以科學研究為指導的藥學專業波譜解析教學改革探索*

劉治成，陸維麗，程文明，吳婷妮，李 寧

(安徽醫科大學藥學院，安徽 合肥 230032)

《波譜解析》是高校藥學專業本科及研究生所必修的一門重要專業基礎課程。其目的旨在向學生傳授通過綜合利用多種波譜信息對未知化合物結構進行推測及對已知化合物進行結構驗證及定量等知識。教學大綱中一般主要要求教授紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、核磁共振圖譜(NMR)及質譜(MS)的原理及識譜、解譜知識[1]。由于藥學專業學生常在天然產物分離鑒別、藥物合成分析、藥物代謝動力學、藥理組學分析等諸多領域的科學研究和未來就業工作中運用到上述四大譜學知識，使得《波譜解析》課程在學生的知識結構中顯得格外重要[2]。然而，相較于國外高等教育中常把上述四大譜學內容安排在從本科至研究生多個學年有針對性的逐一教授的教學方式不同，大部分國內高校藥學專業均將四大譜圖及其綜合運用解析的教學任務安排在一個學年乃至于短短一個學期的較少課時內完成。此外，本門課程教授的重點——譜圖解析部分雖基于科學實驗的操作，但鮮有院校為此門課程配套開設實驗課程，學生僅能在教師的講解下依靠相對抽象的例題學習對于解譜規律，這不僅加大了此門課程的授課難度，更對學生的理解和接受能力提出了極高的要求。以上原因導致藥學學生尤其是藥學本科學生在學習《波譜解析》這門課程后實際對各波譜的解譜能力的掌握不甚理想，教學目標實際往往難以實現[3]。由于本門課程所授內容與科學實驗聯系緊密，為改善本門課程的教學效果，筆者根據多年的本門課程教學經驗，結合四大譜學在藥學領域的實際運用，在以下方面做了新的嘗試和探索：

1 加強教師自身譜學在藥學領域運用的學習

以筆者所在學校為例，參與藥學專業《波譜解析》課程教學的教師并非均具有藥學或天然藥物化學專業背景，因此有時難以充分結合本專業需要地講解本門課內容[4]。這不僅有礙于藥學學生從課程中學習到專業相關技能更抑制了學生們對本門課程的學習興趣。因此，對于非藥學相關專業畢業的本門課程授課老師，我們組織了多次教學培訓會議，其間邀請了多位以藥物化學、天然藥物化學及藥理學等為方向研究的專家，通過專家們以本專業的視角講解四大譜學知識在科學實驗中的各類運用及其實例，以幫助各位授課老師在教學工作中抓住教學重點；非藥學及相關專業畢業的教師還積極自學了藥物化學和天然藥物化學專業知識，進一步理解了藥學專業對本門課程掌握程度的需求，從而使他們能在課堂上更為有的放矢地在課堂上以各類藥物的譜圖為重點講授內容，幫助學生們對此門課程的重要性和實用性有更好的認識。

2 結合藥學專業實驗課程 融入波譜分析內容

為了更切實地讓學生體會到波譜分析在藥學專業科學實驗中的重要意義，我們嘗試在天然藥物化學實驗課——蘆丁的提取和鑒別及藥物化學實驗——阿司匹林的合成等實驗課程中將蘆丁的氫核核磁共振圖譜(1H-NMR)和DEPT譜(Distortionless Enhancement by Polarization Transfer)及阿司匹林的IR譜、MS譜和1H-NMR譜分發給學生，讓他們在實驗報告中加入對上述化合物對應譜圖信號的歸屬。在批改實驗報告后我們及時總結了學生解譜過程中的共同錯誤及不足并及時在課堂上反饋給學生，使他們更加深了印象，進而增強了解譜能力。此外，我們還將對上述實驗報告中學生所完成的實驗中涉及化合物的波譜分析練習所做的批改在習題課上作出及時總結和反饋，將學生們解譜過程中暴露出來的普遍性問題在習題課上與講解其他解譜題一道，以幫助學生們及時糾正他們的錯誤，加深對正確解譜方法的印象。

3 安排解譜上機課程 加深學生對各譜圖綜合運用的認識

在講授完理論課部分內容后，我們組織和安排三個課時的波譜分析的上機課程。其中，第一個課時主要安排教師進行統一演示利用ChemDraw軟件對于小分子化合物進行IR、MS、NMR等譜圖的預測、利用Mestrenova軟件對于MS及質譜進行進一步的解析、將所得譜圖信息與NIST、Metlin、HMDB[5-7]等網絡小分子數據庫進行比對驗證等操作；后兩個課時則要求學生根據給予的五種化合物名稱在ChemDraw軟件中畫出其結構并對軟件所預測的譜圖進一步進行信號歸屬。課后學生們均表示上機課直觀地看到不同化合物對應的預測譜圖不僅大大加深了他們對于化合物不同譜圖解析的認識，更教會了他們利用相關譜圖軟件實現輔助解析的技能，起到了良好的效果。

4 引導學生主動閱讀科學文獻 從文獻閱讀中體會本門課程的意義

科學研究離不開大量的文獻閱讀。為了讓學生們深入了解波譜分析在科學研究中的廣泛用途，我們還在課后給學生布置了文獻閱讀的作業：要求學生以5人小組為單位自選感興趣的領域(如納米材料、天然產物分離分析、大分子結構推測等)閱讀不少于10篇該領域近5年發表的學術論文(其中英文論文不少于3篇)并對這些文獻的內容作出總結寫出簡要綜述和以組為單位的口頭匯報。經過此番訓練，學生們了解到了書本中舉例以外的各波譜的應用和相關前沿科學進展，這不僅極大地提高了他們對學好本門課程的興趣，更充分調動了學生們主動學習的積極性，使他們在閱讀文獻過程中發現其中尚不理解或理解不夠透徹的問題，并帶著這些問題在課堂上更加集中注意力地學習相關知識。

5 面向藥學專業學生開設大學生課外競賽的波譜解析實驗培訓課程

如今挑戰杯、大學生創新創業競賽等國家級大學生課外競賽在國內各高校中均得到充分重視也有越來越多的大學生積極參與其中。這些競賽在激發學生的創新能力的同時也為高校的創新素質教育提出了更高的要求。而儀器分析則是藥學專業大學生創新實驗設計中常涉及的實驗操作。因此，為了同時兼顧藥學創新競賽的需求及本科《波譜解析》的教學成果，在所在院系實際儀器條件的基礎上，筆者所在授課團隊嘗試在本門課程課時以外安排開設面向藥學專業全體學生的波譜分析實驗培訓課，并得到了學生們的積極相應。我們根據自身條件開設的實驗培訓主要包括UV、IR分光光度計的使用、氣相色譜質譜聯用(GC-MS)、液相色譜質譜聯用(LC-MS)等課程。每次培訓分為原理講解和上機操作兩個部分：第一個部分主要結合《波譜分析》理論課內容，講解儀器的構造及原理、實驗基本操作步驟；第二個部分為實驗演示操作，按照標準儀器操作流程對準備好的待測分子(兼備已知或未知兩類小分子藥物)進行儀器分析和數據處理，并通過對已知小分子藥物的譜圖分析，進行濃度測定(UV光譜)、特征峰歸屬(IR光譜)及離子峰鑒別和裂解規律推倒(MS)；對未知化合物通過結合IR與GC-MS兩種圖譜信息進行結構推測，并將所推測的化合物結構與儀器中已具備的NIST氣質聯用圖譜庫進行比對確認。通過觀摩實驗課對各類譜圖分析儀器的實操，學生們不僅能更系統化地理解所學儀器原理和解譜方法，加深了學生們對不同譜圖優缺點的認識，更使他們對多種譜圖分析的實驗操作有了更清晰的了解，夯實了他們對相關知識的掌握程度，同時也幫助了擬利用儀器分析進行藥學相關創新課題開展的同學們能更簡單地上手，從而更好地完成他們的課題設計。

藥學專業《波譜解析》課程的重點，在于教會學生掌握對多種譜圖的識別解析及綜合解析的能力。由于對科學實驗及其對應各類應用的高度依存性，拋開各類譜學的具體應用及其應用目的談解譜不僅使得課程內容枯燥晦澀，也很大程度地提高了解譜的難度。然而，對于藥學專業學生而言，各類譜學分析儀器或將成為他們未來科研或就業工作中所常用的工具。因此，課程的難度和以往脫離實際操作的課堂理論教學不僅抽象難以理解且常不具有藥學專業的導向性和實際應用性。在經過我們的以上探索和嘗試后，將課程考試的結果與以往進行對比也不難看出，教學過程中進行如上探索后學生們的解譜能力得到了顯著的提高。與此同時，我們堅信在我們的教學改革探索過程中，學生們更通過科研文獻的閱讀、分析軟件的應用等方面的學習在一定程度上提高了科研素養，或為未來學生們的科研之路起到了較好的鋪墊作用。然而，在上述教學探索過程中我們也遇到了諸如本門課程安排的課時依舊較少、難以更全方面地向學生展示各類譜學在科學多領域的作用等問題，我們也因此呼吁在未來能提高本門課程在藥學專業教學中課時安排的比重，使本門課程的教學效果得到更好的發揮。