基于液相色譜質譜聯用技術的實踐應用型課程探索

李 靜，陽 萌，劉艷紅，房川琳，余達剛，王 娜

(四川大學 a.基礎化學實驗教學中心；b.化學學院，成都 610064)

0 引 言

我校作為地處西部的綜合性大學，一直在努力打造特色辦學風格，堅持以實施精英化教育、個性化教育、自由全面發展教育為理念，以辦最好的本科教育為目標[1]。為深化教育教學改革，學校全面推進“萬門課程”工程建設，通過實施非標準答案考試、“探究式-小班化”教學等措施全面推進原有5 000余門學術型課程的課堂教學改革[2-4]；同時以“開放辦學”的精神邀請校外企業家、行業領軍人物、專家等分別擬開設各2 000門左右的創新創業型和實踐應用型課程[5-6]。依托學校化學實驗中心專業實驗室綜合訓練教學平臺(以下簡稱“綜合訓練教學平臺”)硬件條件，自2014年起面向化學相關專業高年級本科生開設了學科前沿應用理論和實驗實踐教學相結合的液相色譜質譜聯用技術實踐應用型課程。課程邀請校外中科院專家作為理論課程授課教師，著重教授學科的前沿應用理論；綜合訓練教學平臺儀器實驗教輔人員則主要培訓學生掌握相關大型儀器設備的使用以及分析應用的全流程。在此結合課程4年來實踐情況進行分析和探討，以期不斷改進和完善。

1 基礎條件

化學學科作為我校“雙一流”建設學科近年來得到較快發展，而化學實驗教學相關學科分布廣泛，涉及化學、化工、醫學、藥學、高分子、材料、考古等10余個學院和近20個國家、部、省級重點實驗室。化學實驗教學中心經過20余年的發展，也已經逐漸形成一個多學科交叉的創新實踐教學平臺，綜合訓練教學平臺作為化學實驗教學中心重點建設的3個主要教學平臺之一，已形成擁有一大批先進儀器設備的綜合與探索創新實驗平臺[7]。目前，位于望江校區第一理科樓的綜合訓練教學平臺，擁有LCMS-2020型低分辨液相色譜質譜聯用儀和LCMS-IT-TOF型高分辨液相色譜質譜聯用儀，具備課程開展必須的硬件條件。同時，綜合訓練教學平臺所依托的各類科研團隊，也大部分位于第一理科樓和相鄰的化學館內，這些教學、科研、實驗室資源，為課程的實施提供了有力支撐。

目前，綜合訓練教學平臺承擔了本科生設計實驗、專業實驗、探索性實驗等綜合性實驗教學，同時也在本科生畢業論文、學校“三大計劃”課外科技項目、各類實驗競賽等方面發揮了重要作用[8-11]。相關儀器的實驗技術與管理人員，通過日常實驗教學和科研服務，不斷積累和提升專業技能，在熟練掌握相關儀器工作原理、操作及維護的基礎上，積極參與科研教學服務，有效拓展了實踐應用能力。此外，校外授課專家對課程的開設給予了大力支持，與實驗教輔人員組成的教學團隊一直以極大的熱情投入本課程的建設，充分利用周末或晚上等休息和設備空閑時間開展教學工作，有效提升了大型儀器設備的使用效率。

2 課程設計思路

學校面向化學及相關專業高年級本科生已開設的儀器分析必修課程是一門包括液相色譜質譜聯用技術在內的綜合性儀器課程，主要以課堂理論教學為基礎，引導學生去掌握化學學科相關的多種大型儀器設備的基礎理論知識，屬于普及型的理論教學課程。而目前針對液相色譜質譜聯用技術已單獨開設的實驗教學課程則多數以掌握儀器基本原理和基本操作為目的，極少涉及實踐應用。由于液相色譜質譜聯用技術的理論教學與實驗實踐教學一直以來分別屬于兩個相對獨立的教學體系，缺乏系統性、關聯性和連貫性，一直未能形成理論結合實踐的教學體系。為進一步發揮液相色譜質譜聯用技術實驗課程在學生創新能力培養和應用實踐能力提升方面的作用，液相色譜質譜聯用技術課程定位為一門緊跟技術應用前沿、緊跟最新學術成果，并且理論和實際應用緊密結合的實踐應用型課程。其中，理論教學部分在常規儀器課程教學內容基礎上，從更深層次向學生重點講述液相色譜質譜聯用技術的譜圖解析和科研實踐應用的理論知識；實驗實踐教學以理論教學內容為牽引，針對性地開展貼近科研實踐的實驗課程教學。

3 教學探索情況

3.1 教學內容

與傳統儀器分析課程理論教學和實驗實踐教學分別為獨立課程不同，在過去4年的教學中實驗實踐教學作為液相色譜質譜聯用技術課程的重要組成部分與理論課程協同開展，已初步形成緊跟學科前沿應用，并且理論和實際應用緊密結合的教學內容。

課程的理論教學內容與針對大三學生開設的必修課程儀器分析相比較，其深度和廣度已得到極大延伸[12-13]。雖然理論教學內容的前1/3還是關于儀器的基礎知識教學，但該部分內容著重圍繞綜合訓練教學平臺已有的相關儀器設備開展有針對性的基礎知識教學，旨在為實驗實踐教學提供必要的理論支撐基礎。而余下2/3的理論教學內容涉及的譜圖解析和實踐應用案例教學已與天然產物化學、生物有機化學、藥物化學、材料化學等學科和交叉領域的科研實踐活動緊密結合在一起。

而實驗實踐課程則以理論教學內容為引導，著重開展匹配理論課程的儀器基礎原理、驗證性實驗和綜合性實驗教學。其中，基礎原理著重培養學生對儀器及儀器各器件的直觀認識和認知；驗證性實驗著重培養學生掌握儀器基礎操作和基本應用流程；應用實踐型實驗主要是將經典實驗教學內容進行升級改造，引入現代分析技術[14-16]，使有機合成、分離純化、結構表征及結構解析有效銜接，目的在于促進學生將理論知識有效轉化為分析運用能力。

3.2 教學效果分析

基于液相色譜質譜聯用技術的實踐應用型課程開設4年以來，在實驗教學模式改革探索和學生創新能力培養方面都取得一定成效。①有利于教學模式的改進，與傳統儀器分析課程理論教學和實驗實踐教學分別為獨立課程不同，在過去4年的教學中實驗實踐課程作為液相色譜質譜聯用技術課程的一部分同步開展，而且理論課程聘請本領域高水平校外專家參與教學，教輔人員則充分利用綜合訓練教學平臺設備提煉適合學生創新能力發展的實驗教學內容。這種理論實踐緊密結合的教學模式，在幫助學生將理論知識轉化為實際應用能力方面起到了重要的促進作用，有利于學生快速將理論知識轉化為實踐應用能力;②有利于創新能力的培養，液相色譜質譜聯用技術作為確定化學物質結構，進行物性研究的重要工具，實踐應用型實驗應用于本科教學，能顯著提升高年級本科生分析和解決實際問題的能力，打破了實驗教學與科學研究的壁壘，有利于促進學生創新能力的培養，同時對提高畢業生的質量，增加就業競爭能力起到了重要作用。

3.3 下一步完善思路

為使實驗實踐課程與理論教學中科研前沿和實踐應用內容相匹配，建立更加完善的基礎原理-驗證性實驗-綜合設計性實驗-實踐應用型實驗的階梯式實驗實踐課程體系，實現理論學習、常規操作、基本應用、科研實踐的全鏈條教學，進一步結合理論課程內容和學科科研前沿，繼續設計系列實踐應用型有機化合物結構解析實驗作為實驗實踐課程的一部分，主要包括：

(1)液相色譜質譜聯用分析天然產物。利用液相色譜質譜聯用技術開展復雜體系中的天然產物分析，可以通過對比已知化合物結構特點的碎片離子或特征裂解方式直接、快速、準確地分析目標天然產物的主要成分，以及不同加工制備工藝等，如：中藥材生地和熟地的鑒定，荔枝核總皂苷的定性分析等系列實驗。

(2)研究有機反應中間體。利用液相色譜質譜聯用技術檢測反應過程中的活潑中間體是研究有機反應機理常用的手段之一，可引導學生利用液質聯用技術研究“2+2”反應、D-A反應、BH反應、Aldol反應、Heck反應、Still反應過程中的有機反應中間體，根據分析結果嘗試分析上述各種類型反應的反應機理，每個類型的反應均可獨立設計成一個實踐應用型有機化合物結構解析實驗。

4 結 語

本課程以校外專家教授團隊理論教學為基礎，依托專業實驗室綜合訓練教學平臺的大型儀器設備，采用大型儀器理論教學與實驗實踐教學緊密結合的模式開展相關教學，在學生創新能力，基本科研素養培養方面發揮重要作用，通過4年的教學實踐逐步形成理論和實踐互相融合的一門實踐應用型課程。在未來的教學實踐中，將通過持續設計系列實踐應用型有機化合物結構解析實驗來構筑更為完善的實驗實踐課程體系，形成理論學習、常規操作、基本應用、科研實踐的全鏈條儀器實驗教學。新增的一系列實踐應用型有機化合物結構解析實驗將根據科研前沿的動態持續更新，并設計成系列獨立的實驗方案，在教學實踐中多元化、開放化、靈活化的設置科研實踐實驗授課內容，避免“照方抓藥”；同時針對不同水平、不同專業的學生靈活組合教學內容，達到“因材施教”的目的。最終，通過這門理論實踐相結合的實踐應用型課程讓學生盡早了解科研理念、科研文化和科研價值，提升科學研究和科技創新的能力，為將來開展科研活動和從事相關行業工作奠定扎實基礎。