基于液相色谱质谱联用技术的实践应用型课程探索

李 静，阳 萌，刘艳红，房川琳，余达刚，王 娜

(四川大学 a.基础化学实验教学中心；b.化学学院，成都 610064)

0 引 言

我校作为地处西部的综合性大学，一直在努力打造特色办学风格，坚持以实施精英化教育、个性化教育、自由全面发展教育为理念，以办最好的本科教育为目标[1]。为深化教育教学改革，学校全面推进“万门课程”工程建设，通过实施非标准答案考试、“探究式-小班化”教学等措施全面推进原有5 000余门学术型课程的课堂教学改革[2-4]；同时以“开放办学”的精神邀请校外企业家、行业领军人物、专家等分别拟开设各2 000门左右的创新创业型和实践应用型课程[5-6]。依托学校化学实验中心专业实验室综合训练教学平台(以下简称“综合训练教学平台”)硬件条件，自2014年起面向化学相关专业高年级本科生开设了学科前沿应用理论和实验实践教学相结合的液相色谱质谱联用技术实践应用型课程。课程邀请校外中科院专家作为理论课程授课教师，着重教授学科的前沿应用理论；综合训练教学平台仪器实验教辅人员则主要培训学生掌握相关大型仪器设备的使用以及分析应用的全流程。在此结合课程4年来实践情况进行分析和探讨，以期不断改进和完善。

1 基础条件

化学学科作为我校“双一流”建设学科近年来得到较快发展，而化学实验教学相关学科分布广泛，涉及化学、化工、医学、药学、高分子、材料、考古等10余个学院和近20个国家、部、省级重点实验室。化学实验教学中心经过20余年的发展，也已经逐渐形成一个多学科交叉的创新实践教学平台，综合训练教学平台作为化学实验教学中心重点建设的3个主要教学平台之一，已形成拥有一大批先进仪器设备的综合与探索创新实验平台[7]。目前，位于望江校区第一理科楼的综合训练教学平台，拥有LCMS-2020型低分辨液相色谱质谱联用仪和LCMS-IT-TOF型高分辨液相色谱质谱联用仪，具备课程开展必须的硬件条件。同时，综合训练教学平台所依托的各类科研团队，也大部分位于第一理科楼和相邻的化学馆内，这些教学、科研、实验室资源，为课程的实施提供了有力支撑。

目前，综合训练教学平台承担了本科生设计实验、专业实验、探索性实验等综合性实验教学，同时也在本科生毕业论文、学校“三大计划”课外科技项目、各类实验竞赛等方面发挥了重要作用[8-11]。相关仪器的实验技术与管理人员，通过日常实验教学和科研服务，不断积累和提升专业技能，在熟练掌握相关仪器工作原理、操作及维护的基础上，积极参与科研教学服务，有效拓展了实践应用能力。此外，校外授课专家对课程的开设给予了大力支持，与实验教辅人员组成的教学团队一直以极大的热情投入本课程的建设，充分利用周末或晚上等休息和设备空闲时间开展教学工作，有效提升了大型仪器设备的使用效率。

2 课程设计思路

学校面向化学及相关专业高年级本科生已开设的仪器分析必修课程是一门包括液相色谱质谱联用技术在内的综合性仪器课程，主要以课堂理论教学为基础，引导学生去掌握化学学科相关的多种大型仪器设备的基础理论知识，属于普及型的理论教学课程。而目前针对液相色谱质谱联用技术已单独开设的实验教学课程则多数以掌握仪器基本原理和基本操作为目的，极少涉及实践应用。由于液相色谱质谱联用技术的理论教学与实验实践教学一直以来分别属于两个相对独立的教学体系，缺乏系统性、关联性和连贯性，一直未能形成理论结合实践的教学体系。为进一步发挥液相色谱质谱联用技术实验课程在学生创新能力培养和应用实践能力提升方面的作用，液相色谱质谱联用技术课程定位为一门紧跟技术应用前沿、紧跟最新学术成果，并且理论和实际应用紧密结合的实践应用型课程。其中，理论教学部分在常规仪器课程教学内容基础上，从更深层次向学生重点讲述液相色谱质谱联用技术的谱图解析和科研实践应用的理论知识；实验实践教学以理论教学内容为牵引，针对性地开展贴近科研实践的实验课程教学。

3 教学探索情况

3.1 教学内容

与传统仪器分析课程理论教学和实验实践教学分别为独立课程不同，在过去4年的教学中实验实践教学作为液相色谱质谱联用技术课程的重要组成部分与理论课程协同开展，已初步形成紧跟学科前沿应用，并且理论和实际应用紧密结合的教学内容。

课程的理论教学内容与针对大三学生开设的必修课程仪器分析相比较，其深度和广度已得到极大延伸[12-13]。虽然理论教学内容的前1/3还是关于仪器的基础知识教学，但该部分内容着重围绕综合训练教学平台已有的相关仪器设备开展有针对性的基础知识教学，旨在为实验实践教学提供必要的理论支撑基础。而余下2/3的理论教学内容涉及的谱图解析和实践应用案例教学已与天然产物化学、生物有机化学、药物化学、材料化学等学科和交叉领域的科研实践活动紧密结合在一起。

而实验实践课程则以理论教学内容为引导，着重开展匹配理论课程的仪器基础原理、验证性实验和综合性实验教学。其中，基础原理着重培养学生对仪器及仪器各器件的直观认识和认知；验证性实验着重培养学生掌握仪器基础操作和基本应用流程；应用实践型实验主要是将经典实验教学内容进行升级改造，引入现代分析技术[14-16]，使有机合成、分离纯化、结构表征及结构解析有效衔接，目的在于促进学生将理论知识有效转化为分析运用能力。

3.2 教学效果分析

基于液相色谱质谱联用技术的实践应用型课程开设4年以来，在实验教学模式改革探索和学生创新能力培养方面都取得一定成效。①有利于教学模式的改进，与传统仪器分析课程理论教学和实验实践教学分别为独立课程不同，在过去4年的教学中实验实践课程作为液相色谱质谱联用技术课程的一部分同步开展，而且理论课程聘请本领域高水平校外专家参与教学，教辅人员则充分利用综合训练教学平台设备提炼适合学生创新能力发展的实验教学内容。这种理论实践紧密结合的教学模式，在帮助学生将理论知识转化为实际应用能力方面起到了重要的促进作用，有利于学生快速将理论知识转化为实践应用能力;②有利于创新能力的培养，液相色谱质谱联用技术作为确定化学物质结构，进行物性研究的重要工具，实践应用型实验应用于本科教学，能显著提升高年级本科生分析和解决实际问题的能力，打破了实验教学与科学研究的壁垒，有利于促进学生创新能力的培养，同时对提高毕业生的质量，增加就业竞争能力起到了重要作用。

3.3 下一步完善思路

为使实验实践课程与理论教学中科研前沿和实践应用内容相匹配，建立更加完善的基础原理-验证性实验-综合设计性实验-实践应用型实验的阶梯式实验实践课程体系，实现理论学习、常规操作、基本应用、科研实践的全链条教学，进一步结合理论课程内容和学科科研前沿，继续设计系列实践应用型有机化合物结构解析实验作为实验实践课程的一部分，主要包括：

(1)液相色谱质谱联用分析天然产物。利用液相色谱质谱联用技术开展复杂体系中的天然产物分析，可以通过对比已知化合物结构特点的碎片离子或特征裂解方式直接、快速、准确地分析目标天然产物的主要成分，以及不同加工制备工艺等，如：中药材生地和熟地的鉴定，荔枝核总皂苷的定性分析等系列实验。

(2)研究有机反应中间体。利用液相色谱质谱联用技术检测反应过程中的活泼中间体是研究有机反应机理常用的手段之一，可引导学生利用液质联用技术研究“2+2”反应、D-A反应、BH反应、Aldol反应、Heck反应、Still反应过程中的有机反应中间体，根据分析结果尝试分析上述各种类型反应的反应机理，每个类型的反应均可独立设计成一个实践应用型有机化合物结构解析实验。

4 结 语

本课程以校外专家教授团队理论教学为基础，依托专业实验室综合训练教学平台的大型仪器设备，采用大型仪器理论教学与实验实践教学紧密结合的模式开展相关教学，在学生创新能力，基本科研素养培养方面发挥重要作用，通过4年的教学实践逐步形成理论和实践互相融合的一门实践应用型课程。在未来的教学实践中，将通过持续设计系列实践应用型有机化合物结构解析实验来构筑更为完善的实验实践课程体系，形成理论学习、常规操作、基本应用、科研实践的全链条仪器实验教学。新增的一系列实践应用型有机化合物结构解析实验将根据科研前沿的动态持续更新，并设计成系列独立的实验方案，在教学实践中多元化、开放化、灵活化的设置科研实践实验授课内容，避免“照方抓药”；同时针对不同水平、不同专业的学生灵活组合教学内容，达到“因材施教”的目的。最终，通过这门理论实践相结合的实践应用型课程让学生尽早了解科研理念、科研文化和科研价值，提升科学研究和科技创新的能力，为将来开展科研活动和从事相关行业工作奠定扎实基础。