呂狄亞,洪戰(zhàn)英,郭丹丹,李育,李玲,曹巖
海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系 (上海 200433)
藥學(xué)生應(yīng)具備儀器分析的專業(yè)技能,為今后從事研究、開(kāi)發(fā)、分析方面工作領(lǐng)域儲(chǔ)備知識(shí)。儀器分析實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握常用儀器分析方法的原理和儀器的結(jié)構(gòu)與操作,讓學(xué)生以分析儀器為工具親自獲得所需要的信息,拓寬學(xué)生的知識(shí)面,激發(fā)學(xué)生對(duì)儀器分析課程的興趣,提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)方面具有重要意義[1]。其中,紅外光譜作為表征分子結(jié)構(gòu)的有效手段之一,通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí),藥學(xué)生可掌握基本的儀器操作技能,充分理解紅外光譜的原理,也可以直觀地驗(yàn)證所學(xué)的基本理論和基本知識(shí)。
傳統(tǒng)的紅外實(shí)驗(yàn)課通常由教師講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程并演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生按小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告上交。在此過(guò)程中,教師說(shuō)一步學(xué)生做一步,機(jī)械的操作無(wú)法達(dá)到舉一反三的教學(xué)效果。同時(shí),類似于紅外光譜儀、質(zhì)譜儀、核磁共振波譜儀等大型儀器,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果很大程度上依賴于這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備。一個(gè)實(shí)驗(yàn)室不會(huì)配備多臺(tái)儀器來(lái)滿足學(xué)生的需求,因此,在小組實(shí)驗(yàn)中,有的學(xué)生可以接觸到儀器,而有的學(xué)生可以接觸到樣品制備,如何讓學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)是該課程亟須解決的實(shí)際問(wèn)題。
儀器分析實(shí)驗(yàn)課一般安排在理論課全部結(jié)束后進(jìn)行,此時(shí)學(xué)生已普遍掌握了理論知識(shí),然而實(shí)驗(yàn)課,重點(diǎn)是要學(xué)生掌握樣品的制備、儀器的操作,以及利用紅外吸收光譜推斷化合物官能團(tuán)等具體結(jié)構(gòu)的解析方法,在實(shí)驗(yàn)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò),都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗[2]。很多實(shí)驗(yàn)過(guò)程都比較復(fù)雜,光靠課上是很難掌握的,實(shí)驗(yàn)室也不可能隨時(shí)開(kāi)放,其外,上述的線下教學(xué)模式很難提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的重視程度,從而導(dǎo)致教學(xué)效果總體不佳。而且,線下傳統(tǒng)的教學(xué)方法無(wú)法在特殊情況下做到“停課不停學(xué)”。一旦受到影響,必然造成教學(xué)進(jìn)度滯后。
與傳統(tǒng)的紅外光譜教學(xué)模式不同,線上紅外實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須更關(guān)注學(xué)生對(duì)于原理的掌握、儀器操作方法的熟悉、譜圖分析能力的提高。因此,教師需要探索和建立一種以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、儀器操作與譜圖解析為一體,不再受限于線下操作,可在線授課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。鑒于此,本院嘗試開(kāi)展線上教學(xué)的方式,激發(fā)學(xué)生在紅外光譜操作和解析方面的學(xué)習(xí)熱情,提高學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力,改善線下實(shí)驗(yàn)操作的不足,培養(yǎng)學(xué)生的探究能力,以適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代個(gè)性化發(fā)展的要求,保證學(xué)生在掌握理論知識(shí)和熟練的實(shí)驗(yàn)操作技能的同時(shí),還能提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)立思考的能力,為今后更好地進(jìn)行科學(xué)研究做好充足的準(zhǔn)備。
紅外實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的是讓學(xué)生在理論課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,加深對(duì)紅外光譜原理的理解,深入了解紅外光譜儀器的結(jié)構(gòu),重點(diǎn)掌握紅外樣品前處理的方法,儀器的操作方法以及圖譜解析的方法。課程結(jié)束后,學(xué)生能利用所學(xué)知識(shí),獨(dú)立對(duì)紅外樣品進(jìn)行處理、檢測(cè)、解析,以此增強(qiáng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能。
紅外實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)的主要內(nèi)容包括,了解實(shí)驗(yàn)原理,掌握紅外光譜的實(shí)驗(yàn)方法,以及學(xué)會(huì)紅外光譜的譜圖解析。課程組選取布洛芬、對(duì)乙酰氨基酚、阿司匹林、水楊酸標(biāo)準(zhǔn)純化物作為未知物,測(cè)定其紅外光譜,內(nèi)容涵蓋紅外光譜法原理、紅外光譜儀原理和構(gòu)造、紅外樣品前處理技術(shù)及化合物譜圖解析方法。
以往在線授課的弊端是教師無(wú)法第一時(shí)間掌握所有學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。因此,筆者采取小班制教學(xué)模式,在區(qū)分專業(yè)的基礎(chǔ)上,以小組為單位,每組4~6人,采用線上授課,且每組配一名主講教師,一名輔助教師。主講教師負(fù)責(zé)授課,輔助教師負(fù)責(zé)隨時(shí)查看學(xué)生上課情況,及時(shí)解決上課過(guò)程中的問(wèn)題。每節(jié)課為3個(gè)學(xué)時(shí),學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),按照課程規(guī)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行在線課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練,最后以提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告為準(zhǔn)。
在實(shí)驗(yàn)授課過(guò)程中,學(xué)生通過(guò)主講教師的講解、觀看微課視頻,了解并解決基本操作和常見(jiàn)問(wèn)題。課程結(jié)束前,給學(xué)生留出足夠時(shí)間深入思考,教師也有充足的時(shí)間觀察學(xué)生的操作情況,并與學(xué)生就較難的問(wèn)題進(jìn)行探討和交流。上述教學(xué)極大地提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性,提升了學(xué)生的自主思考和解決問(wèn)題的能力。
在線教學(xué)并不等于直接將線下課堂直接搬到網(wǎng)上,那樣做不僅效果遠(yuǎn)差于傳統(tǒng)的線下課堂,而且也失去了線上教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。大學(xué)生已具備一定的自學(xué)、自律的能力,他們也希望在教師的指引下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。教師也希望通過(guò)創(chuàng)造教學(xué)情境,引導(dǎo)學(xué)生自主地掌握專業(yè)知識(shí)和技能,并能提出獨(dú)到的見(jiàn)解,為今后能夠很快地投入科學(xué)研究做好準(zhǔn)備。因此,教師應(yīng)遵循“以微為本、以精為本、以學(xué)生為核心、以創(chuàng)新為目標(biāo)”的原則,對(duì)實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)操作和常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的微課教學(xué)設(shè)計(jì),不斷打磨課程設(shè)計(jì),優(yōu)化課程內(nèi)容,發(fā)揮線上教學(xué)的突出優(yōu)勢(shì)。
在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始前,教師應(yīng)要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一定的了解,這樣學(xué)生才能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得較好的學(xué)習(xí)效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)資源和教學(xué)手段被應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。線上教學(xué)主要依托軟件,教師應(yīng)熟練掌握各種APP和平臺(tái)功能,為線上教學(xué)的順利開(kāi)展提供基礎(chǔ)保障[3]。因此,教師應(yīng)提前建立小組群,發(fā)布課前預(yù)習(xí)要求、明確學(xué)習(xí)目標(biāo),提供相關(guān)文獻(xiàn)供學(xué)生了解前沿知識(shí),在小組群中與學(xué)生進(jìn)行討論,掌握學(xué)生預(yù)習(xí)程度;授課過(guò)程中,教師通過(guò)屏幕共享PPT、播放小視頻、舉手回答等功能,流暢地進(jìn)行授課,并隨時(shí)進(jìn)行提問(wèn),與學(xué)生互動(dòng),了解學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況。同時(shí),學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作業(yè)也可以打破傳統(tǒng)的書面報(bào)告形式,采用小視頻和圖片的形式。教師發(fā)布未知物的紅外光譜圖,要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行解析,制作完成后以視頻和PPT形式上傳到課堂上,提交作業(yè)。學(xué)生可隨時(shí)在小組群中提出問(wèn)題,教師與學(xué)生共同探討,達(dá)到舉一反三的教學(xué)目的。
在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn),是在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi),讓學(xué)生通過(guò)在線學(xué)習(xí),理解紅外儀器的結(jié)構(gòu)、分析原理,掌握樣品處理方法以及儀器軟件操作技能。
紅外光譜儀不受樣品的物態(tài)限制,是因?yàn)閮x器配備了不同的樣品池。比如氣體樣品選擇氣體池,液體樣品則可以選擇液體池,固體樣品的檢測(cè)方法則根據(jù)其形狀不同可采取三種處理方法[4]。教師若僅僅講解這些概念,很難引起學(xué)生興趣,而且因沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí),他們也無(wú)法理解這些操作。因此,教師可通過(guò)多媒體教學(xué),在PPT中插入樣品制備方法的動(dòng)圖,一邊放,一邊進(jìn)行講解,學(xué)生在觀看動(dòng)圖的同時(shí),也能很容易記住知識(shí)點(diǎn)??傊?,可視化教學(xué)不僅能使學(xué)生更容易理解抽象的知識(shí),而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力也有很大幫助。
紅外實(shí)驗(yàn)需要重點(diǎn)掌握的是固體樣品壓片法。該方法是紅外最常用的制備方法,《中國(guó)藥典》收載品種90%以上都用此法。本次實(shí)驗(yàn)以最基本的溴化鉀壓片法為例,通過(guò)微視頻的形式,筆者給學(xué)生演示壓片、儀器、軟件操作過(guò)程。雖然微視頻只有8分鐘左右,但這一系列的實(shí)驗(yàn)操作若是通過(guò)教師講解,很難表述清楚,而視頻演示讓學(xué)生很快心領(lǐng)神會(huì)。因此,教師在課前制作從壓片法到儀器功能設(shè)置,然后通過(guò)軟件對(duì)譜圖進(jìn)行處理的具體操作的微視頻,再通過(guò)細(xì)節(jié)的補(bǔ)充講解,比如壓片時(shí)溴化鉀和樣品的配比、儀器對(duì)濕度和溫度的要求、官能團(tuán)區(qū)和指紋區(qū)的作用。這樣,學(xué)生可以很快抓住重點(diǎn),很容易就能在線下獨(dú)立進(jìn)行操作。
實(shí)驗(yàn)型微課視頻作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的重要補(bǔ)充,可以在有限的時(shí)間內(nèi)將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程完整地呈現(xiàn)出來(lái),有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率,能夠直觀地為學(xué)生展示整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在枯燥的課堂環(huán)境下,教師通過(guò)微課視頻講解實(shí)驗(yàn)步驟和儀器的工作原理,讓學(xué)生更有興趣學(xué)習(xí)。
線上教學(xué)有其不可避免的弊端,比如網(wǎng)速問(wèn)題、學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間觀看屏幕容易引起視疲勞、上課注意力容易分散等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題,筆者采取了一些應(yīng)對(duì)措施,將一節(jié)課分為3個(gè)小節(jié),平均每40分鐘一節(jié)課。
在線授課時(shí),為了時(shí)刻了解學(xué)生實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)、知識(shí)掌握程度,教師在講解過(guò)程中,時(shí)不時(shí)穿插提問(wèn)。由于是小班化教學(xué),每名學(xué)生都有機(jī)會(huì)回答問(wèn)題。如什么類型的樣品適合溴化鉀壓片?壓片過(guò)程中的注意事項(xiàng)?為什么溴化鉀法壓片需要在紅外燈下進(jìn)行樣品研磨?譜圖解析時(shí)如何進(jìn)行官能團(tuán)的歸屬?不同的問(wèn)題讓學(xué)生在小組內(nèi)討論,加強(qiáng)學(xué)生的理解,同時(shí)也能使學(xué)生集中注意力,時(shí)刻保持學(xué)習(xí)狀態(tài)。
在講解紅外光譜的特點(diǎn)時(shí),教師可采用和其他三個(gè)光譜進(jìn)行比較的方式,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)紅外光譜的同時(shí),認(rèn)清該儀器的優(yōu)缺點(diǎn),為實(shí)際樣品測(cè)試中儀器的選擇做好鋪墊。比如,第一,紅外光譜不受樣品的物態(tài)限制,只需要更換樣品池就可以對(duì)固、液、氣態(tài)樣品進(jìn)行測(cè)定。而核磁需要預(yù)先將樣品溶解于氘代試劑;質(zhì)譜則需要將化合物溶解于甲醇,乙腈等試劑中。第二,紅外光譜的掃描速度快,只需要十幾秒便可獲得光譜圖。第三,由于幾乎每個(gè)官能團(tuán)都有其特殊的紅外光譜,特征性強(qiáng),紅外譜圖測(cè)定后可與標(biāo)準(zhǔn)的譜庫(kù)進(jìn)行比較。同樣,氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)[5]由于其離子源穩(wěn)定,也有可比對(duì)的化合物庫(kù),即美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)建立,簡(jiǎn)稱NIST庫(kù)。世上沒(méi)有近乎完美的儀器,每一種檢測(cè)技術(shù)和方法都是建立在各自的理論基礎(chǔ)上的,有其優(yōu)點(diǎn),也有其局限性。如紅外光譜對(duì)一些難粉碎、難溶的特殊樣品的測(cè)試則非常困難。同時(shí)由于質(zhì)譜的存在,這種方法的檢測(cè)成本較高,維護(hù)成本也高,難以大規(guī)模推廣等。因此,隨著科技的發(fā)展,探索和創(chuàng)造新的檢測(cè)技術(shù)十分必要。
一門成功的課程不僅需要有著豐富的知識(shí)奠基,更需要培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的道德品質(zhì)。思政內(nèi)容屬于意識(shí)形態(tài)層面、教化心靈方面的內(nèi)容,教師應(yīng)該以“春風(fēng)化雨”“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的方式將思政內(nèi)容與藥物分析課程相結(jié)合,慢慢滲透進(jìn)日常教學(xué)之中。不能刻意輸出,更不能“填鴨式”地灌輸給學(xué)生[6]。
課程思政的總體目標(biāo)就是以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo),將“課程思政”融入紅外光譜課程線上教學(xué)體系中,這樣不僅有利于更好地發(fā)揮課程中的思想政治教育元素的作用,實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo),也有利于構(gòu)建高校大思政工作體系[6],形成思想政治教育合力,增強(qiáng)大學(xué)生思政教育的針對(duì)性和實(shí)效性,形成協(xié)同效應(yīng)[7],實(shí)現(xiàn)課程理論與思政教育相互貫穿、相互融合,相得益彰。課程思政是我國(guó)新時(shí)代的一種教育理念,把“以德為本”作為教育的根本任務(wù),實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程教學(xué)與思想政治教育的有機(jī)融合。
從紅外光譜的基本原理,到儀器操作、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì),都在培養(yǎng)學(xué)生獲得知識(shí)及善于運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中實(shí)際問(wèn)題的能力,提高學(xué)生利用唯物主義觀點(diǎn)去科學(xué)理性地看待問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
以紅外光譜的發(fā)展史為例,筆者鼓勵(lì)學(xué)生在科學(xué)研究中勇于創(chuàng)新,闡述我國(guó)紅外光譜的發(fā)展歷程,激勵(lì)學(xué)生為國(guó)奮斗的抱負(fù)??茖W(xué)家探索科學(xué)和追求真理的歷程,促使學(xué)生學(xué)習(xí)其鍥而不舍的執(zhí)著精神,勇于創(chuàng)新的開(kāi)拓精神,甘于寂寞、忘我獻(xiàn)身的拼搏精神,只問(wèn)是非、不計(jì)利弊的求真精神[8]。注重培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷,樹(shù)立正確的價(jià)值觀、人生觀、是非觀。
通過(guò)四大光譜中,沒(méi)有任何一個(gè)光譜可以單獨(dú)鑒定出完全未知的樣品的理念,聯(lián)系到學(xué)生的協(xié)作觀念,以培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、勇于犧牲自我利益的合作精神。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生應(yīng)充分相信并依靠團(tuán)隊(duì)的力量。
高校實(shí)驗(yàn)室安全教育是實(shí)驗(yàn)室安全工作中的重中之重,是高等學(xué)校教學(xué)體系中的重要組成部分[9]。有調(diào)查顯示58%的學(xué)生每年接受的相關(guān)安全教育課程少于4小時(shí),并且隨著年級(jí)的遞增學(xué)生接受安全教育的頻率也逐年下降,學(xué)校通常只在入學(xué)伊始安排實(shí)驗(yàn)室安全教育培訓(xùn)[10]。然而,隨著年級(jí)的遞升,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的頻率會(huì)逐漸增多,學(xué)校需要不斷夯實(shí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)。學(xué)生生態(tài)意識(shí)薄弱會(huì)造成潛在的環(huán)境污染。因此,雖然是線上實(shí)驗(yàn)課,但是實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)、環(huán)保理念的培養(yǎng)仍然不可或缺。
藥學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)中會(huì)接觸到易燃、易爆、有毒和強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)品,因此在實(shí)驗(yàn)前,學(xué)生需要提前了解化學(xué)品性質(zhì),確保實(shí)驗(yàn)順利、安全進(jìn)行。但是,簡(jiǎn)單枯燥的安全教育對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),可能不愿多聽(tīng),更不容易入心。因此,課堂上教師有必要將可視化教學(xué)應(yīng)用于具有危險(xiǎn)性、毒性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)、安全事故的講解和處理,通過(guò)對(duì)視頻、圖片的強(qiáng)烈感官刺激,告誡學(xué)生危險(xiǎn)就在身邊,從而提升教學(xué)效果。又如教師可在PPT中插入環(huán)境污染的圖片,給予視覺(jué)上的沖擊,讓學(xué)生意識(shí)到環(huán)境污染造成的嚴(yán)重后果。教師細(xì)致地講解實(shí)驗(yàn)室廢液廢物的處理要求,正確的操作規(guī)范,養(yǎng)成學(xué)生規(guī)范操作和自覺(jué)地保護(hù)環(huán)境行為習(xí)慣。為今后的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
授課完畢后,教師和學(xué)生需要留出幾分鐘的時(shí)間來(lái)整理實(shí)驗(yàn)中的知識(shí)脈絡(luò)和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。通過(guò)課程中教師的講解、微視頻的觀看,學(xué)生對(duì)紅外實(shí)驗(yàn)過(guò)程消化理解后,理順實(shí)驗(yàn)步驟,進(jìn)行總結(jié),進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作業(yè)也可以打破傳統(tǒng)的書面報(bào)告形式,采用小視頻和圖片的形式。教師發(fā)布未知物的紅外光譜圖,要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行解析,制作完成后以視頻和 PPT形式上傳到課堂上,提交作業(yè)。通過(guò)上交的報(bào)告,教師可以了解到學(xué)生理解和掌握知識(shí)的程度,并及時(shí)與學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一的線上聯(lián)系,及時(shí)查漏補(bǔ)缺,夯實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
教學(xué)活動(dòng)是科學(xué)研究的基礎(chǔ),教師應(yīng)充分利用線上資源,改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,改變傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生只需聽(tīng)從指令性操作的弊端,豐富教學(xué)手段,引入微視頻,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。課程思政內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)相結(jié)合,使學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)觀,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、為國(guó)奉獻(xiàn)的精神,從而培養(yǎng)出更多更高層次的藥學(xué)人才。