交互式综合实验设计融入“仪器分析实验”的教学实践
王灿，袁瑞娟，黄建梅
（北京中医药大学中药学院，北京102488）
习近平总书记在2023年新年贺词中指出：“明天的中国，希望寄予青年。青年兴则国家兴，中国发展要靠广大青年挺膺担当。”青年的培养对于国家的发展至关重要，而大学生正是青年群体的重要组成部分，如何培养优秀本科生是所有高校一直努力探索的重要科学问题。正如习近平总书记所论述的：“只有培养出一流人才的高校，才能够成为世界一流大学”［1］。而教育部在《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中指出，要“适应新时代对人才的多样化需求，推动高校及时调整专业人才培养方案”［2］。探索本科生教育教学改革方案的重要性不言而喻，而课堂教学模式创新在其中占据重要地位。
一直以来，本科生课堂教学模式创新主要集中在理论课程方面，在实验课程方面关注度相对较少。但是良好实验教学模式能够在培养学生理论知识应用能力的基础上，进一步为培养学生科研创新能力和思维提供坚实基础，是连接理论和实践的桥梁和纽带［3-5］。当下高等教育正处于“双一流”建设大环境中，更加应该加强实验课程教学改革创新，挖掘学生科研创新潜力，为培养卓越青年人才蓄力［6］。本研究探索了一种将交互式综合实验设计融入“仪器分析实验”课程的教学实践，旨在为探索实验课程教学改革创新提供案例参考。
北京中医药大学“仪器分析实验”课程是面向大学二年级学生开设的一门实验课程，常规实验内容包括紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱法、经典液相色谱法和高效液相色谱法等，旨在培养研究生熟练运用仪器分析方法，对不同实验样品进行定性定量分析的能力。
“仪器分析实验”常规教学模式预先设定实验内容，并为学生提供详细实验方案和步骤，学生只需“照方抓药”式开展实验操作，这在很大程度上保障了实验的顺利进行，对于学生全面掌握仪器分析实验方法至关重要。但“仪器分析实验”常规教学模式在制定实验内容时，往往会受到已有实验条件和空间制约，另外这种由教师指定经典实验方案的教学模式不利于带动学生主观能动性和创新意识。如何解决“仪器分析实验”课程教学过程中的现实问题，值得思考。
为了实现在有限教学空间和实验条件下达到让学生熟练掌握仪器分析实验方法的同时，更大程度地激发学生科研创新能力，从而达到“仪器分析实验”课程良好教学效果，本课程组内教学人员探索了将“交互式综合实验设计”融入“仪器分析实验”课程的教学实践。所谓“交互式综合实验设计”，是在学生顺利完成常规实验内容后，增加一次综合实验设计内容，学生根据综合实验设计题目查阅资料，学习标准作业程序（SOP）以及观看仪器操作视频后，撰写涵盖多种仪器分析方法的初步实验方案，然后由任课教师指出实验方案问题，学生再根据教师反馈意见修改确定最终实验方案。这种学生—教师—学生的“交互式综合实验设计”能够在学生掌握基本仪器分析实验方法的基础上，培养学生独立思考问题和解决问题的能力，也能锻炼学生理论联系实际和实践反哺理论的学习模式。
综合实验设计题目为：阿司匹林的合成、纯化及杂质检查，预期达到的实验目的包括让学生在知识上熟悉所制备药物原料药的杂质限量分析方法，在技能上让学生巩固仪器分析常用实验方法，在情感上培养学生独立思考和勇于探索的科研精神。学生在有机合成实验室完成阿司匹林的合成和纯化后，进行杂质检查。
参考2020年版《中国药典》内容［7］，阿司匹林的杂质检查应该包括阿司匹林的定性鉴别以及杂质游离水杨酸的限量检查。对于阿司匹林的定性鉴别，2020年版《中国药典》提供了三种方法，分别是：（1）取本品约0.1g，加10mL水，煮沸后放冷，加1滴三氯化铁试液即显紫堇色。（2）取本品约0.5g，加10mL碳酸钠试液，煮沸2分钟后放冷，加过量稀硫酸即析出白色沉淀，并产生醋酸臭气。（3）本品红外光吸收图谱应与阿司匹林对照图谱一致。对于合成阿司匹林中杂质游离水杨酸的限量检查，2000年版《中国药典》采用的是比色法，而2020年版《中国药典》采用的是高效液相色谱法。
如前所述，大型仪器分析方法往往受到实验条件和实验空间制约，比如说2020年版《中国药典》提到的红外分光光度法和高效液相色谱法就很难让全部学生有足够的时间练习操作，而其中提到的三氯化铁显色法和沉淀法与仪器分析实验课程内容又不够契合，因此在综合实验操作中给学生提供的是薄层色谱法和紫外可见分光光度法。薄层色谱法和紫外可见分光光度法既能让全部学生有足够时间和空间完成操作练习，实验方法与仪器分析实验课程内容也更加契合。在为学生提供仪器分析实验案例和仪器分析实验讲义的基础上，进一步为学生发放课程涉及的分析仪器标准作业程序（SOP）、仪器操作视频以及常见问题解答，然后探索将“交互式综合实验设计”引入“仪器分析实验”课程，学生在进行实验设计阶段将不