藥學(xué)專業(yè)《波譜解析》課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐*

張 濤，房立真，呂潔麗，閆建偉，孫堂強(qiáng)，段迎超，王亞坤，李 旸，白素平

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

《波譜解析》是藥學(xué)專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要教學(xué)內(nèi)容包括紫外光譜、紅外光譜、核磁共振和質(zhì)譜四個(gè)結(jié)構(gòu)單元[1]。掌握波譜解析的相關(guān)內(nèi)容和方法是確定小分子藥物或有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)并開(kāi)展構(gòu)效關(guān)系研究的關(guān)鍵，對(duì)學(xué)生后續(xù)開(kāi)展科研工作和新藥研發(fā)具有重要意義。如何調(diào)動(dòng)其自主學(xué)習(xí)性，讓學(xué)生掌握好這門(mén)課程，并提高實(shí)際解決問(wèn)題的能力，是值得思考和研討的問(wèn)題[2]。

1 課程教學(xué)中現(xiàn)存問(wèn)題

《波譜解析》課程與有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)等學(xué)科密切相關(guān)，因其理論抽象枯燥、信息量大，因此教師的備課難度較大，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣較低[3]。筆者在前期的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性低，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)通常選擇死記硬背，而忽略了對(duì)原理的理解，造成對(duì)課程內(nèi)容一知半解，學(xué)習(xí)效果大打折扣。此外，在早期的教學(xué)中，教師主要采用填鴨式的課堂PPT講解，缺少網(wǎng)絡(luò)課程資源、有效輔導(dǎo)以及課后習(xí)題等輔助教學(xué)手段，學(xué)生無(wú)法有效地預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)[4]；四大光譜儀中對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)解析起著至關(guān)重要的作用的核磁共振儀和質(zhì)譜儀價(jià)格昂貴，操作相對(duì)復(fù)雜，多為專人負(fù)責(zé)，基本無(wú)法讓本科生上手操作，學(xué)生不能將理論與實(shí)踐有效融合，課程學(xué)習(xí)效果差[5]。上述現(xiàn)狀和問(wèn)題嚴(yán)重制約著波譜解析的教學(xué)質(zhì)量和藥學(xué)類本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，因此對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，對(duì)藥學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的能力的培養(yǎng)具有重要的意義。

2 課程改革措施

針對(duì)以上教學(xué)問(wèn)題，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)近兩年對(duì)《波譜解析》課程進(jìn)行了教學(xué)改革，在我校2018級(jí)和2019級(jí)藥學(xué)和藥物制劑專業(yè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)表明教改取得了良好的效果，現(xiàn)對(duì)已開(kāi)展的實(shí)施方案闡述如下：

2.1 開(kāi)課時(shí)間的設(shè)置

《波譜解析》課程學(xué)習(xí)需要扎實(shí)的有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)知識(shí)。早期我校藥學(xué)專業(yè)《有機(jī)化學(xué)》、《物理化學(xué)》和《分析化學(xué)》等基礎(chǔ)化學(xué)課程的開(kāi)課時(shí)間安排在第二、第三學(xué)期，《波譜解析》課程則安排在第五學(xué)期。部分學(xué)生前期有機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)未能打牢，再加上1-2學(xué)期的時(shí)間間隔，基礎(chǔ)知識(shí)已生疏。因此波譜解析課上，老師為了讓學(xué)生更好理解知識(shí)點(diǎn)，課堂需要穿插講解大量的有機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，這樣不但增加了老師的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，而且還在一定程度上降低了學(xué)習(xí)進(jìn)度。針對(duì)以上問(wèn)題，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次討論，結(jié)合國(guó)內(nèi)高校的開(kāi)課情況，對(duì)藥學(xué)及相關(guān)本科專業(yè)的教學(xué)大綱進(jìn)行了修訂，將《波譜解析》課程調(diào)整到第四學(xué)期，并于2020年春季開(kāi)始實(shí)施新的方案。通過(guò)對(duì)2018級(jí)和2019級(jí)兩個(gè)年級(jí)的學(xué)習(xí)效果的跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)開(kāi)課時(shí)間調(diào)整后，學(xué)生學(xué)習(xí)效果顯著提高，前期所學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)得以鞏固，還為《藥物化學(xué)》和《天然藥物化學(xué)》等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.2 啟發(fā)式教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合

傳統(tǒng)的《波譜解析》課程教學(xué)方法主要采用“老師講，學(xué)生記”的單一模式。該教學(xué)方式以教師為主體。然而該課程知識(shí)點(diǎn)抽象、理論性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，被動(dòng)接受大量理論知識(shí)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想。因此近年本教學(xué)團(tuán)隊(duì)改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，在教學(xué)中引入啟發(fā)式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)于基本概念和重要結(jié)論的理解和應(yīng)用。例如，在紫外光譜的教學(xué)中，先播放10～15分鐘的關(guān)于紫外光譜的視頻錄像，吸引學(xué)生注意力，加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的了解，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣；在講解吸收光譜機(jī)理時(shí)，結(jié)合有機(jī)化學(xué)中取代基對(duì)反應(yīng)性的影響因素對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式引導(dǎo)，從而使學(xué)生理解電子因素對(duì)紫外光譜中電子的能級(jí)躍遷、紅外光譜中分子鍵的能級(jí)躍遷和核磁共振波譜中化學(xué)位移的影響，加深學(xué)生對(duì)理論的理解；在講解質(zhì)譜儀工作的原理時(shí)從物理學(xué)中的帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象引入，這樣就把抽象的理論轉(zhuǎn)換成學(xué)生理解的形象生動(dòng)的知識(shí)，增加了學(xué)習(xí)的趣味性。

注重結(jié)合學(xué)科發(fā)展前沿，豐富和更新教學(xué)內(nèi)容，定期以學(xué)術(shù)報(bào)告的形式進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生緊緊圍繞自己第二課堂的科研項(xiàng)目和波譜理論進(jìn)行學(xué)術(shù)討論，在確保課程基本教學(xué)內(nèi)容的前提下，使學(xué)生對(duì)波譜分析理論和應(yīng)用方面的重要性的認(rèn)識(shí)更加深刻，也鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。在學(xué)生講解討論過(guò)程中，老師及時(shí)肯定學(xué)生正確的分析，同時(shí)對(duì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)討論，并及時(shí)進(jìn)行知識(shí)補(bǔ)充和思政引導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)模式

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)手段已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化的教學(xué)要求。因此教學(xué)過(guò)程中，充分引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段可以極大的提升教學(xué)效率[6]。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2019年在超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成了《波譜解析》網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)，共錄制了47個(gè)共853分鐘幾乎涵蓋所有知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻，并上傳了多媒體電子教案和參考書(shū)，以便學(xué)生進(jìn)行提前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)；同時(shí)建立了相應(yīng)的試題庫(kù)和問(wèn)題討論區(qū)，實(shí)現(xiàn)了師生間的時(shí)時(shí)交流與討論。本次網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)中，將量子化的能級(jí)躍遷，分子震動(dòng)，核磁共振原理及分子裂解規(guī)律等比較抽象的知識(shí)，充分利用動(dòng)畫(huà)、視頻和實(shí)物模型等現(xiàn)代信息技術(shù)手段，制作了大量的視頻材料，以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)；在第二章紅外原理的學(xué)習(xí)中，將涉及分子震動(dòng)的內(nèi)容(如：分子鍵的伸縮振動(dòng)、彎曲震動(dòng)等)事先制作成動(dòng)畫(huà)形式，在授課過(guò)程中進(jìn)行演示，給學(xué)生形象生動(dòng)的展示了紅外吸收光譜產(chǎn)生原理；第三章核磁共振講解中，將拉莫爾進(jìn)動(dòng)、原子核能級(jí)躍遷等通過(guò)形象的動(dòng)畫(huà)進(jìn)行展示，讓學(xué)生們對(duì)核磁共振的基本原理了解更加深入，以便為后緒重點(diǎn)內(nèi)容如化學(xué)位移、峰的裂分以及耦合現(xiàn)象等學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)2年的實(shí)踐，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與多媒體教學(xué)相融合的教學(xué)模型，提高了整體教學(xué)效果。

在教學(xué)過(guò)程中，筆者教學(xué)團(tuán)隊(duì)除堅(jiān)持網(wǎng)絡(luò)課程和多媒體教學(xué)手段相結(jié)合的同時(shí)，堅(jiān)持發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)。如有機(jī)化合物紫外最大吸收波長(zhǎng)λmax的計(jì)算、自旋角動(dòng)量的推導(dǎo)和耦合常數(shù)的計(jì)算過(guò)程就不宜單純使用電子教案來(lái)教學(xué)。此時(shí)采用板書(shū)對(duì)所涉及的數(shù)學(xué)過(guò)程進(jìn)行推導(dǎo)和講解，就會(huì)讓學(xué)生有充分的思考時(shí)間，使概念更加清晰易懂。此外，波譜分析課程牽涉到大量的有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，講解的過(guò)程需要根據(jù)學(xué)生的具體掌握程度靈活加入相關(guān)內(nèi)容，這是PPT制作前無(wú)法預(yù)判的。因此，傳統(tǒng)的板書(shū)講解與多媒體結(jié)合的教學(xué)模式不但能很好的解決相關(guān)問(wèn)題，還能使講授方式更加靈活，教學(xué)效果顯著提升。

2.4 學(xué)業(yè)導(dǎo)師制度與實(shí)驗(yàn)課結(jié)合的學(xué)習(xí)方法

《波譜解析》的理論知識(shí)與藥學(xué)的科研密切相關(guān)，從科研項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)結(jié)果著手更易于學(xué)生理解和深化理論課中的內(nèi)容[7]。我校藥學(xué)專業(yè)執(zhí)行的是本科生學(xué)業(yè)導(dǎo)師制度，學(xué)生從大二開(kāi)始就根據(jù)專業(yè)愛(ài)好選擇了學(xué)業(yè)指導(dǎo)教師，并開(kāi)展了具體的實(shí)驗(yàn)課題。因此，學(xué)生可利用導(dǎo)師的科研平臺(tái)開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)模式，在完成科研課題的過(guò)程中利用實(shí)驗(yàn)中化合物的表征解析過(guò)程強(qiáng)化對(duì)波譜分析理論和應(yīng)用方面的認(rèn)知。這種培養(yǎng)模式，可使學(xué)生對(duì)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣，同時(shí)又促進(jìn)了其理論課的學(xué)習(xí)興趣，由形成良性循環(huán)，提高了教學(xué)效果。

目前我院科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)配備了紫外光譜儀、尼高力IS50紅外光譜儀、Bruke 400 MHz核磁共振儀和Bruke Q-TOF Ⅲ高分辨質(zhì)譜儀等先進(jìn)的儀器設(shè)備，雖然儀器價(jià)格昂貴，但在每章學(xué)完后會(huì)開(kāi)展相應(yīng)的3學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)專職教師的演示與講解，結(jié)合具體化合物的測(cè)試解析，讓學(xué)生了解波譜儀器的基本原理、使用方法及在基礎(chǔ)科研中的應(yīng)用，有助于拉近課堂與實(shí)際的距離，增大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)討論讓學(xué)生充分了解高效液相-質(zhì)譜聯(lián)用儀、氣相色譜儀-質(zhì)譜聯(lián)用儀、紫外光譜儀、紅外光譜儀和核磁共振儀等大型分析儀器在藥物研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的重要作用，從理論教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行多方位立體教學(xué)，全面提高學(xué)生的綜合能力。

2.5 加強(qiáng)教師培訓(xùn)交流與互動(dòng)

對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，教學(xué)理念和教學(xué)方式的優(yōu)化是提升教學(xué)效果的有效手段。近年來(lái)，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極與國(guó)內(nèi)知名高校和研究院所的教學(xué)部門(mén)進(jìn)行多次交流與互動(dòng)，積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理念和方法，并建立了資源的共享平臺(tái)；此外，積極選派教師參加國(guó)內(nèi)的教學(xué)研討會(huì)，虛心學(xué)習(xí)從而提升教學(xué)水平。同時(shí)注重加強(qiáng)資料獲取和最近文獻(xiàn)閱讀，跟蹤科技前沿，并將最新的科技成果應(yīng)用到教學(xué)中去，不斷補(bǔ)充和更新教學(xué)內(nèi)容，保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和科學(xué)性。這樣既提高了老師的教學(xué)能力，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)還能開(kāi)闊學(xué)生的視野、增強(qiáng)專業(yè)認(rèn)知。

2.6 成績(jī)?cè)u(píng)定的改革

相比于之前的成績(jī)?cè)u(píng)定方案，我們把翻轉(zhuǎn)課堂和實(shí)踐課內(nèi)容納入考核范圍?；痉椒ㄊ牵浩谀┛荚嚦煽?jī)占60%，平時(shí)成績(jī)(包括課堂出勤率、平時(shí)作業(yè)和翻轉(zhuǎn)課堂)占20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)(含完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告)占20%。從之前一考定定成績(jī)的方案修改為上述期末考試、平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)?nèi)?xiàng)考核，學(xué)生改變了背誦的學(xué)習(xí)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫?、記憶和?yīng)用并行的學(xué)習(xí)方法，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、參與研究的積極性。

3 教學(xué)效果

本課程幾年來(lái)一直在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段進(jìn)行優(yōu)化和改革，逐步形成了理論與實(shí)踐融合、線上與線下互補(bǔ)這一有效的教學(xué)模式。2020年新冠疫情期間我們對(duì)2018級(jí)學(xué)生采用直播授課輔助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和輔導(dǎo)的方式、2021年對(duì)2019級(jí)學(xué)生采用的是課堂教學(xué)輔助網(wǎng)絡(luò)課程和輔導(dǎo)的方式進(jìn)行教學(xué)，理論課學(xué)生出勤率到達(dá)99%，超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上我們的《波譜解析》網(wǎng)絡(luò)課程截止到2021年9月點(diǎn)擊學(xué)習(xí)率達(dá)到59813次。這些結(jié)果表明學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，學(xué)習(xí)方法由盲目變?yōu)橛嗅槍?duì)性，在學(xué)習(xí)波譜知識(shí)的同時(shí)還鍛煉了思考、創(chuàng)新、協(xié)作等能力，也提高了學(xué)習(xí)興趣。此外，通過(guò)在2018級(jí)和2019級(jí)隨機(jī)抽取各100名學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果表明79.5%的學(xué)生非常喜歡波譜解析課程、67%的學(xué)生認(rèn)為第四學(xué)期開(kāi)設(shè)本課程最為合適、84.5%的學(xué)生認(rèn)為錄制的網(wǎng)絡(luò)課程對(duì)本課程的學(xué)習(xí)有很大幫助、92.7%的學(xué)生認(rèn)為上課過(guò)程中老師進(jìn)行知識(shí)補(bǔ)充很有必要。我們采用從同一題庫(kù)隨機(jī)生成的試卷給學(xué)生進(jìn)行期末考試，最終成績(jī)表明不及格率較2020年以前5%左右降低到了1%，并且80分以上的學(xué)生平均增加了15%，表明兩屆學(xué)生都取得了理想的教學(xué)效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)藥學(xué)專業(yè)《波譜解析》課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)手段、輔助資料、實(shí)踐教學(xué)和成績(jī)?cè)u(píng)定方面進(jìn)行了改革，使教學(xué)形式更多彩、教學(xué)過(guò)程更生動(dòng)，也在很大程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。經(jīng)過(guò)兩年的教學(xué)實(shí)踐，隨機(jī)抽取二百學(xué)生進(jìn)行的問(wèn)卷調(diào)查和期末考試成績(jī)都表明改革后的教學(xué)方法適用于藥學(xué)專業(yè)本科生的教學(xué)，可以為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定必要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。