工程认证背景下基于药物分析实践的仪器分析实验教学改革探索

田娟 桑大永 张冕 詹红菊 施红

摘 要：仪器分析实验是一门具有较强实践性的专业课程，对培养学生实验操作技能、实践创新能力以及严谨科学态度具有重要意义。我校制药工程专业开设该课程时曾存在专业针对性不够强、设备短缺、教学方法单一以及评价体系落后等问题，亟待解决。本文针对这些问题，从药物分析实践出发优化教学内容，改进以学生为主导的教学方法和增加创新的评价方式。改革后工程教育认证的两个课程目标达成情况都有所提高。本次改革探索取得了较好的教学效果，培养了学生实验操作技能和创新思维能力，并为推进制药工程专业实验课程改革提供了新思路。

关键词：仪器分析实验; 教学改革; 药物分析实践

中图分类号： G642. 423       文献标识码：A      文章编号：1006-3315（2021）4-156-002

仪器分析是化学、生物、材料、环境、药学、食品等专业开设的一门实践操作与理论紧密结合的基础课程[1-2]。制药工程专业开设的分析化学、仪器分析和药物分析三门课程互为基础、相互交叉，从发展前景来看仪器分析是药物分析发展的趋势[3]。仪器分析实验课程的学习对培养学生实验操作技能、实践创新能力以及严谨科学态度具有重要意义。2020年10月我校制药工程专业的工程教育认证申请通过受理，但目前我们开设的仪器分析实验课程无法满足工程教育认证培养具有实践能力的应用型人才的要求。为了提高课程教学质量和培养出满足社会需求的制药工程专业应用型人才，仪器分析实验课程教学改革势在必行。本文针对仪器分析实验课程教学中存在的问题进行教学内容、教学模式和评价方式的改革，为推进制药工程专业本科实验课程改革提供了新的思路。

1.仪器分析实验课程存在的问题

1.1实验教学内容“轻实验、重理论”，专业针对性不强

原实验教学内容覆盖光学和色谱分析两个大类，未涉及电分析类实验。实验项目设计上是每种仪器涉及一个实验，充分体现了“理论+实验”的模式。实验内容均为验证性实验，是理论教学的巩固和加深，而忽略了对学生实验操作和仪器综合应用能力的培养。实验项目开设非常经典，内容相对陈旧，适合化工、生物、材料等各个专业，但没有制药工程专业的针对性，与药物分析结合不紧密，对学生的专业技能培养不够，也没法激发学生的专业认同感和学习激情。

1.2实验仪器缺乏，学生缺少实践机会

仪器分析实验涉及的多為大型仪器，仪器的价格和维护费用都比较高，目前学校能对教学开放的大型仪器数量有限。由于学生人数较多，尽管我们已经采取分组的形式来进行实验教学，学生的动手操作仪器的机会依然很少。

1.3教学方法单一，学生积极性不高

实验教学中以教师课前讲解理论知识和演示实验操作为主，学生了解实验步骤后按部就班地完成实验。学生对于实验的设计过程和原理没有独立的思考和相互探讨，难以高效地激发学生的主观能动性。

1.4评价体系落后，缺乏过程评价

实验报告是以往仪器分析实验评价的主体，占总评成绩的50%，预习和实验操作分别占20%和30%。由于操作机会不均等实验操作只能靠老师打“印象分”，使得整个评价体系无法实现工程教育认证的过程评价要求。

2.基于药物分析实践的改革探索

2.1结合药典中药物的分析方法调整实验教学内容

教学内容是教学的基础，也是改革的核心[4]。原仪器分析的实验和理论并在一门课程下，理论和实验各占16学时，实验部分只开设了红外（IR）、紫外（UV）、高效液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC）四个相关实验。为了让实验内容更贴合药学专业的特点，我们首先将仪器分析的实验课程与理论课程分离，实验课程学时设置为32学时，比以往的实验学时增加了一倍，并将实验项目划分为药物的定性分析和定量分析两个板块，与药物分析紧密结合，但保证与药物分析实验项目没有重合。

定性分析主要是针对药物的结构鉴定，以红外、紫外和核磁共振为基础的有机化合物的结构鉴定实验项目：如阿司匹林原料药的红外光谱的测绘及结构分析;阿司匹林原料药的核磁氢谱的测试及结构分析。让学生从结构简单的原料药入手熟悉化学药物的波谱测绘及谱图解析过程。定量分析则针对药物的含量和杂质的分析。《中国药典》中药物的含量分析多采用HPLC、UV等现代仪器分析方法，药物杂质分析虽然以传统化学分析方法为主，但也有些杂质分析采用仪器分析的方法[3]。我们结合药典中的药物含量及杂质分析两个方面来设计实验内容。如以荧光、HPLC和GC为基础的药物含量分析项目：荧光分析法测维生素B2片剂的核黄素含量，高效液相色谱仪的使用及液相色谱法测定阿司匹林;如以电位分析法、原子吸收为基础的药物杂质分析实验项目：卡尔费休法测盐酸苯佐卡因原料药中的微量水分等。

其中“卡尔费休法测盐酸苯佐卡因原料药中的微量水分”是我们新增的实验项目之一，是根据《中国药典》通则中水分测定的第一法费休氏法[5]中的永停滴定法编写。实验项目选用瑞士万通701KF水分测定仪，仪器操作简单、准确度高，是目前医药行业及科研院校测试水分含量的常用仪器。实验项目针对药物中常见杂质水含量的测定来设计，测定原理涉及到仪器分析电化学分析的电位分析法。学生通过实验项目的学习既巩固了电位分析的理论知识，又加深了对药物杂质分析的认识，同时实验操作也能直接面向药厂原料药质量检测实践需求。

2.2以学生为主导，实现教学模式“翻转”

由于实验仪器设备昂贵，课时和实验条件的限制，原来教师在实验准备中提前给学生做了大量的试剂配制、仪器预热和实验条件设置等工作，上课时学生只能通过教师讲解和演示来学习，使得学生操作机会较少，独立思考少，学习缺乏热情。疫情期间我们普遍开始使用“学习通”给学生进行线上教学，改革后我们课前借助“学习通”发布实验项目目标、原理和仪器操作视频。目前“学习通”上创建的制药工程专业的仪器分析实验课程，学生能看到紫外-可见分光光度仪、红外光谱仪、原子吸收光谱仪、荧光光谱仪、核磁共振仪、气相色谱仪、高效液相色谱仪以及自动电位滴定仪的仪器原理简介、操作简介视频以及章节作业发布。学生通过视频任务点的完成能了解仪器基本结构、操作方法及实验原理等内容，也便于学生日后的巩固复习。对于具体实验步骤，则需要学生在课前通过查阅文献自己完成实验步骤的设计。例如“卡尔费休法测盐酸苯佐卡因原料药中的微量水分”实验，课前不给学生具体的实验步骤，学生通过水分测定仪的视频观看巩固电位分析法的理论知识，再通过对药典通则中水分测定法的查阅来设计用费休氏法测定苯佐卡因原料药中水分含量的操作步骤。学生以小组为单位讨论实验方案，再与老师讨论后开展实验进程以及撰写实验报告。这样教学模式变以往“教师主导”为“学生主导”，极大地调动了学生的主观能动性，锻炼学生的协作能力以及激发学生的学习热情。

2.3评价体系凸显过程评价

以往实验评价多以实验报告为主，也加入部分实验操作作为评价内容。但是由于仪器分析的设备昂贵、台套数有限，部分学生没有机会参与仪器操作，使得实验课程的过程评价变得很困难。改革后仪器分析实验课程的评价由实验预习、实验方案、实验操作和实验报告四个部分组成。学生在“学习通”上完成视频任务点和作业的情况作为实验预习部分评价依据;3-4人小组各自设计再与老师讨论后给出实验方案作为实验方案制订部分的评价依据;实验操作部分也不是单纯地靠老师给出“印象分”，而是老师评价和小组内互评各占50%（“学习通”上分组操作即可）;數据处理和实验报告的撰写作为实验报告部分的评价依据。这样的评价体系更能体现工程教育认证对过程评价的要求。

3.改革效果

仪器分析实验课程是制药工程专业第5学期开设的专业基础课程，从2018级的制药工程专业开始执行该改革方案。2017级制药工程专业2个班级共54人，期末总评成绩平均分为78.5分。2018级制药工程专业2个班共计51人，期末总评成绩平均分为79.1分。从期末总评成绩看没有太大的变化，但从工程教育认证的达成情况分析来看，2018级相较2017级两个课程目标的达成情况都有所提高。其中，课程目标1熟悉针对不同药物性质的仪器分析原理和方法，达成度从0.697提高至0.750;而课程目标2能选择和使用现代检测手段进行药物的分析测试和生产过程监控，达成度从0.706提高至0.775。执行改革方案后学生对仪器分析实验的兴趣有所提高，对现代仪器的操作更加熟练，对利用现代仪器进行的药物分析认识也更加深刻。

4.结论

为了契合工程教育认证的要求，针对仪器分析实验课程教学中存在的问题，从药物分析实践出发对教学内容、教学模式和评价方式三方面进行了探索和实践，取得了较好的教学效果，为推进制药工程专业实验课程改革、培养了实验技能和创新意识的应用型人才提供了新的思路。工程教育认证申报是一个根据毕业要求和教学目标达成情况不断调整教学方法和手段的过程，所以对仪器分析实验课程的教学改革也将任重道远。

基金项目：荆楚理工学院校级教改项目（基金编号：JX2019-042）

参考文献：

[1]蔡向忠，王秀红，李银生，等.改革仪器分析实验教学培养学生创新能力[J]实验室研究与探索，2014（11）：168-171

[2]李振华，苏琼，向晓明，等.《仪器分析》课程教学模式的探讨[J]山东化工，2019，48（16）：204

[3]祁刚，朱明东，李幸佳，付帅.制药工程药物分析专业教学改革[J]广东化工，2012，39（15）：192+177

[4]陈莹，缪煜清，欧阳瑞镯，等.仪器分析实验课程综合创新教学模式探索[J]广州化工，2020，48（3）：137-138

[5]国家药典委员会，中国药典，2020版，第四部[M]北京：中国医药科技出版社，2020：114