核磁波谱仪的生物工程实验教学

摘要:核磁共振波谱分析作为现代仪器分析的重要组成部分，具有不可替代的地位。而现代仪器分析是开设仪器分析类课程必修的专业基础课。为了提高学生对该实验课的学习兴趣和真正掌握核磁共振波谱分析的实质，本文从简化上机操作步骤创新实验内容、合理规划实验教学安排、应用新技术多媒体等不同方面进行了实验教学的探讨。

关键词:现代仪器分析;核磁波谱分析;实验教学

核磁共振波谱仪是一种利用不同元素原子核性质的差异分析物质的磁学式分析仪器。这种仪器广泛用于化合物的结构测定，定量分析和动物学研究等方面［1］。它与紫外、红外、质谱和元素分析等技术配合，是研究测定有机和无机化合物的重要工具。核磁共振波谱由于价格昂贵，维护成本较高，而且主要是用于科研方向［2］。本科生接触较少，导致对这种仪器的不熟练，只能纸上谈兵。作为生物相关专业的本科生熟悉和掌握各种现代仪器分析的原理和技术，是他们应该具备的专业基本素质，这将为相关专业学生在今后从事科学研究、产品开发和技术创新等方面的工作打下坚实理论基础和训练学生实际动手能力。然而，在实际的核磁共振分析实验教学过程中，由于大家初次见到实物，课程安排比较紧凑，短时间内学生很难对仪器有着深刻的认识，本人试图通过针对上课中遇到的部分问题不断改进核磁波谱分析实验教学的方式方法。根据核磁共振波谱分析实验的特点，采取一些相应的措施以提高学生的学习兴趣，以增强实验教学效果。针对实验教学中存在的一些问题，进行了一些相关的实验研究和探索。

1简化上机操作步骤、创新上课模式

由于仪器分析课时有限，为了避免出现单人示范，旁人围观的现象，保证学生人人参与上机操作，老师可提前将操作程序设定好，简化实验程序命令，设置自动测样模式，学生只需按照步骤装样、设置文件名称、选定氘代试剂、提交采集4个步骤的命令即可。在等待数据测试的过程中，老师可以实时讲解一些重要参数的设置，以及这些参数的作用与对测试结果的影响，通过理论与实践的操作来增强学生对仪器的了解。针对采样获得的核磁原始数据要进行波谱分析，老师可通过专业软件将提前录制好的小视频上传到班级群里，让学生课后通过视频指导多加练习。在安排上课的方面，针对仪器的数量问题，可以分批授课，通过在教室统一讲述相关理论知识后，分批将学生带入仪器室进行上机操作，未进入机房的同学可以通过机房的监控来观摩学习上机操作的学生。切实保证每个学生都有上机操作的机会，调动学生学习操作贵重仪器的积极性，对大型设备不再有望而却步的畏惧心理。待所有学生操作完毕，教师再将学生带入教室利用多媒体演示和讲解处理图谱的方法与注意事项，包括谱图的傅里叶转化、基线和相位调节、积分、谱图的解析方法等。

2合理规划实验教学安排

区别于生物课程的差异，核磁波谱仪器实验内容少了许多的的趣味性，如果按部就班的按照其专业课堂教学的模式可能会让学生产生仪器高大上，学生欣赏不敢动手的怪异现象［3］。为了避免这种情况，教学模式上就要设计于课堂之上，必须让每一位学生都能够通过实验获取知识和能力，为此教师可以通过动态分组的方式来保证学生的参与，这样既解决了仪器不足的问题，又能够保证学生积极参与上机操作，同时可以防止小组内总由一人作为主导的局面。这样的方式既能向每位学生提供相同的动手操作机会又能防止较为弱势的学生依赖心的生成。仪器分析实验课最显著的特点是学生数量多、仪器少、实验过程较长，步骤繁多、超控感差、谱图信息处理比较复杂、直接结果较少［4］。基于这样的事实导致学生对其课程兴趣不足。针对这些问题，教师可以着手在上述方面来提高学生的兴趣。例如，针对学生数量多仪器少这一情况，老师通过动态分组让每个小组学生分别边操作示范边讲解相关原理，这样既能保证操作者加强理解与记忆，又能使得小组内的人能够提高注意力参与到实验课程中来。对于实验内容得选择上可以通过针对生物工程专业的特色来选择实验样品，让学生通过对本专业熟悉的样品来进行测试。同时在数据采集的过程中教师设计一些关于核磁共振谱图的相关问题让学生自己探讨，这样既避免了无效的时间等待还解决了谱图解析的关联问题。通过轮流换组的方式每组来解决一个不同的问题，最后由每组的小组长进行小组总结归纳，然后汇总形成整个班级的小结。这样对于提高了学生认真研究的兴趣，学生掌握相关的专业知识提供了一个良好学习氛围。

3应用新技术多媒体

核磁共振波谱分析实验相对于色谱类分析仪器时间耗时要相对短一些，但让学生从本质上理解并掌握核磁波谱的分析技术是比较复杂的一个事情［5］。教师可以利用科技发展带来的新技术将计算机教学引入到核磁共振波谱的学习中来。如利用多媒体软件加入动态设置，通过形象化的动画效果将仪器的基本结构和仪器的基本原理以及电路系统，更加直观地表现出来，加深学生对所学知识的记忆、理解和掌握。虚拟仿真系统的建立是一种高效的辅助教学方法，它既解决了仪器“少”与学生“多”的矛盾，又能将学生的兴趣与爱好提升起来，通过直观形象的模拟操作，克服了传统教学模式枯燥的特点，能够增加课堂的趣味性与教学的灵活性。随着微课与慕课的兴起，作为一种新型的教学形式［6］，同样可以将其有机的融入到现代教学中。教师将制作好的微视频共享在微信或QQ群中，通过学生下载点击播放来自主学习，这样既保证了教师上课的进度又督促了学生自主学习的目的。只要把握住微课的导向，对于仪器的原理与使用方法及具体操作三个不同的侧重点做到主次分明，这样才能精炼实验内容，通过应用新技术实现教学效果。

4结语

大型仪器分析实验课程是一门将理论与实践贯穿的课程，而核磁波谱仪的使用，对于生物工程专业，应根据企业与社会需求，合理规划实验教学安排，实时调整教学内容，通过多层次，多角度，改进实验教学方法，应用新技术教学(如微课)。从内容与形式上双管齐下来调动学生学习的积极性和学习兴趣，以达到实验教学目的，促进学生实验能力的提高和全面发展。

参考文献

［1］张惠欣，王家喜，周红勇，等．加强仪器分析实验教学改革，促进学生综合素质的培养［J］．化工高等教育，2014，139(5):61－78．

［2］李郤里．现代仪器分析课程教学方法的改革探索［J］．河南化工，2014，31(12):55－57．

［3］刘本志，王敏．仪器分析实验教学改革的探索与研究［J］．教育教学论坛，2014(18):246．

［4］林春梅．《现代仪器分析》课程教学改革的探索与实践［J］．考试周刊，2011(18):21－22．

［5］吕玉光，宋笛，于莉莉，等．现代核磁共振技术教学研究及其在分析检测中的应用［J］．分析仪器，2016(2):58－62．

［6］李巧芳，杨文美．我国微课程研究现状及发展趋势分析［J］．教育科学论坛，2014(5):12－14.

作者:张星宇 刘芳 吴超 盘俊 符胜敏 单位:湖南科技学院化学与生物工程学院 新田县第二中学