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【摘要】中药化学成分的光谱解析是中药化学、天然药物化学教学中的重点和难点。本文总结了十几年来将中药化学成分结构解析从中药化学、天然药物化学教学中剥离出来单独以光谱解析课程来讲授的经验。
【关键词】中药化学成分 光谱解析 教学方法
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)01(a)-0057-01
从化学角度看,中药防病治病的物质基础是其化学成分。中药化学成分的研究是中药现代化的关键之一,而中药化学成分的结构解析便是中药化学成分研究的核心问题与关键步骤。如何让学生具备从图谱入手解析中药化学成分结构的能力,是中药化学的教学重点和难点。从1995年开始,我们就尝试着将中药化学成分的光谱结构解析内容从中药化学教学中剥离出来,开设了光谱解析这门课程,单独进行教学。通过十几年来的教学,逐步形成了我们自己的课程特点,现将我们这些年来的教学体会总结出来,供大家参考。
1 明确教学目的,突出学生解谱能力的培养
多年来的工作经验告诉我们,图谱和结构之间的关联即使没有详细的理论知识也可以成功地实现。虽然有机化合物结构的光谱解析理论学习涉及到许多数学、物理的相关知识,但我们的教学目的很明确,那就是学生能够“阅读”不同的光谱图谱,搜寻出关联有用的信息,最终推导出合理的化合物结构。我们在教学中紧紧围绕提高学生解谱能力入手,始终注意把有关理论背景的讨论减少到最低程度,尽量简明扼要地阐述理论知识,突出实际解谱能力的培养。在课堂上解谱过程讲解中,分析指导一定要详细说明,在此讨论过程中加深对基本理论知识的了解。
2 精选教材,但不拘泥于教材
好的教材是老师授课、学生学习的好帮手。中药化学成分是存在于自然界的天然化学成分,每类成分均有其独特的结构特征、光谱特征和规律。我们选择了中国医药科技出版社出版的《有机化合物波谱解析》以及中国中医药出版社出版的《中药化学》两本教材作为光谱解析的授课教材。前者对紫外光谱、红外光谱、核磁共振、质谱的基本理论做了简明扼要的讲述,后者则对中药化学成分光谱结构特征和规律进行了系统的总结。然而两本书中化合物解析的实例往往都是数据型,这有别于实际工作中的图谱解析。数据型的实例往往是编者已经对原始图谱进行了初步解析,不利于学生实际解谱能力的提高。我们主张尽量地给学生原始图谱的展示,避免数据的罗列,所以我们注重从不同的专著、教材中收集相关内容作为补充。授课时将中药化学成分的结构解析作为综合解析的内容,更是将老师们科研中的原始图谱作为讲解实例,这些原始图谱都没有经过优化,有的图谱中由于测定的化合物纯度的原因,还常常夹杂有杂质信号,反映了实际测定的情况,这对提高学生的实际解析能力大有裨益。
3 以教学方法为载体,实现由抽象到形象记忆的转变
3.1 通过背景知识的介绍,激发学生的兴趣
兴趣和需要有着密切的关系。一个人为什么对某事物有兴趣。从根本上说,是出自对该事物的某种需要。正如皮亚杰指出的那样:“兴趣,实际上,就是需要的延伸,它表现出对象与需要之间的关系,因为我们之所以对于一个对象发生兴趣,是由于它能满足我们的需要。”在开始核磁共振讲授时, 我们就介绍了核磁共振与诺贝尔奖的关系。1946年Stanford的Bloch和Harvard的Purcell各自独立观察到核磁共振现象,两人1952年获得诺贝尔物理奖;瑞士的Ernst由于在PFT-NMR及2DNMR二方面的贡献而获得1991年诺贝尔化学奖;瑞士的Wüthrich首先将2D-NMR的方法用于蛋白质,发展了将2D-NMR和距离几何结合得到蛋白质在溶液中的空间结构的方法,第一个用NMR方法解析出蛋白质的空间结构,获得2002年诺贝尔化学奖;美国科学家 Paul Lauterbur和英国科学家Peter Mansfield由于在磁共振成像的成就获得了2003年诺贝尔医学奖。
3.2 联想教学法
合理运用语言和教学媒体,可以营造教学情境,提高学生的自主能力,以达到教学目的。在讲屏蔽效应时,我们常常会利用手机为例,手机信号弱了,就相当于信号被屏蔽了,用户当然希望信号发射塔的功率加大就好,学生理解“屏蔽效应越强,信号共振在高场,化学位移越小。”这句话时就容易多了。
3.3 以问题为基础的教学法
以问题为基础的教学法(Problem Based Learning 简称PBL )是近年来在国际上受到广泛重视的一种教学方法。该教学法强调了学生的主体性, 突破了传统的以教师讲授为主的教学模式和陈旧的教育思想。发现问题和解决问题问题解决是知识学习、策略学习和技能学习的自然延伸,是一种高级学习,而创造性又是问题解决的最高级表现。老师可以针对教学内容提出问题,促使同学思考,变讲授学习为发现学习。当陈述性内容较多时,学生难免感觉枯燥晦涩,这时适时抛出一两个引导性问题,能极大地吸引课堂注意力,活跃课堂气氛。例如,在讲解红外光谱产生的条件时,我们提出“CO2到底有没有红外吸收？”的问题,来理解偶极矩变化不为零这个条件;在讲解化学位移的时候,提出“化学位移有没有单位”这个问题,来理解化学位移的含义;在讲授完质谱的EI电离方法后,然学生回答“如何提高分子离子峰的丰度？”,既可以让学生进一步理解EI电离方法的特点,又为下一步软电离方法的引入做了很好的铺垫。
3.4 反思性教学法
反思性教学法要求学生以探究、质疑的态度,在实际解谱过程中收集资料,找出问题, 做出判断决策,并对所学知识进行验证,形成自己的观点和论据后进行讨论总结。虽然教材总结出了许多光谱规律,但规律是死的。而化合物的结构是千变万化的,那么其光谱数据也会因此不同。那么这就需要学生有敢于跳出陈规的勇气。例如,OCH3中H的化学位移在3～4之间,但那决不意味着H的化学位移不会超过4,如果O原子旁边连接一个羰基呢？又例如,苯环的对位二取代,苯环上的4个H构成了AA’BB’自旋体系,其峰型为典型的对称的四重峰。但如果试想一下,两个取代基的性质非常接近,这个情况下,对称的四重峰还会那么明显吗？这些都需要学生们在实际解谱中多多思考,而不是固守已有的规律。数据是死的,人是活的,大概就是讲的这个意思。
中药化学成分的光谱解析是一个需要不断学习、积累经验和参考资料的过程。如果仅仅指望通过课堂学习就能很好地掌握这门知识,是不现实的,还需要同学们课后多多练习,通过实战提高自己的能力,从而真正地掌握好这个作用日益加大的工具。
参考文献
[1] 卢家楣情感教学心理学[M].上海教育出版社,1999.
[2] 刘景业.以问题为基础的学习(PBL),在英国医学教育中的应用.国外医学·医学教育分册,1999,20(1):7－11.
[3] Ian R. Hart.医学教育中以问题为基础的学习.国外医学·医学教育分册,1996,17(3):22－23.
【关键词】中药化学成分 光谱解析 教学方法
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)01(a)-0057-01
从化学角度看,中药防病治病的物质基础是其化学成分。中药化学成分的研究是中药现代化的关键之一,而中药化学成分的结构解析便是中药化学成分研究的核心问题与关键步骤。如何让学生具备从图谱入手解析中药化学成分结构的能力,是中药化学的教学重点和难点。从1995年开始,我们就尝试着将中药化学成分的光谱结构解析内容从中药化学教学中剥离出来,开设了光谱解析这门课程,单独进行教学。通过十几年来的教学,逐步形成了我们自己的课程特点,现将我们这些年来的教学体会总结出来,供大家参考。
1 明确教学目的,突出学生解谱能力的培养
多年来的工作经验告诉我们,图谱和结构之间的关联即使没有详细的理论知识也可以成功地实现。虽然有机化合物结构的光谱解析理论学习涉及到许多数学、物理的相关知识,但我们的教学目的很明确,那就是学生能够“阅读”不同的光谱图谱,搜寻出关联有用的信息,最终推导出合理的化合物结构。我们在教学中紧紧围绕提高学生解谱能力入手,始终注意把有关理论背景的讨论减少到最低程度,尽量简明扼要地阐述理论知识,突出实际解谱能力的培养。在课堂上解谱过程讲解中,分析指导一定要详细说明,在此讨论过程中加深对基本理论知识的了解。
2 精选教材,但不拘泥于教材
好的教材是老师授课、学生学习的好帮手。中药化学成分是存在于自然界的天然化学成分,每类成分均有其独特的结构特征、光谱特征和规律。我们选择了中国医药科技出版社出版的《有机化合物波谱解析》以及中国中医药出版社出版的《中药化学》两本教材作为光谱解析的授课教材。前者对紫外光谱、红外光谱、核磁共振、质谱的基本理论做了简明扼要的讲述,后者则对中药化学成分光谱结构特征和规律进行了系统的总结。然而两本书中化合物解析的实例往往都是数据型,这有别于实际工作中的图谱解析。数据型的实例往往是编者已经对原始图谱进行了初步解析,不利于学生实际解谱能力的提高。我们主张尽量地给学生原始图谱的展示,避免数据的罗列,所以我们注重从不同的专著、教材中收集相关内容作为补充。授课时将中药化学成分的结构解析作为综合解析的内容,更是将老师们科研中的原始图谱作为讲解实例,这些原始图谱都没有经过优化,有的图谱中由于测定的化合物纯度的原因,还常常夹杂有杂质信号,反映了实际测定的情况,这对提高学生的实际解析能力大有裨益。
3 以教学方法为载体,实现由抽象到形象记忆的转变
3.1 通过背景知识的介绍,激发学生的兴趣
兴趣和需要有着密切的关系。一个人为什么对某事物有兴趣。从根本上说,是出自对该事物的某种需要。正如皮亚杰指出的那样:“兴趣,实际上,就是需要的延伸,它表现出对象与需要之间的关系,因为我们之所以对于一个对象发生兴趣,是由于它能满足我们的需要。”在开始核磁共振讲授时, 我们就介绍了核磁共振与诺贝尔奖的关系。1946年Stanford的Bloch和Harvard的Purcell各自独立观察到核磁共振现象,两人1952年获得诺贝尔物理奖;瑞士的Ernst由于在PFT-NMR及2DNMR二方面的贡献而获得1991年诺贝尔化学奖;瑞士的Wüthrich首先将2D-NMR的方法用于蛋白质,发展了将2D-NMR和距离几何结合得到蛋白质在溶液中的空间结构的方法,第一个用NMR方法解析出蛋白质的空间结构,获得2002年诺贝尔化学奖;美国科学家 Paul Lauterbur和英国科学家Peter Mansfield由于在磁共振成像的成就获得了2003年诺贝尔医学奖。
3.2 联想教学法
合理运用语言和教学媒体,可以营造教学情境,提高学生的自主能力,以达到教学目的。在讲屏蔽效应时,我们常常会利用手机为例,手机信号弱了,就相当于信号被屏蔽了,用户当然希望信号发射塔的功率加大就好,学生理解“屏蔽效应越强,信号共振在高场,化学位移越小。”这句话时就容易多了。
3.3 以问题为基础的教学法
以问题为基础的教学法(Problem Based Learning 简称PBL )是近年来在国际上受到广泛重视的一种教学方法。该教学法强调了学生的主体性, 突破了传统的以教师讲授为主的教学模式和陈旧的教育思想。发现问题和解决问题问题解决是知识学习、策略学习和技能学习的自然延伸,是一种高级学习,而创造性又是问题解决的最高级表现。老师可以针对教学内容提出问题,促使同学思考,变讲授学习为发现学习。当陈述性内容较多时,学生难免感觉枯燥晦涩,这时适时抛出一两个引导性问题,能极大地吸引课堂注意力,活跃课堂气氛。例如,在讲解红外光谱产生的条件时,我们提出“CO2到底有没有红外吸收？”的问题,来理解偶极矩变化不为零这个条件;在讲解化学位移的时候,提出“化学位移有没有单位”这个问题,来理解化学位移的含义;在讲授完质谱的EI电离方法后,然学生回答“如何提高分子离子峰的丰度？”,既可以让学生进一步理解EI电离方法的特点,又为下一步软电离方法的引入做了很好的铺垫。
3.4 反思性教学法
反思性教学法要求学生以探究、质疑的态度,在实际解谱过程中收集资料,找出问题, 做出判断决策,并对所学知识进行验证,形成自己的观点和论据后进行讨论总结。虽然教材总结出了许多光谱规律,但规律是死的。而化合物的结构是千变万化的,那么其光谱数据也会因此不同。那么这就需要学生有敢于跳出陈规的勇气。例如,OCH3中H的化学位移在3～4之间,但那决不意味着H的化学位移不会超过4,如果O原子旁边连接一个羰基呢？又例如,苯环的对位二取代,苯环上的4个H构成了AA’BB’自旋体系,其峰型为典型的对称的四重峰。但如果试想一下,两个取代基的性质非常接近,这个情况下,对称的四重峰还会那么明显吗？这些都需要学生们在实际解谱中多多思考,而不是固守已有的规律。数据是死的,人是活的,大概就是讲的这个意思。
中药化学成分的光谱解析是一个需要不断学习、积累经验和参考资料的过程。如果仅仅指望通过课堂学习就能很好地掌握这门知识,是不现实的,还需要同学们课后多多练习,通过实战提高自己的能力,从而真正地掌握好这个作用日益加大的工具。
参考文献
[1] 卢家楣情感教学心理学[M].上海教育出版社,1999.
[2] 刘景业.以问题为基础的学习(PBL),在英国医学教育中的应用.国外医学·医学教育分册,1999,20(1):7－11.
[3] Ian R. Hart.医学教育中以问题为基础的学习.国外医学·医学教育分册,1996,17(3):22－23.