高效液相色谱实验教学设计与改革

李湘南，龚清格，刘 霞，徐海星

（武汉理工大学化学化工与生命科学学院 湖北 武汉 430070）

色谱技术自从诞生以来，逐渐发展成了一种重要的现代分离分析技术，在药学、医学、食品科学、环境科学、化学化工等领域有着极为广泛的使用，其中高效液相色谱（HPLC）在药学分析中最为常用，是制药工程与药学类学生需要掌握的最重要的仪器分析方法之一。然而，由于HPLC 是大型精密分析仪器，价格昂贵，操作复杂，仪器维护保养工作也较为繁琐，很多高校配置不可能达到一人一台，本科实验课时经常超过4 个人一组，甚至十多个学生一组，大多数学生根本没有亲自操作仪器的机会，实验课往往是老师演示、学生参观，这就导致学生在毕业应聘面试时或毕业后从事制药相关专业工作时，面对这类大型仪器胆怯，没有底气，在相当长的时间内要对HPLC 仪器的流程、原理、应用范围进行学习，更谈不上熟练地操作仪器和进行设备维护等，极大地降低了用人单位对高校学生培养质量的认可。可见，传统的HPLC 实验教学模式已无法满足学生就业和科研的需求，应该在本科实验课程中就让学生掌握HPLC 实验技能，这对制药本科实验教学提出了挑战，即怎么样才能高效（通常6 学时教学时长）地完成HPLC 实验教学，让每个学生都能掌握这类精密仪器的操作步骤和实验方法。

本教学设计拟将科研项目引入到HPLC实验教学内容中，利用免费的超星学习通平台，采用线上线下混合式教学模式，集中上课结合分散教学，建立全方位的HPLC实验考核体系。旨在拓宽学生接触并学会应用HPLC 仪的机会，增加HPLC仪对本科生的开放度，强化学生动手能力，提高学生实践能力，期望能够提高HPLC 的教学质量。

1 高效液相色谱仪的选择

本系实验中心配有两种气相色谱仪，一种是Agilent1220 型高效液相色谱仪，配置手动进样和可变波长紫外检测器；一种是岛津LC16 型高效液相色谱仪，配置自动进样器和紫外可见检测器。岛津LC16 型HPLC 自动进样，在优化实验方法阶段可以极大地节约时间；Agilent1220手动进样配件基本都裸露在外面，有利于学生更加详细地了解并掌握液相色谱仪的进样过程。

2 实验内容的选择

对于HPLC 实验课程教学，选择的测定样品需要满足几个条件：①样品的安全性，必须是对学生无毒无害，不易挥发的物质；②样品前处理过程简单，争取缩短实验耗时；③样品出峰时间短、相应峰形好、响应灵敏度高，这样学生的操作空间也大，实验更易成功。④所选取的物质与实际生产生活相关性较大，更有利于激发学生的兴趣。结合本系科研项目，开展高效液相色谱设计性实验，内容包括4 个：①半抗原合成中产物含量测定；②蔓荆子中蔓荆子黄素含量测定；③槐米中芦丁的含量测定；④白芨中苹果酸酯含量测定。

针对四个实验项目，给定的实验讲义中只提供基本的色谱条件，在上机实操过程中，由于各组使用的仪器或色谱柱不完全一致，可能产生保留时间太长，峰形对称性差或者理论塔板数较低等问题，需要学生在实验过程中根据色谱理论知识优化色谱条件，以得到合理的检测结果。

3 应用线上线下相结合的混合式教学法对HPLC 实验教学进行改革和探索

3.1 建立线上资源，引导学生自主预习

利用超星学习通平台积极开展网上资源建设，上传课程电子资源，在课前发布学习任务，并设置相应的任务点，学生通过HPLC 仪器各单元部件小视频、运行演示视频及模拟操作软件对实验课所用HPLC 仪的操作步骤和要点提前做好预练，避免在实验操作时出现大的失误；教师可以通过在线方式对每个学生的学习情况进行监督，例如图1 列出了超星平台上制药工程专业zy1801 班HPLC 实验部分任务点学习实时情况导出截图；图2 列出了学生任务点学习的成绩截图，此成绩将作为平时成绩计入实验课最终成绩，这样可以保证每位同学完成课前线上学习任务。这种学习模式可以增强学生的成就感，激发学生进行HPLC实操的兴趣，从而极大提高实验课的效率；课中发布在线随堂测试则进一步加强学生对HPLC 的理论知识、仪器结构和操作步骤的熟悉，从而提高实验课堂上HPLC 仪器的使用效率。同时建立QQ 实验课群，学生可以随时提出疑问，教师及时解答，帮助学生落实学习效果。

图1 HPLC 实验部分任务点设置及学生学习情况超星平台导出图

图2 HPLC 任务点学习超星平台成绩导出截图

3.2 训练HPLC 实验技能和操作方法

在HPLC 实验课堂教学中，重点训练样品的称量和前处理、流动相配备、过滤膜的选择和过滤操作、色谱柱安装与拆卸、色谱操作软件的使用、色谱柱平衡及冲洗、色谱运行条件的优化、色谱图的处理与计算。学生经过前期线上学习，在实验过程中4 人一组，各组自行协商分工，在给定的四个实验内容自行选择其一，按照实验讲义完成各实验步骤，在实际操作过程中，利用前期积累的色谱理论知识，根据得到的色谱图峰形、保留时间优化色谱条件，从而达到理想的检测结果。在实验过程中，学生各组自行操作，教师全程陪同及时指导并纠正错误的地方。通过该模式，学生自主操作，自主探索、反复训练、提高了学生进行实验探究的兴趣，加深了对HPLC 仪器操作技能的掌握。在这一过程中，学生将色谱理论知识充分运用到HPLC 实验分析中，可以训练学生的创新思维和解决实际问题的能力，为其将来从事相关工作奠定基础。

4 改革实验课的考核机制，建立全方位的考核体系

学生在线学习为分散教学模式，学生利用课余碎片时间自行完成，不同学生学习态度、学习方法和关注的学习内容之间存在较大差异，因此，通过探索课程成绩评定模式，促进学生自主学习，提高学生参与学习的积极性，达到线上线下相结合客观公正地评价学生学习情况的目标。将HPLC 实验课程成绩分为课前线上线下预习、课中随堂测试和期末成绩三部分（见表1），成绩分别占比25%、25%和50%，课前预习成绩包括完成HPLC 实验室安全知识学习和线上测试、观看课程视频、拓展阅读、实操模拟这些设置任务点，课中单元测试以线上限时作答模式进行，考察HPLC 理论知识、HPLC 仪各单元部件结构、流程以及操作要点；期末成绩为实验报告，包含实验预习记录、实验过程记录和结果分析与讨论三部分，各自占比20%、30%和50%。

表1 实验课成绩计分方法

5 结语

传统的高效液相色谱实验教学模式为统一的实验项目，固定的色谱实验条件，学生在实验过程中完全按照实验讲义操作，得到统一的色谱图。实验结束后，对于色谱运行条件给实验结果造成的影响，学生仍然一知半解，在面对新样品时将无法开展色谱分析。针对这些问题，对传统高效液相色谱实验教学进行改革，利用超星学习通平台建立线上资源，解决学生自主学习积极性不高，学习兴趣不足的问题；采用线上线下相结合的混合式教学法，提高了实验效率，解决大型仪器设备台套数和学时少对实验教学的限制；将科研项目引入实验教学中，解决了实验内容陈旧、单一、综合性和设计性不够的问题。

通过本次HPLC实验教学改革，强化了学生自主学习能力，拓宽了学生实践操作高效液相色谱大型仪器的机会，增加了高效液相色谱仪对本科生的开放度，全面提高了制药本科实验教学质量。