化学化工学院+刘晶静+基于真实案例开展多维“侦破式”案例教学课堂实践初探

基于真实案例开展多维“侦破式”案例教学课堂实践初探

                    ——以“红外光谱与分子结构”的教学为例

化学化工学院 刘晶静

摘要：在“红外光谱与分子结构”的教学中，深挖生活案例与专业知识的契合点，重新整合教学内容，构建“侦破式”案例教学法，将教学过程设计为案例侦破过程，以启发式、探究式教学为主要的教学方法，采用线上线下相配合的混合式教学模式，引导学生在案例侦破中完成相关理论知识的学习，实现理论到实践的转化，并在侦破过程中培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力，同时，将思政教育融入教学各环节，实现知识传授和价值引领相融合。

关键词：红外光谱；案例教学；课堂实践；

一、课程基本信息

 《仪器分析》是现代分析化学的重要组成部分，是生命科学、环境科学、材料科学、食品科学、医学及医药学等学科领域的重要研究手段和不可或缺的工具。对制药专业学生来说仪器分析技术将一直与其科研相伴。

 《仪器分析》为我校制药工程专业的专业必修课，开课学期为第3学期，通过本课程的学习，学生能够掌握各类仪器分析方法的基本原理及仪器的重要组成部件，熟悉各类仪器分析方法的应用对象及分析过程。另外，由于每种仪器分析方法都可能涉及化学、生物学、数学、物理学、计算机等知识，因此该课程的学习过程也是学生提高分析解决问题能力和知识综合运用能力的过程，对于培养学生的学科素养起着重要作用。

二、课程教学中要解决的重点问题

（一） 结合专业特点，突出课程的专业性和实用性

 仪器分析以往的课程教学过分强调课程自身的系统性、完整性，课程教学缺乏与学生专业方向的对接，没有突出课程的专业性和实用性。如何结合专业实际，合理安排教学内容，精心进行教学设计，体现课程的专业特色是本次课堂教学改革首先要解决的问题。

（二）转换课堂教学模式，落实“以学生为中心”的教学理念

 “以学生为中心”是当前倡导的教育理念。结合课程的具体教学内容，运用适当的教学策略，在课堂上发挥教师的引导性作用，对学生进行合理的引导和启发，体现学生的主体地位，与此同时，在实际教学时发挥信息技术的优势，将教师的引导作用与学生的主体性相结合，让教和学相促进、共同发展是本次课程改革要解决的另一个问题。

（三）将知识传授和价值引领相融合，实现专业课的育人功能

 立德树人是教育的基本任务。全面梳理仪器分析课程蕴含的育人内涵，有设计地在专业课中融入育人主题，将树立良好的药品生产安全意识和专业责任感，培养良好的职业素养等思政教育主线贯穿教学始终，是本次课程改革要解决的第三个问题。

三、案例设计思路

（一）案例基础分析

（二）教学设计思路

 教学内容与学生专业相结合，以真实案例创设情境，构建“侦破式”案例教学，理论联系实际，促进学生对知识的理解和应用，与此同时，依托 “超星学习通”开展课堂活动，创设高效互动课堂，凸显学生在教学过程中的主体地位。具体教学设计思路如图1所示：

图1整体教学设计导图

四、教学实施过程

（一）课前启化：线上自主学习—基本知识初了解

 【教师】 学习通发布学习任务单和线上案例主题讨论（图2）。

 依据预习内容发布自测题。

 讨论区接收学生学习反馈，据此调整课堂教学。

 【学生】 自主线上学习:

 按预习要求自主完成视频学习、自测题。

 讨论区进行案例讨论。

 学习平台进行预习中问题的反馈（图3）。

图2学习通发布自主学习任务单及案例主题讨论

图3 部分学生的案例讨论和学习反馈截图

思政融入：通过“齐二药事件”谈感受，让学生增强药品生产安全意识，树立维护药品安全的责任感和使命感；通过查文献、查药典找适宜分析方法的过程，培养学生科学探索精神和能力，帮助学生树立药物检测工作要以法为准、依法办事的理念。

（二）课中内化：线上线下案例侦破—知识和能力共提升

1. 案例分析

【案例回顾】 随机选择学生描述“齐二药事件”始末，总结线上讨论结果（图4）。揭示此次事件的直接“凶手”（即生产中用工业溶剂二甘醇假冒药物辅料丙二醇投料）。

【案例分析】 介绍两种涉案药物的物理和化学性质，展示两者结构示意图。

【问题引导】 引导学生观察结构，发现两者特征官能团的差异（都有羟基-OH，但二甘醇结构中有醚键C-O-C），进一步提出问题，查资料发现红外光谱法能鉴定“凶手”，那你知道为什么红外光谱法能进行结构鉴定吗？

图4 多媒体展示案例信息及学生讨论结果

2. 掌握侦破原理—红外光谱法原理

【重点知识梳理】 结合学生线上学习情况，引导学生按“红外辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱”的逻辑顺序理解红外光谱原理。

【问题引导】 思考物质分子吸收特征红外辐射，分子内部会发生怎样的变化？

【难点解析】 以有机物中最常见的-CH₂为例（图5），辅以形象的肢体动作模拟不同振动形式，介绍分子内部的振动形式。

图5 多媒体展示CH₂几种振动形式

【小结】 物质分子吸收特征红外辐射后，分子内部会产生多种振动形式，案例中两种涉案药物均为多原子组成的分子，有许多种振动方式，因此它们的红外吸收很复杂且各有特殊之处，通过红外光谱仪记录下这一变化，可以获得红外光谱图。利用红外光谱图实现两者的结构鉴定。

 【问题引导】 思考如何从红外光谱图中获取分子结构信息？

3. 学习侦破技能—红外光谱图、红外吸收峰和分子结构的关系

侦破技能1：理解红外光谱图的内涵

 【启发引导】 以苯酚的红外光谱图（图6）为例，引导学生按“横、纵坐标→峰位置（高波数到低波数）→峰形→峰强”顺序认识图谱；采用对比教学引导学生比较红外光谱图和紫外光谱图的差异，加深对红外光谱图的理解；通过课堂互动引导学生总结出红外光谱图的特点。

 【小结】 红外吸收峰的峰位置、峰形、峰强中包含分子结构信息，是分子结构鉴定的重要依据。

 【随堂测试】 学生通过学习通平台完成测试，教师了解学生掌握情况（图7），

图 6 多媒体展示苯酚的红外光谱图

图 7 随堂测试成绩统计截图

【问题引导】思考不同结构的分子红外光谱图存在怎样的差异？

侦破技能2：掌握红外吸收峰和分子结构的关系

【启发引导】 教师展示不同有机物的红外光谱图（图 8），引导学生从峰位、峰形、峰强等方面，观察、分析、讨论常见基团如 O-H、C-H、N-H、C=O、苯环上的C=C等特征基团吸收峰的特点。采用比较教学引导学生按照从高波数到低波数的顺序比较谱图的异同，分析相应有机物分子结构的异同。引导学生建立微观结构和宏观表现之间的关系。

 【小结】 红外光谱图是物质分子结构的客观反映，分子结构不同，其红外光谱图不同，因此物质的红外光谱具有特征性。利用物质特定吸收峰的峰位置、峰形、峰强可实现物质的结构解析，因此，红外光谱是有机化合物结构鉴定的重要手段。各国药典对有机药物原料药的鉴别常采用红外光谱。

图 8 多媒体展示的部分有机物红外光谱图

思政融入：通过引导学生观察、分析吸收峰和分子结构的关系，渗透微观和宏观，现象与本质的辩证思想。

4. 完成案例侦破—有机物红外光谱解析

 【小组任务】 再次置身“齐二药事件”，思考既然物质红外吸收光谱具有特征性，为什么案件中还会出现二甘醇假冒丙二醇？

 【小组讨论】 教师展示二甘醇、丙二醇结构和红外光谱图（图 9）。学生分组协作，仔细比较两者结构、对比两者谱图，分析、讨论寻找答案。教师全程观察学生活动，及时给予引导。

 【随机选人】 学生讲述分析过程和特征吸收峰归属。

 【小结】 教师根据学生的分析进一步补充并总结。指出如果事件中当事药厂有足够的药品安全意识和药品检测意识，能及时发现问题，就可以避免悲剧发生。

图 9 多媒体展示丙二醇、二甘醇结构和红外光谱图

思政融入：通过涉案药物红外光谱图的解析，让学生再次意识到药品生产安全对人民生命健康的深远影响，感受到所学知识的重要用途，培养学生学习的兴趣和动力，树立专业自信。

5. 提升侦破能力—未知物的结构解析

 【小组任务】教师发布某化合物的红外光谱图（图10），请学生根据已知信息，运用掌握的侦破技能，完成对该化合物结构的“侦破”。

图 10 多媒体展示未知物结构解析例题

 【小组讨论】 仔细观察红外光谱图，查阅课本有关吸收峰位置等信息，分析、讨论尝试寻找答案。

 【小组汇报】 汇报化合物官能团信息（仅找到苯环、O-H、C=O等官能团碎片信息，无法确定分子结构）。

 【难点讲解】 介绍未知物结构鉴定的一般步骤，并针对步骤中的难点“确定未知物的

 饱和度”重点讲解（图 11）。

图 11 多媒体展示未知物结构鉴定的一般步骤及

饱和度计算公式

 【随机选人】 学生运用新掌握的侦破技能（未知物结构鉴定方法）再次独立进行图谱分析。学生给出答案并讲解谱图解析过程。

 【投票】 针对给出答案，发起学生投票，教师点评（图 12）。

图 12 随机选人和学生投票

 【小结】 结合学生发言情况，总结梳理红外光谱结构解析的一般过程和方法。

思政融入：通过谱图解析在潜移默化中培养学生尊重事实、理性分析、客观推理的唯物主义精神。

 【课堂总结】本次课核心知识点总结。

（三）课后拓展：线上任务—知识巩固、价值提升

 【教师】 学习通发布任务：通过思维导图梳理本节课知识点；了解近年来药品质量安全事件及涉事药品检测方法完成调查报告，并结合调查谈谈自己的感想。

 【学生】 完成后学习通提交（图13）。

图 13 部分学生作业思维导图和调查报告

思政融入：在完成调查报告的过程中，进一步培养学生药品安全意识和以法为准、依法办事的理念。

五、案例的创新、特色及推广价值

（一）案例的创新、特色

1. 深挖生活案例与专业知识的契合点，突出课程的专业性和实用性，实现知识与能力共提升

 本次课程改革强调课程教学与学生专业方向相对接。精选贴近学生专业的真实案例，深挖案例和专业知识的契合点，通过理论和实践相结合，突出了课程的专业性和实用性。采用“侦破式”的案例教学，以案例带动学生主动学习理论知识、运用知识分析问题、解决问题，在潜移默化中完成理论到实践的转化，实现知识与能力共提升。

2. 信息技术和现代化教学方法相配合，落实“以学生为中心”的教学理念

 教学过程以案例为主线，问题为引导，采用启发式、探究式为主要的教学方法，注重学生的学习过程，让学生在探索中完成知识学习和能力提升。与此同时，借助“超星学习通”平台组织随堂测试，选人，投票，小组讨论等课堂活动，提高学生的参与度，凸显学生在课堂的主体地位。

3. 思政教育渗透至教学各环节，真正实现思政教育与专业课教育同向同行

 根据课程特征和内容，结合专业特点，挖掘教学知识点中隐含的思政元素，将思政教育融于各教学环节。通过课前案例讨论，增强学生的药品生产安全意识；通过引导学生完成案例破解，在潜移默化中培养学生尊重事实、理性分析、客观推理的唯物主义精神，体会所学知识对人民生命健康的重要用途，树立专业自信，激发学习兴趣和动力；通过课后拓展，进一步增强学生对药品生产安全的认识。

（二）推广价值

 本案例以贴近专业特色的生活案例创设情境，构建“侦破式”的案例教学，在教学过程中，原本枯燥、抽象的理论知识通过重新整合用来做侦破工具，帮助学生在老师引导下进行案例侦破，在潜移默化中完成知识理解和能力提升。课堂实践证明，“侦破式”案例教学能极大激发学生的学习兴趣，促进学生对课程知识的理解和应用，提高了学习效果。该课堂教学改革可为化学相关专业的课堂教学提供一些参考。