基于OBE教育理念的波谱分析课程改革与实践

秦世丽 ， 齐海燕 ， 王 颖 ， 高立娣 ， 初红涛

(齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院 ， 黑龙江 齐齐哈尔 161006)

波谱分析主要用于有机化合物结构解析及鉴定的重要方法，在科研、生产、公共卫生等众多领域的应用是其他分析方法无法替代的，是化学相关领域工作人员必须掌握的基本知识和技能。

同时为分析化学专业硕士和应用化学专业本科生开设了波谱分析课程，培养学生利用多种谱图对未知化合物进行结构鉴定的能力，在毕业实习和毕业论文中发挥着重要作用。通过对在校生、毕业生和实习单位进行调查发现，现有的波谱分析教学已经不能完全满足学生在毕业实习和毕业论文环节的需要。因此，基于OBE关于学生的学习成效是衡量教育质量重要标准的理念，确保学生具有良好的实际分析解决问题的能力，应该整合现有的教学资源对该课程进行改革。

1 波谱分析课程教学问题分析

1.1 课程教学与应用实例分析相脱节

课程在讲授过程中，内容偏重理论，且陈旧、单一，日常课程训练偏重基本原理及基本内容的讲解，无法将波谱理论与实践相结合解决实际问题。例如，红外光谱和拉曼光谱的适用范围不明确，找不到官能团的特征吸收峰；核磁谱中化学等价和磁等价在二取代苯中的识别应用；质谱中质核比相近的离子峰的识别等。导致这些现象的主要原因可能是：一方面学生对基础知识掌握不牢固，对独立解析得到的答案缺乏自信，模棱两可；另一方面与课程教学中的典型例题相比，实际样品谱图更加复杂，解谱联系还做得不够。

1.2 波谱法与色谱法的综合应用少

齐齐哈尔大学为综合性应用型大学，以本科教育为主，教学和科学研究以服务地方为宗旨，所以毕业实习和毕业论文的教学内容多来自于指导教师的研究课题、检测中心以及工厂实际样品分析。例如，实验中常用色谱质谱联用方法，即色谱分离、质谱检测。要求学生能够在优化色谱分离条件的同时，兼顾质谱的检测分析，特别是对于串联质谱检测器在整体分析中的作用，以及EI源、ESI源形成碎片离子的识别，对未知样品的定性、定量分析尤为重要。

1.3 教学评价体系效果不完善

原波谱分析课程的评价体系为平时占10%、笔记占20%、闭卷考试占70%，属于“一考定终身”的评价体系，学生过分注重最后期末考试的分数，出现背题、押题等现象，不利于培养学生灵活运用所学知识及解决实际问题的能力。

2 教学体系改革与实践

2.1 从“抽象原理”到“思维构建”

针对波谱分析基本原理抽象、难理解等问题，教学过程中简化理论和公式推导部分，在章节总结时多使用表格和思维导图，并且采用由“教师构建，学生填充”的方式完成复习内容，将“重要参数”整合起来，使学生能记住、能找到、能运用。例如，红外光谱中波数-官能团的关系、核磁波谱中化学位移-质子类型的关系、质谱中质核比-离子峰的关系。与此同时，波谱分析课程开设时间为大三下学期，确定考研的学生约占本专业的2/3，为学生考研奠定基础。与此同时，由于教材和大多数参考书中谱图分析都是旧型仪器测试分析得到的，与目前分辨率高的新型仪器测试谱图存在一定差别。本校拥有GC-MS/MS、HPLC-MS/MS、600M NMR、FT-IR、UV-vis等大型分析仪器，学生可以根据实验内容完成制备、提纯、波谱分析全过程，得到大量的实例谱图以供解析。例如，学生可以通过所制备分子印迹聚合物的红外谱图中酯基峰波数变化，探讨不同溶剂(甲醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺)对聚合物交联度的影响；新型串联质谱仪可以获得碎片离子峰、分子离子峰的更多信息，进而推测待测物的裂解过程和相对分子质量。

2.2 从“实例分析”到“研究性教学”

波谱分析在食品药品分析、环境检测、疾控防疫等领域具有十分广泛的应用。因此，在理论基础学习后，根据实习内容选取实用性、时效性、趣味性强的案例设置相关问题，引导学生进行整理分析。例如，在讲授红外光谱法时，结合网络视频信息引入红外光谱法鉴定天然祖母绿、水热合成祖母绿和助溶剂合成祖母绿；在讲授质谱法时，引入食品营养与安全的事件；在讲授综合谱图解析时，结合本人工作经历，引入红外和X射线衍射，剖析聚酰亚胺复合材料制件主要成分及其结合方式。与此同时，教学内容要与时俱进，为学生考研奠定基础。选取近期期刊文献和教师的科研成果，增强学生的综合谱图解析能力，提出新问题、新方法和新思路，特别是对材料的表征具体都应用到哪些波谱方法，如何进行解析。

2.3 从“课堂教学”到“实验室”

针对现代大学生缺乏主动思考、动手能力差等问题，在波谱分析实验教学过程中，首先由老师提供实验目标、要求及工具书；其次，让学生分组自行制定实验方案，教师指导修改后进行实验；最后，在实验中分析所应用的实验原理、总结实验结论，鼓励学生的自主性和创新性。例如，在紫外波谱定性实验“苯及其衍生物的鉴别”和“有机化合物发色团的鉴别”中，首先，老师提出实验所要探究的问题[不同助色团对苯吸收带(253 nm)的影响及溶剂极性对K带和R带的影响]；其次，学生根据问题选择实验试剂、设计实验方案、完成预习报告，再交由老师进行修改；最后，独立完成实验并总结实验结论。整体设计学习过程循序渐进，清晰合理，使学生能将理论运用到实验中，激发了学习兴趣，锻炼了学生实验操作能力，教学效果理想。与此同时，在实验课程设置过程中，根据四大波谱的实际适用范围，分清“主要”和“次要”问题。例如，在紫外和红外波谱分析要求实验员能够独立整个实验，所以仪器原理、使用及制样在实验课程中都是“主要”问题，而大型核磁共振波谱仪有专业的测试人员，在实验课程中制样是“主要”问题，仪器操纵是“次要”问题。

2.4 从“单一考试”到“多样考核”

OBE要求将学习产出的定义、实现与评估三个方面有机结合。考试是学期末教学评估的重要手段，对教育质量和教学活动具有指导意义。传统的“一考定胜负”的评价体系，使学生盲目的背题、刷题，在后续的工作和学习中无法灵活运用所学过的知识。因此，在理论课程学习(50%)和实验设计操作(50%)两个环节分别设置了相应的评价体系。在理论课程学习中，包括过程考核(40%)和期末考核(60%)。其中，过程考核分别由课堂表现(10%)、课后作业(10%)、小组大作业(20%)构成。小组大作业不但能考察学生对综合谱图解析的掌握情况，而且培养了学生的团队合作能力。这部分考核成绩由教师和小组成员共同评价，充分调动了学生的积极性。期末考核采取闭卷考试的形式，由老师评价，根据卷面成绩计入总分。实验设计操作中包括实验设计(20%)、小组答辩(10%)、实验操作(40%)、实验报告(30%)。在教学过程中，实验设计和小组答辩形式受到学生的欢迎。实验设计可评价学生个人的创新、解决分析问题的能力，小组答辩充分发挥了同伴的重要作用，也锻炼了学生运用多媒体、语言表述等能力。

3 结语

在OBE教育理念指导下，针对如何提高学生应用波谱分析解决实际问题能力这一关键点，对波谱分析教学课程进行改革。实践表明，通过思维构建、研究性教学、理论指导实践、多样考核等方式激发学生的积极性和创造性，新增的前沿应用元素提高学生对综合谱图解析和未知物结构分析测定能力。