2024年4月21日发(作者：)
山东化工
-
158
-
SHANDONGCHEMICALINDUSTRY
2020
年第
49
卷
核
磁共振波谱
课程
教
学
探索
李晓虹
(
苏州大学材料与化学化工学部，
江苏苏州
215123
)
摘要
:核磁共振波
谱
作为鉴定化合物结构
、
组分含量
、
动
力
学
参数
等信息的重要
手段
,
在化学
、
医药
、
材料等领域科
研生产中起着
关键作
用
。其课程教学长期以来受到理论内容难
、
仪器开放难等因素困扰
’
结合苏州大学核磁共振波谱课程的双语教学实践提出了相应的对
策与改
进
举措，
探讨
通
过更新改进教
学方法
和内容
，突破
传统教
学
模式
，
使
学
生从理论联系实践,
从
“
会
用
”
到
“
用好
”
核磁
技术
’
关键词:核磁共振波谱;远程虚拟终端
%
网络课堂
中图分类号
：
G642O
文献标识码
：
B
文章编号
：
1008-021X
(
2020
)
23-0158-02
Exploration
of
Teaching
in
Nuclear
Magnetic
Resonance
Spectroscopy
Course
Li
Xiaohong
(
Colleae
of
Chemist
—
,
Chemicai
Enginee/ng
and
Materials
Science
of
Soochow
University
,
Suzhou
215123
,
China
)
Abstract
:
Nuclear
magnetic
resonance
spectroscopy
(
NMR
)
,
as
an
Onportant
method
of
studying
compound
structures
,
component
contents
and
kinetic
parameters
,
plays
a
key
rolo
in
the
fields
of
chemist
—
,
pharmaceutical
indust
—
and
materials
science.
For
a
long
time
,
its
course
teaching
has
been
troubled
by
the
dOficulta
of
theo
—
tical
content
and
the
lack
of
instmmentai
on
ihebcocnguaoieachcngpeacicceooNMR
couesecn
Soochow
Unceeesciy
,
ihcspapeedcscu
s
eshow
iobeeak
iheough
iheieadciconaoieachcngmodebycmpeoecngiheieachcngmeihodsand
conienis
,
soihaisiudeniscan
combcneiheoeywcih
peacicceand
makegood
useooNMRiechnooogy.
Key
wordt
:
NMR
%
VNC
%
online
coa
s
es
核磁共振波谱作为鉴定化合物结构的重要手段
，
对样品无
损
，
分辨率高,较灵敏
，
可获得准确的定性定量信
息
。
在化学
、
生物
、
医药
、
材料等领域的科研和生产中发挥了重要作用
，
是科
研工作者必备工具之一
(
1-
)
。
高
等院校化学
、
药学、
高分子材料
等专业的
《
有机化合物光谱鉴定
》
、
《
有机化学
》
和
《
仪器分析》
等基础课程中均设有核磁共振相关内容
［
3
］
，
但其侧重学习核磁
排核磁共振实验操作
，
但仪器的开放程度有限
。
首先,核磁谱
仪检测区域的环境和实验室场地要求对实地教学开展的人数
有限制;其次
，
学生对没有接触过的仪器无从下手；
由于核磁谱
仪价
格
较昂贵
，
操作失误造成仪器故障的维修维护周期长
、
费
用高
，
影响常规科研测样
，
仪器管理责任人和任课教师不敢让
初学者完全自主操作
，
这些都会影响教学效果
。
共振波谱基本理论
，
缺少对实际测试过程中样品制备
、
仪器操
作
、谱图优化处理及解析等内容的介绍
。
且核磁共振波谱仪器
购置价格昂贵
，
维护复杂
，
多由专业人员管理
，用于科研工作
，
在教学实践中安排较少
。
导致了大多数学生尽管参与了相关
课程的学习,但对核磁共振波谱只有粗浅的原理认识及基本的
谱图解析能力
，
纸上谈兵难为所用
。
近年来
，
随着现代核磁共振技术推陈出新
，
其应用范围由
化学
、
材料向生物
、
医药
、
采矿等多领域普及
，
但许多教材和课
程内容仍停留在传统的小分子化合物检测
、
连续波谱及一维采
集等基础技术的应用
(
4-
)
,缺乏对前沿科学和技术的介绍推广
’
本文重点探讨了核磁共振波谱教学中存在的主要问题和误区
，
并结合在苏州大学的教学实践
，
为核磁共振波谱教学提出一些
可能的举措和对策
，
希望与国内同行共同讨论
’
10
演示实验及模拟教学失真
针对
1.0
中提及的仪器开放程度受限的问题
，
部分高校在
核磁课程教学中采用演示实验
，由教师或管理人员操作
，
并拍
摄视频供学生观看学习
，
代替上机实习凶
，
但核磁共振谱仪型
号及功能多样
，
涉及软硬件配置种类复杂
，
可调参数多
。
其常
规测试流程可分为进样
、
锁场
、
调谐
、
匀场
、
选择脉冲及调整采
集参数
、采集谱图
、
处理和打印谱图等多步操作
，
命令繁杂
，
仅
靠操作演示并不能让学生完全掌握操作要领
。
部分高校使用了实验模拟软件代替真实测样⑼
，
利用
NMR
-Sim
软件可完成一些样品谱图的模拟
，
对于谱图解析教学和脉
1
教学情况
调
研及
现
存
“
痛点
”
问
题
10
理论学习内容多
，
难度大
现有各高校仪器分析及有机波谱分析类课程中核磁共振波
谱的课堂教学内容主要以理论为主
，
包括核磁共振波谱概论
、
核
磁共振氢谱和核磁共振碳谱
［
6
］
。
由于核磁共振波谱多学科交叉
冲编程调试教学有所帮助,尤其是在缺乏所需复杂结构样品或
缺少核磁共振谱仪时
［
10
］
。
但
模拟信号失真和采样操作流程缺
失仍然会影响教学效果
［
11
］
。
条件允许的情况下,真实上机操作
掌握
磁实验技术的
'
1.4
实际应用与教学脱节
部分高校在开展核磁共振波谱内容的教学过程中发现
，
即
使能有机时安排学生轮流上机，
仅靠几次实验仍然效果有
限
［
12
］
。
很多科研工作者会分析核磁谱图
，
但接触核磁共振谱仪
机会少
，
解决实际问题的能力不够，采集和处理参数设置错误
会影响实验结果
、
降低谱图的质量甚至错失重要的信息
。
有些
教材内容过时
，
理论与实际应用脱节
，
学生学
习
后
，
空有屠龙之
技无处施展
。
特点鲜明,其概论部分包括核磁共振基本原理
、
化学位移
、
偶合裂
分、
弛豫过程
、
核磁共振波谱仪基本构造等
，
涉及物理
、
化学
、
电子
等多学科知识
，
对学生的基础知识储备和理解学习能力要求较
高
。
理论学习过程难度大
，
传统教学难以调动学生积极性
，
且学
生对于所学知识的应用场景缺乏了解
，
盲目性较大⑺
’
1.2
仪器
开
放受到局限
近年来,
部分高校在开设的仪器分析实验类课程中尝试安
2
课
程探索与实践
20
课
程
建
设背景
2014
年以来
，
在苏州大学全英文教学示范课程项目的支持
收稿日期
：
2020-11-
基金项目
：
苏州大学全英文教学示范课程项目
：
核磁共振波谱学
作者简介
:
李晓虹
(
1983
-)
，
女
，
苏州大学副教授,主要从事材料的核磁共振波谱研究
第
23
期
李晓虹
:
核磁共振波谱课程教学探索
仪
用
软
进行
磁谱
品信号的采集
。
-
159
-
与脉
编
，
下
,
作者面向材料与化学化工学部的本科强化班学生展开了多
轮核磁共振波谱课程教学
。
借助分析测试中心核磁中心的雄
厚科研仪器条件支持
［
13
］
，
汲取国内外核磁课程教学经验［
14
］
，
根
2.2.3
利用雨课堂软件等网络教学平台
，
提高教学互动
据学生专业特点和需求设计课程内容
，
挖掘兴趣
，
提供真实案
例
，
设计不同类型的教学实验
，
通过网络技术架构远程终端
，
把
教室变成核磁实验操作室
,
在实验环节中将理论教学知识与实
验技术联系在一起
。
希
望能贴近专业科研需求
，
建设理
论与实
验教学结合的核磁共振波谱课程
。
为加强教学过程中的师生互动
,
作者自
2018
年起使用雨课
堂辅助教学
,
并在随后三年的教学实践中不断与软件方反馈并
改进
。
借助雨课堂软件可在课前公告发布预习课件;课上发送
在线习题
，
通过答题情况和弹幕及时了解学生掌握情况;课后
推
送
作业
;
网络
推送试卷
。
提高了学生的参与度
，
结合
2.2.2
中
的
VNC
软
操作
，
为
磁波谱
的
与实验教学
了完整的远程教学应对方案
。
2.2
课
程
探索举措
2.2.1
选择合适教材
，
设计理论和实验教学内容
苏州大学的核磁共振波谱课程主要面向英文基础扎实的
本科学生展开教学
。
在深入了解学生前期其它双语课程如
《
分
3
结语
核磁共振波谱技术作为近现代高级仪器分析发展的重要
析化学
》《
有
机光谱分析
》
等的学习内容后
，
作者选择了
W/ey
出版社
Silverstein
编著的
《
Spect
—
met/c
Identification
of
Organic
Compounds
)
作为
主
要参考
书目
。
该书是国际波谱分析教学公
认的经典教材
，
经多次修订出版(目前使用的是
2014
年出版的
第
八
版
)
，
已有药明康德公司发行出版的中译本
《
有机化合物的
波谱解析
》
，
可供学生对照学习
。
同时提供的几本参考书籍
，
如
Levit
t
编写的
《
Spin
Dynamics
:
Basics
of
Nuclear
Mayne/c
Resonance
》
，
Keeler
编写的
《
Understanding
NMR
》
及
Braun
等人
编写的
《
150
and
More
Basic
NMR
Experiments
》
，
均为核磁波谱
分析经典书目
，均有近年来出版的对照中文译本可供参考学
习
。
这些参考书籍有些侧重谱图解析
，
有些介绍实验操作
，
有
些则主要阐述核磁理论,学生可以根据需求
，自行选择阅读学
习相关书目章节
。
在设计课程教学内容时
，
综合考虑理论与实验技术结合
，
由浅入深
。
在介绍核磁理论知识时结合仪器构造设计理念
，
以
此加深学生理解。
例如讲解核磁共振原理时可介绍波谱磁场
的来源;早期扫频扫场检测方式与现代傅里叶脉冲波测试的区
别;超导线圈如何超导;失超与场漂现象的原因等
。
在介绍谱图解析知识前增加采集和处理参数对谱图影响
的教学内容
。
例如采集样品谱图时发生的畸变与哪些因素有
关
；
定量实验结果如何能确保定量;如何优化信噪比;谱图中信
号
缺
失的原因;处理参数对谱图结果的影响
。
为提高学生对测试软件的理解
，
提高兴趣,结合信息时代
的需求
，
教学内容中安排了脉冲设计知识的介绍
。
从软件角度
讲解测试原理和流程
，
重要组件;初步运用
MAGIC
语言编程对
脉冲序列进行改编
。
启
发学生根据仪器操作指南自发学习
，
培
养其解决问题的能力
。
为使学生掌握理论后能联系实际
，
培养其应用能力
，
随课程
进度安排多次真实样品的一维和二维核磁实验教学
，
学生通过分
组展开未知样品结构分析实验，
可以充分消化所学课程知识
。
2.2.2
架设
VNC
虚拟网络终端
，
课堂化身超大实验室
苏州大学分析测试中心核磁中心现管理运行
9
台大型核
磁共振波谱仪
，
包
括瑞士布鲁克
400
MHz
液体谱仪
3
台
，
400
MHz
固体谱仪
1
台
，
600
MHz
液体谱仪
1
台
，
800
MHz
液体
谱仪
1
台，
美国瓦里安
300
MHz
液体谱仪
1
台，
400
MHz
固液谱
仪
1
台
，
美国安捷伦
600
MHz
液体谱仪
1
台
［
13
］
。
通过前期与核
磁中心的密切交流协调,将其中安捷伦
600MHz
仪器设为
IC
对
校内注册用户开放
，
通过架设
VNC
虚拟网络终端
，
可远程登陆
操作仪器采集和处理谱图
,
类似的操作也可通过共享桌面类软
件如
TeamViewer
等实现
。
这解决了仪器开放程度受限的问题。
原有的实验教学模
式中
，
核磁终端电脑前仅能坐下
2~4
人
。
而通过在教室远程登
陆
，
投影教学可供全体学员观看学习
，
且在真实仪器上实时操
作
，
避免
了谱图失真和操作脱节等问题
。
结合核磁实验室的实
时监控摄像观察进样器和仪器情况
，
实现了核磁共振实验室在
教室的真实还原
。
多台电脑可通过建立多个虚拟进程同时登
部分
，
其
理论和应用研
究人员
紧
缺
,人
才
培养困难
，
主要是由于
理论难
、
仪器少和实际样品情况复杂等因素造成的
。
对于核磁
共振波谱的系统化教学,需要因材施教
，
激发兴趣
，
引导学习
。
即加强理论与实际结合
，
利用教学和实验相辅的模式
,
培养学
生对理论
、
编程
、
测样
、
解谱和仪器管理维护等各环节均有所了
解
，
发掘他们的兴趣
,
引导学员未来在物理理论
、软件脉冲设
计
、
实验室
管理
、
科研等多方面
拓展应用
。
希
望通过核磁共振
波谱课程教学
，
让
学生了解到核磁的重要性
，
加深对科研的理
解
,
在科研工作中加大核磁技术的应用
，
促
进科技成果产出
，
培
养更多具有科研创新能力的人才
。
参考文献
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袁
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张丽华，
潘保芝
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单刚义
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本文文献格式
:
李晓虹
四
亥
磁共振波谱
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程教学探索
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J
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-
山东
化工
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2020
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158-159.
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