提升研究生波譜解析能力的課程教學(xué)探討

冷 炎，蔣平平，張萍波，董玉明

(江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了現(xiàn)代儀器分析方法的飛速發(fā)展，波譜分析是現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)中不可或缺的重要分析手段和工具[1]。波譜解析課程內(nèi)容主要涉及紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、核磁共振光譜(NMR)和質(zhì)譜(MS)的基本理論與一般分析方法，該課程作為高校化學(xué)專(zhuān)業(yè)、制藥工程等專(zhuān)業(yè)研究生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)限選課，是學(xué)生從事本專(zhuān)業(yè)科研、生產(chǎn)工作必備的專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要組成部分。由于波譜解析內(nèi)容抽象難懂，難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，所以本課程對(duì)于授課教師提出了更高的要求，如何在有限時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生全面掌握該課程的主要內(nèi)容，提高學(xué)生實(shí)際的圖譜解析能力，是值得我們探究的新課題。本文結(jié)合筆者過(guò)去八年的波譜解析課程教學(xué)實(shí)踐，就如何搞好該課程的教學(xué)效果談一點(diǎn)粗淺的看法。

1 波譜解析課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

波譜解析課程涉及到無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理學(xué)等多學(xué)科，內(nèi)容比較抽象，繁雜，且規(guī)律性不強(qiáng)，不僅需要學(xué)習(xí)基本原理和知識(shí)，記憶波譜數(shù)據(jù)，還要有效地將這些只是應(yīng)用到圖譜的解析中，因此初學(xué)者往往感覺(jué)枯燥無(wú)味[2]；有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)科學(xué)研究日新月異，出現(xiàn)了眾多新的有機(jī)化合物，但現(xiàn)有的波譜解析教材中的圖譜案例較為陳舊，有必要對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新和補(bǔ)充；波譜解析課程實(shí)踐性非常強(qiáng)，除了理論的學(xué)習(xí)，最重要的知識(shí)的運(yùn)用，然而，多數(shù)高等院校目前都開(kāi)設(shè)了《波譜解析》的理論課，但相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)很少開(kāi)設(shè)；隨著科技的發(fā)展，檢測(cè)儀器的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，分辨率越來(lái)越高，原有的老的波譜解析課程內(nèi)容可能和先進(jìn)的儀器設(shè)備檢測(cè)結(jié)果不相匹配，因此，有必要使學(xué)生對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)和操作建立更直觀的認(rèn)識(shí)和理解；此外，波譜儀器檢測(cè)，往往需要運(yùn)用多種電腦軟件對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖譜繪制，因此軟件的熟練運(yùn)用對(duì)于圖譜解析將會(huì)起到積極的用作。

2 波譜解析教學(xué)改革建議

2.1 豐富教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣

波譜解析涉及很多學(xué)生從未接觸或目睹過(guò)的精密儀器和非文字形式的數(shù)據(jù)圖譜，如果單純采用傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)模式，不僅浪費(fèi)時(shí)間，教學(xué)效果也不夠理想。多媒體教學(xué)必不可少，在課堂上可以根據(jù)需要靈活播放所需的文字以及圖片信息，將枯燥的原理機(jī)理過(guò)程用彩圖和動(dòng)畫(huà)更加形象的展示出來(lái)，便于學(xué)生更好的吸收[3]。例如，一些紅外光譜應(yīng)用軟件可以形象地演示譜圖中吸收峰所對(duì)應(yīng)的化學(xué)鍵振動(dòng)類(lèi)型，生動(dòng)地演示吸收峰與分子結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。多媒體演示使抽象的教學(xué)內(nèi)容變得豐富和生動(dòng)，而且有限的課堂時(shí)間可以為學(xué)生展示更多的教學(xué)內(nèi)容。另外，雙語(yǔ)教學(xué)是最近流行一種全新的教學(xué)模式，針對(duì)學(xué)生英語(yǔ)能力差別可能較大，采用英文課件漢語(yǔ)授課的教學(xué)形式，鼓勵(lì)學(xué)生查閱相應(yīng)的英文教材，如原版《波譜解析》英文教材，可以提高學(xué)生的英語(yǔ)水平和英文文獻(xiàn)的閱讀能力[4]。

研究生入學(xué)后，每人通常會(huì)被分配相關(guān)的研究課題，并對(duì)課題有了初步的了解。在圖譜解析課堂教學(xué)上，需打破教師“一言堂”，鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，積極參與教學(xué)活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)，教師也應(yīng)該及時(shí)關(guān)注大部分學(xué)生的研究方向和興趣所在，制定針對(duì)性、計(jì)劃性的教學(xué)方案，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)[3]。設(shè)計(jì)若干共性問(wèn)題，制造課堂亮點(diǎn)，采用分組討論的形式使學(xué)生掌握分析和解析圖譜的方法和技巧，高效的互動(dòng)將課堂氣氛推向高潮，引起學(xué)生共鳴，提高學(xué)生在互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)的參與率。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

波譜解析的教學(xué)內(nèi)容必須結(jié)合時(shí)代發(fā)展的需要，注重基礎(chǔ)知識(shí)與現(xiàn)代科技發(fā)展相銜接，及時(shí)將波譜學(xué)的新知識(shí)、新技術(shù)以及新進(jìn)展主動(dòng)融入到教學(xué)之中。例如，將拉曼光譜、旋光光譜，以及一些檢測(cè)儀器的聯(lián)用技術(shù)和等知識(shí)介紹給學(xué)生，使學(xué)生及時(shí)了解最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)和科學(xué)前沿，拓寬知識(shí)面和信息量[5]。另外，在以往的圖譜分析教學(xué)內(nèi)容方面，二維核磁共振譜圖分析講解較少，而現(xiàn)在二維的核磁核磁共振分析檢測(cè)較為常見(jiàn)，因此，教學(xué)內(nèi)容要做到與時(shí)俱進(jìn)，引入新穎的、前沿教學(xué)內(nèi)容。另外，隨著科學(xué)研究的發(fā)展，各種新材料和新的化合物不斷被報(bào)道出來(lái)，將最新文獻(xiàn)報(bào)道中的一些表征手段和方法介紹給學(xué)生，并給他們分析文獻(xiàn)中具有代表性的圖譜，不僅可以激發(fā)他們對(duì)科研的熱情，還能對(duì)他們課題的順利進(jìn)行提供靈感。

2.3 案例式教學(xué)

案例教學(xué)，是一種開(kāi)放式、互動(dòng)式的新型教學(xué)方式，也是目前較受歡迎的一種教學(xué)模式。在未知物的結(jié)構(gòu)解析當(dāng)中，通常需利用四大光譜與化合物之間的關(guān)系和表征，相互輔佐、相互印證，合理推斷其組成結(jié)構(gòu)，因此，四大光譜知識(shí)的融會(huì)貫通和綜合圖譜解析能力尤為重要。從比較簡(jiǎn)單化合物的譜圖開(kāi)始，再到結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的化合物的譜圖，步步深深入進(jìn)行教學(xué)。四大圖譜教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，預(yù)留專(zhuān)門(mén)的課題時(shí)間，有針對(duì)性的強(qiáng)化綜合圖譜解析能力。案例教學(xué)過(guò)程中，首先要明確教學(xué)計(jì)劃，主要包括教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)目的，追求的教學(xué)效果等。以典型的文獻(xiàn)報(bào)道為教學(xué)案例，也可以對(duì)研究生科研過(guò)程中取得的一些未知化合物進(jìn)行表征分析，并將所得圖譜作為教學(xué)案例，在課堂上進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)[6-7]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的圖譜由于各種原因，如可能出現(xiàn)溶劑峰，雜質(zhì)峰，或則其他一些耦合作用，使得圖譜更加復(fù)雜和真實(shí)，這樣不僅可以拓寬研究生的知識(shí)面，而且能夠培養(yǎng)研究生的探索精神和科研能力，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2.4 熟悉儀器操作和軟件運(yùn)用

有機(jī)化合物波譜分析是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解、掌握、融會(huì)貫通及應(yīng)用必須與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合。根據(jù)學(xué)院實(shí)際條件開(kāi)設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，可以由專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)崗教師或者對(duì)儀器操作熟練的研究生對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)和講解注意事項(xiàng)，常見(jiàn)的紅外和紫外等儀器可以讓學(xué)生親自操作，而價(jià)格昂貴的儀器，如核磁共振和質(zhì)譜，可以由老師進(jìn)行演示，并講解檢測(cè)原理和樣品制備方面的相關(guān)要求，學(xué)生觀摩為主。為了體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的重視程度，可以將實(shí)驗(yàn)部分作為最后學(xué)生考核評(píng)價(jià)的一部分(占比20%～30%)。

對(duì)有機(jī)化合物檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理是圖譜解析的前提，也是研究生必須掌握的科研技能。目前，常用的數(shù)據(jù)處理軟件(如ChemOffice、ACD/NMR、NMR-Sim軟件、Orange等)功能相當(dāng)強(qiáng)大，可以預(yù)測(cè)化合物1HNMR、 13CNMR的化學(xué)位移，確定紅外基團(tuán)的位置，質(zhì)譜的碎片離子和分子離子峰，模擬化合物的標(biāo)準(zhǔn)圖譜等，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未知化合物的組成結(jié)構(gòu)[8-9]。在圖譜解析課堂教學(xué)中，給學(xué)生演示這些軟件的使用技巧不僅有助于復(fù)雜化合物的圖譜解析，使學(xué)生更容易掌握波譜解析的技術(shù)要領(lǐng)，這在一定程度上還彌補(bǔ)了大型儀器教學(xué)資源的不足。

2.5 建立具有較高理論水平和實(shí)踐能力的教師隊(duì)伍

波譜解析課程的特點(diǎn)要求授課教師不僅需要具有專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)，還需要具備良好的科研實(shí)踐能力。眾多高校近十年來(lái)，每年都引進(jìn)了大批青年教師，他們科研各有所長(zhǎng)，發(fā)表眾多高水平科研論文，承擔(dān)著各種國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目，能熟練操作各種儀器設(shè)備和軟件運(yùn)用，因此，在波譜解析的教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面，應(yīng)該鼓勵(lì)更多的專(zhuān)業(yè)教師參與到教學(xué)當(dāng)中。例如，波譜解析四部分內(nèi)容可以分別由不同的教師進(jìn)行授課，將他們各自最熟悉的領(lǐng)域和研究成果在課堂教學(xué)中介紹給學(xué)生，這樣既能豐富教學(xué)內(nèi)容，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)習(xí)興趣，拓寬他們的視野，提高教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié) 語(yǔ)

波譜解析是一門(mén)理論與實(shí)用性都較強(qiáng)的課程，需要一線教學(xué)工作者努力探索和完善更加合理的教學(xué)方法和模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用，提高實(shí)際譜圖解析的能力，為研究生后續(xù)科研工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。