以科学研究为指导的药学专业波谱解析教学改革探索*

刘治成，陆维丽，程文明，吴婷妮，李 宁

(安徽医科大学药学院，安徽 合肥 230032)

《波谱解析》是高校药学专业本科及研究生所必修的一门重要专业基础课程。其目的旨在向学生传授通过综合利用多种波谱信息对未知化合物结构进行推测及对已知化合物进行结构验证及定量等知识。教学大纲中一般主要要求教授紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)、核磁共振图谱(NMR)及质谱(MS)的原理及识谱、解谱知识[1]。由于药学专业学生常在天然产物分离鉴别、药物合成分析、药物代谢动力学、药理组学分析等诸多领域的科学研究和未来就业工作中运用到上述四大谱学知识，使得《波谱解析》课程在学生的知识结构中显得格外重要[2]。然而，相较于国外高等教育中常把上述四大谱学内容安排在从本科至研究生多个学年有针对性的逐一教授的教学方式不同，大部分国内高校药学专业均将四大谱图及其综合运用解析的教学任务安排在一个学年乃至于短短一个学期的较少课时内完成。此外，本门课程教授的重点——谱图解析部分虽基于科学实验的操作，但鲜有院校为此门课程配套开设实验课程，学生仅能在教师的讲解下依靠相对抽象的例题学习对于解谱规律，这不仅加大了此门课程的授课难度，更对学生的理解和接受能力提出了极高的要求。以上原因导致药学学生尤其是药学本科学生在学习《波谱解析》这门课程后实际对各波谱的解谱能力的掌握不甚理想，教学目标实际往往难以实现[3]。由于本门课程所授内容与科学实验联系紧密，为改善本门课程的教学效果，笔者根据多年的本门课程教学经验，结合四大谱学在药学领域的实际运用，在以下方面做了新的尝试和探索：

1 加强教师自身谱学在药学领域运用的学习

以笔者所在学校为例，参与药学专业《波谱解析》课程教学的教师并非均具有药学或天然药物化学专业背景，因此有时难以充分结合本专业需要地讲解本门课内容[4]。这不仅有碍于药学学生从课程中学习到专业相关技能更抑制了学生们对本门课程的学习兴趣。因此，对于非药学相关专业毕业的本门课程授课老师，我们组织了多次教学培训会议，其间邀请了多位以药物化学、天然药物化学及药理学等为方向研究的专家，通过专家们以本专业的视角讲解四大谱学知识在科学实验中的各类运用及其实例，以帮助各位授课老师在教学工作中抓住教学重点；非药学及相关专业毕业的教师还积极自学了药物化学和天然药物化学专业知识，进一步理解了药学专业对本门课程掌握程度的需求，从而使他们能在课堂上更为有的放矢地在课堂上以各类药物的谱图为重点讲授内容，帮助学生们对此门课程的重要性和实用性有更好的认识。

2 结合药学专业实验课程 融入波谱分析内容

为了更切实地让学生体会到波谱分析在药学专业科学实验中的重要意义，我们尝试在天然药物化学实验课——芦丁的提取和鉴别及药物化学实验——阿司匹林的合成等实验课程中将芦丁的氢核核磁共振图谱(1H-NMR)和DEPT谱(Distortionless Enhancement by Polarization Transfer)及阿司匹林的IR谱、MS谱和1H-NMR谱分发给学生，让他们在实验报告中加入对上述化合物对应谱图信号的归属。在批改实验报告后我们及时总结了学生解谱过程中的共同错误及不足并及时在课堂上反馈给学生，使他们更加深了印象，进而增强了解谱能力。此外，我们还将对上述实验报告中学生所完成的实验中涉及化合物的波谱分析练习所做的批改在习题课上作出及时总结和反馈，将学生们解谱过程中暴露出来的普遍性问题在习题课上与讲解其他解谱题一道，以帮助学生们及时纠正他们的错误，加深对正确解谱方法的印象。

3 安排解谱上机课程 加深学生对各谱图综合运用的认识

在讲授完理论课部分内容后，我们组织和安排三个课时的波谱分析的上机课程。其中，第一个课时主要安排教师进行统一演示利用ChemDraw软件对于小分子化合物进行IR、MS、NMR等谱图的预测、利用Mestrenova软件对于MS及质谱进行进一步的解析、将所得谱图信息与NIST、Metlin、HMDB[5-7]等网络小分子数据库进行比对验证等操作；后两个课时则要求学生根据给予的五种化合物名称在ChemDraw软件中画出其结构并对软件所预测的谱图进一步进行信号归属。课后学生们均表示上机课直观地看到不同化合物对应的预测谱图不仅大大加深了他们对于化合物不同谱图解析的认识，更教会了他们利用相关谱图软件实现辅助解析的技能，起到了良好的效果。

4 引导学生主动阅读科学文献 从文献阅读中体会本门课程的意义

科学研究离不开大量的文献阅读。为了让学生们深入了解波谱分析在科学研究中的广泛用途，我们还在课后给学生布置了文献阅读的作业：要求学生以5人小组为单位自选感兴趣的领域(如纳米材料、天然产物分离分析、大分子结构推测等)阅读不少于10篇该领域近5年发表的学术论文(其中英文论文不少于3篇)并对这些文献的内容作出总结写出简要综述和以组为单位的口头汇报。经过此番训练，学生们了解到了书本中举例以外的各波谱的应用和相关前沿科学进展，这不仅极大地提高了他们对学好本门课程的兴趣，更充分调动了学生们主动学习的积极性，使他们在阅读文献过程中发现其中尚不理解或理解不够透彻的问题，并带着这些问题在课堂上更加集中注意力地学习相关知识。

5 面向药学专业学生开设大学生课外竞赛的波谱解析实验培训课程

如今挑战杯、大学生创新创业竞赛等国家级大学生课外竞赛在国内各高校中均得到充分重视也有越来越多的大学生积极参与其中。这些竞赛在激发学生的创新能力的同时也为高校的创新素质教育提出了更高的要求。而仪器分析则是药学专业大学生创新实验设计中常涉及的实验操作。因此，为了同时兼顾药学创新竞赛的需求及本科《波谱解析》的教学成果，在所在院系实际仪器条件的基础上，笔者所在授课团队尝试在本门课程课时以外安排开设面向药学专业全体学生的波谱分析实验培训课，并得到了学生们的积极相应。我们根据自身条件开设的实验培训主要包括UV、IR分光光度计的使用、气相色谱质谱联用(GC-MS)、液相色谱质谱联用(LC-MS)等课程。每次培训分为原理讲解和上机操作两个部分：第一个部分主要结合《波谱分析》理论课内容，讲解仪器的构造及原理、实验基本操作步骤；第二个部分为实验演示操作，按照标准仪器操作流程对准备好的待测分子(兼备已知或未知两类小分子药物)进行仪器分析和数据处理，并通过对已知小分子药物的谱图分析，进行浓度测定(UV光谱)、特征峰归属(IR光谱)及离子峰鉴别和裂解规律推倒(MS)；对未知化合物通过结合IR与GC-MS两种图谱信息进行结构推测，并将所推测的化合物结构与仪器中已具备的NIST气质联用图谱库进行比对确认。通过观摩实验课对各类谱图分析仪器的实操，学生们不仅能更系统化地理解所学仪器原理和解谱方法，加深了学生们对不同谱图优缺点的认识，更使他们对多种谱图分析的实验操作有了更清晰的了解，夯实了他们对相关知识的掌握程度，同时也帮助了拟利用仪器分析进行药学相关创新课题开展的同学们能更简单地上手，从而更好地完成他们的课题设计。

药学专业《波谱解析》课程的重点，在于教会学生掌握对多种谱图的识别解析及综合解析的能力。由于对科学实验及其对应各类应用的高度依存性，抛开各类谱学的具体应用及其应用目的谈解谱不仅使得课程内容枯燥晦涩，也很大程度地提高了解谱的难度。然而，对于药学专业学生而言，各类谱学分析仪器或将成为他们未来科研或就业工作中所常用的工具。因此，课程的难度和以往脱离实际操作的课堂理论教学不仅抽象难以理解且常不具有药学专业的导向性和实际应用性。在经过我们的以上探索和尝试后，将课程考试的结果与以往进行对比也不难看出，教学过程中进行如上探索后学生们的解谱能力得到了显著的提高。与此同时，我们坚信在我们的教学改革探索过程中，学生们更通过科研文献的阅读、分析软件的应用等方面的学习在一定程度上提高了科研素养，或为未来学生们的科研之路起到了较好的铺垫作用。然而，在上述教学探索过程中我们也遇到了诸如本门课程安排的课时依旧较少、难以更全方面地向学生展示各类谱学在科学多领域的作用等问题，我们也因此呼吁在未来能提高本门课程在药学专业教学中课时安排的比重，使本门课程的教学效果得到更好的发挥。