核磁波譜儀的生物工程實驗教學

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摘要:核磁共振波譜分析作為現代儀器分析的重要組成部分，具有不可替代的地位。而現代儀器分析是開設儀器分析類課程必修的專業基礎課。為了提高學生對該實驗課的學習興趣和真正掌握核磁共振波譜分析的實質，本文從簡化上機操作步驟創新實驗內容、合理規劃實驗教學安排、應用新技術多媒體等不同方面進行了實驗教學的探討。

關鍵詞:現代儀器分析;核磁波譜分析;實驗教學

核磁共振波譜儀是一種利用不同元素原子核性質的差異分析物質的磁學式分析儀器。這種儀器廣泛用于化合物的結構測定，定量分析和動物學研究等方面［1］。它與紫外、紅外、質譜和元素分析等技術配合，是研究測定有機和無機化合物的重要工具。核磁共振波譜由于價格昂貴，維護成本較高，而且主要是用于科研方向［2］。本科生接觸較少，導致對這種儀器的不熟練，只能紙上談兵。作為生物相關專業的本科生熟悉和掌握各種現代儀器分析的原理和技術，是他們應該具備的專業基本素質，這將為相關專業學生在今后從事科學研究、產品開發和技術創新等方面的工作打下堅實理論基礎和訓練學生實際動手能力。然而，在實際的核磁共振分析實驗教學過程中，由于大家初次見到實物，課程安排比較緊湊，短時間內學生很難對儀器有著深刻的認識，本人試圖通過針對上課中遇到的部分問題不斷改進核磁波譜分析實驗教學的方式方法。根據核磁共振波譜分析實驗的特點，采取一些相應的措施以提高學生的學習興趣，以增強實驗教學效果。針對實驗教學中存在的一些問題，進行了一些相關的實驗研究和探索。

1簡化上機操作步驟、創新上課模式

由于儀器分析課時有限，為了避免出現單人示范，旁人圍觀的現象，保證學生人人參與上機操作，老師可提前將操作程序設定好，簡化實驗程序命令，設置自動測樣模式，學生只需按照步驟裝樣、設置文件名稱、選定氘代試劑、提交采集4個步驟的命令即可。在等待數據測試的過程中，老師可以實時講解一些重要參數的設置，以及這些參數的作用與對測試結果的影響，通過理論與實踐的操作來增強學生對儀器的了解。針對采樣獲得的核磁原始數據要進行波譜分析，老師可通過專業軟件將提前錄制好的小視頻上傳到班級群里，讓學生課后通過視頻指導多加練習。在安排上課的方面，針對儀器的數量問題，可以分批授課，通過在教室統一講述相關理論知識后，分批將學生帶入儀器室進行上機操作，未進入機房的同學可以通過機房的監控來觀摩學習上機操作的學生。切實保證每個學生都有上機操作的機會，調動學生學習操作貴重儀器的積極性，對大型設備不再有望而卻步的畏懼心理。待所有學生操作完畢，教師再將學生帶入教室利用多媒體演示和講解處理圖譜的方法與注意事項，包括譜圖的傅里葉轉化、基線和相位調節、積分、譜圖的解析方法等。

2合理規劃實驗教學安排

區別于生物課程的差異，核磁波譜儀器實驗內容少了許多的的趣味性，如果按部就班的按照其專業課堂教學的模式可能會讓學生產生儀器高大上，學生欣賞不敢動手的怪異現象［3］。為了避免這種情況，教學模式上就要設計于課堂之上，必須讓每一位學生都能夠通過實驗獲取知識和能力，為此教師可以通過動態分組的方式來保證學生的參與，這樣既解決了儀器不足的問題，又能夠保證學生積極參與上機操作，同時可以防止小組內總由一人作為主導的局面。這樣的方式既能向每位學生提供相同的動手操作機會又能防止較為弱勢的學生依賴心的生成。儀器分析實驗課最顯著的特點是學生數量多、儀器少、實驗過程較長，步驟繁多、超控感差、譜圖信息處理比較復雜、直接結果較少［4］?；谶@樣的事實導致學生對其課程興趣不足。針對這些問題，教師可以著手在上述方面來提高學生的興趣。例如，針對學生數量多儀器少這一情況，老師通過動態分組讓每個小組學生分別邊操作示范邊講解相關原理，這樣既能保證操作者加強理解與記憶，又能使得小組內的人能夠提高注意力參與到實驗課程中來。對于實驗內容得選擇上可以通過針對生物工程專業的特色來選擇實驗樣品，讓學生通過對本專業熟悉的樣品來進行測試。同時在數據采集的過程中教師設計一些關于核磁共振譜圖的相關問題讓學生自己探討，這樣既避免了無效的時間等待還解決了譜圖解析的關聯問題。通過輪流換組的方式每組來解決一個不同的問題，最后由每組的小組長進行小組總結歸納，然后匯總形成整個班級的小結。這樣對于提高了學生認真研究的興趣，學生掌握相關的專業知識提供了一個良好學習氛圍。

3應用新技術多媒體

核磁共振波譜分析實驗相對于色譜類分析儀器時間耗時要相對短一些，但讓學生從本質上理解并掌握核磁波譜的分析技術是比較復雜的一個事情［5］。教師可以利用科技發展帶來的新技術將計算機教學引入到核磁共振波譜的學習中來。如利用多媒體軟件加入動態設置，通過形象化的動畫效果將儀器的基本結構和儀器的基本原理以及電路系統，更加直觀地表現出來，加深學生對所學知識的記憶、理解和掌握。虛擬仿真系統的建立是一種高效的輔助教學方法，它既解決了儀器“少”與學生“多”的矛盾，又能將學生的興趣與愛好提升起來，通過直觀形象的模擬操作，克服了傳統教學模式枯燥的特點，能夠增加課堂的趣味性與教學的靈活性。隨著微課與慕課的興起，作為一種新型的教學形式［6］，同樣可以將其有機的融入到現代教學中。教師將制作好的微視頻共享在微信或QQ群中，通過學生下載點擊播放來自主學習，這樣既保證了教師上課的進度又督促了學生自主學習的目的。只要把握住微課的導向，對于儀器的原理與使用方法及具體操作三個不同的側重點做到主次分明，這樣才能精煉實驗內容，通過應用新技術實現教學效果。

4結語

大型儀器分析實驗課程是一門將理論與實踐貫穿的課程，而核磁波譜儀的使用，對于生物工程專業，應根據企業與社會需求，合理規劃實驗教學安排，實時調整教學內容，通過多層次，多角度，改進實驗教學方法，應用新技術教學(如微課)。從內容與形式上雙管齊下來調動學生學習的積極性和學習興趣，以達到實驗教學目的，促進學生實驗能力的提高和全面發展。

參考文獻

［1］張惠欣，王家喜，周紅勇，等．加強儀器分析實驗教學改革，促進學生綜合素質的培養［J］．化工高等教育，2014，139(5):61－78．

［2］李郤里．現代儀器分析課程教學方法的改革探索［J］．河南化工，2014，31(12):55－57．

［3］劉本志，王敏．儀器分析實驗教學改革的探索與研究［J］．教育教學論壇，2014(18):246．

［4］林春梅．《現代儀器分析》課程教學改革的探索與實踐［J］．考試周刊，2011(18):21－22．

［5］呂玉光，宋笛，于莉莉，等．現代核磁共振技術教學研究及其在分析檢測中的應用［J］．分析儀器，2016(2):58－62．

［6］李巧芳，楊文美．我國微課程研究現狀及發展趨勢分析［J］．教育科學論壇，2014(5):12－14.

作者:張星宇 劉芳 吳超 盤俊 符勝敏 單位:湖南科技學院化學與生物工程學院 新田縣第二中學