药学专业《波谱解析》课程教学方法改革与实践*

张 涛，房立真，吕洁丽，闫建伟，孙堂强，段迎超，王亚坤，李 旸，白素平

(新乡医学院 药学院，河南 新乡 453003)

《波谱解析》是药学专业的一门重要的专业基础课，主要教学内容包括紫外光谱、红外光谱、核磁共振和质谱四个结构单元[1]。掌握波谱解析的相关内容和方法是确定小分子药物或有机化合物分子结构并开展构效关系研究的关键，对学生后续开展科研工作和新药研发具有重要意义。如何调动其自主学习性，让学生掌握好这门课程，并提高实际解决问题的能力，是值得思考和研讨的问题[2]。

1 课程教学中现存问题

《波谱解析》课程与有机化学、分析化学和物理化学等学科密切相关，因其理论抽象枯燥、信息量大，因此教师的备课难度较大，学生的学习兴趣较低[3]。笔者在前期的教学过程中发现学生学习主动性低，对知识点的学习通常选择死记硬背，而忽略了对原理的理解，造成对课程内容一知半解，学习效果大打折扣。此外，在早期的教学中，教师主要采用填鸭式的课堂PPT讲解，缺少网络课程资源、有效辅导以及课后习题等辅助教学手段，学生无法有效地预习和复习[4]；四大光谱仪中对化合物的结构解析起着至关重要的作用的核磁共振仪和质谱仪价格昂贵，操作相对复杂，多为专人负责，基本无法让本科生上手操作，学生不能将理论与实践有效融合，课程学习效果差[5]。上述现状和问题严重制约着波谱解析的教学质量和药学类本科生的培养质量，因此对课程进行教学改革，对药学及相关专业学生的能力的培养具有重要的意义。

2 课程改革措施

针对以上教学问题，本教学团队近两年对《波谱解析》课程进行了教学改革，在我校2018级和2019级药学和药物制剂专业学生进行实践，学习效果评价表明教改取得了良好的效果，现对已开展的实施方案阐述如下：

2.1 开课时间的设置

《波谱解析》课程学习需要扎实的有机化学和分析化学知识。早期我校药学专业《有机化学》、《物理化学》和《分析化学》等基础化学课程的开课时间安排在第二、第三学期，《波谱解析》课程则安排在第五学期。部分学生前期有机化学等基础未能打牢，再加上1-2学期的时间间隔，基础知识已生疏。因此波谱解析课上，老师为了让学生更好理解知识点，课堂需要穿插讲解大量的有机化学等基础知识，这样不但增加了老师的教学内容和学生学习的知识点，而且还在一定程度上降低了学习进度。针对以上问题，本教学团队经过多次讨论，结合国内高校的开课情况，对药学及相关本科专业的教学大纲进行了修订，将《波谱解析》课程调整到第四学期，并于2020年春季开始实施新的方案。通过对2018级和2019级两个年级的学习效果的跟踪调查，发现开课时间调整后，学生学习效果显著提高，前期所学的相关基础化学知识得以巩固，还为《药物化学》和《天然药物化学》等专业课程的学习打下基础。

2.2 启发式教学与翻转课堂结合

传统的《波谱解析》课程教学方法主要采用“老师讲，学生记”的单一模式。该教学方式以教师为主体。然而该课程知识点抽象、理论性强，学生学习积极性不高，被动接受大量理论知识而导致学习效果不理想。因此近年本教学团队改变了传统教学模式，在教学中引入启发式教学和翻转课堂，注重激发学生的学习兴趣，加深学生对于基本概念和重要结论的理解和应用。例如，在紫外光谱的教学中，先播放10～15分钟的关于紫外光谱的视频录像，吸引学生注意力，加深学生对学习内容的了解，激发学生浓厚的学习兴趣；在讲解吸收光谱机理时，结合有机化学中取代基对反应性的影响因素对学生进行启发式引导，从而使学生理解电子因素对紫外光谱中电子的能级跃迁、红外光谱中分子键的能级跃迁和核磁共振波谱中化学位移的影响，加深学生对理论的理解；在讲解质谱仪工作的原理时从物理学中的带电粒子在磁场中的运动现象引入，这样就把抽象的理论转换成学生理解的形象生动的知识，增加了学习的趣味性。

注重结合学科发展前沿，丰富和更新教学内容，定期以学术报告的形式进行翻转课堂，让学生紧紧围绕自己第二课堂的科研项目和波谱理论进行学术讨论，在确保课程基本教学内容的前提下，使学生对波谱分析理论和应用方面的重要性的认识更加深刻，也锻炼学生的表达能力。在学生讲解讨论过程中，老师及时肯定学生正确的分析，同时对过程中发现的问题进行引导讨论，并及时进行知识补充和思政引导，强化学生学习的同时培养学生的科研素养。

2.3 网络教学手段与传统教学手段相结合的教学模式

随着科技的发展，传统的教学手段已经无法满足现代化的教学要求。因此教学过程中，充分引入网络教学手段可以极大的提升教学效率[6]。本教学团队于2019年在超星学习通网络平台完成了《波谱解析》网络课程的建设，共录制了47个共853分钟几乎涵盖所有知识点的教学视频，并上传了多媒体电子教案和参考书，以便学生进行提前预习和课后复习；同时建立了相应的试题库和问题讨论区，实现了师生间的时时交流与讨论。本次网络课程建设中，将量子化的能级跃迁，分子震动，核磁共振原理及分子裂解规律等比较抽象的知识，充分利用动画、视频和实物模型等现代信息技术手段，制作了大量的视频材料，以增加学生的感性认识；在第二章红外原理的学习中，将涉及分子震动的内容(如：分子键的伸缩振动、弯曲震动等)事先制作成动画形式，在授课过程中进行演示，给学生形象生动的展示了红外吸收光谱产生原理；第三章核磁共振讲解中，将拉莫尔进动、原子核能级跃迁等通过形象的动画进行展示，让学生们对核磁共振的基本原理了解更加深入，以便为后绪重点内容如化学位移、峰的裂分以及耦合现象等学习奠定坚实基础。经过2年的实践，本教学团队充分利用网络教学资源，实现了网络教学与多媒体教学相融合的教学模型，提高了整体教学效果。

在教学过程中，笔者教学团队除坚持网络课程和多媒体教学手段相结合的同时，坚持发挥传统教学手段的优势。如有机化合物紫外最大吸收波长λmax的计算、自旋角动量的推导和耦合常数的计算过程就不宜单纯使用电子教案来教学。此时采用板书对所涉及的数学过程进行推导和讲解，就会让学生有充分的思考时间，使概念更加清晰易懂。此外，波谱分析课程牵涉到大量的有机化学和药物化学方面的基础知识，讲解的过程需要根据学生的具体掌握程度灵活加入相关内容，这是PPT制作前无法预判的。因此，传统的板书讲解与多媒体结合的教学模式不但能很好的解决相关问题，还能使讲授方式更加灵活，教学效果显著提升。

2.4 学业导师制度与实验课结合的学习方法

《波谱解析》的理论知识与药学的科研密切相关，从科研项目实验结果着手更易于学生理解和深化理论课中的内容[7]。我校药学专业执行的是本科生学业导师制度，学生从大二开始就根据专业爱好选择了学业指导教师，并开展了具体的实验课题。因此，学生可利用导师的科研平台开展研究性学习模式，在完成科研课题的过程中利用实验中化合物的表征解析过程强化对波谱分析理论和应用方面的认知。这种培养模式，可使学生对药学实验产生强烈的兴趣，同时又促进了其理论课的学习兴趣，由形成良性循环，提高了教学效果。

目前我院科研实验平台已经配备了紫外光谱仪、尼高力IS50红外光谱仪、Bruke 400 MHz核磁共振仪和Bruke Q-TOF Ⅲ高分辨质谱仪等先进的仪器设备，虽然仪器价格昂贵，但在每章学完后会开展相应的3学时的实验教学。通过专职教师的演示与讲解，结合具体化合物的测试解析，让学生了解波谱仪器的基本原理、使用方法及在基础科研中的应用，有助于拉近课堂与实际的距离，增大学生的学习兴趣。另一方面，通过实验讨论让学生充分了解高效液相-质谱联用仪、气相色谱仪-质谱联用仪、紫外光谱仪、红外光谱仪和核磁共振仪等大型分析仪器在药物研发和生产过程中的重要作用，从理论教学和实际应用方面对学生进行多方位立体教学，全面提高学生的综合能力。

2.5 加强教师培训交流与互动

对于教师来说，教学理念和教学方式的优化是提升教学效果的有效手段。近年来，本教学团队积极与国内知名高校和研究院所的教学部门进行多次交流与互动，积极学习先进的教学理念和方法，并建立了资源的共享平台；此外，积极选派教师参加国内的教学研讨会，虚心学习从而提升教学水平。同时注重加强资料获取和最近文献阅读，跟踪科技前沿，并将最新的科技成果应用到教学中去，不断补充和更新教学内容，保证教学内容的先进性和科学性。这样既提高了老师的教学能力，又激发了学生的学习兴趣、调动学生的学习积极性，同时还能开阔学生的视野、增强专业认知。

2.6 成绩评定的改革

相比于之前的成绩评定方案，我们把翻转课堂和实践课内容纳入考核范围。基本方法是：期末考试成绩占60%，平时成绩(包括课堂出勤率、平时作业和翻转课堂)占20%，实验成绩(含完成实验报告)占20%。从之前一考定定成绩的方案修改为上述期末考试、平时成绩和实验成绩三项考核，学生改变了背诵的学习方式，转变为理解、记忆和应用并行的学习方法，最大限度地调动学生自主学习、参与研究的积极性。

3 教学效果

本课程几年来一直在教学内容、教学方法与教学手段进行优化和改革，逐步形成了理论与实践融合、线上与线下互补这一有效的教学模式。2020年新冠疫情期间我们对2018级学生采用直播授课辅助网络教学和辅导的方式、2021年对2019级学生采用的是课堂教学辅助网络课程和辅导的方式进行教学，理论课学生出勤率到达99%，超星学习通平台上我们的《波谱解析》网络课程截止到2021年9月点击学习率达到59813次。这些结果表明学生的学习态度由被动变为主动，学习方法由盲目变为有针对性，在学习波谱知识的同时还锻炼了思考、创新、协作等能力，也提高了学习兴趣。此外，通过在2018级和2019级随机抽取各100名学生进行问卷调查的结果表明79.5%的学生非常喜欢波谱解析课程、67%的学生认为第四学期开设本课程最为合适、84.5%的学生认为录制的网络课程对本课程的学习有很大帮助、92.7%的学生认为上课过程中老师进行知识补充很有必要。我们采用从同一题库随机生成的试卷给学生进行期末考试，最终成绩表明不及格率较2020年以前5%左右降低到了1%，并且80分以上的学生平均增加了15%，表明两届学生都取得了理想的教学效果。

4 结 语

针对药学专业《波谱解析》课程教学中存在的问题，对教学方法、教学手段、辅助资料、实践教学和成绩评定方面进行了改革，使教学形式更多彩、教学过程更生动，也在很大程度上调动学生的学习积极性，提高了学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。经过两年的教学实践，随机抽取二百学生进行的问卷调查和期末考试成绩都表明改革后的教学方法适用于药学专业本科生的教学，可以为今后的学习和工作奠定必要的理论基础和实践经验。