滲透式教學(xué)法在儀器分析實驗教學(xué)中的探索

2019-03-05 07:51高曉慧蔡熾陳淑云劉浩然

藥學(xué)教育 2019年2期

高曉慧，蔡熾，陳淑云，劉浩然*

長沙醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院 (長沙 410219);1湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 (長沙 410082)

儀器分析是藥學(xué)及相關(guān)專業(yè)(如藥學(xué)、中藥學(xué)、制藥工程、化學(xué)、食品、預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等)必不可少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。其實踐性很強，對學(xué)生動手能力要求高[1]。但目前儀器分析實驗存在涉及內(nèi)容多、要求知識面廣、易于“走馬觀花”的缺點[2]。如何提高儀器分析的實驗教學(xué)質(zhì)量，是多年來廣大高校教師研究的熱點問題之一。

滲透式教學(xué)是近些年來運用較多的方法之一，其理念是讓學(xué)生通過縱向與橫向的相互聯(lián)系逐步牢固掌握知識或技能[3]，具體表現(xiàn)為在前期課程(如，基礎(chǔ)課)中引入后續(xù)課程(如，專業(yè)課)的內(nèi)容，在有橫向聯(lián)系的課程中彼此引入相關(guān)交叉內(nèi)容，構(gòu)筑相互聯(lián)系的知識與技能網(wǎng)絡(luò)體系，從而增強學(xué)生學(xué)習(xí)效果。目前中小學(xué)中嘗試應(yīng)用滲透式教學(xué)法的改革較多[4-5]，在大學(xué)教學(xué)中亦有不少研究者提出此法[6-7]。但在儀器分析實驗教學(xué)中，尚未有人系統(tǒng)地提出。筆者根據(jù)自己的實踐與思考嘗試將滲透式教學(xué)在儀器分析實驗教學(xué)中加以應(yīng)用。

1 相關(guān)理論知識對儀器分析實驗的滲透

儀器分析的相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科多與數(shù)學(xué)、物理相關(guān)，主要包括三個方面：一是儀器基本原理，此部分內(nèi)容大多來源于物理學(xué)。藥學(xué)及相關(guān)專業(yè)通常都要學(xué)習(xí)藥用物理學(xué)或相關(guān)物理學(xué)課程。對于物理學(xué)中力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)往往就是為后續(xù)的儀器分析課程打下基礎(chǔ)。例如，光學(xué)類儀器核心部件之一的光柵原理即在物理學(xué)中有詳細的介紹，涉及光柵的儀器有紫外可見分光光度計、原子吸收光譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀等，此外早期的紅外光譜儀亦采用光柵。傅立葉變換紅外光譜儀中的邁克爾干涉鏡原理在物理學(xué)中亦有詳細講解。質(zhì)譜中的磁學(xué)、電學(xué)知識，氣相色譜儀熱導(dǎo)檢測器涉及的惠通斯電橋原理、高效液相輸液泵往復(fù)勻速運動的極坐標(biāo)原理高中物理、數(shù)學(xué)皆有所涉及。如果教師在講授這些物理知識時，列舉相關(guān)儀器并講解其用途，學(xué)生的興趣將大大增強。二是數(shù)據(jù)處理方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器分析及化學(xué)分析過程中，數(shù)據(jù)處理是必不可少的環(huán)節(jié)。高等數(shù)學(xué)中的傅立葉變換原理即廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的傅立葉變換紅外光譜儀，在色譜峰處理中應(yīng)用的積分知識來源于高等數(shù)學(xué)中的微積分，而數(shù)理統(tǒng)計中涉及的基本統(tǒng)計知識在數(shù)據(jù)處理中更是須臾不可離。因此，在學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)相關(guān)知識時，教師應(yīng)提及其今后在儀器分析課程中的應(yīng)用，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來就不會枯燥和茫然。三是基本的化學(xué)分析理論與技能。由于儀器分析的特殊性和日新月異的發(fā)展，目前很多高校將原本統(tǒng)一的分析化學(xué)分成分析化學(xué)和儀器分析兩門課程來講授。分析化學(xué)主要內(nèi)容就是以前的化學(xué)分析部分。此部分主要介紹分析化學(xué)的基本理論與技能，以重量分析和容量分析為重點。事實上，化學(xué)分析部分的基本理論對于儀器分析同樣實用，且是儀器分析的基礎(chǔ)。儀器分析中樣品前處理通常要涉及重量及容量分析。在化學(xué)分析的教學(xué)之初即為儀器分析作好鋪墊。

因此，牢固掌握相關(guān)數(shù)學(xué)、物理學(xué)及化學(xué)分析部分的內(nèi)容對于分析儀器實驗教學(xué)的開展有非常重要的作用。一方面學(xué)生應(yīng)提前了解物理基礎(chǔ)原理在今后學(xué)習(xí)中的用途，另一方面教師要有意識地在課堂上將其在儀器中的應(yīng)用聯(lián)系起來。這樣更能增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2 相關(guān)實驗技能對儀器分析實驗的滲透

實驗總是離不開基本技能，儀器分析實驗亦是如此。完整的儀器分析實驗，要經(jīng)歷多種實驗步驟、采用多種實驗技能。這些技能往往在之前開設(shè)的實驗中可能就有所涉及，并非儀器分析實驗所獨有。任何一個復(fù)雜的分析都由諸多細小的實驗操作構(gòu)成。因此，將每一個操作訓(xùn)練規(guī)范、到位是學(xué)習(xí)儀器分析的重要前提[8]。一個連續(xù)的分析過程只要有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，最終結(jié)果就會有偏差。如稱量、移液是眾多化學(xué)、生物實驗中幾乎必不可少的基本技能，如果第一步稱量出現(xiàn)問題，后續(xù)實驗中無論用多么高級的儀器，實驗結(jié)果肯定會出現(xiàn)偏差。因此，在進行其他實驗時即要進行訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細致的風(fēng)格。

以HPLC測定復(fù)方醋酸地塞米松乳膏含量為例[9]，實驗涉及稱量、移液、攪拌、水浴、渦漩、冰浴、過濾、洗滌、定容、微孔過濾、注射、軟件分析計算等諸多技能。這些操作大多數(shù)在前期的實驗中都已接觸過，僅微孔過濾、注射及軟件分析是這個實驗所特有的。如果學(xué)生每一步操作技能都很熟練，那么儀器分析實驗就不會太困難。如何讓這些基本技能在儀器分析實驗中被良好地運用？最關(guān)鍵在于教師先講清楚每一個操作步驟的意義，這樣學(xué)生才能對分析實驗有深刻的認(rèn)識。儀器分析實驗需要準(zhǔn)確、精密、專屬地測定物質(zhì)，所有的操作都是為了達到這些目的而進行的。在上述實驗中，稱量是為了準(zhǔn)確測定；移液是為了將溶液稀釋到適合測量的濃度；攪拌是為了使物質(zhì)均勻達到準(zhǔn)確測定的目的；水浴是為了使藥物釋放出來；渦漩是為了使藥物充分、均勻地轉(zhuǎn)入溶液中；冰浴是為了去除非測定物質(zhì)從而排除干擾；過濾則是去除雜質(zhì)的后續(xù)步驟；洗滌則是為了使可能吸附的藥物洗脫下來，進而更準(zhǔn)確地測定；定容是為了定量測定；微孔過濾是為了減少極細雜質(zhì)的干擾。由此可見，要學(xué)好儀器分析實驗，基本功是非常重要的，這些操作技能熟練與否在潛移默化中影響著實驗的順利進行。因此在前期的訓(xùn)練、教育中，授課教師應(yīng)強調(diào)基本技能的作用，促進學(xué)生在后續(xù)的儀器分析課程中不斷提升自己。

3 相關(guān)學(xué)科對儀器分析實驗的滲透

藥學(xué)是以化學(xué)、生物學(xué)為主要基礎(chǔ)的綜合應(yīng)用型學(xué)科，化學(xué)學(xué)科在藥學(xué)生的培養(yǎng)中起到很重要的作用。最基本的化學(xué)二級學(xué)科為無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)。不同的化學(xué)二級學(xué)科之間有不少內(nèi)容是相互交叉和滲透的。一般來說，無機化學(xué)最先開設(shè)，有機化學(xué)次之，分析化學(xué)通常在有機化學(xué)之后或同步開設(shè)，物理化學(xué)往往最后開設(shè)。在開設(shè)無機化學(xué)實驗時，常常要用到pH計、分光光度計、熔點儀，有的還要用到顯微鏡。盡管此時學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)儀器分析理論課程，但由于在實驗中要用到這些儀器，無形之中儀器分析的基本知識與技能已滲透到了實驗之中。物理化學(xué)實驗大多數(shù)都要借助于儀器來完成。如熱重-差熱聯(lián)測儀、旋光儀、熔點儀、飽和蒸氣壓測定儀、黏度測定儀、紫外可見分光光度計、折射儀等。這些大多以測定化合物物理性質(zhì)為主的儀器與儀器分析課程密切相關(guān)，這些知識的學(xué)習(xí)可增強學(xué)生對儀器的認(rèn)識。有機化學(xué)實驗要涉及事物表征的一系列儀器。如熔點儀、紅外光譜儀、紫外儀、熒光儀、高效液相色譜儀、質(zhì)譜儀、X射線衍射儀、核磁共振波譜儀、旋光儀等，因此在相關(guān)有機化學(xué)實驗中學(xué)生對儀器的感性認(rèn)識必然會增強。有的高校為了突出儀器分析與其他二級學(xué)科廣泛聯(lián)系的特點，甚至不專門開設(shè)儀器分析實驗，而是將其融入其他學(xué)科的實驗之中[10]。

除此之外，藥學(xué)的不少專業(yè)課亦涉及儀器分析的知識與技能。這些后續(xù)課程的開設(shè)進一步鞏固了儀器分析的技能，即是儀器分析課程在專業(yè)課中的滲透和延伸。如，藥物化學(xué)中常涉及對所合成的藥物進行純度檢測、雜質(zhì)分析；天然藥物化學(xué)中提取分離技術(shù)與儀器分析中前處理過程有相通之處；藥劑學(xué)中的制劑分析亦是分析化學(xué)內(nèi)容的進一步延伸；藥物分析課程更是將儀器分析、化學(xué)分析知識綜合運用的課程。

綜上，儀器分析的知識與技能與前期、后續(xù)開設(shè)的課程都有密切聯(lián)系，前期課程中接觸相關(guān)技能和儀器、增強感性認(rèn)識，后續(xù)課程將實驗技能在不同的模塊中進一步鞏固。

4 將實際工作融入儀器分析實驗

高校應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生理論基礎(chǔ)和科學(xué)思維，但亦不能忽視學(xué)生就業(yè)的重要問題。因此，在儀器分析實驗中滲透與未來可能的實際工作相接軌的實用價值很強的實驗，亦應(yīng)是努力的方向之一[10]。目前高校藥學(xué)專業(yè)的儀器分析實驗與未來藥學(xué)生可能接觸的實際工作有偏差的地方主要體現(xiàn)在以下幾點：①儀器分析實驗只涉及部分分析過程，缺少全程、完整的實驗。如不少高校在開設(shè)高效液相色譜方面的實驗時，往往由教師自配幾種結(jié)構(gòu)相近化合物混合溶液，讓學(xué)生分析即可。但這樣簡單的情形在今后的工作實踐中可能并不存在。正如下象棋中的“殘局”，很多棋屬于“擺譜”。其實教師只需在取材方面稍加留意，即可將原本有些呆板的“擺譜殘局”變成實用“殘局”，這必將大大增強學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性。如將上述實驗改成“高效液相色譜法測定復(fù)方醋酸地塞米松乳膏中的含量”“高效液相色譜法測定可樂中的咖啡因”“高效液相色譜法測定果粒橙中的蕓香苷”等等，則該課程的實用性、生動性、趣味性、整體性都將大大增強。②缺乏用不同分析手段解決一個完整事務(wù)的實驗。現(xiàn)實工作中，測定對乙酰氨基酚原料藥的質(zhì)量，包含性狀鑒別、紅外光譜鑒別、雜質(zhì)檢查、含量測定等諸多檢測項目。如能設(shè)計一個全面檢測的實驗，那么藥學(xué)生相當(dāng)于身臨其境地進行了一次工作的模擬訓(xùn)練，這樣實踐能力必然增強。③儀器分析實驗中由于時間的限制，往往無法進行分析方法的驗證實驗。而這一點在今后的分析工作中非常重要。一般儀器分析實驗最多做一個精密度。但事實上，一個完整分析方法的建立，要涉及精密度、準(zhǔn)確度(回收率)、專屬性、檢測限、定量限、線性范圍、耐用性等諸多驗證指標(biāo)，即使在具體實驗中難以一一執(zhí)行，教師也應(yīng)在實驗中對學(xué)生說明這些指標(biāo)的重要性。在有條件的時候，開展至少一次這樣的方法驗證實驗。④儀器分析實驗中對檢測報告的格式幾乎沒有相應(yīng)要求，比較隨意，這一點與今后可能的分析工作相偏離。在藥檢部門、藥企質(zhì)檢科、進出口檢驗檢疫局、物證鑒定中心等今后藥學(xué)生可能就業(yè)的部門，其分析工作不僅僅是完成實驗，還要以一定格式進行檢驗報告的撰寫。因此，很有必要引入一些相關(guān)部分的檢測報告模板，讓學(xué)生按照相應(yīng)的格式進行填寫和撰寫，以熟悉相關(guān)行業(yè)規(guī)則，這樣對于今后就業(yè)大有裨益。筆者曾在“HPLC檢測復(fù)方醋酸地塞米松乳膏含量”這一實驗中，要求學(xué)生在實驗報告之外，再按藥檢部門的報告格式出具一份檢測報告，包括簽名、復(fù)核等步驟，一律按工作模式進行。這樣學(xué)生不僅提高了實驗技能，亦增強了責(zé)任感，對自己的檢驗報告負(fù)責(zé)。

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