藥學專業《波譜解析》課程教學方法改革與實踐*

張 濤，房立真，呂潔麗，閆建偉，孫堂強，段迎超，王亞坤，李 旸，白素平

(新鄉醫學院 藥學院，河南 新鄉 453003)

《波譜解析》是藥學專業的一門重要的專業基礎課，主要教學內容包括紫外光譜、紅外光譜、核磁共振和質譜四個結構單元[1]。掌握波譜解析的相關內容和方法是確定小分子藥物或有機化合物分子結構并開展構效關系研究的關鍵，對學生后續開展科研工作和新藥研發具有重要意義。如何調動其自主學習性，讓學生掌握好這門課程，并提高實際解決問題的能力，是值得思考和研討的問題[2]。

1 課程教學中現存問題

《波譜解析》課程與有機化學、分析化學和物理化學等學科密切相關，因其理論抽象枯燥、信息量大，因此教師的備課難度較大，學生的學習興趣較低[3]。筆者在前期的教學過程中發現學生學習主動性低，對知識點的學習通常選擇死記硬背，而忽略了對原理的理解，造成對課程內容一知半解，學習效果大打折扣。此外，在早期的教學中，教師主要采用填鴨式的課堂PPT講解，缺少網絡課程資源、有效輔導以及課后習題等輔助教學手段，學生無法有效地預習和復習[4]；四大光譜儀中對化合物的結構解析起著至關重要的作用的核磁共振儀和質譜儀價格昂貴，操作相對復雜，多為專人負責，基本無法讓本科生上手操作，學生不能將理論與實踐有效融合，課程學習效果差[5]。上述現狀和問題嚴重制約著波譜解析的教學質量和藥學類本科生的培養質量，因此對課程進行教學改革，對藥學及相關專業學生的能力的培養具有重要的意義。

2 課程改革措施

針對以上教學問題，本教學團隊近兩年對《波譜解析》課程進行了教學改革，在我校2018級和2019級藥學和藥物制劑專業學生進行實踐，學習效果評價表明教改取得了良好的效果，現對已開展的實施方案闡述如下：

2.1 開課時間的設置

《波譜解析》課程學習需要扎實的有機化學和分析化學知識。早期我校藥學專業《有機化學》、《物理化學》和《分析化學》等基礎化學課程的開課時間安排在第二、第三學期，《波譜解析》課程則安排在第五學期。部分學生前期有機化學等基礎未能打牢，再加上1-2學期的時間間隔，基礎知識已生疏。因此波譜解析課上，老師為了讓學生更好理解知識點，課堂需要穿插講解大量的有機化學等基礎知識，這樣不但增加了老師的教學內容和學生學習的知識點，而且還在一定程度上降低了學習進度。針對以上問題，本教學團隊經過多次討論，結合國內高校的開課情況，對藥學及相關本科專業的教學大綱進行了修訂，將《波譜解析》課程調整到第四學期，并于2020年春季開始實施新的方案。通過對2018級和2019級兩個年級的學習效果的跟蹤調查，發現開課時間調整后，學生學習效果顯著提高，前期所學的相關基礎化學知識得以鞏固，還為《藥物化學》和《天然藥物化學》等專業課程的學習打下基礎。

2.2 啟發式教學與翻轉課堂結合

傳統的《波譜解析》課程教學方法主要采用“老師講，學生記”的單一模式。該教學方式以教師為主體。然而該課程知識點抽象、理論性強，學生學習積極性不高，被動接受大量理論知識而導致學習效果不理想。因此近年本教學團隊改變了傳統教學模式，在教學中引入啟發式教學和翻轉課堂，注重激發學生的學習興趣，加深學生對于基本概念和重要結論的理解和應用。例如，在紫外光譜的教學中，先播放10～15分鐘的關于紫外光譜的視頻錄像，吸引學生注意力，加深學生對學習內容的了解，激發學生濃厚的學習興趣；在講解吸收光譜機理時，結合有機化學中取代基對反應性的影響因素對學生進行啟發式引導，從而使學生理解電子因素對紫外光譜中電子的能級躍遷、紅外光譜中分子鍵的能級躍遷和核磁共振波譜中化學位移的影響，加深學生對理論的理解；在講解質譜儀工作的原理時從物理學中的帶電粒子在磁場中的運動現象引入，這樣就把抽象的理論轉換成學生理解的形象生動的知識，增加了學習的趣味性。

注重結合學科發展前沿，豐富和更新教學內容，定期以學術報告的形式進行翻轉課堂，讓學生緊緊圍繞自己第二課堂的科研項目和波譜理論進行學術討論，在確保課程基本教學內容的前提下，使學生對波譜分析理論和應用方面的重要性的認識更加深刻，也鍛煉學生的表達能力。在學生講解討論過程中，老師及時肯定學生正確的分析，同時對過程中發現的問題進行引導討論，并及時進行知識補充和思政引導，強化學生學習的同時培養學生的科研素養。

2.3 網絡教學手段與傳統教學手段相結合的教學模式

隨著科技的發展，傳統的教學手段已經無法滿足現代化的教學要求。因此教學過程中，充分引入網絡教學手段可以極大的提升教學效率[6]。本教學團隊于2019年在超星學習通網絡平臺完成了《波譜解析》網絡課程的建設，共錄制了47個共853分鐘幾乎涵蓋所有知識點的教學視頻，并上傳了多媒體電子教案和參考書，以便學生進行提前預習和課后復習；同時建立了相應的試題庫和問題討論區，實現了師生間的時時交流與討論。本次網絡課程建設中，將量子化的能級躍遷，分子震動，核磁共振原理及分子裂解規律等比較抽象的知識，充分利用動畫、視頻和實物模型等現代信息技術手段，制作了大量的視頻材料，以增加學生的感性認識；在第二章紅外原理的學習中，將涉及分子震動的內容(如：分子鍵的伸縮振動、彎曲震動等)事先制作成動畫形式，在授課過程中進行演示，給學生形象生動的展示了紅外吸收光譜產生原理；第三章核磁共振講解中，將拉莫爾進動、原子核能級躍遷等通過形象的動畫進行展示，讓學生們對核磁共振的基本原理了解更加深入，以便為后緒重點內容如化學位移、峰的裂分以及耦合現象等學習奠定堅實基礎。經過2年的實踐，本教學團隊充分利用網絡教學資源，實現了網絡教學與多媒體教學相融合的教學模型，提高了整體教學效果。

在教學過程中，筆者教學團隊除堅持網絡課程和多媒體教學手段相結合的同時，堅持發揮傳統教學手段的優勢。如有機化合物紫外最大吸收波長λmax的計算、自旋角動量的推導和耦合常數的計算過程就不宜單純使用電子教案來教學。此時采用板書對所涉及的數學過程進行推導和講解，就會讓學生有充分的思考時間，使概念更加清晰易懂。此外，波譜分析課程牽涉到大量的有機化學和藥物化學方面的基礎知識，講解的過程需要根據學生的具體掌握程度靈活加入相關內容，這是PPT制作前無法預判的。因此，傳統的板書講解與多媒體結合的教學模式不但能很好的解決相關問題，還能使講授方式更加靈活，教學效果顯著提升。

2.4 學業導師制度與實驗課結合的學習方法

《波譜解析》的理論知識與藥學的科研密切相關，從科研項目實驗結果著手更易于學生理解和深化理論課中的內容[7]。我校藥學專業執行的是本科生學業導師制度，學生從大二開始就根據專業愛好選擇了學業指導教師，并開展了具體的實驗課題。因此，學生可利用導師的科研平臺開展研究性學習模式，在完成科研課題的過程中利用實驗中化合物的表征解析過程強化對波譜分析理論和應用方面的認知。這種培養模式，可使學生對藥學實驗產生強烈的興趣，同時又促進了其理論課的學習興趣，由形成良性循環，提高了教學效果。

目前我院科研實驗平臺已經配備了紫外光譜儀、尼高力IS50紅外光譜儀、Bruke 400 MHz核磁共振儀和Bruke Q-TOF Ⅲ高分辨質譜儀等先進的儀器設備，雖然儀器價格昂貴，但在每章學完后會開展相應的3學時的實驗教學。通過專職教師的演示與講解，結合具體化合物的測試解析，讓學生了解波譜儀器的基本原理、使用方法及在基礎科研中的應用，有助于拉近課堂與實際的距離，增大學生的學習興趣。另一方面，通過實驗討論讓學生充分了解高效液相-質譜聯用儀、氣相色譜儀-質譜聯用儀、紫外光譜儀、紅外光譜儀和核磁共振儀等大型分析儀器在藥物研發和生產過程中的重要作用，從理論教學和實際應用方面對學生進行多方位立體教學，全面提高學生的綜合能力。

2.5 加強教師培訓交流與互動

對于教師來說，教學理念和教學方式的優化是提升教學效果的有效手段。近年來，本教學團隊積極與國內知名高校和研究院所的教學部門進行多次交流與互動，積極學習先進的教學理念和方法，并建立了資源的共享平臺；此外，積極選派教師參加國內的教學研討會，虛心學習從而提升教學水平。同時注重加強資料獲取和最近文獻閱讀，跟蹤科技前沿，并將最新的科技成果應用到教學中去，不斷補充和更新教學內容，保證教學內容的先進性和科學性。這樣既提高了老師的教學能力，又激發了學生的學習興趣、調動學生的學習積極性，同時還能開闊學生的視野、增強專業認知。

2.6 成績評定的改革

相比于之前的成績評定方案，我們把翻轉課堂和實踐課內容納入考核范圍。基本方法是：期末考試成績占60%，平時成績(包括課堂出勤率、平時作業和翻轉課堂)占20%，實驗成績(含完成實驗報告)占20%。從之前一考定定成績的方案修改為上述期末考試、平時成績和實驗成績三項考核，學生改變了背誦的學習方式，轉變為理解、記憶和應用并行的學習方法，最大限度地調動學生自主學習、參與研究的積極性。

3 教學效果

本課程幾年來一直在教學內容、教學方法與教學手段進行優化和改革，逐步形成了理論與實踐融合、線上與線下互補這一有效的教學模式。2020年新冠疫情期間我們對2018級學生采用直播授課輔助網絡教學和輔導的方式、2021年對2019級學生采用的是課堂教學輔助網絡課程和輔導的方式進行教學，理論課學生出勤率到達99%，超星學習通平臺上我們的《波譜解析》網絡課程截止到2021年9月點擊學習率達到59813次。這些結果表明學生的學習態度由被動變為主動，學習方法由盲目變為有針對性，在學習波譜知識的同時還鍛煉了思考、創新、協作等能力，也提高了學習興趣。此外，通過在2018級和2019級隨機抽取各100名學生進行問卷調查的結果表明79.5%的學生非常喜歡波譜解析課程、67%的學生認為第四學期開設本課程最為合適、84.5%的學生認為錄制的網絡課程對本課程的學習有很大幫助、92.7%的學生認為上課過程中老師進行知識補充很有必要。我們采用從同一題庫隨機生成的試卷給學生進行期末考試，最終成績表明不及格率較2020年以前5%左右降低到了1%，并且80分以上的學生平均增加了15%，表明兩屆學生都取得了理想的教學效果。

4 結 語

針對藥學專業《波譜解析》課程教學中存在的問題，對教學方法、教學手段、輔助資料、實踐教學和成績評定方面進行了改革，使教學形式更多彩、教學過程更生動，也在很大程度上調動學生的學習積極性，提高了學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。經過兩年的教學實踐，隨機抽取二百學生進行的問卷調查和期末考試成績都表明改革后的教學方法適用于藥學專業本科生的教學，可以為今后的學習和工作奠定必要的理論基礎和實踐經驗。