提升研究生波譜解析能力的課程教學探討

冷 炎，蔣平平，張萍波，董玉明

(江南大學化學與材料工程學院，江蘇 無錫 214122)

科學技術的進步促進了現代儀器分析方法的飛速發展，波譜分析是現代有機化學和分析化學中不可或缺的重要分析手段和工具[1]。波譜解析課程內容主要涉及紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、核磁共振光譜(NMR)和質譜(MS)的基本理論與一般分析方法，該課程作為高校化學專業、制藥工程等專業研究生必修的一門專業限選課，是學生從事本專業科研、生產工作必備的專業技術知識，是培養應用型人才的重要組成部分。由于波譜解析內容抽象難懂，難以產生學習興趣，所以本課程對于授課教師提出了更高的要求，如何在有限時間內讓學生全面掌握該課程的主要內容，提高學生實際的圖譜解析能力，是值得我們探究的新課題。本文結合筆者過去八年的波譜解析課程教學實踐，就如何搞好該課程的教學效果談一點粗淺的看法。

1 波譜解析課程教學中存在的問題

波譜解析課程涉及到無機化學、有機化學、分析化學和物理學等多學科，內容比較抽象，繁雜，且規律性不強，不僅需要學習基本原理和知識，記憶波譜數據，還要有效地將這些只是應用到圖譜的解析中，因此初學者往往感覺枯燥無味[2]；有機化學和藥物化學科學研究日新月異，出現了眾多新的有機化合物，但現有的波譜解析教材中的圖譜案例較為陳舊，有必要對現有教學內容進行更新和補充；波譜解析課程實踐性非常強，除了理論的學習，最重要的知識的運用，然而，多數高等院校目前都開設了《波譜解析》的理論課，但相關的實驗課程教學很少開設；隨著科技的發展，檢測儀器的功能也越來越強大，分辨率越來越高，原有的老的波譜解析課程內容可能和先進的儀器設備檢測結果不相匹配，因此，有必要使學生對儀器的結構和操作建立更直觀的認識和理解；此外，波譜儀器檢測，往往需要運用多種電腦軟件對檢測結果進行數據處理和圖譜繪制，因此軟件的熟練運用對于圖譜解析將會起到積極的用作。

2 波譜解析教學改革建議

2.1 豐富教學方式，增強學習興趣

波譜解析涉及很多學生從未接觸或目睹過的精密儀器和非文字形式的數據圖譜，如果單純采用傳統板書教學模式，不僅浪費時間，教學效果也不夠理想。多媒體教學必不可少，在課堂上可以根據需要靈活播放所需的文字以及圖片信息，將枯燥的原理機理過程用彩圖和動畫更加形象的展示出來，便于學生更好的吸收[3]。例如，一些紅外光譜應用軟件可以形象地演示譜圖中吸收峰所對應的化學鍵振動類型，生動地演示吸收峰與分子結構的對應關系等。多媒體演示使抽象的教學內容變得豐富和生動，而且有限的課堂時間可以為學生展示更多的教學內容。另外，雙語教學是最近流行一種全新的教學模式，針對學生英語能力差別可能較大，采用英文課件漢語授課的教學形式，鼓勵學生查閱相應的英文教材，如原版《波譜解析》英文教材，可以提高學生的英語水平和英文文獻的閱讀能力[4]。

研究生入學后，每人通常會被分配相關的研究課題，并對課題有了初步的了解。在圖譜解析課堂教學上，需打破教師“一言堂”，鼓勵學生大膽發言，積極參與教學活動，增強學生的創新意識，同時，教師也應該及時關注大部分學生的研究方向和興趣所在，制定針對性、計劃性的教學方案，促進教學相長[3]。設計若干共性問題，制造課堂亮點，采用分組討論的形式使學生掌握分析和解析圖譜的方法和技巧，高效的互動將課堂氣氛推向高潮，引起學生共鳴，提高學生在互動教學活動的參與率。

2.2 優化教學內容

波譜解析的教學內容必須結合時代發展的需要，注重基礎知識與現代科技發展相銜接，及時將波譜學的新知識、新技術以及新進展主動融入到教學之中。例如，將拉曼光譜、旋光光譜，以及一些檢測儀器的聯用技術和等知識介紹給學生，使學生及時了解最新的發展動態和科學前沿，拓寬知識面和信息量[5]。另外，在以往的圖譜分析教學內容方面，二維核磁共振譜圖分析講解較少，而現在二維的核磁核磁共振分析檢測較為常見，因此，教學內容要做到與時俱進，引入新穎的、前沿教學內容。另外，隨著科學研究的發展，各種新材料和新的化合物不斷被報道出來，將最新文獻報道中的一些表征手段和方法介紹給學生，并給他們分析文獻中具有代表性的圖譜，不僅可以激發他們對科研的熱情，還能對他們課題的順利進行提供靈感。

2.3 案例式教學

案例教學，是一種開放式、互動式的新型教學方式，也是目前較受歡迎的一種教學模式。在未知物的結構解析當中，通常需利用四大光譜與化合物之間的關系和表征，相互輔佐、相互印證，合理推斷其組成結構，因此，四大光譜知識的融會貫通和綜合圖譜解析能力尤為重要。從比較簡單化合物的譜圖開始，再到結構相對復雜的化合物的譜圖，步步深深入進行教學。四大圖譜教學內容結束后，預留專門的課題時間，有針對性的強化綜合圖譜解析能力。案例教學過程中，首先要明確教學計劃，主要包括教學內容，教學目的，追求的教學效果等。以典型的文獻報道為教學案例，也可以對研究生科研過程中取得的一些未知化合物進行表征分析，并將所得圖譜作為教學案例，在課堂上進行互動教學[6-7]。通過實驗得到的圖譜由于各種原因，如可能出現溶劑峰，雜質峰，或則其他一些耦合作用，使得圖譜更加復雜和真實，這樣不僅可以拓寬研究生的知識面，而且能夠培養研究生的探索精神和科研能力，從而達到較好的教學效果。

2.4 熟悉儀器操作和軟件運用

有機化合物波譜分析是一門實踐性很強的學科，對基礎知識的理解、掌握、融會貫通及應用必須與實踐應用相結合。根據學院實際條件開設相關實驗課程，可以由專職實驗崗教師或者對儀器操作熟練的研究生對其進行指導和講解注意事項，常見的紅外和紫外等儀器可以讓學生親自操作，而價格昂貴的儀器，如核磁共振和質譜，可以由老師進行演示，并講解檢測原理和樣品制備方面的相關要求，學生觀摩為主。為了體現實驗的重要性，增強學生對實驗操作的重視程度，可以將實驗部分作為最后學生考核評價的一部分(占比20%～30%)。

對有機化合物檢測結果的數據處理是圖譜解析的前提，也是研究生必須掌握的科研技能。目前，常用的數據處理軟件(如ChemOffice、ACD/NMR、NMR-Sim軟件、Orange等)功能相當強大，可以預測化合物1HNMR、 13CNMR的化學位移，確定紅外基團的位置，質譜的碎片離子和分子離子峰，模擬化合物的標準圖譜等，從而準確預測未知化合物的組成結構[8-9]。在圖譜解析課堂教學中，給學生演示這些軟件的使用技巧不僅有助于復雜化合物的圖譜解析，使學生更容易掌握波譜解析的技術要領，這在一定程度上還彌補了大型儀器教學資源的不足。

2.5 建立具有較高理論水平和實踐能力的教師隊伍

波譜解析課程的特點要求授課教師不僅需要具有專業的理論知識，還需要具備良好的科研實踐能力。眾多高校近十年來，每年都引進了大批青年教師，他們科研各有所長，發表眾多高水平科研論文，承擔著各種國家和省部級科研項目，能熟練操作各種儀器設備和軟件運用，因此，在波譜解析的教學團隊建設方面，應該鼓勵更多的專業教師參與到教學當中。例如，波譜解析四部分內容可以分別由不同的教師進行授課，將他們各自最熟悉的領域和研究成果在課堂教學中介紹給學生，這樣既能豐富教學內容，還能激發學生的學習動力和學習興趣，拓寬他們的視野，提高教學質量。

3 結 語

波譜解析是一門理論與實用性都較強的課程，需要一線教學工作者努力探索和完善更加合理的教學方法和模式，激發學生的學習熱情，加強知識的應用，提高實際譜圖解析的能力，為研究生后續科研工作的順利進行奠定基礎。