工程認(rèn)證背景下基于藥物分析實(shí)踐的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

田娟 桑大永 張冕 詹紅菊 施紅

摘 要：儀器分析實(shí)驗(yàn)是一門具有較強(qiáng)實(shí)踐性的專業(yè)課程，對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度具有重要意義。我校制藥工程專業(yè)開設(shè)該課程時(shí)曾存在專業(yè)針對性不夠強(qiáng)、設(shè)備短缺、教學(xué)方法單一以及評價(jià)體系落后等問題，亟待解決。本文針對這些問題，從藥物分析實(shí)踐出發(fā)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)以學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)方法和增加創(chuàng)新的評價(jià)方式。改革后工程教育認(rèn)證的兩個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成情況都有所提高。本次改革探索取得了較好的教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和創(chuàng)新思維能力，并為推進(jìn)制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革提供了新思路。

關(guān)鍵詞：儀器分析實(shí)驗(yàn); 教學(xué)改革; 藥物分析實(shí)踐

中圖分類號： G642. 423? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）4-156-002

儀器分析是化學(xué)、生物、材料、環(huán)境、藥學(xué)、食品等專業(yè)開設(shè)的一門實(shí)踐操作與理論緊密結(jié)合的基礎(chǔ)課程[1-2]。制藥工程專業(yè)開設(shè)的分析化學(xué)、儀器分析和藥物分析三門課程互為基礎(chǔ)、相互交叉，從發(fā)展前景來看儀器分析是藥物分析發(fā)展的趨勢[3]。儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度具有重要意義。2020年10月我校制藥工程專業(yè)的工程教育認(rèn)證申請通過受理，但目前我們開設(shè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程無法滿足工程教育認(rèn)證培養(yǎng)具有實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才的要求。為了提高課程教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)出滿足社會需求的制藥工程專業(yè)應(yīng)用型人才，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革勢在必行。本文針對儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和評價(jià)方式的改革，為推進(jìn)制藥工程專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)課程改革提供了新的思路。

1.儀器分析實(shí)驗(yàn)課程存在的問題

1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容“輕實(shí)驗(yàn)、重理論”，專業(yè)針對性不強(qiáng)

原實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容覆蓋光學(xué)和色譜分析兩個(gè)大類，未涉及電分析類實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)上是每種儀器涉及一個(gè)實(shí)驗(yàn)，充分體現(xiàn)了“理論+實(shí)驗(yàn)”的模式。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是理論教學(xué)的鞏固和加深，而忽略了對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和儀器綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)非常經(jīng)典，內(nèi)容相對陳舊，適合化工、生物、材料等各個(gè)專業(yè)，但沒有制藥工程專業(yè)的針對性，與藥物分析結(jié)合不緊密，對學(xué)生的專業(yè)技能培養(yǎng)不夠，也沒法激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和學(xué)習(xí)激情。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器缺乏，學(xué)生缺少實(shí)踐機(jī)會

儀器分析實(shí)驗(yàn)涉及的多為大型儀器，儀器的價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用都比較高，目前學(xué)校能對教學(xué)開放的大型儀器數(shù)量有限。由于學(xué)生人數(shù)較多，盡管我們已經(jīng)采取分組的形式來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生的動手操作儀器的機(jī)會依然很少。

1.3教學(xué)方法單一，學(xué)生積極性不高

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以教師課前講解理論知識和演示實(shí)驗(yàn)操作為主，學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)步驟后按部就班地完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程和原理沒有獨(dú)立的思考和相互探討，難以高效地激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。

1.4評價(jià)體系落后，缺乏過程評價(jià)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是以往儀器分析實(shí)驗(yàn)評價(jià)的主體，占總評成績的50%，預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作分別占20%和30%。由于操作機(jī)會不均等實(shí)驗(yàn)操作只能靠老師打“印象分”，使得整個(gè)評價(jià)體系無法實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證的過程評價(jià)要求。

2.基于藥物分析實(shí)踐的改革探索

2.1結(jié)合藥典中藥物的分析方法調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)的基礎(chǔ)，也是改革的核心[4]。原儀器分析的實(shí)驗(yàn)和理論并在一門課程下，理論和實(shí)驗(yàn)各占16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)部分只開設(shè)了紅外（IR）、紫外（UV）、高效液相色譜（HPLC）和氣相色譜（GC）四個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。為了讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更貼合藥學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，我們首先將儀器分析的實(shí)驗(yàn)課程與理論課程分離，實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)設(shè)置為32學(xué)時(shí)，比以往的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)增加了一倍，并將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分為藥物的定性分析和定量分析兩個(gè)板塊，與藥物分析緊密結(jié)合，但保證與藥物分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒有重合。

定性分析主要是針對藥物的結(jié)構(gòu)鑒定，以紅外、紫外和核磁共振為基礎(chǔ)的有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：如阿司匹林原料藥的紅外光譜的測繪及結(jié)構(gòu)分析;阿司匹林原料藥的核磁氫譜的測試及結(jié)構(gòu)分析。讓學(xué)生從結(jié)構(gòu)簡單的原料藥入手熟悉化學(xué)藥物的波譜測繪及譜圖解析過程。定量分析則針對藥物的含量和雜質(zhì)的分析?！吨袊幍洹分兴幬锏暮糠治龆嗖捎肏PLC、UV等現(xiàn)代儀器分析方法，藥物雜質(zhì)分析雖然以傳統(tǒng)化學(xué)分析方法為主，但也有些雜質(zhì)分析采用儀器分析的方法[3]。我們結(jié)合藥典中的藥物含量及雜質(zhì)分析兩個(gè)方面來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如以熒光、HPLC和GC為基礎(chǔ)的藥物含量分析項(xiàng)目：熒光分析法測維生素B2片劑的核黃素含量，高效液相色譜儀的使用及液相色譜法測定阿司匹林;如以電位分析法、原子吸收為基礎(chǔ)的藥物雜質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：卡爾費(fèi)休法測鹽酸苯佐卡因原料藥中的微量水分等。

其中“卡爾費(fèi)休法測鹽酸苯佐卡因原料藥中的微量水分”是我們新增的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，是根據(jù)《中國藥典》通則中水分測定的第一法費(fèi)休氏法[5]中的永停滴定法編寫。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選用瑞士萬通701KF水分測定儀，儀器操作簡單、準(zhǔn)確度高，是目前醫(yī)藥行業(yè)及科研院校測試水分含量的常用儀器。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目針對藥物中常見雜質(zhì)水含量的測定來設(shè)計(jì)，測定原理涉及到儀器分析電化學(xué)分析的電位分析法。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)既鞏固了電位分析的理論知識，又加深了對藥物雜質(zhì)分析的認(rèn)識，同時(shí)實(shí)驗(yàn)操作也能直接面向藥廠原料藥質(zhì)量檢測實(shí)踐需求。

2.2以學(xué)生為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式“翻轉(zhuǎn)”

由于實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備昂貴，課時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的限制，原來教師在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中提前給學(xué)生做了大量的試劑配制、儀器預(yù)熱和實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置等工作，上課時(shí)學(xué)生只能通過教師講解和演示來學(xué)習(xí)，使得學(xué)生操作機(jī)會較少，獨(dú)立思考少，學(xué)習(xí)缺乏熱情。疫情期間我們普遍開始使用“學(xué)習(xí)通”給學(xué)生進(jìn)行線上教學(xué)，改革后我們課前借助“學(xué)習(xí)通”發(fā)布實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目標(biāo)、原理和儀器操作視頻。目前“學(xué)習(xí)通”上創(chuàng)建的制藥工程專業(yè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生能看到紫外-可見分光光度儀、紅外光譜儀、原子吸收光譜儀、熒光光譜儀、核磁共振儀、氣相色譜儀、高效液相色譜儀以及自動電位滴定儀的儀器原理簡介、操作簡介視頻以及章節(jié)作業(yè)發(fā)布。學(xué)生通過視頻任務(wù)點(diǎn)的完成能了解儀器基本結(jié)構(gòu)、操作方法及實(shí)驗(yàn)原理等內(nèi)容，也便于學(xué)生日后的鞏固復(fù)習(xí)。對于具體實(shí)驗(yàn)步驟，則需要學(xué)生在課前通過查閱文獻(xiàn)自己完成實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)。例如“卡爾費(fèi)休法測鹽酸苯佐卡因原料藥中的微量水分”實(shí)驗(yàn)，課前不給學(xué)生具體的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生通過水分測定儀的視頻觀看鞏固電位分析法的理論知識，再通過對藥典通則中水分測定法的查閱來設(shè)計(jì)用費(fèi)休氏法測定苯佐卡因原料藥中水分含量的操作步驟。學(xué)生以小組為單位討論實(shí)驗(yàn)方案，再與老師討論后開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)程以及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣教學(xué)模式變以往“教師主導(dǎo)”為“學(xué)生主導(dǎo)”，極大地調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力以及激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3評價(jià)體系凸顯過程評價(jià)

以往實(shí)驗(yàn)評價(jià)多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，也加入部分實(shí)驗(yàn)操作作為評價(jià)內(nèi)容。但是由于儀器分析的設(shè)備昂貴、臺套數(shù)有限，部分學(xué)生沒有機(jī)會參與儀器操作，使得實(shí)驗(yàn)課程的過程評價(jià)變得很困難。改革后儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的評價(jià)由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告四個(gè)部分組成。學(xué)生在“學(xué)習(xí)通”上完成視頻任務(wù)點(diǎn)和作業(yè)的情況作為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分評價(jià)依據(jù);3-4人小組各自設(shè)計(jì)再與老師討論后給出實(shí)驗(yàn)方案作為實(shí)驗(yàn)方案制訂部分的評價(jià)依據(jù);實(shí)驗(yàn)操作部分也不是單純地靠老師給出“印象分”，而是老師評價(jià)和小組內(nèi)互評各占50%（“學(xué)習(xí)通”上分組操作即可）;數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分的評價(jià)依據(jù)。這樣的評價(jià)體系更能體現(xiàn)工程教育認(rèn)證對過程評價(jià)的要求。

3.改革效果

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程是制藥工程專業(yè)第5學(xué)期開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，從2018級的制藥工程專業(yè)開始執(zhí)行該改革方案。2017級制藥工程專業(yè)2個(gè)班級共54人，期末總評成績平均分為78.5分。2018級制藥工程專業(yè)2個(gè)班共計(jì)51人，期末總評成績平均分為79.1分。從期末總評成績看沒有太大的變化，但從工程教育認(rèn)證的達(dá)成情況分析來看，2018級相較2017級兩個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成情況都有所提高。其中，課程目標(biāo)1熟悉針對不同藥物性質(zhì)的儀器分析原理和方法，達(dá)成度從0.697提高至0.750;而課程目標(biāo)2能選擇和使用現(xiàn)代檢測手段進(jìn)行藥物的分析測試和生產(chǎn)過程監(jiān)控，達(dá)成度從0.706提高至0.775。執(zhí)行改革方案后學(xué)生對儀器分析實(shí)驗(yàn)的興趣有所提高，對現(xiàn)代儀器的操作更加熟練，對利用現(xiàn)代儀器進(jìn)行的藥物分析認(rèn)識也更加深刻。

4.結(jié)論

為了契合工程教育認(rèn)證的要求，針對儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題，從藥物分析實(shí)踐出發(fā)對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和評價(jià)方式三方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果，為推進(jìn)制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革、培養(yǎng)了實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才提供了新的思路。工程教育認(rèn)證申報(bào)是一個(gè)根據(jù)畢業(yè)要求和教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況不斷調(diào)整教學(xué)方法和手段的過程，所以對儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革也將任重道遠(yuǎn)。

基金項(xiàng)目：荊楚理工學(xué)院校級教改項(xiàng)目（基金編號：JX2019-042）

參考文獻(xiàn)：

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