核磁共振波谱在应用化学专业本科教学中的应用探讨

顾承真

(福建农林大学 生命科学学院，福建 福州 350001)

福建农林大学应用化学专业2012年起招生，主要培养具有应用化学基础知识、基础理论和基本实验技能，获得天然产物化学、现代分析仪器和技术、合成化学等领域基础研究和应用基础研究方面的科学思维和实验技能训练，并具有良好的科学素养及一定的教学、科研能力，能在科研机构、高等学校从事教学工作、科学研究及管理工作的复合型人才。该专业核心课程包括现代仪器分析、天然产物化学、合成化学和有机波谱分析等。

有机波谱分析主要讲授四大谱，即核磁共振波谱、质谱、红外光谱和紫外光谱。核磁共振波谱是这门课中最重要也是最难的部分。核磁共振波谱主要用于有机化合物的定性和定量分析[1]，在有机化合物的结构鉴定中有着不可替代的作用，在化学、物理、生命科学、医药和药物学领域都有广泛的应用[2-3]。特别是，近期核磁共振波谱在代谢组学研究中的应用，拓宽了其应用领域[4]。所以，学好核磁共振波谱对学生今后就业和后续继续深造都有极大帮助。在应用化学专业教学中，核磁共振波谱主要讲授核磁共振波谱基本原理、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和二维核磁共振波谱四个部分的内容。其中，内容较多，也比较难的部分是核磁共振氢谱。笔者从2017年开始讲授核磁共振波谱，学生普遍反映该课程难理解、不好掌握，学到的理论知识不会运用到实际的谱图解析中。本文对近几年教学经验进行了总结和探讨，并根据学生反馈的意见对教学方法进行了改革。

1 强调课程的重要性和应用领域

对本科生来说，核磁共振波谱的学习确实存在一定的难度，所以在第一次上课时就要提高他们的学习兴趣，让他们充分重视本门课程。在第一次上课时，我会首先告诉他们为什么要学习核磁共振波谱。应用化学专业的培养方向主要包括仪器分析和天然产物，这两个方向在日后都会用到核磁共振波谱知识。比如，以后从事天然产物方向研究的同学需要用核磁共振波谱对化合物的结构进行鉴定，否则没有办法进一步对有机化合物进行活性评价；有机化学科目考研需要考核磁共振波谱知识等。学生听完后才能意识到这门课确实很重要，让他们知道这门课与他们的前途息息相关，才能引起他们的重视。

其次，要让学生对这门课感兴趣。在讲该课程应用领域时，在药物化学领域，引用了屠呦呦发现青蒿素并如何用核磁共振波谱鉴定其结构的真实案例，这个案例可以提升他们的民族自豪感；在有机合成领域，引用了海葵毒素合成的案例，强调有机合成的每一步都需要用核磁共振波谱对中间体的结构进行确认；最后跟学生分享自己在制药企业中如何使用核磁共振波谱技术解决企业中的问题，让学生知道不但世界上顶尖的科学家都会用到核磁共振波谱技术，在药企中还有直接的应用，可以极大地提高他们的学习兴趣。

2 采用导入式和启发式教学

在教学过程中，根据本章节的内容，找合适的切入点，采用导入式的教学方法，让学生带着问题去听课，效果会更好。在讲解“自旋耦合与自旋裂分”这一节内容时，首先播放乙烷和碘乙烷的核磁共振氢谱图。乙烷的核磁共振氢谱图只有一组单峰，碘乙烷的氢谱图有两组峰，并且甲基裂分为三重峰，亚甲基裂分为四重峰(图1和图2)。分析两张图图谱的差异，引出问题：为什么乙烷上的一个氢被碘取代形成碘乙烷后，它们的核磁共振氢谱图会有这么大的变化？然后引出本章节要讲解的知识点：自旋耦合与自旋裂分，让学生带着这个问题去听课，能更好地集中他们的注意力。在教学过程中多设置一些问题给学生，让他们充分参与到课堂中。

3 让学生分组学习讨论

核磁共振波谱是应用性和实战性比较强的一门课程，需要做大量的练习来巩固和掌握知识点。所以，在讲完知识点后应该多讲一些例题，详细阐述每个知识点在图谱解析中如何来运用，让学生掌握解题技巧。在讲解例题前会给学生时间，让他们先去解析。但是每个学生对知识点掌握程度不同，不是每个同学都能解析出正确结构。所以把学生按照4～5人分成一组，让他们先进行小组讨论，最先做出答案的小组全体加分，然后再对例题进行讲解。将学生分组后并采用加分政策激励他们，充分调动了他们的积极性和责任感，这样小组内的每个同学都会参与进来，学习好的同学就可以带动学习不好的一起学习，在小组讨论中加深对知识点的理解和掌握。同学们反映小组讨论会让他们有豁然开朗的感觉，这一改革也深受学生的欢迎。

4 结束语

通过近6年的教学，总结了如何给应用化学专业本科生上好核磁共振波谱这门课，让他们很好地掌握和运用该课程知识点。从教学效果看，学生基本都能通过期末考试，都能独立地对一些简单的核磁共振谱图进行解析，而且多数同学对这门课产生了极大的兴趣。今后还会继续向学生征求意见，改进教学方法和方式，提高教学质量，提升应用化学专业学生的培养质量。