有机波谱分析课程教学改革浅析
2012-01-29裴朝玉赵春香王子云
裴朝玉,赵春香,王子云
(周口师范学院化学系,河南周口466001)
有机波谱分析课程是高等学校化学、应用化学、制药工程、环境科学等专业必修的一门专业限选课。该课程主要介绍用于物质结构分析的紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)、有机质谱(MS)等方面的内容[1]。波谱分析方法能够克服化学分析方法费时、费力、样品消耗量大等缺点,具有快速、简便、准确、微量等优点,是目前物质结构分析首选的方法,广泛应用于化学、化工、食品、材料、环境保护等各个领域[2,3]。正是由于 MS, NMR,IR,UV谱仪的普及与发展及其与计算机技术、各种分离技术的结合,使几乎所有有机化合物的结构鉴定以及结构与性能的关系的确定成为可能。因此,紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、有机质谱已经成为目前化学工作者最常用的分析工具,掌握这些实验方法并利用谱图提供的结构信息对化学及相关学科工作者是必需的[4]。所以,讲授好有机波谱分析这门课显得尤为重要。
有机波谱分析课程由于数据繁多、谱图繁杂,涉及到抽象的物理知识和有机化合物立体结构知识,是一门教师难教、学生难学的课程[5]。这就要求教师要不断改进教学方法、教学手段和教学模式。在多年的教学工作中,笔者始终贯彻“以学生为本,培养应用型、复合型人才”的教学理念,不断改革教学方法,更新教学观念,以学生为中心开展教学工作,做到“学生为主,教师为辅”,积累了一定的经验,取得了较好的教学效果。以下是笔者总结的教学方法和体会。
1 结合实际,精选教学内容
有机波谱分析课程主要内容是讲授质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振谱的基本原理、相关概念、仪器设备、影响波谱吸收峰的因素、各类有机化合物的波谱特征以及识谱、解谱的方法,教学目标是使学生具有较强的图谱解析能力和一定的实际操作能力。针对一部分学生选择考研深造,而另一部分学生选择毕业参加工作的实际情况,在教学内容上,增加拉曼光谱、X线衍射、荧光光谱及波谱和色谱联用技术,增加课程信息量,拓宽学生的知识面,使学生及时了解该学科发展动态和发展前沿。对考研学生,加大识谱、解谱例题的讲解,通过列举考研真题激发学生的学习兴趣、提高学生的解谱能力,为考研打下了坚实的基础。通过几年的教学,发现列举考研真题更能集中学生的注意力、调动学生的积极性,提高教学效果。在这几年的教学过程中,笔者搜集了2002年到2010年一些重点大学(如浙江大学、武汉大学、郑州大学等)关于波谱解析的考研真题近300题,通过对这些考研真题的讲解,使学生更好地掌握了波谱解析相关知识。在教学过程中,通过列举一些通俗易懂的实例,加深学生对所学知识的理解和掌握。充分利用学院现有的相关仪器,使学生对波谱仪器有更加直观、感性的认识。结合理论课内容,及时更新实验课教学内容,使理论教学和实验教学有机结合、相辅相成。在实验课教学中,将教师在科研中得到的谱图特征鲜明的化合物和学生做毕业论文合成得到的样品进行测试,并对得到的图谱进行解析,使学生更直接、更深刻地感觉到有机波谱就在他们身边,从而激发学生的学习兴趣。
2 改革教学方法
有机波谱分析课程所涉及到的概念抽象、理论繁多、图谱繁杂、仪器结构复杂、数据众多、知识面宽[6],这就要求授课教师在有机波谱分析课程教学过程中不断改革教学方法,对不同的知识块采用不同的教学方法。笔者在教学过程中,对基本原理注重追根溯源。如讲解核磁共振谱时,化学位移是解析图谱的一个基础。在授课过程中,首先给学生讲清楚化学位移产生的根本原因是由于产生核磁共振的原子核周围有高速运动的电子,这些电子会产生一个与外磁场方向相反的感应磁场,从而产生化学位移。在有机化合物分子内部,不同的氢原子核和碳原子核核外电子云密度是不相同的,所以就有不同的化学位移。而影响化学位移的一些因素,如共轭效应、诱导效应、范德华效应等在有机化学中已经深入学习过,学生通过自己的分析很容易就能得出不同基团中氢原子核和碳原子核化学位移的变化规律。对于波谱仪器,由于仪器结构复杂抽象,学生往往难以接受。为便于学生理解,笔者通过播放仪器的实物结构及使用方法录像,同时充分利用学院的气质联用仪、荧光光谱仪、红外光谱仪和紫外光谱仪,组织学生进行实物对照讲解和操作演示,使学生对这些仪器有更直观、感性的认识。对于波谱特征峰数据,如各类有机物的质谱碎片峰、基团的红外特征吸收峰、不同基团中质子化学位移的范围、不同杂化方式碳原子化学位移的范围等,学生往往只会机械记忆,缺乏联系对比,经常混淆,不会融会贯通。针对这一情况,笔者采用紧密结合实例、现学现用的方法。如讲解羰基的红外伸缩振动吸收峰的位置在1 700cm-1左右,及时解析几张含有羰基的红外光谱图,让学生感觉到这些经验数据是和图谱吸收峰紧密联系在一起的,而不单单是孤立的几个数字,以此促进学生对此知识点的掌握。当讲到苯环上质子化学位移的经验范围是6X 10-6~8X10-6时,及时从课后习题中挑选几张含有苯环的核磁共振氢谱谱图进行解析,加深学生对这些经验数据的印象。同时,利用表格的形式及时总结在谱图解析过程中经常要用到的一些波谱经验数据,反复强调,相互对比,学生掌握起来就容易多了。对于立体化学的内容,采用分子模型展示与多媒体课件演示等直观的教学方法,取得了较好的教学效果。讲到谱图解析方法时,教师先讲解谱图解析的基本方法和程序,然后讲解部分谱图解析实例,再让学生自己解析一些典型谱图,并进一步讲解解析过程。这样做不仅有助于学生对解析方法的掌握,同时还可以提高学生的逻辑思维能力和语言表达能力。
有机波谱分析课程部分内容理论性强、比较抽象、难以理解,学生学习起来难度较大,如果单单利用传统的板书教学不能满足教学的需要。在教学过程中,笔者除了通过抑扬顿挫的语调、适当的肢体语言来调动学生的积极性、使学生的注意力集中以外,还充分将多媒体课件教学融入到传统教学中去。如红外光谱中基团的几种不同振动形式、核磁共振中原子在外磁场中的运动、原子核外电子的运动状态等,笔者利用多媒体课件制作动画,将这些动态过程形象生动地表现出来,学生一目了然,增强了学生的学习兴趣。在授课过程中,将传统板书教学、多媒体课件教学与视频观看、模型演示教学有机结合起来,将各种教学手段有效整合,使复杂问题简单化、抽象内容形象化、枯燥内容趣味化,有效提高了学生学习的效率。
3 改革教学模式
现代社会的发展对人才的要求不单单是知识上的,更重要的是能力上的。为了培养知识和能力兼备的人才,在教学过程中,改变以教师为中心的教学模式,采用以学生为主体的教学模式。将以问题为基础的教学法[7]应用到教学中,利用分组讨论的方式将课堂还给学生,使学生成为学习的主人。具体做法是将班里的同学分成小组,质谱、红外光谱、核磁共振氢谱和谱图综合解析这几章的内容讲完之后精心挑选一些难度适宜的谱图解析题,一组一题,要求学生利用课余时间通过查阅资料共同完成,然后进行集中讨论。讨论时先由教师随机抽出小组中的一名学生在讲台上对解题过程和结果进行详细的讲解,小组其他成员可适当补充;后由班里其他同学对他们的阐述进行提问,小组成员共同商讨解答同学的提问;同时其他同学也可提出自己不同的观点,班级共同讨论;最后教师再对讨论过程中的优缺点进行分析总结,并对每个学生进行评分。这种形式由于是随机抽调,所以要求每个学生都要做好充分的准备,充分调动了学生学习的主动性,变被动接受为主动探索,提高了学生的学习兴趣,在掌握知识的同时培养了学生相互协作的精神,提高了学生的自学能力、语言表达能力、文献查阅能力和分析问题、解决问题的能力,同时也为学生教学技能的提高提供了一个很好的平台。
教学是教师教和学生学两个过程的结合。为了充分显示学生的主体地位,在有机波谱分析课程教学过程中定期组织召开学生座谈会。通过座谈、问卷调查等方式及时了解学生对有机波谱分析课程的学习情况、要求和建议,结合学生的意见,进一步对现有教学模式进行全面的分析。在不断地探索和总结中,教师和学生之间形成了良好的默契,有机波谱分析课程变成了一门教师好教、学生容易学的课程。
4 改革考核方式
考试是教学过程中的一个重要环节,通过考试可以了解学生对课程内容的掌握情况。它不仅是评价教师教学效果的一个很好的手段,为教师进一步地改进教学提供参考,指明方向;而且对整个教学活动有强化功能、检测功能和反馈功能[8];同时还能激发学生的学习积极性,提高学生实际应用知识的能力。为了综合反应学生对知识的学习能力和解决实际问题的能力,笔者在有机波谱分析课程考核模式上一改传统的以一次考试成绩作为课程的最终成绩的单一模式,采用平时成绩和期末考试成绩相结合的方法。平时课堂表现和小组讨论成绩占20%,平时作业成绩占10%,期末考试成绩占70%,三者的综合作为有机波谱分析课程的最终成绩。期末考试采用开卷的方式,考试过程中学生可以查教材、笔记和参考书,但必须在规定时间内独立完成。试题综合四大谱的知识,难易适当,以谱图综合解析的形式考察学生对知识综合应用的能力。针对不同层次的学生,在试题中还设计有难度较大的选做题。这种灵活的考核方式强调了平时学习的重要性,做到了对知识的真正掌握,而不是只为了拿学分通过考前死记硬背来应付考试。这种考核方式对提高教学效果起到了良好的促进作用。
有机波谱分析课程是一门实用性很强的课程,在日常生活的很多领域都有广泛的应用。随着科技的发展和社会的进步,波谱分析技术的发展越来越快,应用越来越广泛,这就要求我们在教学过程中不断更新教学内容、改革教学方法、丰富教学手段,借助各种先进的技术不断提高教学效果。教有法而无定法,教学工作只有不断改革,才能跟上学科的发展,才能更好地提高教学质量,实现教学的最终目的。
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[3]徐招会,王生,彭云.波谱解析课程教学方法探讨[J].化学教育,2006,27(6):35-36.
[4]孟令芝,龚淑玲,何永炳.有机波谱分析[M].武汉:武汉大学出版社,2009:10.
[5]廖夫生,熊魏,姚雪莲.波谱解析课程教学研究及分析[J].宜春学院学报,2011,33(4):164-165.
[6]张来新,杨琼,陈强.有机波谱分析课程教学改革的探索与实践[J].价值工程,2011(22):248.
[7]谢彩侠,胡亚楠,史会齐.“有机化合物波谱分析”教学中实施PBL教学法的初步探讨[J].中国现代药物应用,2010,4(16):245-246.
[8]王春华,曲荣君,刘春萍,等.改革有机化学考试方法的探讨[J].化学教育,2003,24(9):35-43.