核磁共振波譜在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科教學(xué)中的應(yīng)用探討

顧承真

(福建農(nóng)林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350001)

福建農(nóng)林大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)2012年起招生，主要培養(yǎng)具有應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本實驗技能，獲得天然產(chǎn)物化學(xué)、現(xiàn)代分析儀器和技術(shù)、合成化學(xué)等領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面的科學(xué)思維和實驗技能訓(xùn)練，并具有良好的科學(xué)素養(yǎng)及一定的教學(xué)、科研能力，能在科研機構(gòu)、高等學(xué)校從事教學(xué)工作、科學(xué)研究及管理工作的復(fù)合型人才。該專業(yè)核心課程包括現(xiàn)代儀器分析、天然產(chǎn)物化學(xué)、合成化學(xué)和有機波譜分析等。

有機波譜分析主要講授四大譜，即核磁共振波譜、質(zhì)譜、紅外光譜和紫外光譜。核磁共振波譜是這門課中最重要也是最難的部分。核磁共振波譜主要用于有機化合物的定性和定量分析[1]，在有機化合物的結(jié)構(gòu)鑒定中有著不可替代的作用，在化學(xué)、物理、生命科學(xué)、醫(yī)藥和藥物學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[2-3]。特別是，近期核磁共振波譜在代謝組學(xué)研究中的應(yīng)用，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域[4]。所以，學(xué)好核磁共振波譜對學(xué)生今后就業(yè)和后續(xù)繼續(xù)深造都有極大幫助。在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)教學(xué)中，核磁共振波譜主要講授核磁共振波譜基本原理、核磁共振氫譜、核磁共振碳譜和二維核磁共振波譜四個部分的內(nèi)容。其中，內(nèi)容較多，也比較難的部分是核磁共振氫譜。筆者從2017年開始講授核磁共振波譜，學(xué)生普遍反映該課程難理解、不好掌握，學(xué)到的理論知識不會運用到實際的譜圖解析中。本文對近幾年教學(xué)經(jīng)驗進行了總結(jié)和探討，并根據(jù)學(xué)生反饋的意見對教學(xué)方法進行了改革。

1 強調(diào)課程的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域

對本科生來說，核磁共振波譜的學(xué)習(xí)確實存在一定的難度，所以在第一次上課時就要提高他們的學(xué)習(xí)興趣，讓他們充分重視本門課程。在第一次上課時，我會首先告訴他們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)核磁共振波譜。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方向主要包括儀器分析和天然產(chǎn)物，這兩個方向在日后都會用到核磁共振波譜知識。比如，以后從事天然產(chǎn)物方向研究的同學(xué)需要用核磁共振波譜對化合物的結(jié)構(gòu)進行鑒定，否則沒有辦法進一步對有機化合物進行活性評價；有機化學(xué)科目考研需要考核磁共振波譜知識等。學(xué)生聽完后才能意識到這門課確實很重要，讓他們知道這門課與他們的前途息息相關(guān)，才能引起他們的重視。

其次，要讓學(xué)生對這門課感興趣。在講該課程應(yīng)用領(lǐng)域時，在藥物化學(xué)領(lǐng)域，引用了屠呦呦發(fā)現(xiàn)青蒿素并如何用核磁共振波譜鑒定其結(jié)構(gòu)的真實案例，這個案例可以提升他們的民族自豪感；在有機合成領(lǐng)域，引用了?？舅睾铣傻陌咐?，強調(diào)有機合成的每一步都需要用核磁共振波譜對中間體的結(jié)構(gòu)進行確認；最后跟學(xué)生分享自己在制藥企業(yè)中如何使用核磁共振波譜技術(shù)解決企業(yè)中的問題，讓學(xué)生知道不但世界上頂尖的科學(xué)家都會用到核磁共振波譜技術(shù)，在藥企中還有直接的應(yīng)用，可以極大地提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

2 采用導(dǎo)入式和啟發(fā)式教學(xué)

在教學(xué)過程中，根據(jù)本章節(jié)的內(nèi)容，找合適的切入點，采用導(dǎo)入式的教學(xué)方法，讓學(xué)生帶著問題去聽課，效果會更好。在講解“自旋耦合與自旋裂分”這一節(jié)內(nèi)容時，首先播放乙烷和碘乙烷的核磁共振氫譜圖。乙烷的核磁共振氫譜圖只有一組單峰，碘乙烷的氫譜圖有兩組峰，并且甲基裂分為三重峰，亞甲基裂分為四重峰(圖1和圖2)。分析兩張圖圖譜的差異，引出問題：為什么乙烷上的一個氫被碘取代形成碘乙烷后，它們的核磁共振氫譜圖會有這么大的變化？然后引出本章節(jié)要講解的知識點：自旋耦合與自旋裂分，讓學(xué)生帶著這個問題去聽課，能更好地集中他們的注意力。在教學(xué)過程中多設(shè)置一些問題給學(xué)生，讓他們充分參與到課堂中。

3 讓學(xué)生分組學(xué)習(xí)討論

核磁共振波譜是應(yīng)用性和實戰(zhàn)性比較強的一門課程，需要做大量的練習(xí)來鞏固和掌握知識點。所以，在講完知識點后應(yīng)該多講一些例題，詳細闡述每個知識點在圖譜解析中如何來運用，讓學(xué)生掌握解題技巧。在講解例題前會給學(xué)生時間，讓他們先去解析。但是每個學(xué)生對知識點掌握程度不同，不是每個同學(xué)都能解析出正確結(jié)構(gòu)。所以把學(xué)生按照4～5人分成一組，讓他們先進行小組討論，最先做出答案的小組全體加分，然后再對例題進行講解。將學(xué)生分組后并采用加分政策激勵他們，充分調(diào)動了他們的積極性和責(zé)任感，這樣小組內(nèi)的每個同學(xué)都會參與進來，學(xué)習(xí)好的同學(xué)就可以帶動學(xué)習(xí)不好的一起學(xué)習(xí)，在小組討論中加深對知識點的理解和掌握。同學(xué)們反映小組討論會讓他們有豁然開朗的感覺，這一改革也深受學(xué)生的歡迎。

4 結(jié)束語

通過近6年的教學(xué)，總結(jié)了如何給應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生上好核磁共振波譜這門課，讓他們很好地掌握和運用該課程知識點。從教學(xué)效果看，學(xué)生基本都能通過期末考試，都能獨立地對一些簡單的核磁共振譜圖進行解析，而且多數(shù)同學(xué)對這門課產(chǎn)生了極大的興趣。今后還會繼續(xù)向?qū)W生征求意見，改進教學(xué)方法和方式，提高教學(xué)質(zhì)量，提升應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。