基于OBE教育理念的波譜分析課程改革與實踐

秦世麗 ， 齊海燕 ， 王 穎 ， 高立娣 ， 初紅濤

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院 ， 黑龍江 齊齊哈爾 161006)

波譜分析主要用于有機化合物結(jié)構(gòu)解析及鑒定的重要方法，在科研、生產(chǎn)、公共衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用是其他分析方法無法替代的，是化學相關(guān)領(lǐng)域工作人員必須掌握的基本知識和技能。

同時為分析化學專業(yè)碩士和應(yīng)用化學專業(yè)本科生開設(shè)了波譜分析課程，培養(yǎng)學生利用多種譜圖對未知化合物進行結(jié)構(gòu)鑒定的能力，在畢業(yè)實習和畢業(yè)論文中發(fā)揮著重要作用。通過對在校生、畢業(yè)生和實習單位進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的波譜分析教學已經(jīng)不能完全滿足學生在畢業(yè)實習和畢業(yè)論文環(huán)節(jié)的需要。因此，基于OBE關(guān)于學生的學習成效是衡量教育質(zhì)量重要標準的理念，確保學生具有良好的實際分析解決問題的能力，應(yīng)該整合現(xiàn)有的教學資源對該課程進行改革。

1 波譜分析課程教學問題分析

1.1 課程教學與應(yīng)用實例分析相脫節(jié)

課程在講授過程中，內(nèi)容偏重理論，且陳舊、單一，日常課程訓(xùn)練偏重基本原理及基本內(nèi)容的講解，無法將波譜理論與實踐相結(jié)合解決實際問題。例如，紅外光譜和拉曼光譜的適用范圍不明確，找不到官能團的特征吸收峰；核磁譜中化學等價和磁等價在二取代苯中的識別應(yīng)用；質(zhì)譜中質(zhì)核比相近的離子峰的識別等。導(dǎo)致這些現(xiàn)象的主要原因可能是：一方面學生對基礎(chǔ)知識掌握不牢固，對獨立解析得到的答案缺乏自信，模棱兩可；另一方面與課程教學中的典型例題相比，實際樣品譜圖更加復(fù)雜，解譜聯(lián)系還做得不夠。

1.2 波譜法與色譜法的綜合應(yīng)用少

齊齊哈爾大學為綜合性應(yīng)用型大學，以本科教育為主，教學和科學研究以服務(wù)地方為宗旨，所以畢業(yè)實習和畢業(yè)論文的教學內(nèi)容多來自于指導(dǎo)教師的研究課題、檢測中心以及工廠實際樣品分析。例如，實驗中常用色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法，即色譜分離、質(zhì)譜檢測。要求學生能夠在優(yōu)化色譜分離條件的同時，兼顧質(zhì)譜的檢測分析，特別是對于串聯(lián)質(zhì)譜檢測器在整體分析中的作用，以及EI源、ESI源形成碎片離子的識別，對未知樣品的定性、定量分析尤為重要。

1.3 教學評價體系效果不完善

原波譜分析課程的評價體系為平時占10%、筆記占20%、閉卷考試占70%，屬于“一考定終身”的評價體系，學生過分注重最后期末考試的分數(shù)，出現(xiàn)背題、押題等現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學生靈活運用所學知識及解決實際問題的能力。

2 教學體系改革與實踐

2.1 從“抽象原理”到“思維構(gòu)建”

針對波譜分析基本原理抽象、難理解等問題，教學過程中簡化理論和公式推導(dǎo)部分，在章節(jié)總結(jié)時多使用表格和思維導(dǎo)圖，并且采用由“教師構(gòu)建，學生填充”的方式完成復(fù)習內(nèi)容，將“重要參數(shù)”整合起來，使學生能記住、能找到、能運用。例如，紅外光譜中波數(shù)-官能團的關(guān)系、核磁波譜中化學位移-質(zhì)子類型的關(guān)系、質(zhì)譜中質(zhì)核比-離子峰的關(guān)系。與此同時，波譜分析課程開設(shè)時間為大三下學期，確定考研的學生約占本專業(yè)的2/3，為學生考研奠定基礎(chǔ)。與此同時，由于教材和大多數(shù)參考書中譜圖分析都是舊型儀器測試分析得到的，與目前分辨率高的新型儀器測試譜圖存在一定差別。本校擁有GC-MS/MS、HPLC-MS/MS、600M NMR、FT-IR、UV-vis等大型分析儀器，學生可以根據(jù)實驗內(nèi)容完成制備、提純、波譜分析全過程，得到大量的實例譜圖以供解析。例如，學生可以通過所制備分子印跡聚合物的紅外譜圖中酯基峰波數(shù)變化，探討不同溶劑(甲醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺)對聚合物交聯(lián)度的影響；新型串聯(lián)質(zhì)譜儀可以獲得碎片離子峰、分子離子峰的更多信息，進而推測待測物的裂解過程和相對分子質(zhì)量。

2.2 從“實例分析”到“研究性教學”

波譜分析在食品藥品分析、環(huán)境檢測、疾控防疫等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。因此，在理論基礎(chǔ)學習后，根據(jù)實習內(nèi)容選取實用性、時效性、趣味性強的案例設(shè)置相關(guān)問題，引導(dǎo)學生進行整理分析。例如，在講授紅外光譜法時，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻信息引入紅外光譜法鑒定天然祖母綠、水熱合成祖母綠和助溶劑合成祖母綠；在講授質(zhì)譜法時，引入食品營養(yǎng)與安全的事件；在講授綜合譜圖解析時，結(jié)合本人工作經(jīng)歷，引入紅外和X射線衍射，剖析聚酰亞胺復(fù)合材料制件主要成分及其結(jié)合方式。與此同時，教學內(nèi)容要與時俱進，為學生考研奠定基礎(chǔ)。選取近期期刊文獻和教師的科研成果，增強學生的綜合譜圖解析能力，提出新問題、新方法和新思路，特別是對材料的表征具體都應(yīng)用到哪些波譜方法，如何進行解析。

2.3 從“課堂教學”到“實驗室”

針對現(xiàn)代大學生缺乏主動思考、動手能力差等問題，在波譜分析實驗教學過程中，首先由老師提供實驗?zāi)繕?、要求及工具書；其次，讓學生分組自行制定實驗方案，教師指導(dǎo)修改后進行實驗；最后，在實驗中分析所應(yīng)用的實驗原理、總結(jié)實驗結(jié)論，鼓勵學生的自主性和創(chuàng)新性。例如，在紫外波譜定性實驗“苯及其衍生物的鑒別”和“有機化合物發(fā)色團的鑒別”中，首先，老師提出實驗所要探究的問題[不同助色團對苯吸收帶(253 nm)的影響及溶劑極性對K帶和R帶的影響]；其次，學生根據(jù)問題選擇實驗試劑、設(shè)計實驗方案、完成預(yù)習報告，再交由老師進行修改；最后，獨立完成實驗并總結(jié)實驗結(jié)論。整體設(shè)計學習過程循序漸進，清晰合理，使學生能將理論運用到實驗中，激發(fā)了學習興趣，鍛煉了學生實驗操作能力，教學效果理想。與此同時，在實驗課程設(shè)置過程中，根據(jù)四大波譜的實際適用范圍，分清“主要”和“次要”問題。例如，在紫外和紅外波譜分析要求實驗員能夠獨立整個實驗，所以儀器原理、使用及制樣在實驗課程中都是“主要”問題，而大型核磁共振波譜儀有專業(yè)的測試人員，在實驗課程中制樣是“主要”問題，儀器操縱是“次要”問題。

2.4 從“單一考試”到“多樣考核”

OBE要求將學習產(chǎn)出的定義、實現(xiàn)與評估三個方面有機結(jié)合?？荚囀菍W期末教學評估的重要手段，對教育質(zhì)量和教學活動具有指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)的“一考定勝負”的評價體系，使學生盲目的背題、刷題，在后續(xù)的工作和學習中無法靈活運用所學過的知識。因此，在理論課程學習(50%)和實驗設(shè)計操作(50%)兩個環(huán)節(jié)分別設(shè)置了相應(yīng)的評價體系。在理論課程學習中，包括過程考核(40%)和期末考核(60%)。其中，過程考核分別由課堂表現(xiàn)(10%)、課后作業(yè)(10%)、小組大作業(yè)(20%)構(gòu)成。小組大作業(yè)不但能考察學生對綜合譜圖解析的掌握情況，而且培養(yǎng)了學生的團隊合作能力。這部分考核成績由教師和小組成員共同評價，充分調(diào)動了學生的積極性。期末考核采取閉卷考試的形式，由老師評價，根據(jù)卷面成績計入總分。實驗設(shè)計操作中包括實驗設(shè)計(20%)、小組答辯(10%)、實驗操作(40%)、實驗報告(30%)。在教學過程中，實驗設(shè)計和小組答辯形式受到學生的歡迎。實驗設(shè)計可評價學生個人的創(chuàng)新、解決分析問題的能力，小組答辯充分發(fā)揮了同伴的重要作用，也鍛煉了學生運用多媒體、語言表述等能力。

3 結(jié)語

在OBE教育理念指導(dǎo)下，針對如何提高學生應(yīng)用波譜分析解決實際問題能力這一關(guān)鍵點，對波譜分析教學課程進行改革。實踐表明，通過思維構(gòu)建、研究性教學、理論指導(dǎo)實踐、多樣考核等方式激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)造性，新增的前沿應(yīng)用元素提高學生對綜合譜圖解析和未知物結(jié)構(gòu)分析測定能力。