信息技术在仪器分析

冯薇　李菁　牛丽颖

摘要：随着时代的发展与科学技术的进步，现代信息技术已经成为拓展人类能力的创造性工具。与此同时，信息技术日益融入教育教学实践活动中。波谱解析是《仪器分析》课程中难点相对集中的部分，笔者在波谱解析教学中广泛应用信息化教学，以期进一步易化重难点知识，提高该部分内容的教学效果。

关键词：仪器分析；波谱解析；信息技术

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）03-0211-02

《仪器分析》是药学、中药学专业的一门专业基础课，是学生从事本专业科研、生产工作必备的专业技术知识，是培养应用型人才的重要组成部分。《仪器分析》主要由三部分组成，即电化学、波谱分析及色谱分析，波谱解析是这三部分中最难掌握的。该部分教学的主要任务是讲授紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、核磁共振光谱（NMR）和质谱（MS）的基本原理、特征、规律及图谱解析技术，并介绍这四大光谱解析技术的综合运用，培养学生掌握解析简单有机化合物波谱图，推断其结构的能力[1]。

由于波谱解析部分各大光谱学的基本原理及基本内容过于抽象，难以理解掌握，历来是教师难教、学生难学的一门课。如何上好这门课，更好地调动学生的学习主动性和积极性，提高课堂教学质量，一直是我们探索的问题。鉴于波谱解析部分对多门专业基础课（如中药化学或天然药物化学）的重要性和未来考研、工作的实用性，根据本门课程的教学内容特点，我们结合实际教学和科研经验，将部分本专业密切相关的现代信息技术应用到波谱解析的教学中，有力地扭转了课程枯燥难懂、空洞抽象的印象，学生对该门课程的学习热情也有了显著提高。

现将教学中的体会总结如下。

一、软硬件相结合的信息技术应用

波谱解析课的主要目的是使学生学会解析图谱，从图中推导出有机化合物的结构式或结构信息。在具有紫外光谱、红外光谱、核磁共振和质谱等基础知识以后，要熟练地掌握解析图谱的技巧，必须多做波谱习题，才能做到熟能生巧[2]，尤其是最后的综合解析部分，主要以讲解习题和练习答疑为主。为了带动学生融入课堂气氛，笔者坚持以板书的形式讲解习题，此时，就会出现一系列问题：大量的习题势必产生大量的板书，教师在书写板书时背对学生，不能够及时与学生交流得到反馈；同时大量板书所带来的清理时间也使得有限的习题讲解时间变得更少。为了解决这些问题，我们尝试在波谱解析的习题讲解课上使用数位板及其配套软件，达到了良好的教学效果。以前教学中，数位板的使用仅仅是在数字绘图领域，或其他学科的微课制作中，现在数位板被应用到了波谱解析的习题课，我们可以直接在谱图上解题，更加直观，教师始终面对学生，习题讲解的过程中，思路连贯，交流顺畅，学生的反馈也可以及时观察到。我们也尝试过将解题过程制作成微课播放，但相比之下，在课堂上直接应用师生互动的效果更好，更能引发带动学生思考的积极性。

“录屏软件+应用软件”，手机、数码单反、摄像机、数位板与录课笔，软硬件融为一体的微课录制系统，使信息技术运用愈发简易便捷。我们也尝试着将某些小问题以微课的形式录制讲解，提供给学生在课下用以参考。这样的形式无疑吸引了更多学生付出时间预习或复习，提高了学生的自学能力，不仅对引导学生自主学习大有裨益，同时也使波谱解析原本晦涩难懂的原理部分变得更容易接受。从学生的角度而言，微课不仅可以反复播放，加深理解和巩固，还是教师对学生一对一的讲解和演示，主观感受不同于一群学生共同听课。微课除了在仪器分析的理论教学中能够一展所长，我们也借鉴了在实验教学中应用微课的经验[3]，微课的使用得到了进一步拓展。

仪器分析作为一门应用性较强的学科，以分析仪器为基础，研究物质的性质、结构和含量。学习仪器分析的原理最终仍是为了仪器的操作使用打基础，因此仪器分析实验教学显的格外重要。

录制成微课介绍的实验，比起教师单纯讲解枯燥的实验内容要生动直观的多。同时，这种类似“一对一”的演示，也避免了教师在一台仪器面前讲解时只有少数学生能够凑在周围，而多数学生由于空间局促无法看清听清的缺点。例如，紫外分光光度计的使用录制成微课后，仪器的维护、使用、清洁等步骤一一详细介绍，学生可以清楚地从录像中看到调零校百的方法、测定前样品在比色皿中的润洗、比色皿清洁擦拭的方向、比色皿中液体应该加入多少才可以使入射光成功透射从而得到准确的结果。

现实中还有些困难在学生了解和使用仪器的过程中产生了巨大的障碍，例如，多数院校中核磁共振波谱仪由于仪器耗材及其维修养护均价格不菲，并未配备，不能够让学生参与该项实验操作。我们可以通过教师在其他院校或科研院所录制核磁共振波谱仪实验操作的微课，帮助学生认识、了解核磁共振波谱仪的原理、使用方法和注意事项。通过这样的微课教学，学生不再对核磁共振波谱仪感到陌生、遥远。

通过微课介入实验教学，可以让学生进一步巩固课堂上所学的理论知识，并掌握一些分析仪器基本操作和维护技巧，解决实验内容枯燥、仪器数量不足、课时有限、不能让每一个学生操作等问题。

二、现代专业工具软件的应用

波谱解析教学中存在很难理解的知识，且具极强的抽象性，往往需要具备较强的专业知识基础和创造性思维能力，才能正确理解并加以应用。而专业工具软件的出现，可以帮助教师向学生介绍一些直观、快捷的方法技巧来帮助学生理解和掌握知识点，通常会得到事半功倍的效果。

例如，在学习2D-NMR中的NOE效应时，可以应用CambridgeSoft公司开发的ChemOffice系列工具包，用其中的ChemDraw模块先画出要举例的化学结构，Chem3D模块将其转化为立体结构，不同的核或官能团之间其产生NOE效应的必要条件“空间距离近”就变得生动直观，容易被学生理解。另外，ChemNMR功能可预测13C和1H的NMR模拟光谱，为结构综合解析提供了必要的参考依据。

具有类似绘图功能及结构解析参考的软件还有chemaxon公司出品的marvinbeans以及ACD公司出品的ChemSketch。

三、现代数据与文献检索系统的应用

新世纪，社会信息化已成为不可阻挡的时代潮流，信息已经成为最重要的战略资源之一。随着现代科学技术尤其是计算机和网络技术的迅猛发展，社会信息量激增，信息呈现出爆炸式的增长趋势，信息检索能力已成为能够成功解析波谱的一项必备技能。

（一）有机化合物图谱库

日本的SDBS有机化合物谱图库，（http：//sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi）免费提供大量有机化合物的光谱数据，不仅可以通过化合物名称、分子量或CAS号等信息查询相关化合物的红外、紫外、质谱及核磁光谱，而且可以输入实验所得光谱数据查询相应化合物。

西班牙的Natural Products 13C NMR Database（http：//c13.usal.es/c13/usuario/views/inicio.jsp？lang=en&country=EN）可以免费提供一些天然产物的13C谱数据。

弗吉尼亚理工大学有机化合物数据库Organic Compounds Database，Virginia Tech（http：//www.colby.edu/chemistry/cmp/cmp.html）界面类似日本的SDBS，目前可以免费查询到2483个有机化合物的图谱数据。

有机小分子生物活性数据PubChem（http：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）被整合进了美国国家生物技术信息中心（NCBI），作为NCBI一个子项存在，数以万计的化学组成资料集可经由FTP免费下载，部分化合物的光谱数据可以从中检索到。

我国开发的微碳谱网络数据库（http：//www.nmrdata.com/）是有机化合物核磁共振碳谱数据库的索引，目前收载有机化合物727167个，并设有化合物名称、作者、植物名称、分子式等多种检索模式。

（二）可检索到包含相关化合物数据文章的搜索引擎

多数搜索引擎是免费的，但是否可以得到全文取决于高校或科研单位所购买的数据库的权限。中文数据检索查询网站主要有中国知网（http：//www.cnki.net/）、维普网（http：//www.cqvip.com/）等。本专业常用的国外知名数据检索系统列举如下：SciFinder Scholar（https：//scifinder.cas.org）是美国化学学会（ACS）旗下的化学文摘服务社CAS（Chemical Abstract Service）所出版的《Chemical Abstract》化学文摘的在线版数据库学术版，除可查询每日更新的CA数据回溯至1907年外，更提供读者自行以图形结构式检索，它是全世界最大、最全面的化学和科学信息数据库。

Pubmed（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/）是以NCBI开发的MEDLINE为数据库的生物医药搜索引擎，是目前应用最为广泛的免费搜索引擎。

另外，谷歌学术搜索引擎（https：//scholar.google.com）也十分方便快捷，更适合已知文章或资料名称的搜索。

四、结语

现代社会中，无以计数的信息化新技术层出不穷，使教师运用信息技术的门槛越来越低，教育技术应用能力也越来越强，这都为进一步推进信息技术与课程深度融合提供了便利条件。怎样充分利用科学的现代信息技术和方法，及时提高学生的专业能力，跟上学科前沿研究的步伐，是每一个教育工作者必须思考的问题。现代化的教育需要现代化的技术手段和方法，需要与时俱进才能培养出合格人才。

参考文献：

[1]王峰.浅析中药学专业波谱分析教学改革[J].中国实用医药，2011，（6）.

[2]李亚明，张华等.《有机波谱分析》课程改革的探索与实践[J].化工高等教育，2001，（1）.

[3]焦哲.微课在仪器分析实验教学中的应用研究[J].广东化工，2014，（41）.