誤及不足并及時(shí)在課堂上反饋給學(xué)生，使他們更加深了印象，進(jìn)而增強(qiáng)了解譜能力。此外，我們還將對(duì)上述實(shí)驗(yàn)報(bào)告中學(xué)生所完成的實(shí)驗(yàn)中涉及化合物的波譜分析練習(xí)所做的批改在習(xí)題課上作出及時(shí)總結(jié)和反饋，將學(xué)生們解譜過(guò)程中暴露出來(lái)的普遍性問(wèn)題在習(xí)題課上與講解其他解譜題一道，以幫助學(xué)生們及時(shí)糾正他們的錯(cuò)誤，加深對(duì)正確解譜方法的印象。

3 安排解譜上機(jī)課程 加深學(xué)生對(duì)各譜圖綜合運(yùn)用的認(rèn)識(shí)

在講授完理論課部分內(nèi)容后，我們組織和安排三個(gè)課時(shí)的波譜分析的上機(jī)課程。其中，第一個(gè)課時(shí)主要安排教師進(jìn)行統(tǒng)一演示利用ChemDraw軟件對(duì)于小分子化合物進(jìn)行IR、MS、NMR等譜圖的預(yù)測(cè)、利用Mestrenova軟件對(duì)于MS及質(zhì)譜進(jìn)行進(jìn)一步的解析、將所得譜圖信息與NIST、Metlin、HMDB[5-7]等網(wǎng)絡(luò)小分子數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證等操作；后兩個(gè)課時(shí)則要求學(xué)生根據(jù)給予的五種化合物名稱在ChemDraw軟件中畫出其結(jié)構(gòu)并對(duì)軟件所預(yù)測(cè)的譜圖進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)歸屬。課后學(xué)生們均表示上機(jī)課直觀地看到不同化合物對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)譜圖不僅大大加深了他們對(duì)于化合物不同譜圖解析的認(rèn)識(shí)，更教會(huì)了他們利用相關(guān)譜圖軟件實(shí)現(xiàn)輔助解析的技能，起到了良好的效果。

4 引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)閱讀科學(xué)文獻(xiàn) 從文獻(xiàn)閱讀中體會(huì)本門課程的意義

科學(xué)研究離不開大量的文獻(xiàn)閱讀。為了讓學(xué)生們深入了解波譜分析在科學(xué)研究中的廣泛用途，我們還在課后給學(xué)生布置了文獻(xiàn)閱讀的作業(yè)：要求學(xué)生以5人小組為單位自選感興趣的領(lǐng)域(如納米材料、天然產(chǎn)物分離分析、大分子結(jié)構(gòu)推測(cè)等)閱讀不少于10篇該領(lǐng)域近5年發(fā)表的學(xué)術(shù)論文(其中英文論文不少于3篇)并對(duì)這些文獻(xiàn)的內(nèi)容作出總結(jié)寫出簡(jiǎn)要綜述和以組為單位的口頭匯報(bào)。經(jīng)過(guò)此番訓(xùn)練，學(xué)生們了解到了書本中舉例以外的各波譜的應(yīng)用和相關(guān)前沿科學(xué)進(jìn)展，這不僅極大地提高了他們對(duì)學(xué)好本門課程的興趣，更充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生們主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，使他們?cè)陂喿x文獻(xiàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其中尚不理解或理解不夠透徹的問(wèn)題，并帶著這些問(wèn)題在課堂上更加集中注意力地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

5 面向藥學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)大學(xué)生課外競(jìng)賽的波譜解析實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)課程

如今挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽等國(guó)家級(jí)大學(xué)生課外競(jìng)賽在國(guó)內(nèi)各高校中均得到充分重視也有越來(lái)越多的大學(xué)生積極參與其中。這些競(jìng)賽在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力的同時(shí)也為高校的創(chuàng)新素質(zhì)教育提出了更高的要求。而儀器分析則是藥學(xué)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中常涉及的實(shí)驗(yàn)操作。因此，為了同時(shí)兼顧藥學(xué)創(chuàng)新競(jìng)賽的需求及本科《波譜解析》的教學(xué)成果，在所在院系實(shí)際儀器條件的基礎(chǔ)上，筆者所在授課團(tuán)隊(duì)嘗試在本門課程課時(shí)以外安排開設(shè)面向藥學(xué)專業(yè)全體學(xué)生的波譜分析實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)課，并得到了學(xué)生們的積極相應(yīng)。我們根據(jù)自身?xiàng)l件開設(shè)的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)主要包括UV、IR分光光度計(jì)的使用、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)等課程。每次培訓(xùn)分為原理講解和上機(jī)操作兩個(gè)部分：第一個(gè)部分主要結(jié)合《波譜分析》理論課內(nèi)容，講解儀器的構(gòu)造及原理、實(shí)驗(yàn)基本操作步驟；第二個(gè)部分為實(shí)驗(yàn)演示操作，按照標(biāo)準(zhǔn)儀器操作流程對(duì)準(zhǔn)備好的待測(cè)分子(兼?zhèn)湟阎蛭粗獌深愋》肿铀幬?進(jìn)行儀器分析和數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)對(duì)已知小分子藥物的譜圖分析，進(jìn)行濃度測(cè)定(UV光譜)、特征峰歸屬(IR光譜)及離子峰鑒別和裂解規(guī)律推倒(MS)；對(duì)未知化合物通過(guò)結(jié)合IR與GC-MS兩種圖譜信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)推測(cè)，并將所推測(cè)的化合物結(jié)構(gòu)與儀器中已具備的NIST氣質(zhì)聯(lián)用圖譜庫(kù)進(jìn)行比對(duì)確認(rèn)。通過(guò)觀摩實(shí)驗(yàn)課對(duì)各類譜圖分析儀器的實(shí)操，學(xué)生們不僅能更系統(tǒng)化地理解所學(xué)儀器原理和解譜方法，加深了學(xué)生們對(duì)不同譜圖優(yōu)缺點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，更使他們對(duì)多種譜圖分析的實(shí)驗(yàn)操作有了更清晰的了解，夯實(shí)了他們對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握程度，同時(shí)也幫助了擬利用儀器分析進(jìn)行藥學(xué)相關(guān)創(chuàng)新課題開展的同學(xué)們能更簡(jiǎn)單地上手，從而更好地完成他們的課題設(shè)計(jì)。

藥學(xué)專業(yè)《波譜解析》課程的重點(diǎn)，在于教會(huì)學(xué)生掌握對(duì)多種譜圖的識(shí)別解析及綜合解析的能力。由于對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其對(duì)應(yīng)各類應(yīng)用的高度依存性，拋開各類譜學(xué)的具體應(yīng)用及其應(yīng)用目的談解譜不僅使得課程內(nèi)容枯燥晦澀，也很大程度地提高了解譜的難度。然而，對(duì)于藥學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，各類譜學(xué)分析儀器或?qū)⒊蔀樗麄兾磥?lái)科研或就業(yè)工作中所常用的工具。因此，課程的難度和以往脫離實(shí)際操作的課堂理論教學(xué)不僅抽象難以理解且常不具有藥學(xué)專業(yè)的導(dǎo)向性和實(shí)際應(yīng)用性。在經(jīng)過(guò)我們的以上探索和嘗試后，將課程考試的結(jié)果與以往進(jìn)行對(duì)比也不難看出，教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行如上探索后學(xué)生們的解譜能力得到了顯著的提高。與此同時(shí)，我們堅(jiān)信在我們的教學(xué)改革探索過(guò)程中，學(xué)生們更通過(guò)科研文獻(xiàn)的閱讀、分析軟件的應(yīng)用等方面的學(xué)習(xí)在一定程度上提高了科研素養(yǎng)，或?yàn)槲磥?lái)學(xué)生們的科研之路起到了較好的鋪墊作用。然而，在上述教學(xué)探索過(guò)程中我們也遇到了諸如本門課程安排的課時(shí)依舊較少、難以更全方面地向?qū)W生展示各類譜學(xué)在科學(xué)多領(lǐng)域的作用等問(wèn)題，我們也因此呼吁在未來(lái)能提高本門課程在藥學(xué)專業(yè)教學(xué)中課時(shí)安排的比重，使本門課程的教學(xué)效果得到更好的發(fā)揮。