科學(xué)可視化應(yīng)用于藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)
——以葡萄糖的鑒別為例

陳睿婷，鄭艷潔，林小燕，王彥霖，許玉娜，趙博文，陳偉

福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，福州 350122

“可視化”一詞源于英文的“visualization”，其作為專業(yè)術(shù)語(yǔ)，始于1987年美國(guó)國(guó)家自然基金會(huì)召開(kāi)的首屆“科學(xué)計(jì)算之中的可視化”研討會(huì)?？梢暬菍?shù)據(jù)、信息和知識(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡囊曈X(jué)表達(dá)形式，通過(guò)人對(duì)可視模式的敏銳識(shí)別，實(shí)現(xiàn)快速解讀的過(guò)程[1]?？茖W(xué)可視化則是將科學(xué)知識(shí)和視覺(jué)藝術(shù)相結(jié)合，通過(guò)圖像、視頻等方式，進(jìn)行具象化演繹的過(guò)程[2]。信息時(shí)代的來(lái)臨，極大地推動(dòng)了科學(xué)可視化的發(fā)展和傳播。梁琰等人組成的“美麗科學(xué)”團(tuán)隊(duì)，建立了美麗化學(xué)網(wǎng)站，將化學(xué)之美通過(guò)數(shù)字技術(shù)和媒體傳遞給大眾[3]。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)成立的“火花學(xué)院”，利用信息化技術(shù)，形象生動(dòng)地展示了中學(xué)課本上的知識(shí)點(diǎn)，是科學(xué)可視化應(yīng)用到教育行業(yè)的成功案例[4]。由視頻博主真?鳳舞九天打造的《瘋狂化學(xué)》《色彩重鑄》等系列科普短視頻，在各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上廣受好評(píng)[5]。視頻博主Initial_Pharmacy發(fā)布了一系列藥劑靜態(tài)崩解的視頻，為藥學(xué)知識(shí)的普及和傳播做出了良好的示范[6]。科學(xué)可視化具有直觀易懂的特性，將其應(yīng)用于教學(xué)，可使教學(xué)過(guò)程變得更為輕松有趣[7–10]。

藥物分析實(shí)驗(yàn)課程是藥學(xué)的專業(yè)必修課，近年來(lái)，許多高校教師致力于這門(mén)課程教學(xué)模式的改革，一些諸如線上線下混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法(problem-based learning，PBL)、虛擬仿真等有別于傳統(tǒng)課堂的教學(xué)方式，均取得了較好的教學(xué)效果[11–13]。將可視化教學(xué)引入藥物分析實(shí)驗(yàn)，一些較為抽象難以講解的原理、操作和現(xiàn)象，都可以通過(guò)影像來(lái)直觀地展示，使教學(xué)變得更加形象清晰且豐富多彩，讓學(xué)生在感受到科學(xué)的美麗和神奇的同時(shí)，對(duì)課程產(chǎn)生興趣，潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維的能力。

藥物分析實(shí)驗(yàn)是一門(mén)專業(yè)性比較強(qiáng)的課程，目前在網(wǎng)絡(luò)上，相關(guān)的高質(zhì)量視頻資源仍然比較缺乏，且很難找到和本校設(shè)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較為契合的視頻。因此，選擇自己拍攝制作教學(xué)視頻就成為了必然。在視頻拍攝制作過(guò)程中，我們?nèi)谌肓丝茖W(xué)可視化技術(shù)，使之更加賞心悅目，應(yīng)用于課堂教學(xué)時(shí)，獲得師生的廣泛好評(píng)。相關(guān)的錄課視頻，陸續(xù)發(fā)布在bilibili網(wǎng)站[14]，依托互聯(lián)網(wǎng)，建立起線上教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了更大范圍的資源共享和學(xué)術(shù)交流，為藥物分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和知識(shí)傳播添磚加瓦。

1 可視化教學(xué)設(shè)計(jì)

藥物分析實(shí)驗(yàn)作為藥學(xué)的一門(mén)重要的專業(yè)必修課程，其教學(xué)目的，絕不只是將藥典中的操作過(guò)程和現(xiàn)象數(shù)據(jù)重現(xiàn)。其更深層次的目標(biāo)在于讓學(xué)生掌握藥物分析的原理和方法，了解學(xué)科的前沿及發(fā)展趨勢(shì)，繼而對(duì)藥物分析領(lǐng)域有整體上的把握。這就要求在教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行積極引導(dǎo)?？梢暬虒W(xué)方式的引入，可通過(guò)形象直觀的圖像和視頻，讓學(xué)生覺(jué)得輕松有趣的同時(shí)，增強(qiáng)其洞察力，進(jìn)而引發(fā)更深層次的思考。

葡萄糖在生物學(xué)中具有重要的地位，它是活細(xì)胞的能量來(lái)源和新陳代謝的中間產(chǎn)物。葡萄糖口服后能迅速吸收并被組織利用，通常用于快速能量補(bǔ)充。很多高校的藥物分析實(shí)驗(yàn)課程，會(huì)選擇將葡萄糖的分析作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一。

本文以葡萄糖的鑒別為例，來(lái)講述可視化教學(xué)設(shè)計(jì)和視頻制作流程，相關(guān)的教學(xué)視頻已發(fā)布于bilibili網(wǎng)站[15]。藥物分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)可分為實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象三部分，以下分別進(jìn)行詳細(xì)講述。

1.1 實(shí)驗(yàn)原理可視化

葡萄糖的鑒別實(shí)驗(yàn)方法，參考2020版《中華人民共和國(guó)藥典》[16]。葡萄糖的鑒別項(xiàng)(1)的描述如下：

取本品約0.2 g，加水5 mL溶解后，緩緩滴入微溫的堿性酒石酸銅試液中，即生成紅色的氧化亞銅沉淀。

葡萄糖的鑒別項(xiàng)(1)，采用的是化學(xué)鑒別法，是典型的氧化還原反應(yīng)。二價(jià)的Cu2+為氧化劑，葡萄糖為還原劑，在堿性條件下，葡萄糖可將藍(lán)色的酒石酸銅(+2價(jià))還原為紅色Cu2O沉淀(+1價(jià))。在這個(gè)反應(yīng)中，酒石酸的主要作用是和Cu2+配位，生成穩(wěn)定的水溶的配合物，避免Cu2+在強(qiáng)堿性條件下生成Cu(OH)2沉淀。Cu(OH)2沉淀的生成會(huì)使得氧化還原反應(yīng)的速率變慢，且會(huì)影響反應(yīng)過(guò)程中的顏色觀測(cè)。

因葡萄糖鑒別反應(yīng)過(guò)程中伴隨著明顯的顏色變化，故而能通過(guò)顏色觀測(cè)來(lái)判斷反應(yīng)的進(jìn)程。其反應(yīng)方程式如下：

C6H12O6+2Cu2++4OH-=C6H12O7+Cu2O↓+2H2O

實(shí)驗(yàn)原理的講解對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)非常重要，我們對(duì)于學(xué)生的要求是要做到知其然，更要知其所以然，最好能舉一反三。葡萄糖鑒別部分的原理講解課件設(shè)計(jì)要素如圖1所示，主要包含三部分，供試品、分子構(gòu)型和預(yù)期現(xiàn)象。

圖1 葡萄糖鑒別原理的課件設(shè)計(jì)要素

供試品通過(guò)實(shí)物圖片展示，讓學(xué)生對(duì)分析對(duì)象有直觀的印象，葡萄糖粉劑的圖片及其包裝規(guī)格如圖1A所示。

葡萄糖的分子構(gòu)型如圖1B所示，天然葡萄糖均屬于D構(gòu)型，有直鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)D-(+)-葡萄糖，以及兩種互為手性異構(gòu)體的呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)α-D-(+)-葡萄糖和β-D-(+)-葡萄糖。葡萄糖固體的分子結(jié)構(gòu)和其析出條件有關(guān)，在常溫條件下，通常以α-D-(+)-葡萄糖帶一個(gè)結(jié)晶水的形式析出晶體，在50–115 °C之間析出無(wú)水α-D-(+)-葡萄糖，115 °C以上則析出β-D-(+)-葡萄糖。本實(shí)驗(yàn)采用的葡萄糖粉劑，為帶有一個(gè)結(jié)晶水的α-D-(+)-葡萄糖。

在葡萄糖水溶液中，其鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)可通過(guò)半縮醛反應(yīng)相互轉(zhuǎn)換，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中具有醛基，醛基為還原性基團(tuán)，這便是葡萄糖呈現(xiàn)還原性的原因。它與Cu2+反應(yīng)后，醛基被氧化為羧基，生成葡萄糖酸，同時(shí)Cu2+被還原為Cu2O。

在進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)式的講解時(shí)，為了突出重點(diǎn)，關(guān)鍵的變化的基團(tuán)，可用不同顏色標(biāo)記。比如α和β構(gòu)型的差異，就在于紫色標(biāo)記的H和OH的位置的互換，形成了一對(duì)手性異構(gòu)體。葡萄糖被氧化為葡萄糖酸，醛基變?yōu)轸然?，這二者用紫紅色字體標(biāo)記，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的基團(tuán)位置就一目了然。Cu2+和Cu2O的字體則分別用代表它們本身顏色的藍(lán)色和紅色標(biāo)記，可以讓人聯(lián)想到反應(yīng)過(guò)程中的顏色變化趨勢(shì)。

預(yù)期現(xiàn)象則通過(guò)反應(yīng)前后的溶液顏色展示(圖1C)，由于反應(yīng)物Cu2+(澄清藍(lán)色)和產(chǎn)物Cu2O(紅色沉淀)的顏色和狀態(tài)截然不同，鑒別反應(yīng)過(guò)程將會(huì)觀測(cè)到明顯的變色現(xiàn)象。

在原理講解中，與單純的文字和反應(yīng)方程式相比，采用色彩明麗的圖片和形象的分子結(jié)構(gòu)式，讓學(xué)生感覺(jué)賞心悅目的同時(shí)，對(duì)于鑒別反應(yīng)的原理會(huì)更容易形成清晰的圖像，從而對(duì)葡萄糖的分子構(gòu)型、化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)過(guò)程理解得更為深入。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程可視化

要清晰地講述一個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，最為便利的莫過(guò)于拍攝實(shí)驗(yàn)的操作視頻。采用操作視頻進(jìn)行教學(xué)，相對(duì)于傳統(tǒng)的教師現(xiàn)場(chǎng)示范來(lái)說(shuō)，具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)可重復(fù)播放。雖然在視頻的拍攝制作過(guò)程中需要花費(fèi)很多的時(shí)間和精力，但是在多個(gè)平行班教學(xué)的情況下非常便利，可避免多次重復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)示范。

(2)過(guò)程時(shí)長(zhǎng)可控。有些操作步驟，如加熱、過(guò)濾等，需時(shí)很長(zhǎng)，又不能直接跳過(guò)，并不適宜現(xiàn)場(chǎng)示范。但是在教學(xué)視頻中，可以通過(guò)剪輯或者倍速縮短時(shí)長(zhǎng)，更好地把握快慢節(jié)奏，避免學(xué)生在單調(diào)枯燥的等待中注意力轉(zhuǎn)移。

(3)對(duì)細(xì)節(jié)的特寫(xiě)。在實(shí)驗(yàn)中，有一些動(dòng)作幅度較小的操作或者尺寸較小的物體，如果現(xiàn)場(chǎng)示范的話，由于學(xué)生距離遠(yuǎn)近或者視角遮擋等原因，可能難以看清；但是在拍攝教學(xué)視頻時(shí)，我們可以采用微距鏡頭進(jìn)行特寫(xiě)，使細(xì)節(jié)清晰可見(jiàn)。

1.2.1 反應(yīng)溫度優(yōu)化

葡萄糖的化學(xué)鑒別，依據(jù)藥典的描述，是將濃度大約為4%的葡萄糖溶液，滴入微溫(40–50 °C)的堿性酒石酸銅試液中。然而在實(shí)際操作中會(huì)發(fā)現(xiàn)，40–50 °C對(duì)于葡萄糖鑒別反應(yīng)來(lái)說(shuō)，溫度太低，很難短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)完全，生成紅色沉淀。溫度是影響氧化還原反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素，因此在葡萄糖的鑒別中，需要適當(dāng)?shù)靥岣叻磻?yīng)溫度。這也是我們?cè)谶M(jìn)行藥物分析實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意的，藥典會(huì)提供總體的分析方案，但是在具體實(shí)驗(yàn)條件上，則需要操作者進(jìn)行條件優(yōu)化。

考慮到拍攝的便利性，我們對(duì)控溫方法進(jìn)行調(diào)整，將葡萄糖溶液和堿性酒石酸銅試液同時(shí)置于水浴中，加熱至指定初始溫度，然后取出立即混合反應(yīng)，進(jìn)行拍攝。因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)試管處于室溫環(huán)境，反應(yīng)過(guò)程難免會(huì)伴隨著溶液溫度的下降。為了更好地觀測(cè)溶液的混勻和反應(yīng)情況，我們將有顏色的堿性酒石酸銅試液加入到無(wú)色的葡萄糖水溶液中。分別向初始溫度為50、70、90 °C的5 mL的葡萄糖溶液中，同時(shí)快速加入1 mL與對(duì)應(yīng)的葡萄糖溶液同溫度的堿性酒石酸銅試液，以二者混勻瞬間作為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，用視頻記錄反應(yīng)進(jìn)程。將反應(yīng)時(shí)間為0、10、25、60、150 s的圖像進(jìn)行截圖，如圖2所示，可以看到，初始溫度越高，則反應(yīng)速率越快。

圖2 不同初始溫度下葡萄糖和酒石酸銅試液反應(yīng)進(jìn)程

通過(guò)視頻影像，得到不同初始溫度下，開(kāi)始變色時(shí)間和反應(yīng)完全時(shí)間，如表1所示。50 °C的樣品，150 s內(nèi)未反應(yīng)完全，這也佐證了如果直接采用藥典方法，因其初始溫度低于50 °C，是很難短時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到紅色沉淀生成的。而90 °C樣品溫度過(guò)高，反應(yīng)太快，不易觀測(cè)到反應(yīng)過(guò)程中更細(xì)微的顏色變化，考慮到拍攝的視覺(jué)效果，70 °C是一個(gè)比較適宜的反應(yīng)溫度。

表1 不同初始溫度下的反應(yīng)變色情況

1.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程拍攝

實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用敘事式的拍攝手法。依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟擬定分鏡頭，分別進(jìn)行拍攝，再通過(guò)后期剪輯串起來(lái)，像講述一個(gè)完整的故事一樣，娓娓道來(lái)。葡萄糖的鑒別，可以分為葡萄糖水溶液配制和堿性酒石酸銅溶液配制兩條支線。其操作過(guò)程中關(guān)鍵步驟的視頻截圖，配上相應(yīng)的文字說(shuō)明，連接形成實(shí)驗(yàn)操作的流程圖，如圖3所示，則葡萄糖的鑒別的操作過(guò)程一目了然。

圖3 葡萄糖鑒別的操作過(guò)程流程圖

在拍攝的過(guò)程中，相機(jī)和鏡頭的選擇是非常重要的，它會(huì)影響到整體畫(huà)面的質(zhì)感和風(fēng)格。本實(shí)驗(yàn)采用全畫(huà)幅單反相機(jī)搭配微距鏡頭，鏡頭參數(shù)為：放大倍率1:1，焦距100 mm，最大光圈F2.8。微距鏡頭通常具有較大的放大倍率，可用于拍攝小尺寸的物體，更有利于展示實(shí)驗(yàn)操作中細(xì)微之處。這枚微距鏡頭同時(shí)具有較長(zhǎng)的焦距和較大的光圈，可獲得淺景深，有利于虛化背景，使得畫(huà)面主體突出。布景時(shí)，注意背景和主體的顏色對(duì)比、明暗關(guān)系和距離遠(yuǎn)近，可在背景中適當(dāng)擺放一些玻璃器皿和試劑，避免單一呆板，增加畫(huà)面美感。背景音樂(lè)的選擇要恰當(dāng)，不喧賓奪主，與畫(huà)面的節(jié)奏相協(xié)調(diào)，教師可以通過(guò)配音和字幕，適時(shí)提醒實(shí)驗(yàn)操作中的要點(diǎn)，并以規(guī)范的操作示范，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣產(chǎn)生潛移默化的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的拍攝，不是簡(jiǎn)單地記錄，而是要通過(guò)拍攝者的審美及藝術(shù)的加工而成。這其中創(chuàng)意是最為珍貴的，怎樣把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象拍得美且有趣，富有吸引力，是現(xiàn)象可視化中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。這就要求拍攝者不但要有扎實(shí)的專業(yè)背景，也要有嫻熟的拍攝技巧，如此方能從一個(gè)科學(xué)攝影師的角度，去預(yù)期和發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的美，并采用合適的攝影方法，將之展現(xiàn)出來(lái)。

1.3.1 實(shí)驗(yàn)的主題和創(chuàng)意

在葡萄糖鑒別的實(shí)驗(yàn)中，葡萄糖可還原藍(lán)色酒石酸銅，使之生成紅色的氧化亞銅沉淀，而藍(lán)色和紅色，恰巧位于可見(jiàn)光譜的兩端。在反應(yīng)過(guò)程中，隨著酒石酸銅和氧化亞銅的含量變化，溶液顏色會(huì)呈現(xiàn)出彩虹色的漸變。因此對(duì)于葡萄糖的鑒別實(shí)驗(yàn)，我們將之命名為《彩虹糖》，在拍攝的時(shí)候，也始終緊扣著“如何用葡萄糖來(lái)生成一條彩虹”這個(gè)主題，去設(shè)計(jì)和拍攝了兩個(gè)很有趣的場(chǎng)景，時(shí)間彩虹和空間彩虹。

1.3.2 時(shí)間彩虹

時(shí)間彩虹，體現(xiàn)的是葡萄糖鑒別反應(yīng)中，在時(shí)間維度上的彩虹色漸變過(guò)程。如圖4所示，在70 °C的初始溫度下，用視頻完整記錄反應(yīng)過(guò)程中的顏色變化，將不同反應(yīng)時(shí)間的圖像截圖，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液顏色依次為藍(lán)色、青色、綠色，黃綠色、黃色、橙色、紅色的彩虹漸變色調(diào)，生成了一條時(shí)間維度的彩虹。

圖4 時(shí)間彩虹的生成

由于反應(yīng)全程需時(shí)較長(zhǎng)，且過(guò)程中顏色變化快慢不均，呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，這與反應(yīng)過(guò)程中，后期反應(yīng)溫度和反應(yīng)物濃度均有下降有關(guān)。這對(duì)于肉眼觀測(cè)顯然是不利的，后期很容易因?yàn)轭伾兓徛鹨曈X(jué)疲勞。但是在視頻的后期處理時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間軸的倍率，在10 s內(nèi)，較為均勻快速地展示整個(gè)變色過(guò)程。

時(shí)間速率的調(diào)整，對(duì)于拍攝化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，是一種非常有用的拍攝手法。一些反應(yīng)速率極慢或極快的化學(xué)反應(yīng)，可以通過(guò)延時(shí)攝影或高速攝影，對(duì)時(shí)間維度進(jìn)行壓縮或延長(zhǎng)，時(shí)間速率的改變，可以使得我們看到肉眼無(wú)法觀測(cè)到的奇妙過(guò)程。

1.3.3 空間彩虹

對(duì)于肉眼觀測(cè)來(lái)說(shuō)，時(shí)間彩虹略微欠缺觀賞性。那么怎樣將之轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂幸曈X(jué)沖擊力的空間彩虹呢？為此我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣的一個(gè)場(chǎng)景。取7份裝有5 mL 70 °C的葡萄糖溶液的試管，將其橫向排列在試管架上，從左向右依次加入1 mL 70 °C的堿性酒石酸銅試液，當(dāng)?shù)谝桓嚬荛_(kāi)始變色時(shí)，則立即向第二根試管加入試液，以此類推。通過(guò)加入試液的時(shí)間差，可使試管中的溶液，在同一時(shí)刻處于不同的反應(yīng)進(jìn)程，呈現(xiàn)出不同的顏色，從而生成一條空間維度上的彩虹。圖5顯示了空間彩虹的生成過(guò)程。從圖5A到圖5G，依次為第1–7次加入堿性酒石酸銅試液時(shí)的即時(shí)圖像，當(dāng)試液加入到最后一根試管中時(shí)，我們看到了一條空間彩虹(圖5G)。

圖5 空間彩虹的生成

2 實(shí)驗(yàn)視頻的制作流程

要制作一個(gè)高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)視頻，需經(jīng)歷多個(gè)步驟，以及多輪次的改進(jìn)和完善，其主要流程如圖6所示?？煞譃?個(gè)主要步驟。

圖6 實(shí)驗(yàn)視頻制作流程

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)劃

在進(jìn)行拍攝之前，需根據(jù)主題和創(chuàng)意，對(duì)拍攝內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，預(yù)設(shè)需要拍攝的場(chǎng)景。以葡萄糖鑒別為例，視頻的內(nèi)容，可分為4個(gè)部分，溫度優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)流程、時(shí)間彩虹和空間彩虹。

2.2 腳本編寫(xiě)

腳本的編寫(xiě)，需要根據(jù)拍攝內(nèi)容和預(yù)設(shè)場(chǎng)景，初步擬定拍攝器材，器材參數(shù)，布景光照等條件。預(yù)先規(guī)劃好需要拍攝的分鏡頭，計(jì)劃好每個(gè)分鏡頭的操作內(nèi)容、操作要點(diǎn)，拍攝要點(diǎn)等。圖7是葡萄糖鑒別實(shí)驗(yàn)流程的腳本示例，整個(gè)視頻分為6個(gè)分鏡頭。

圖7 葡萄糖鑒別實(shí)驗(yàn)流程腳本示例

2.3 示教拍攝

示教和拍攝同步進(jìn)行，示教時(shí)要注意操作的規(guī)范優(yōu)雅，避免動(dòng)作的僵化刻板。按照腳本進(jìn)行拍攝，并在拍攝過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際拍攝效果，實(shí)時(shí)對(duì)器材參數(shù)、光線和布景進(jìn)行調(diào)整。

2.4 后期處理

后期處理主要采用Adobe Premiere和愛(ài)拍兩個(gè)軟件。需經(jīng)歷調(diào)色、剪輯、配音、配樂(lè)和字幕等步驟。調(diào)色注意色彩柔和通透，光線明暗對(duì)比適宜。剪輯的關(guān)鍵是要注意節(jié)奏感，詳略得當(dāng)，要避免鏡頭冗長(zhǎng)引起的視覺(jué)疲勞。配音的講稿書(shū)寫(xiě)務(wù)必嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言準(zhǔn)確凝練，錄音時(shí)要注重音質(zhì)和語(yǔ)音標(biāo)準(zhǔn)。配樂(lè)要和畫(huà)面協(xié)調(diào)同步，且不影響配音的清晰度。字幕注意校對(duì)，避免錯(cuò)別字。

2.5 發(fā)布應(yīng)用

教學(xué)視頻主要用于課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)共享。課堂教學(xué)主要是利用視頻來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及要點(diǎn)進(jìn)行講解示教，展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象，以此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和洞察力，并鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思考和創(chuàng)新。同時(shí)錄制含有實(shí)驗(yàn)視頻的錄課，并上傳至bilibili網(wǎng)站，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源共享。圖8為bilibili網(wǎng)站中的《藥物分析實(shí)驗(yàn)》合集[14]，目前已有相關(guān)視頻21個(gè)，部分視頻如砷鹽的檢查、氯化物的檢查、阿司匹林含量測(cè)定和青蒿素含量測(cè)定，均獲得較高的播放量。

圖8 bilibili網(wǎng)站發(fā)布的藥物分析實(shí)驗(yàn)視頻合集

2.6 反饋收集

教學(xué)視頻應(yīng)用于課堂教學(xué)后，其教學(xué)效果和學(xué)生反饋意見(jiàn)對(duì)我們視頻的進(jìn)一步改進(jìn)非常重要。通過(guò)課堂觀察以及課后的師生交流可知，同學(xué)們對(duì)于實(shí)驗(yàn)視頻普遍較為認(rèn)可，這一點(diǎn)也體現(xiàn)在他們實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)意、課堂的整體氣氛和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)中。如在葡萄糖的鑒別實(shí)驗(yàn)中，他們自己開(kāi)發(fā)出許多有趣便利的控溫方式，從最常規(guī)的水浴加熱、烘箱控溫，到開(kāi)水和冷水不同比例混合控溫等。也會(huì)更加愿意和教師分享自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，展示他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和異?，F(xiàn)象，并逐漸養(yǎng)成了用手機(jī)拍照，隨時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的良好習(xí)慣。在撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，會(huì)將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)圖片加入到報(bào)告中，圖文并茂，并針對(duì)過(guò)程和現(xiàn)象，進(jìn)行更為具體的個(gè)性化討論。課后也會(huì)針對(duì)教學(xué)視頻和教師討論交流，提出一些有趣的建議。教學(xué)視頻分享至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)后，在彈幕、留言和私信里，也經(jīng)常會(huì)有網(wǎng)友針對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行交流討論，形成了學(xué)習(xí)氣氛良好的線上教學(xué)平臺(tái)。

2.7 視頻改進(jìn)

教學(xué)視頻的制作，并不是一勞永逸的事情。藥典五年一版，其間可能會(huì)伴隨著分析方法的變更，且視頻中可能會(huì)有謬誤或不夠完美的地方，需收集教師授課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及學(xué)生或者網(wǎng)上視頻觀看者的反饋意見(jiàn)，對(duì)視頻進(jìn)行修訂和完善。通常每一個(gè)教學(xué)周期，我們都會(huì)對(duì)課件和視頻進(jìn)行調(diào)整更新，在預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)補(bǔ)拍或重拍一些素材，或重新進(jìn)行剪輯，使之更契合我們的課程。如葡萄糖的鑒別的視頻和錄課，也是經(jīng)過(guò)多次調(diào)整修改而成，最新版本視頻[15]較舊版本視頻[17]，在實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)和畫(huà)面美化上，都有了較大的進(jìn)步。視頻的制作、應(yīng)用和改進(jìn)，以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的維護(hù)運(yùn)行，都是需要長(zhǎng)期耐心的工作。

3 教學(xué)反思

信息化時(shí)代的來(lái)臨，極大地改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，多元化和個(gè)性化是大勢(shì)所趨。教學(xué)方式從來(lái)不是一成不變的，隨著時(shí)代發(fā)展，大量的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)逐步納入大學(xué)教學(xué)體系。教學(xué)觀念從以教師為中心，開(kāi)始逐步向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變。教與學(xué)是個(gè)相輔相成的過(guò)程，而興趣是最好的老師。怎樣讓課堂變得生動(dòng)有趣，吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)其主觀能動(dòng)性，繼而由被動(dòng)上實(shí)驗(yàn)課轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)地做實(shí)驗(yàn)，這是我們教學(xué)改革所關(guān)注的重點(diǎn)。

人類對(duì)于美的追求都是相似的，當(dāng)畫(huà)面賞心悅目的時(shí)候，會(huì)更自然地被吸引，并給予更多的關(guān)注?？梢暬虒W(xué)的引入，營(yíng)造了輕松有趣的學(xué)習(xí)氛圍，以學(xué)生的興趣為導(dǎo)向，在課堂上能形成一種張弛有度的節(jié)奏感，增強(qiáng)了師生間的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的擴(kuò)展。

教學(xué)方式的變革，對(duì)高校教師自身素質(zhì)提出了更高的要求?？梢暬虒W(xué)的實(shí)行，要求教師具備科學(xué)審美、攝影技能、后期剪輯等各項(xiàng)能力，要學(xué)會(huì)運(yùn)用鏡頭語(yǔ)言來(lái)正確地表達(dá)想要講述的知識(shí)。這給高校教師帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，需要不斷學(xué)習(xí)新的技能，適應(yīng)新的角色，與時(shí)俱進(jìn)，從而真正地實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)我們將科學(xué)可視化引入藥物分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，拍攝了大量的教學(xué)視頻，并在多輪次的教學(xué)中不斷完善補(bǔ)充。通過(guò)師生間的溝通交流獲知，大部分學(xué)生對(duì)于教學(xué)視頻是認(rèn)同且喜歡的，普遍認(rèn)為教學(xué)視頻拍得美且有趣。教學(xué)視頻中所傳遞出來(lái)的對(duì)于科學(xué)態(tài)度和科學(xué)審美的引導(dǎo)，也反映到了他們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，這無(wú)疑增加了我們對(duì)于可視化教學(xué)的信心。在接下來(lái)的教學(xué)工作中，我們將會(huì)對(duì)原有的教學(xué)視頻在創(chuàng)意、拍攝手法和后期處理上進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，精益求精，并繼續(xù)拍攝新的視頻。這些教學(xué)視頻將會(huì)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上持續(xù)更新，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，分享給更多的藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的老師和學(xué)生，為藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)，提供新的思路和素材，為藥物分析知識(shí)的普及工作拋磚引玉。