王楠楠　余金山　程海峰　劉東青　湯丹

摘要：近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)資源不斷豐富，將熱點(diǎn)新聞、影視資料、數(shù)據(jù)庫(kù)、商業(yè)軟件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、科普性資源等合理用于波譜分析教學(xué)，有助于吸引學(xué)生注意力、提高學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)自學(xué)能力、開(kāi)闊科研視野以及提高工程實(shí)踐能力。關(guān)鍵詞：波譜分析教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)資源；合理利用中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-9324（2018）20-0142-02 波譜分析是基于物質(zhì)與電磁輻射相互作用時(shí)，物質(zhì)發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射電磁波信號(hào)進(jìn)行分析的一類(lèi)分析方法[1]，包括紫外可見(jiàn)光譜、近紅外光譜、紅外光譜、拉曼光譜和核磁共振波譜等。課程內(nèi)容方面，既要講述各種波譜的原理、譜圖解析，又要介紹測(cè)試技術(shù)，是一門(mén)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程[2]。涉及的學(xué)科方面，是一門(mén)研究光、電、磁和物質(zhì)相互作用及應(yīng)用的課程，體現(xiàn)了物理學(xué)基本理論、實(shí)驗(yàn)方法與化學(xué)等學(xué)科的有機(jī)融合，與高新技術(shù)如超導(dǎo)、激光、信息處理等領(lǐng)域的研究前沿緊密相關(guān)。如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果，是課程建設(shè)中的重要問(wèn)題。近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源不斷豐富，將相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源用于波譜分析教學(xué)，有助于吸引學(xué)生注意力、提高學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)自學(xué)能力、開(kāi)闊科研視野以及提高工程實(shí)踐能力。一、在課程建設(shè)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源的思路和實(shí)例1.熱點(diǎn)新聞、影視資料。波譜分析技術(shù)在食品安全、軍事探測(cè)、醫(yī)療檢測(cè)、文物鑒定等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，緒論中通過(guò)熱點(diǎn)新聞、影視資料等引出相關(guān)的波譜分析方法，以提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣；課程內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢后，結(jié)合熱點(diǎn)新聞、影視資料等，介紹波譜分析在相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，在鞏固課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上開(kāi)闊學(xué)生的科研與工程視野。例如，核磁共振成像是一種重要的醫(yī)療檢測(cè)手段（獲得了2003年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)），其檢測(cè)對(duì)象是不同組織中H原子核在強(qiáng)磁場(chǎng)中的共振行為，與核磁共振波譜的原理是一致的。又如，通過(guò)“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”這一膾炙人口的廣告語(yǔ)，引出拉曼光譜是散射光譜，具有無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，廣泛地用于珠寶、文物等真?zhèn)舞b定，加深學(xué)生對(duì)拉曼分析方法的印象[3]。再如，結(jié)合權(quán)威學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)如“Nature”期刊每年評(píng)選出的年度科學(xué)進(jìn)展，介紹波譜分析技術(shù)在這些科學(xué)進(jìn)展中所起的作用。2.數(shù)據(jù)庫(kù)資源。數(shù)據(jù)庫(kù)為譜圖解析帶來(lái)了極大便利。以紅外光譜為例，約20年前，測(cè)得未知物的紅外光譜后，學(xué)生需根據(jù)吸收峰與基團(tuán)的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行譜圖解析，推測(cè)未知物可能的結(jié)構(gòu)，再到圖書(shū)館采用紙版薩特勒（Sadtler）標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)進(jìn)行檢索以確認(rèn)解析結(jié)果，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)。近些年，賽默飛士爾（Thermo Fisher Scientific）、鉑金埃爾默（Perkin Elmer）、布魯克（Bruke）等紅外光譜儀的主要生產(chǎn)廠家均建立了與軟件配合的紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)。測(cè)得未知物的紅外光譜后，可采用軟件的檢索功能迅速地在數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出匹配的譜圖，得到匹配系數(shù)，再參考檢索結(jié)果確認(rèn)未知物結(jié)構(gòu)，極大地提高了譜圖解析效率。一些開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，如“SDBS：NIMC有機(jī)物譜圖庫(kù)”可通過(guò)分子式檢索有機(jī)物譜圖，包括質(zhì)譜、核磁共振碳譜、核磁共振氫譜、紅外光譜、拉曼光譜、順磁共振譜等[4]；又如，“NMRShiftDB”數(shù)據(jù)庫(kù)提供根據(jù)核磁共振譜圖檢索化合物結(jié)構(gòu)的功能，并可預(yù)測(cè)有機(jī)物的核磁共振譜圖。3.商業(yè)軟件。有些公司推出了波譜分析相關(guān)的專(zhuān)業(yè)軟件，最為著名的是伯樂(lè)生命醫(yī)學(xué)（Bio-Rad）公司推出的KnowItAll軟件，其支持多種譜圖解析，能夠進(jìn)行紅外、核磁共振、質(zhì)譜、拉曼、近紅外和紫外可見(jiàn)等譜圖的平滑、基線校正、運(yùn)算等處理和檢索，還提供混合物分析、譜圖綜合分析等功能。該公司設(shè)計(jì)有學(xué)生免費(fèi)試用版軟件，學(xué)生通過(guò)學(xué)校的Email地址可以在Bio-Rad公司網(wǎng)站上下載免費(fèi)試用版軟件，具有繪制化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)解析、Sadtler綠皮書(shū)電子版、化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性分析、部分化合物的波譜數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。4.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，部分高校推出了波譜分析相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，可對(duì)相關(guān)資源進(jìn)行篩選、鑒別，將優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源推薦給學(xué)生。例如，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（Royal Society of Chemistry，RSC）制作了現(xiàn)代儀器技術(shù)（Modern Instrumental Techniques for Schools and Colleges）系列視頻，包括紫外可見(jiàn)光譜、紅外光譜、核磁共振波譜等，每個(gè)視頻用約5分鐘的時(shí)間簡(jiǎn)要介紹該技術(shù)的原理和測(cè)試方法，視頻的形式能夠給學(xué)生直觀的印象。又如，威斯康星大學(xué)（University of Wisconsin）化學(xué)系的Hans J.Reich教授建立了核磁共振波譜課程網(wǎng)頁(yè)，系統(tǒng)地介紹了核磁共振波譜的原理、測(cè)量技術(shù)、解析方法。5.科普性網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)論壇、微信公眾號(hào)中有一些波譜分析領(lǐng)域的科普性知識(shí)，比如，課堂上介紹波譜儀器時(shí)往往缺少儀器內(nèi)部工作原理的直觀展示，可以借鑒微信公眾號(hào)中采用動(dòng)圖解析紅外光譜、紫外光譜、核磁共振波譜等儀器的測(cè)試原理；又如，傅里葉（Fourier）變換是儀器常用的將干涉信號(hào)即時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ㄗV數(shù)據(jù)即頻率域信息的數(shù)學(xué)手段，不是課程的重點(diǎn)，卻是學(xué)生理解的難點(diǎn)，可借鑒論壇上采用通俗的語(yǔ)言解釋傅里葉變換，將資源網(wǎng)址提供給學(xué)生?？破招跃W(wǎng)絡(luò)資源一般采用幽默的語(yǔ)言，深入淺出地對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行介紹，在課堂上合理引用有利于學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)，同時(shí)促進(jìn)自學(xué)意識(shí)和自學(xué)能力。二、對(duì)課程建設(shè)的意義1.吸引注意力，提高學(xué)習(xí)興趣。波譜分析課程中涉及到理論深度較深的原理和譜圖解析等知識(shí)，當(dāng)理論深度較深的課程內(nèi)容持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，學(xué)生對(duì)于課堂內(nèi)容的注意力開(kāi)始下降。在課程教學(xué)中，適當(dāng)?shù)匾霟狳c(diǎn)新聞、影視資料等信息，可迅速吸引學(xué)生的注意力，當(dāng)這些信息和學(xué)生的生活、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域息息相關(guān)時(shí)，能夠有效地提高學(xué)習(xí)興趣。2.促進(jìn)自學(xué)意識(shí)和自學(xué)能力。知識(shí)處于飛速發(fā)展中，自學(xué)意識(shí)和自學(xué)能力對(duì)于學(xué)生接受新知識(shí)的能力、創(chuàng)新能力、科研能力至關(guān)重要。波譜分析課程涉及化學(xué)、物理、光學(xué)、儀器等各學(xué)科的知識(shí)，課堂上的講授難以做到面面俱到，不同學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受程度也不同，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、科普性網(wǎng)絡(luò)資源的介紹能夠?yàn)閷W(xué)有余力的同學(xué)提供進(jìn)一步獲取知識(shí)的方式和渠道，從而促進(jìn)學(xué)生的自學(xué)意識(shí)和自學(xué)能力。3.開(kāi)闊科研視野。通過(guò)介紹波譜分析在年度科學(xué)進(jìn)展中所起的作用，使學(xué)生了解科研前沿，并從材料體系、表征手段、實(shí)際應(yīng)用等方面開(kāi)闊研究生的科研視野；通過(guò)介紹網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、試用版商業(yè)軟件，使學(xué)生知道可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、商業(yè)軟件進(jìn)行研究體系譜圖預(yù)測(cè)、未知物譜圖檢索，從而在鞏固課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上開(kāi)闊學(xué)生的科研視野。4.提高工程實(shí)踐能力。通過(guò)熱點(diǎn)新聞和影視資料，給學(xué)生留下哪些工程技術(shù)領(lǐng)域中會(huì)用到波譜分析相關(guān)知識(shí)的初步印象；通過(guò)介紹網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)和KnowItAll等商業(yè)軟件，使學(xué)生了解在工程實(shí)踐中如何進(jìn)行譜圖檢索、如何通過(guò)波譜技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制等，以期在學(xué)生走上工作崗位后能夠更好地將工程實(shí)踐與理論知識(shí)建立聯(lián)系，學(xué)以致用，提高工程實(shí)踐能力。三、結(jié)語(yǔ)波譜分析在科研、工程中有著廣泛的應(yīng)用，是化學(xué)、材料相關(guān)學(xué)科的學(xué)生需要掌握的基本知識(shí)，具有理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、涉及學(xué)科門(mén)類(lèi)多的特點(diǎn)。將相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源用于波譜分析教學(xué)，有助于吸引學(xué)生注意力、提高學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)自學(xué)能力、開(kāi)闊科研視野以及提高工程實(shí)踐能力。另一方面，網(wǎng)絡(luò)資源極大豐富，需要利用，但不可濫用，引入過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)資源可能使學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)過(guò)于分散。例如，我們?cè)诮虒W(xué)中發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大的檢索功能能夠快速檢索出譜圖對(duì)應(yīng)的物質(zhì)，甚至分析出各譜帶所對(duì)應(yīng)的基團(tuán)，帶來(lái)的問(wèn)題是學(xué)生過(guò)于依賴(lài)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)譜圖的敏感度不夠，基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)。如何合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，需要在教學(xué)準(zhǔn)備過(guò)程中認(rèn)真思考、去偽存真。參考文獻(xiàn)：[1]鄧芹英，劉嵐，鄧慧敏.波譜分析教程[M].科學(xué)出版社，2007.[2]張漢輝.波譜學(xué)原理及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011.[3]王昶.波譜分析技術(shù)在寶石鑒定中的應(yīng)用評(píng)述[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2001，18（3）：301-303.[4]馮薇，李菁，牛麗穎.信息技術(shù)在儀器分析——波譜解析部分教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2016，（3）：211-212.