“熒光強度與分子結構間關系”教學設計*

李小蓉，閆 浩，龍 旭

(陜西中醫藥大學藥學院，陜西 西安 712046)

分析化學是醫學類院校藥學、中藥學等專業重要的基礎課程，其主要目的是培養學生具有化學分析和儀器分析的相關理論知識和實驗操作能力，為學生后續的專業課學習、工作和科研打下堅實的基礎。微課指的是以教學視頻為載體，記錄教師在教學中針對某個知識點或教學環節而設計開發的一種在線網絡視頻課程，它將知識點模塊化，有明確的教學目標，能集中說明一個問題，具有內容“短小精悍”、“主題突出”等特點。在“互聯網+”背景下，微課在高校教學實踐中得到了廣泛的認可和關注[1-6]。“分子熒光分析法”是儀器分析中一種非常重要的分析方法，在藥物分析領域具有非常重要的應用。但是分子熒光分析法的原理比較抽象，學生在學習的過程中感覺比較吃力，學習興趣不高，學習效果不佳。鑒于此，我們將其設計成微課的形式，通過較多的圖片、動畫、實例等將復雜的知識簡單化、直觀化，使知識點圖文并茂，激發學生的學習興趣，提高學生的自主學習能力。

1 教學目標

(1)掌握熒光與分子結構的關系；熟悉分子熒光的產生機理；了解分子熒光分析法的應用。

(2)使學生能初步根據被測組分的結構特點，推斷出其是否能夠發射熒光，為培養學生采用熒光分析法對組分進行定性和定量分析的能力奠定堅實的理論基礎。

2 教學重點及難點

2.1 教學重點

(1)分子熒光的產生機理；

(2)熒光與分子結構的關系。

2.2 教學難點

分子多重度的概念及取代基對熒光強度的影響。

2.3 對重點和難點的解決方法和處理措施

這部分內容在教學中非常關鍵，需要詳細進行講解，在教學中要善于將前后知識體系聯系起來，以促進學生對知識的理解和記憶。關于分子多重度的概念，和學生學過的無機化學中關于電子的自旋、自旋量子數及分子軌道理論相聯系，通過圖片展示分子的外層電子在由基態躍遷到激發態的過程中，其自旋方向可以發生變化，也可以不變的兩種狀態，得到這兩種狀態下分子的總自旋量子數S的數值分別是1和0，根據分子多重度的公式M=2S+1，可以計算出其多重度分別為3和1，我們分別稱之為三重態和單重態。關于分子熒光產生機理的學習，需要和紫外-可見分光光度法相聯系，通過紫外-可見分光光度法的學習，學生都熟悉當物質分子吸收了紫外-可見光以后，分子外層電子會由基態躍遷到激發態，我們可以結合能級圖，并在此基礎上給學生強調激發態的能量較高，穩定性較差，分子很快將會將多余的能量釋放出，并由激發態回到基態，如果分子在由第一激發單重態的最低振動能級回到基態的各個振動能級時，能量是以光的形式釋放的，那這種光就是熒光。這樣學生就能比較容易理解熒光的產生過程。關于熒光與分子結構的關系部分，可以和能夠產生紫外-可見吸收光的躍遷類型及有機化學中的電子效應相結合。即：物質要發射熒光，必須得先吸收光，在講述中，把握住一條主線：即物質吸收紫外-可見光的能力越強，發射熒光的能力才越強。在此基礎上，很容易得出分子結構對熒光的影響主要包含四個方面：躍遷類型(π-π*)、共軛效應(共軛體系越長，熒光強度越大)、剛性結構和共平面效應(剛性和共平面性越大，熒光強度越大)、取代基效應(取代基能增加分子共軛程度的，熒光強度增加)。在講述時，通過直觀形象的圖示和舉例的方式，逐步剖析、引導，促進學生對理論知識的理解。

3 教學設計思路

3.1 問題式引入

通過我們日常生活中的常見的熒光棒和兒童熒光玩具等引出兩個問題：(1)熒光是如何產生的？(2)哪些物質可以產生熒光？采用提問的方式吸引學生的注意力，引入微課教學內容，引起學生的思考和關注。在整個教學中圍繞著提出的問題這一主線展開，引導學生不斷思考、總結，牢牢抓住學生的注意力，將問題式教學方法貫穿在整個微課教學中，有利于學生對知識的理解和掌握。

3.2 教學方法

在教學中采用啟發式、問題式、舉例式、討論式等多種教學方法，引導學生學習，充分發揮學生的主觀能動性，體現了“以學生為中心”的教學理念。如在教學中，通過讓學生觀察苯、萘、蒽三種物質的激發波長、熒光波長及熒光效率的數值，得出熒光效率與共軛效應之間的關系，并分析其原因，得出結論：發射熒光的物質，其分子都含有共軛的π→π*躍遷，共軛體系越長，熒光波長長移，熒光強度也會增大。通過讓學生觀察酚酞和熒光素的結構、聯苯和芴這兩組有機化合物的結構，讓學生討論，兩組結構中哪種剛性和共平面性更好？哪種熒光效率更高？并討論其原因。通過比較結構，學生可以明顯發現，每組化合物的共軛體系長度相同，區別僅僅在于分子的剛性和共平面性存在不同，從而得出結論：熒光物質的剛性和共平面性增加，熒光效率越大，并且熒光波長產生長移。

3.3 熒光分析法的應用

藥學相關專業的學生常常認為分析化學對他們而言只是一門基礎課，在學習上沒有必要投入太多的精力，導致學生的學習效果較差。因此要求教師在教學內容上既注重基本理論知識的學習，又要注重知識的在相關專業中實際應用的學習。因此，在教學設計中，應從學生的專業特點出發，將教學內容和科學研究前沿相結合，引入所學熒光分析法在醫藥學領域的應用，如熒光分析法在細胞識別、藥物濃度的檢測、單個細菌的檢測中的重要應用，在開闊學生視野的同時，使學生領悟到該知識點在其專業方面的重要性，能夠學有所用，可極大地激發學生學習的興趣與動力，提高教學效果。

3.4 課后思考

在分析化學教學中，我們發現學生運用所學知識解決實際問題的能力往往存在一定的不足，因此在教學設計中，課后可以適當的給學生留一些發散性的作業，使學生通過查閱相關資料完成，在拓寬學生知識視野的同時，提高學生知識的實際應用能力。在本次設計中，我們給學生展示出維生素B2的結構，讓學生判斷能夠采用分子熒光分析法測定其含量？還有哪些方法可以測定其含量？通過這道思考題，可以使學生對本節課的教學內容有更加深刻的理解，進一步提高學生知識的運用能力，為學生后續學習及深造打下堅實的基礎。

4 教學反思

本節微課教學中，從學生感興趣的問題開始，圍繞問題展開教學，在教學中靈活運用多種教學方式，牢牢抓住學生的注意力，并充分利用形象直觀的圖畫、動畫等將復雜抽象的理論知識簡單化、直觀化，加深學時對知識的理解，使整個教學過程在輕松愉悅的氛圍中進行，極大地提高學生學習的積極性及主動性。通過分子熒光分析法在醫藥領域中的應用的學習，在拓寬學生知識面的同時，引起了學生對本門課程的重視。教學中不僅注重學生理論知識的學習，還注重學生自主學習能力及知識靈活運用能力的培養，在教學中通過課后思考題，可以進一步提高學生的抽象思維能力、分析問題和解決問題的能力，達到了良好的教學效果。

現階段，分析化學教學中存在著師生互動性差、學生學習興趣不高等問題，已嚴重影響其教學效果。微課作為一種新型的教育信息資源，在教學中引起了廣泛的關注，并取得了較好的教學效果。