儀器分析實驗中浸潤式課程思政的設(shè)計與實踐
——以氣相色譜實驗為例

金玉杰，姚莉韻，郁松，蔡玉興，李寧

1上海交通大學醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學實驗教學中心，上海 200025

2上海交通大學醫(yī)學院藥物化學與生物信息學中心，上海 200025

3上海交通大學醫(yī)學院黨委辦公室，上海 200025

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上要求“各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應”，并對高校立德樹人的工作指明了方向，在大思政教育背景下各高校不同專業(yè)課程對課程思政建設(shè)的研究與探索正在如火如荼地開展。

實驗教學內(nèi)容因其具有可操作性、感受性等特征，容易吸引學生的關(guān)注和參與，因此在融入思政教育方面具備得天獨厚的優(yōu)勢[1]。艾根[2]的深度學習理論可以為當下開展的課堂教學改革提供基本思路，即將深藏于知識內(nèi)在結(jié)構(gòu)之下的價值觀與學生的個人經(jīng)歷建立深層關(guān)聯(lián)，挖掘知識所凝結(jié)的思想要素與道德涵養(yǎng)，以促進學生正確世界觀的樹立。科技活動的人文后果是“課程思政”的生成基礎(chǔ)[3]，在后疫情時代的醫(yī)學生基礎(chǔ)教學實驗中，將新型冠狀病毒肺炎相關(guān)的內(nèi)容及抗疫精神與實驗教學內(nèi)容建立聯(lián)系，更好地契合醫(yī)學兼有科學和人文的特性，實現(xiàn)專業(yè)內(nèi)容與思政內(nèi)容的同頻共振。分析化學實驗是醫(yī)學院重要的基礎(chǔ)實驗課程，對于檢驗醫(yī)學的臨床應用、醫(yī)學基礎(chǔ)理論的發(fā)展、臨床發(fā)病機理的探討等起到不可忽視的作用。在掌握大型儀器操作的基礎(chǔ)上，分析化學實驗更是提高學生分析問題、操作及創(chuàng)新能力的重要途徑。此實驗也是醫(yī)學生進校后所接觸的第一門實驗課程，此時教學中融入思政內(nèi)容，既能使德育教育的導入不生硬，也能使學生盡早受到正確的價值引領(lǐng)，培養(yǎng)其高尚的思想品德和良好的道德修養(yǎng)。本文以氣相色譜實驗教學模式設(shè)計為契機，從專業(yè)知識中挖掘思政資源，探索在教學全過程中融入思政教育元素的具體做法[4]。

1 設(shè)計思路

氣相色譜法是一種具有高選擇性、高靈敏度的快速分析測試法，在醫(yī)藥衛(wèi)生、生物化學、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到廣泛的應用。本實驗內(nèi)容原為“鄰二甲苯中雜質(zhì)的測定”，涉及鄰二甲苯、苯等有毒溶劑的使用，對環(huán)境和實驗人員的健康有一定危害，且與醫(yī)學檢驗專業(yè)關(guān)聯(lián)程度較低，難以激發(fā)學生的熱情和思考，教師在教學中也難以圍繞實驗內(nèi)容作醫(yī)學藥學相關(guān)知識的設(shè)計鋪墊、知識結(jié)構(gòu)的建立及對學生的思政內(nèi)容引導。

2020年新型冠狀病毒肺炎導致的傳染性疾病肆虐，連花清瘟膠囊作為傳統(tǒng)的治療病毒感染中藥，因其具有抗病毒、抗炎及免疫調(diào)節(jié)的作用，被批準用于新型冠狀病毒所致輕型、普通型肺炎引起的發(fā)熱、咳嗽和乏力，并被列入多版國家衛(wèi)生健康委發(fā)布的新型冠狀病毒肺炎診療方案[5]。因此本實驗設(shè)計以連花清瘟膠囊為分析對象，利用其與疫情的聯(lián)系來激發(fā)學生的學習積極性，提高學生獲得感。本文在教學團隊前期對課程思政的研究及實踐基礎(chǔ)上，對實驗教學模式進行設(shè)計，一改以往思政素材作為實驗課附件的刻板印象，加強與課程思政的融合度，使兩者同向同行，實現(xiàn)“知識傳授”和“價值引領(lǐng)”有機統(tǒng)一，達到“課程思政”的立體化育人。從探尋知識及道德價值與學生體驗認知的關(guān)聯(lián)出發(fā)確定實驗內(nèi)容，并按實驗設(shè)計及教學方法改進齊頭并進的思路將思政教育融入其中(如圖1所示)。課堂中觀察學生的接受狀態(tài)與學習過程表現(xiàn)，課后發(fā)放問卷調(diào)查收集學生主觀感受的反饋，并對實驗考核成績進行統(tǒng)計處理，作進一步的學習效果對比。

圖1 儀器分析實驗與課程思政融合的教學改革思路

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

儀器：Agilent 8860氣相色譜儀(包括Agilent 7650A自動液體進樣器，F(xiàn)ID檢測器)；Agilent DBWAX毛細管柱(30 m × 0.32 mm，0.25 μm)；超聲波清洗儀；容量瓶(10 mL)；吸量管(5 mL)；Eppendorf Research plus移液器(1000 μL)；氮氣鋼瓶；氫空一體機(北京中惠普HA-500)。

試劑：薄荷腦(沃凱，Lot.No.20200408)；苯甲酸乙酯(TCI，Lot.4YGKI-MR)；連花清瘟膠囊(石家莊以嶺藥業(yè)，批號：B2002154)；無水乙醇(上海大合化工，分析純)。

2.2 實驗原理

連花清瘟膠囊由連翹、金銀花、炙麻黃、炒苦杏仁、板藍根、魚腥草、薄荷腦、甘草等原料組成[6]，常用于治療屬熱毒襲肺證的流行性感冒，處方中薄荷腦具有治療頭痛及抗炎作用，有一定的刺激和毒性，通過測定薄荷腦的含量可控制制劑質(zhì)量。薄荷腦，又稱薄荷醇，醫(yī)藥原料中以消旋薄荷腦(即DL-薄荷腦)為藥用輔料，其分子結(jié)構(gòu)如圖2所示，在乙醇、三氯甲烷及乙醚中極易溶解，熔點為42-44 °C，沸點為216 °C。

圖2 薄荷腦的分子結(jié)構(gòu)

本實驗采用內(nèi)標法對試樣中的薄荷腦進行定量分析，以減少因?qū)嶒灄l件和進樣等引起的誤差。根據(jù)內(nèi)標物的要求[7]，選用苯甲酸乙酯作為內(nèi)標。取待測樣品m (mg)，加入一定量的某純物質(zhì)mis(mg)內(nèi)標物，根據(jù)樣品和內(nèi)標的質(zhì)量比m/mis及其相應的色譜峰面積，對窄的或小的色譜峰可用峰高比代替面積比，用公式2求得待測組分i的百分含量wi。

配制系列待測組分的濃度從低到高的標準溶液，并向各標準溶液中加入等量的內(nèi)標物，通過氣相色譜分析測出Ai和Ais，以ci/cis為橫坐標，Ai/Ais為縱坐標作標準曲線，并通過線性回歸，得到回歸方程Ai/Ais= a + bci/cis及相關(guān)系數(shù)。定量分析時，配制供試品溶液，加入等量的內(nèi)標物并進行氣相色譜分析，測出其Ai/Ais比值，利用回歸方程計算得出被測物含量。

2.3 實驗方法與結(jié)果

(1) 色譜條件：載氣：氮氣(流速為1.5 mL·min-1)；柱溫：140 °C；進樣口溫度：250 °C；檢測器：FID檢測器；檢測器溫度：250 °C；氫氣流量：30 mL·min-1；空氣流量：400 mL·min-1；分流比：25 : 1，進樣量1 μL。

(2) 標準曲線繪制(內(nèi)標法)：分別移取0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL薄荷腦儲備液(1.0 mg·mL-1乙醇溶液)，各加入1.50 mL內(nèi)標溶液儲備液(1.0 mg·mL-1苯甲酸乙酯乙醇溶液)，以無水乙醇稀釋定容至10.00 mL，配制得5份標準溶液。依次進樣，進行氣相色譜測定，導出色譜圖(圖3)。

圖3 一號標準溶液的氣相色譜圖

以薄荷腦和苯甲酸乙酯的峰面積比Ai/Ais為縱坐標，以薄荷腦和苯甲酸乙酯的濃度比ci/cis為橫坐標，繪制標準曲線(圖4)，得回歸方程：y = 1.01759x + 0.01324，R2= 0.99972。

圖4 薄荷腦的標準曲線

(3) 試樣薄荷腦含量測定：精密稱取連花清瘟膠囊內(nèi)容物約50 mg，記錄數(shù)值，置于10 mL量瓶中，加入苯甲酸乙酯儲備液1.50 mL，無水乙醇定容，稱重。超聲15 min，放冷，補足重量。微孔濾膜過濾，取濾液即得供試品。供試品用氣相色譜儀進行分析，得色譜圖(圖5)，記錄峰面積，數(shù)據(jù)處理。最終得到實驗結(jié)果：連花清瘟膠囊中的薄荷腦含量為2.05%。

圖5 供試品的氣相色譜圖

2.4 研究性學習

本實驗采用的安捷倫(Agilent 8860)氣相色譜儀，載有Agilent 7650A自動液體進樣器，因此具有更高的進樣速度及精度，同時可排除色譜分析時因手動進樣造成的誤差[8]?；谧詣舆M樣器良好的精度和重現(xiàn)性，可更好地實現(xiàn)對色譜圖及各項參數(shù)差異的對比。由于每個樣品在設(shè)定色譜條件下僅耗時約6 min，可在課堂上增設(shè)探討“氣相色譜條件對氣相色譜圖的影響”的教學環(huán)節(jié)，強化教學效果[9]。

取柱溫、流速、進樣量、分流比4個參數(shù)以控制變量法分別加以研究，并按照這4個參數(shù)將學生分為4個大組進行實驗操作，基于氣相色譜圖的參數(shù)進行計算分析(以柱溫為例，如表1)，結(jié)合理論知識討論，推斷出各色譜條件對色譜圖的影響，最終數(shù)據(jù)匯總再進行綜合分析討論。每組按“2.3節(jié)之色譜條件”的基礎(chǔ)上，維持其他條件不變，僅改變本組研究對象的相應參數(shù)。

表1 柱溫對氣相色譜分離性能的影響

在每組得到譜圖、數(shù)據(jù)后，分別對以上4種參數(shù)影響進行討論。在此基礎(chǔ)上，教師再聯(lián)系理論作進一步的歸納與總結(jié)，使學生認識到實際色譜條件確定的大致流程，最終通過優(yōu)化各參數(shù)使得混合試樣中相鄰組分之間的分離度大于1.5，且每個峰的對稱性良好，保留時間較短。從而使學生基于實踐操作對氣相色譜理論知識有更自然且深刻的理解，同時也加強了科學思維方法的訓練。

3 教學過程中的浸潤式隱性思政教育

陳舊或脫離實際的思政教育往往會引起學生的抵觸、逆反心理。因此，在課堂教學中，更應注重隱性思政教育含蓄隱蔽、親和力強的特點，將德育教育以“潤物細無聲”的方式貫穿于課堂教學中，采用寓道于“專業(yè)”、寓道于“啟發(fā)”、寓道于“模范”的教學方法，使思政元素在分析化學實驗課堂的各個環(huán)節(jié)中浸潤式地融入[10]。

3.1 實驗課引言

(1) 由話題引入實驗內(nèi)容：在實驗課開始前，可通過新冠疫情期間的話題“瑞典海關(guān)檢測連花清瘟，稱制劑活性最強成分是薄荷腦”發(fā)起討論，引導學生在社會多元價值交織、滲透的復雜背景下，將馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高自身甄別、解讀信息的能力。又可加強學生對課堂的目標導向，能更好地提高學生的學習自主性，有助于探究式學習的開展，充分調(diào)動學生的學習積極性，提高教學效果和課堂教學質(zhì)量。

(2) 定性、定量分析與活性：在對話題進行簡單討論后，教師可拋出與本實驗內(nèi)容相關(guān)的問題。本實驗可測得連花清瘟膠囊中薄荷腦的含量，然而應該如何看待該數(shù)據(jù)與連花清瘟的藥效或活性成分的關(guān)系呢？在這一輪的討論中，教師可介紹關(guān)于連花清瘟活性成分的相關(guān)研究及鐘南山院士研究團隊對連花清瘟膠囊對新型冠狀病毒藥效的相關(guān)研究，引導學生辯證地看待定量分析及活性研究，拓寬專業(yè)知識的視野，增強專業(yè)責任感和學習動力，從而端正其專業(yè)價值觀。

3.2 實驗內(nèi)容講解

(1) 連花清瘟膠囊：在實驗中會包含對連花清瘟膠囊組成、薄荷腦性質(zhì)的講解，在這個環(huán)節(jié)，教師可介紹對新冠病毒治療中此藥所發(fā)揮的重要作用，以及被列入多版國家衛(wèi)健委發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案》。并可借此與有機化學實驗關(guān)聯(lián)，講述中藥及天然產(chǎn)物在藥物化學中的重要地位，許多經(jīng)典藥物都是由天然產(chǎn)物獲得，如阿司匹林(來自柳樹皮)、達菲(來自八角茴香)等，在諾貝爾化學獎獲得者中研究天然產(chǎn)物的占有相當比例，增強學生對中華傳統(tǒng)中藥的自信，引導學生用辯證思維看待中西醫(yī)結(jié)合的發(fā)展前景，并以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度繼往開來。另外可通過介紹屠呦呦在特殊年代背景及艱苦的條件下利用基礎(chǔ)化學實驗技術(shù)進行青蒿素的提取及分離，通過儀器分析確定分子結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)修飾發(fā)明雙氫青蒿素的事跡，讓學生了解儀器分析技術(shù)在中醫(yī)藥研究中的必要性和重要性。

(2) 化學實驗與生態(tài)文明：氣相色譜法實驗通常涉及樣品前處理、色譜系統(tǒng)穩(wěn)定等問題[11]，而本科生教學實驗又要求原理明確、操作步驟簡潔且耗時短、所得結(jié)果穩(wěn)定且重現(xiàn)性高等[12]。為了達到上述要求，本實驗設(shè)計中反復探索色譜所用溶劑、分離條件，并進行方法學考查，最終確定色譜條件。在選擇提取樣品的溶劑時，發(fā)現(xiàn)甲醇或無水乙醇冰浴超聲提取，薄荷腦含量未見明顯差異，考慮到甲醇對人體有害，故選用無水乙醇。文獻中薄荷腦的氣相色譜法測定常用萘作內(nèi)標物[13]，本實驗以更安全的苯甲酸乙酯替換萘作為內(nèi)標物，以體現(xiàn)綠色化學、節(jié)能環(huán)保的理念，并以此引導學生樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念[14]。

(3) 分析方法——內(nèi)標法：此實驗中采用內(nèi)標標準曲線法測定薄荷腦含量，可與高效液相色譜教學實驗中的外標法作對比，強化學生對于分析方法的理解和應用，并以此啟發(fā)學生用全面、變化的觀點而非片面、孤立的觀點看問題，在學習過程中注意事物的普遍聯(lián)系，切不可在知識的學習及應用上“畫地為牢”。

3.3 實驗操作

(1) 理論聯(lián)系實際：分析化學實驗教學，不僅要注重學生操作技能的培養(yǎng)，而且要讓學生了解每個步驟和實驗條件有其理論基礎(chǔ)，其中充分體現(xiàn)了理論聯(lián)系實際的馬克思主義哲學觀點。以理論聯(lián)系實際為指導進行思政教育，可以使學生知其所以然，有利于克服學生照方抓藥式的操作[15]。

(2) 操作規(guī)范與誤差：本實驗操作過程中，學生需要配制一系列標準溶液，并進行樣品的采集處理。而在這些過程中，除了存在可能的系統(tǒng)誤差，也會有因?qū)W生操作不規(guī)范所引起的過失誤差。實驗操作規(guī)范化是每位科研工作者所必須掌握的基本功，也是實驗獲得良好結(jié)果的基本保證。在這個環(huán)節(jié)中，應該向?qū)W生強調(diào)這一點，培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

3.4 數(shù)據(jù)處理

學生應如實記錄實驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)象，正確對待實驗結(jié)果，養(yǎng)成尊重實驗結(jié)果、實事求是的科學態(tài)度?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，許多成果都是在失誤中發(fā)現(xiàn)的，如果沒有尊重事實、善于質(zhì)疑的科學態(tài)度，探尋科學真理就成了“無根之木”。更何況，實事求是記錄實驗數(shù)據(jù)是良好職業(yè)操守的基本體現(xiàn)。

3.5 總結(jié)與討論

引導學生重視實驗報告的書寫，不可錯誤地將寫報告等同于抄書加實驗數(shù)據(jù)，應當加強自身的總結(jié)能力，具備把書讀“薄”的能力。并在此基礎(chǔ)上對實驗過程及結(jié)果等進行反思和討論，對出現(xiàn)的問題追根溯源，尋求解決方法。這個環(huán)節(jié)對于提升學生分析及解決問題的能力來說不容忽視。

4 教學質(zhì)量評價

為了驗證新設(shè)計教學實驗的成效，以醫(yī)學檢驗2個班級約80人為研究對象，隨機分為實驗組和對照組，每組40人。實驗組采用新設(shè)計教學實驗，對照組采用原教學實驗。對實驗組學生進行網(wǎng)絡問卷調(diào)查，該問卷主要包含“對課程思政的體驗、觀感、接受”“課程思政的價值引領(lǐng)效果”“課程思政對專業(yè)知識技能的促進效果”三方面的內(nèi)容。另外，完善現(xiàn)有考核試題用于對比學習效果。

結(jié)果顯示，實驗組學生測驗的平均成績?yōu)?2，對照組為66.5。不及格率分別為6.7%和18.8% (如圖6所示)。在涉及色譜條件中具體參數(shù)的討論上，如色譜圖中定性參數(shù)的試題，實驗組與對照組的正確率分別為87%和72%。究其原因，對照組雖然同樣在氣相色譜工作站中對色譜條件進行了設(shè)置，但其對各參數(shù)的理解較為膚淺，不理解參數(shù)設(shè)定背后的原理以及這些參數(shù)會如何影響到譜圖的變化。

圖6 實驗組與對照組的考核成績對比

本文采用凈推薦值量表(NPS)的方式開展問卷調(diào)查，NPS值常在市場調(diào)查中與客戶滿意度、忠誠度關(guān)聯(lián)，此處用于幫助了解學生對新設(shè)計教學實驗的滿意度。在對本次實驗改革的評價中，平均分為7.7。學生的接受程度為7.95分，在提高積極性及學習興趣方面為7.93分，另外與教學目標相關(guān)的“氣相色譜儀的操作”及“內(nèi)標法的理解與應用”分別為7.97及7.93分(表2)。總得來說，學生對新實驗的內(nèi)容具有較高的興趣，因而在實驗過程中自然而然地投入程度較高，對于實驗內(nèi)容及操作流程更易“入腦入心”，結(jié)合實驗組學生的測驗成績，更可體現(xiàn)出新實驗能夠更好地達成教學目標。

表2 氣相色譜實驗課程思政問卷調(diào)查結(jié)果

5 結(jié)語

本文基于“課程思政”理念設(shè)計了氣相色譜的實驗教學，并對“價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體”作了探索。在教學設(shè)計時，將時政元素與學生認知體驗的關(guān)聯(lián)作為起點，創(chuàng)新地融合課程思政內(nèi)容，激發(fā)學生學習的積極性，提高學生的收獲感。充分利用醫(yī)學檢驗專業(yè)與儀器分析的高度關(guān)聯(lián)，設(shè)計所得的新實驗一體化程度高，既能拓展專業(yè)課程的廣度和深度，也可增加課程的知識性、人文性，提升引領(lǐng)性和時代性。本實驗設(shè)計寓價值觀引導于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，學生能直觀感受到“品德教育從生活中來，于科學實驗中體會”。