高效液相色譜實驗教學(xué)設(shè)計與改革

李湘南，龔清格，劉 霞，徐海星

（武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院 湖北 武漢 430070）

色譜技術(shù)自從誕生以來，逐漸發(fā)展成了一種重要的現(xiàn)代分離分析技術(shù)，在藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、化學(xué)化工等領(lǐng)域有著極為廣泛的使用，其中高效液相色譜（HPLC）在藥學(xué)分析中最為常用，是制藥工程與藥學(xué)類學(xué)生需要掌握的最重要的儀器分析方法之一。然而，由于HPLC 是大型精密分析儀器，價格昂貴，操作復(fù)雜，儀器維護(hù)保養(yǎng)工作也較為繁瑣，很多高校配置不可能達(dá)到一人一臺，本科實驗課時經(jīng)常超過4 個人一組，甚至十多個學(xué)生一組，大多數(shù)學(xué)生根本沒有親自操作儀器的機(jī)會，實驗課往往是老師演示、學(xué)生參觀，這就導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)應(yīng)聘面試時或畢業(yè)后從事制藥相關(guān)專業(yè)工作時，面對這類大型儀器膽怯，沒有底氣，在相當(dāng)長的時間內(nèi)要對HPLC 儀器的流程、原理、應(yīng)用范圍進(jìn)行學(xué)習(xí)，更談不上熟練地操作儀器和進(jìn)行設(shè)備維護(hù)等，極大地降低了用人單位對高校學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的認(rèn)可?？梢?，傳統(tǒng)的HPLC 實驗教學(xué)模式已無法滿足學(xué)生就業(yè)和科研的需求，應(yīng)該在本科實驗課程中就讓學(xué)生掌握HPLC 實驗技能，這對制藥本科實驗教學(xué)提出了挑戰(zhàn)，即怎么樣才能高效（通常6 學(xué)時教學(xué)時長）地完成HPLC 實驗教學(xué)，讓每個學(xué)生都能掌握這類精密儀器的操作步驟和實驗方法。

本教學(xué)設(shè)計擬將科研項目引入到HPLC實驗教學(xué)內(nèi)容中，利用免費的超星學(xué)習(xí)通平臺，采用線上線下混合式教學(xué)模式，集中上課結(jié)合分散教學(xué)，建立全方位的HPLC實驗考核體系。旨在拓寬學(xué)生接觸并學(xué)會應(yīng)用HPLC 儀的機(jī)會，增加HPLC儀對本科生的開放度，強化學(xué)生動手能力，提高學(xué)生實踐能力，期望能夠提高HPLC 的教學(xué)質(zhì)量。

1 高效液相色譜儀的選擇

本系實驗中心配有兩種氣相色譜儀，一種是Agilent1220 型高效液相色譜儀，配置手動進(jìn)樣和可變波長紫外檢測器；一種是島津LC16 型高效液相色譜儀，配置自動進(jìn)樣器和紫外可見檢測器。島津LC16 型HPLC 自動進(jìn)樣，在優(yōu)化實驗方法階段可以極大地節(jié)約時間；Agilent1220手動進(jìn)樣配件基本都裸露在外面，有利于學(xué)生更加詳細(xì)地了解并掌握液相色譜儀的進(jìn)樣過程。

2 實驗內(nèi)容的選擇

對于HPLC 實驗課程教學(xué)，選擇的測定樣品需要滿足幾個條件：①樣品的安全性，必須是對學(xué)生無毒無害，不易揮發(fā)的物質(zhì)；②樣品前處理過程簡單，爭取縮短實驗耗時；③樣品出峰時間短、相應(yīng)峰形好、響應(yīng)靈敏度高，這樣學(xué)生的操作空間也大，實驗更易成功。④所選取的物質(zhì)與實際生產(chǎn)生活相關(guān)性較大，更有利于激發(fā)學(xué)生的興趣。結(jié)合本系科研項目，開展高效液相色譜設(shè)計性實驗，內(nèi)容包括4 個：①半抗原合成中產(chǎn)物含量測定；②蔓荊子中蔓荊子黃素含量測定；③槐米中蘆丁的含量測定；④白芨中蘋果酸酯含量測定。

針對四個實驗項目，給定的實驗講義中只提供基本的色譜條件，在上機(jī)實操過程中，由于各組使用的儀器或色譜柱不完全一致，可能產(chǎn)生保留時間太長，峰形對稱性差或者理論塔板數(shù)較低等問題，需要學(xué)生在實驗過程中根據(jù)色譜理論知識優(yōu)化色譜條件，以得到合理的檢測結(jié)果。

3 應(yīng)用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)法對HPLC 實驗教學(xué)進(jìn)行改革和探索

3.1 建立線上資源，引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)

利用超星學(xué)習(xí)通平臺積極開展網(wǎng)上資源建設(shè)，上傳課程電子資源，在課前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，并設(shè)置相應(yīng)的任務(wù)點，學(xué)生通過HPLC 儀器各單元部件小視頻、運行演示視頻及模擬操作軟件對實驗課所用HPLC 儀的操作步驟和要點提前做好預(yù)練，避免在實驗操作時出現(xiàn)大的失誤；教師可以通過在線方式對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)督，例如圖1 列出了超星平臺上制藥工程專業(yè)zy1801 班HPLC 實驗部分任務(wù)點學(xué)習(xí)實時情況導(dǎo)出截圖；圖2 列出了學(xué)生任務(wù)點學(xué)習(xí)的成績截圖，此成績將作為平時成績計入實驗課最終成績，這樣可以保證每位同學(xué)完成課前線上學(xué)習(xí)任務(wù)。這種學(xué)習(xí)模式可以增強學(xué)生的成就感，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行HPLC實操的興趣，從而極大提高實驗課的效率；課中發(fā)布在線隨堂測試則進(jìn)一步加強學(xué)生對HPLC 的理論知識、儀器結(jié)構(gòu)和操作步驟的熟悉，從而提高實驗課堂上HPLC 儀器的使用效率。同時建立QQ 實驗課群，學(xué)生可以隨時提出疑問，教師及時解答，幫助學(xué)生落實學(xué)習(xí)效果。

圖1 HPLC 實驗部分任務(wù)點設(shè)置及學(xué)生學(xué)習(xí)情況超星平臺導(dǎo)出圖

圖2 HPLC 任務(wù)點學(xué)習(xí)超星平臺成績導(dǎo)出截圖

3.2 訓(xùn)練HPLC 實驗技能和操作方法

在HPLC 實驗課堂教學(xué)中，重點訓(xùn)練樣品的稱量和前處理、流動相配備、過濾膜的選擇和過濾操作、色譜柱安裝與拆卸、色譜操作軟件的使用、色譜柱平衡及沖洗、色譜運行條件的優(yōu)化、色譜圖的處理與計算。學(xué)生經(jīng)過前期線上學(xué)習(xí)，在實驗過程中4 人一組，各組自行協(xié)商分工，在給定的四個實驗內(nèi)容自行選擇其一，按照實驗講義完成各實驗步驟，在實際操作過程中，利用前期積累的色譜理論知識，根據(jù)得到的色譜圖峰形、保留時間優(yōu)化色譜條件，從而達(dá)到理想的檢測結(jié)果。在實驗過程中，學(xué)生各組自行操作，教師全程陪同及時指導(dǎo)并糾正錯誤的地方。通過該模式，學(xué)生自主操作，自主探索、反復(fù)訓(xùn)練、提高了學(xué)生進(jìn)行實驗探究的興趣，加深了對HPLC 儀器操作技能的掌握。在這一過程中，學(xué)生將色譜理論知識充分運用到HPLC 實驗分析中，可以訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力，為其將來從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

4 改革實驗課的考核機(jī)制，建立全方位的考核體系

學(xué)生在線學(xué)習(xí)為分散教學(xué)模式，學(xué)生利用課余碎片時間自行完成，不同學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法和關(guān)注的學(xué)習(xí)內(nèi)容之間存在較大差異，因此，通過探索課程成績評定模式，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，達(dá)到線上線下相結(jié)合客觀公正地評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況的目標(biāo)。將HPLC 實驗課程成績分為課前線上線下預(yù)習(xí)、課中隨堂測試和期末成績?nèi)糠郑ㄒ姳?），成績分別占比25%、25%和50%，課前預(yù)習(xí)成績包括完成HPLC 實驗室安全知識學(xué)習(xí)和線上測試、觀看課程視頻、拓展閱讀、實操模擬這些設(shè)置任務(wù)點，課中單元測試以線上限時作答模式進(jìn)行，考察HPLC 理論知識、HPLC 儀各單元部件結(jié)構(gòu)、流程以及操作要點；期末成績?yōu)閷嶒瀳蟾妫瑢嶒烆A(yù)習(xí)記錄、實驗過程記錄和結(jié)果分析與討論三部分，各自占比20%、30%和50%。

表1 實驗課成績計分方法

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的高效液相色譜實驗教學(xué)模式為統(tǒng)一的實驗項目，固定的色譜實驗條件，學(xué)生在實驗過程中完全按照實驗講義操作，得到統(tǒng)一的色譜圖。實驗結(jié)束后，對于色譜運行條件給實驗結(jié)果造成的影響，學(xué)生仍然一知半解，在面對新樣品時將無法開展色譜分析。針對這些問題，對傳統(tǒng)高效液相色譜實驗教學(xué)進(jìn)行改革，利用超星學(xué)習(xí)通平臺建立線上資源，解決學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)興趣不足的問題；采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)法，提高了實驗效率，解決大型儀器設(shè)備臺套數(shù)和學(xué)時少對實驗教學(xué)的限制；將科研項目引入實驗教學(xué)中，解決了實驗內(nèi)容陳舊、單一、綜合性和設(shè)計性不夠的問題。

通過本次HPLC實驗教學(xué)改革，強化了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，拓寬了學(xué)生實踐操作高效液相色譜大型儀器的機(jī)會，增加了高效液相色譜儀對本科生的開放度，全面提高了制藥本科實驗教學(xué)質(zhì)量。