质谱联用技术在研究生教学中探讨

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摘要:色谱－质谱联用技术是哈尔滨医科大学面向药学、临床医学、预防医学等专业开设的研究生基础课程，有利于研究生掌握现代仪器分析技术，培养研究生创新能力，为研究生开展相关课题研究提供基础理论知识和实验技能。文章结合医学院校开设的色谱－质谱联用技术课程，对授课过程中存在的问题进行了分析和反思。结合研究生课题研究需求，对课程的教学模式和教学内容进行探讨分析，有利于提高研究生的实践操作和科研创新能力，进而提升教学质量。

关键词:色谱－质谱联用技术;研究生教育;教学改革

色谱－质谱连用技术作为当前的新兴技术，因其灵敏度高、分析速度快等优点广泛应用于医学、环境科学和生命科学等各个领域［1］。常用的色谱－质谱联用技术主要包括气相色谱－质谱联用技术和液相色谱－质谱联用技术［2］。色谱－质谱联用分析技术是未来仪器分析发展的重要方向。随着科技的发展和各行业对仪器分析需求的增加，各种高灵敏度、高选择性、自动化、智能化的分析仪器及相关的新技术、新方法不断涌现［3］。各大医学院校和科研实验室已将色谱－质谱联用仪器作为分析研究必备的重要工具之一。哈尔滨医科大学为提高科研水平，培养研究生的科研创新能力，已购买多部大型色谱－质谱联用仪器。同时，学校开设的色谱－质谱联用技术选修课程，目的是为研究生的课题研究提供基本理论知识和实验技能。课程内容包括联用分析技术简介、气相色谱－质谱联用技术和液相色谱－质谱联用技术等，以期通过实验教学开阔学生的思维和视野，增强学生应用仪器解决问题的能力。本研究结合多年的教学经验，阐述教学过程中的一些思考，以期通过不断地改进教学模式和教学内容，提升教学效果，为研究生的课题研究提供基础理论知识和相应的实验技能。

1教学课程中存在的问题

1．1课程以传统的讲授教学模式为主，不利于学生对理论知识的理解

色谱－质谱联用技术是一门实践性较强的课程。理论知识是实践操作的基石，扎实的理论知识是为了更好地服务于实践。色谱－质谱联用技术涉及的原理复杂，理论性较强，教学模式主要以传统的讲授教学模式为主，致使理论课内容不容易被学生理解和掌握，难以将知识灵活运用于实验课，最终导致学习效率低下，教学效果大打折扣。此外，色谱－质谱联用技术发展迅速，各种仪器更新换代速度快，内容繁杂。但教师并未及时更新教学内容，未使学生接触到更高端仪器的理论知识。

1．2实践课程内容和课时相对较少，不利于学生掌握实验技能

色谱－质谱联用技术是一个实践性课程，必须通过大量的实验课程教学，才能使学生更好地掌握实验技能。目前，实验课程内容和课时均相对较少，主要有以下原因:①该课程所涉及的实验仪器均为贵重的大型仪器，在传统的教学中对该类仪器实验教学有一半课程以演示观摩的形式进行，其结果通常是实验教学过程简单，学生印象不深。②学生独立操作机器的机会较少，无法获得有效的实践训练。这种情况下学生不能将理论知识实际化，对于教授的理论知识难以消化吸收。③现阶段色谱－质谱连用技术发展迅猛，多数仪器自动化分析程度高，操作便捷，实验课上单纯的自动化操作不能使学生掌握仪器的精髓。④实验课程未设置对仪器维护保养相关教学内容。研究生的培养，不仅要求学生掌握如何使用仪器，同时要求其能够了解仪器的性能指标，掌握仪器维护保养以及仪器参数优化的相关知识。

1．3教学效果评价方式单一

学校对该课程的考核模式相对单一，成绩主要侧重于实验报告和理论授课的课堂小测。这使得学生只注重实验报告的撰写，难以保证学生对实验内容的完全掌握，不利于培养学生主动思考能力和实验动手能力。

2教学改革措施

随着科学技术的不断革新和各行各业的蓬勃发展，社会对高素质人才的需求越来越大，用人单位也越发注重毕业生的实际动手能力和综合素质。培养学以致用的高素质医学人才是医学院校的责任。针对上述课程教学方面的不足以及社会对医学人才的需求，本研究对色谱－质谱连用技术课程提出了相应的改进措施。

2．1采用多元化教学模式，提高医学研究生积极探索能力

色谱－质谱联用技术发展迅速，分析方法更新换代快，仪器结构复杂，涉及的原理晦涩难懂，教学内容多而杂，给教师教学和学生学习带来极大的挑战。研究生的学习与本科生不同，培养研究生自我学习能力和积极探索能力是研究生培养的一个重要方面。为此，我们提出以下几方面改革措施:①教师采用传统讲授式的教学模式与其他教学模式相结合的方式进行教学授课，需要将翻转课堂、“三明治”教学、线上的小规模限制性在线课程和以问题为中心的教学模式引入课堂中，让学生完全融入教学活动，激发学生的学习兴趣，提高学生自我学习能力。②教师可以充分利用网络课程如慕课等优秀教学资源，在上课之前，让学生利用网络课程预习相应的课程。在教学过程中，教师可结合动画或视频教学展示常用仪器分析方法的基本原理，分析仪器的基本结构、操作及维护事项，使学生全面了解色谱－质谱联用技术的类型、特点及在科学研究中的应用，掌握定性定量分析技术及适用范围，为之后的课题研究提供支持。③教师引进新的教学手段，将雨课堂和智慧树等现代教学手段融入教学过程，进一步增强课堂上与学生的互动，及时了解学生对知识的掌握情况。④教师以科研热点问题为导向，注重色谱－质谱联用技术在科研活动和实际生活中的应用，设置小规模限制性在线课程，加深学生对色谱－质谱联用技术实际应用的了解，调动学生自主学习的积极性。

2．2以研究生的实际课题为中心，设置实验课教学内容

本课程是面向研究生开设的课程，丰富的实验课程内容可以促进研究生对理论知识的理解和掌握。考虑到他们在科研工作中可能遇到更复杂多样的色谱－质谱联用技术问题，教师在开设实验课程之前对研究生的主要科研方向进行调查。根据调查结果，我们发现我校科研课题中应用较多的是液相色谱－质谱联用仪和气相色谱－质谱联用仪。因此，实验教学内容主要围绕这两种仪器进行开展。2．2．1增设色谱－质谱联用技术综合性实验。实验课程设定若干应用色谱－质谱联用仪的科研主题，学生可基于前期理论学习选择主题开展相应科研实践工作。作为医科大学研究生的选修课程，课程要求学生选择的课题尽可能与自己的科研课题相近，充分发挥色谱－质谱联用技术在课题研究中的创新作用。每个科研主题设有科研小组。首先，小组工作由组长统筹安排，前期利用在线讨论的形式开展。学生通过查阅文献和案例分析等方式对主题进行深度剖析，在教师指导下，完成实验的全部设计。其次，小组全部成员进入实验室进行实验操作，培养动手能力。这一部分课程要求教师对学生的基本操作过程进行培养，如标准溶液配制、样品进行前处理步骤等。实验期间，每位学生都参与实验，通过与教师交流、讨论，发现实际问题并及时解决，加深对理论课程的理解并及时纠正实验期间的不规范操作，加强动手能力，为今后的科研学习夯实基础。这种形式的综合性实验既可加强学生对知识的理解与运用，也可提升研究生实验技能，也有助于提高研究生的表达沟通能力与思辨能力。2．2．2结合虚拟实验室，增设超高相液相色谱－四极杆－飞行时间质谱实验课。超高相液相色谱－四极杆－飞行时间质谱(UPLC－Q－TOF－MS/MS)为昂贵的大型仪器，在以往实验课的设置中并未进行该型号仪器的授课。UPLC－Q－TOF－MS/MS是代谢组研究中重要分析仪器，该技术不仅可以为临床中疾病的早期诊断提供了非常有力的依据，而且可以对临床中药物的治疗效果进行及时监测、评估［4］。此外，随着多组学研究的广泛开展，UPLC－Q－TOF－MS/MS已经广泛应用于代谢组学和蛋白质组学研究中，因此应增设该仪器的实验教学。针对实验课程中分析仪器有限的问题，我们可以引入虚拟实验室的教学方式，辅助学生对课程内容的认识，减少实验操作过程中产生的问题［5，6］。王一男等人通过建设HPLC－Q－TOF－MS两种药物的定性和定量的虚拟仿真实验教学，解决学生学习空间受限制的现状，促进高分辨质谱仪器在药学人才培养、科学研究中的作用［7］。因此，教师在开设UPLC－Q－TOF－MS/MS实验教学中结合虚拟实验，先让学生在虚拟实验中进行演示操作，规范学生的样品前处理过程和仪器操作步骤，然后再以小组形式进行现场实验授课。在现场授课过程中，专业实验人员首先进行操作演示和讲解，学生需在实验人员和教师的指导下进行实验操作。通过以上的实验教学，学生不仅能将理论知识更好地融会贯通，加深学习印象，也有利于增强实践操作能力，改善教学效果。2．2．3增加仪器的维护保养等相关知识内容研究生的培养不仅要帮助学生建立科研思维，也要注重学生的实际动手能力和综合分析问题能力的培养。色谱－质谱联用技术所涉及的仪器多为大型仪器，研究生在实际的科研工作中除了避免不规范操作外，定期对仪器进行保养维护也有利于保证科学研究的准确性和稳定性，同时可延长仪器的使用寿命，培养学生的动手能力和综合分析能力。因此，教师在课堂上应强调仪器维护的重要性，指导学生掌握仪器维护的基本方法;此外，可单独开设仪器维护保养和设备维修课程，在课堂上传阅使用过或报废的仪器部件，加深学生对仪器相应结构和功能的了解，使其对仪器工作原理有一个更具体的认识。教师通过多样的教学方式，激发学生的学习热情，培养学生的实际动手能力。

2．3优化教学效果评价方式

我们制定新的教学效果评价制度，改变单一的评价办法，采取多种形式对学生的学习情况进行考核评价。根据教学的不同环节，教师可根据课堂考核、实验操作能力、实验报告和科研报告等方法检验学生的学习效果［3，8］。鉴于本课程更注重培养学生的实验操作能力，教师应加大对实验操作能力的考查。此外，规范实验记录有助于培养学生做好科研记录的习惯，有利于梳理整个实验流程，并通过数据处理分析来帮助学生对知识的掌握程度进行自我检验，起到二次学习的作用。随着仪器技术的不断发展以及在各研究领域的广泛应用，色谱－质谱联用技术也在不断发展，相关仪器的种类和功能也更加全面，仪器有了更高的灵敏度、准确性和稳定性，该技术的应用领域也在不断扩展。在此基础上，本课程的开设不仅丰富了医学研究生的研究手段，使其具备初步利用色谱－质谱联用技术分析和解决科研问题的能力，也为医学研究生进行课题研究打下良好的基础。理论课与实验课相结合的教学模式提高了学生的实验能力，培养了学生的科学素养，激发了学生的科研兴趣。在今后的教学中，教师应尝试更加灵活的教学方式，丰富教学内容，在传授专业科研知识的同时，让学生感受到自主学习的乐趣，使其更加积极主动地参与科研活动。

作者:刘丽燕 冯任南 孟凡玉 王茂清 陈杨 单位:哈尔滨医科大学公共卫生学院卫生检验学教研室