“荧光强度与分子结构间关系”教学设计*

李小蓉，闫 浩，龙 旭

(陕西中医药大学药学院，陕西 西安 712046)

分析化学是医学类院校药学、中药学等专业重要的基础课程，其主要目的是培养学生具有化学分析和仪器分析的相关理论知识和实验操作能力，为学生后续的专业课学习、工作和科研打下坚实的基础。微课指的是以教学视频为载体，记录教师在教学中针对某个知识点或教学环节而设计开发的一种在线网络视频课程，它将知识点模块化，有明确的教学目标，能集中说明一个问题，具有内容“短小精悍”、“主题突出”等特点。在“互联网+”背景下，微课在高校教学实践中得到了广泛的认可和关注[1-6]。“分子荧光分析法”是仪器分析中一种非常重要的分析方法，在药物分析领域具有非常重要的应用。但是分子荧光分析法的原理比较抽象，学生在学习的过程中感觉比较吃力，学习兴趣不高，学习效果不佳。鉴于此，我们将其设计成微课的形式，通过较多的图片、动画、实例等将复杂的知识简单化、直观化，使知识点图文并茂，激发学生的学习兴趣，提高学生的自主学习能力。

1 教学目标

(1)掌握荧光与分子结构的关系；熟悉分子荧光的产生机理；了解分子荧光分析法的应用。

(2)使学生能初步根据被测组分的结构特点，推断出其是否能够发射荧光，为培养学生采用荧光分析法对组分进行定性和定量分析的能力奠定坚实的理论基础。

2 教学重点及难点

2.1 教学重点

(1)分子荧光的产生机理；

(2)荧光与分子结构的关系。

2.2 教学难点

分子多重度的概念及取代基对荧光强度的影响。

2.3 对重点和难点的解决方法和处理措施

这部分内容在教学中非常关键，需要详细进行讲解，在教学中要善于将前后知识体系联系起来，以促进学生对知识的理解和记忆。关于分子多重度的概念，和学生学过的无机化学中关于电子的自旋、自旋量子数及分子轨道理论相联系，通过图片展示分子的外层电子在由基态跃迁到激发态的过程中，其自旋方向可以发生变化，也可以不变的两种状态，得到这两种状态下分子的总自旋量子数S的数值分别是1和0，根据分子多重度的公式M=2S+1，可以计算出其多重度分别为3和1，我们分别称之为三重态和单重态。关于分子荧光产生机理的学习，需要和紫外-可见分光光度法相联系，通过紫外-可见分光光度法的学习，学生都熟悉当物质分子吸收了紫外-可见光以后，分子外层电子会由基态跃迁到激发态，我们可以结合能级图，并在此基础上给学生强调激发态的能量较高，稳定性较差，分子很快将会将多余的能量释放出，并由激发态回到基态，如果分子在由第一激发单重态的最低振动能级回到基态的各个振动能级时，能量是以光的形式释放的，那这种光就是荧光。这样学生就能比较容易理解荧光的产生过程。关于荧光与分子结构的关系部分，可以和能够产生紫外-可见吸收光的跃迁类型及有机化学中的电子效应相结合。即：物质要发射荧光，必须得先吸收光，在讲述中，把握住一条主线：即物质吸收紫外-可见光的能力越强，发射荧光的能力才越强。在此基础上，很容易得出分子结构对荧光的影响主要包含四个方面：跃迁类型(π-π*)、共轭效应(共轭体系越长，荧光强度越大)、刚性结构和共平面效应(刚性和共平面性越大，荧光强度越大)、取代基效应(取代基能增加分子共轭程度的，荧光强度增加)。在讲述时，通过直观形象的图示和举例的方式，逐步剖析、引导，促进学生对理论知识的理解。

3 教学设计思路

3.1 问题式引入

通过我们日常生活中的常见的荧光棒和儿童荧光玩具等引出两个问题：(1)荧光是如何产生的？(2)哪些物质可以产生荧光？采用提问的方式吸引学生的注意力，引入微课教学内容，引起学生的思考和关注。在整个教学中围绕着提出的问题这一主线展开，引导学生不断思考、总结，牢牢抓住学生的注意力，将问题式教学方法贯穿在整个微课教学中，有利于学生对知识的理解和掌握。

3.2 教学方法

在教学中采用启发式、问题式、举例式、讨论式等多种教学方法，引导学生学习，充分发挥学生的主观能动性，体现了“以学生为中心”的教学理念。如在教学中，通过让学生观察苯、萘、蒽三种物质的激发波长、荧光波长及荧光效率的数值，得出荧光效率与共轭效应之间的关系，并分析其原因，得出结论：发射荧光的物质，其分子都含有共轭的π→π*跃迁，共轭体系越长，荧光波长长移，荧光强度也会增大。通过让学生观察酚酞和荧光素的结构、联苯和芴这两组有机化合物的结构，让学生讨论，两组结构中哪种刚性和共平面性更好？哪种荧光效率更高？并讨论其原因。通过比较结构，学生可以明显发现，每组化合物的共轭体系长度相同，区别仅仅在于分子的刚性和共平面性存在不同，从而得出结论：荧光物质的刚性和共平面性增加，荧光效率越大，并且荧光波长产生长移。

3.3 荧光分析法的应用

药学相关专业的学生常常认为分析化学对他们而言只是一门基础课，在学习上没有必要投入太多的精力，导致学生的学习效果较差。因此要求教师在教学内容上既注重基本理论知识的学习，又要注重知识的在相关专业中实际应用的学习。因此，在教学设计中，应从学生的专业特点出发，将教学内容和科学研究前沿相结合，引入所学荧光分析法在医药学领域的应用，如荧光分析法在细胞识别、药物浓度的检测、单个细菌的检测中的重要应用，在开阔学生视野的同时，使学生领悟到该知识点在其专业方面的重要性，能够学有所用，可极大地激发学生学习的兴趣与动力，提高教学效果。

3.4 课后思考

在分析化学教学中，我们发现学生运用所学知识解决实际问题的能力往往存在一定的不足，因此在教学设计中，课后可以适当的给学生留一些发散性的作业，使学生通过查阅相关资料完成，在拓宽学生知识视野的同时，提高学生知识的实际应用能力。在本次设计中，我们给学生展示出维生素B2的结构，让学生判断能够采用分子荧光分析法测定其含量？还有哪些方法可以测定其含量？通过这道思考题，可以使学生对本节课的教学内容有更加深刻的理解，进一步提高学生知识的运用能力，为学生后续学习及深造打下坚实的基础。

4 教学反思

本节微课教学中，从学生感兴趣的问题开始，围绕问题展开教学，在教学中灵活运用多种教学方式，牢牢抓住学生的注意力，并充分利用形象直观的图画、动画等将复杂抽象的理论知识简单化、直观化，加深学时对知识的理解，使整个教学过程在轻松愉悦的氛围中进行，极大地提高学生学习的积极性及主动性。通过分子荧光分析法在医药领域中的应用的学习，在拓宽学生知识面的同时，引起了学生对本门课程的重视。教学中不仅注重学生理论知识的学习，还注重学生自主学习能力及知识灵活运用能力的培养，在教学中通过课后思考题，可以进一步提高学生的抽象思维能力、分析问题和解决问题的能力，达到了良好的教学效果。

现阶段，分析化学教学中存在着师生互动性差、学生学习兴趣不高等问题，已严重影响其教学效果。微课作为一种新型的教育信息资源，在教学中引起了广泛的关注，并取得了较好的教学效果。