基于疫情下分析化学教学的思考

发表时间:2020/7/24   来源:《教育学文摘》2020年第8期   作者:吴晓娅
[导读] 化学课程作为高校开设的化学基础必修课,对学生后续学习中对分析化学的认识和理解非常重要
        摘要:化学课程作为高校开设的化学基础必修课,对学生后续学习中对分析化学的认识和理解非常重要。新冠肺炎的爆发,给了高校和广大教师一个重新认识、建设线上课程的意义和难得的全面线上教学的实践机会。在分析化学中如何能结合这一热点问题启发学生多方位思考、对关键知识点领域的掌握具有重要意义。下面笔者就疫情下分析化学教学进行简要阐述。
        关键词:疫情;分析化学;教学;
        在传统课堂与在线课堂将长期共存并深度融合的状态下,如何加快在线教学由“新鲜感”向“新常态”的转变,将线上教学的优势与线下教学有机结合,让学生成为真正的学习中心,调整学习策略和提升学习能力,是接下来高校陆续复课、恢复正常教学后我们仍然需要思考和不断实践的问题。
        1  结合疫情这一重大时事对分析化学的启发与思考
        1.1  现代社会对分析化学的要求
        新型冠状病毒肺炎在新进入 2020 年出现了急速增长,并很快波及武汉周边其他地市及全国 31 省市,给临床检测也带来了巨大的压力。新冠肺炎爆发后,如何做到快速检测并确诊?这是广大科研工作者尤其是分析检测行业的重大课题,研制核酸检测试剂盒遵从什么原理?在临床检测中使用试剂盒进行新冠病毒肺炎确诊对试剂盒应有什么要求?在线上教学时先在预习资料中抛出这些问题,并给出相应视频、链接等网上资源,鼓励学生通过查资料了解我国对分析标准、病毒检测的规定和流程,渗透在分析方法上我们希望的“3S+2A  (Sensitivity, Selectivity, Speedy, Accurancy,  Automatically)”要求。学生对这一补充内容非常感兴趣,部分学生做了非常深入的调查报告来探究各公司生产的核酸检测试剂盒的具体原理。
        1.2   分析方法
        新冠肺炎爆发后,各个研究机构与企业快速响应,日以继夜进行攻关研制核酸检测试剂盒,但是研制出的试剂盒能否直接用到临床?将会经历什么样的审批流程才能被使用?在我国分析方法和检测标准的出台有严格的管理流程,国家市场监督管理总局是我国关于分析标准管理的最高管理机构,该机构在 2019 年发布过关于核酸检测试剂盒溯源性技术规范(GB/T37868–2019)等七项关于核酸检测国家标准。此次新冠病毒肺炎爆发后,相关部门加快审批流程,一大批公司研制的试剂盒纷纷用到临床检测,这显示了我国在这一领域的强大储备和能力。这一部分希望让学生认识到科学研究是各种分析方法(标准)的来源,经过多次试验、验证后作为标准应用,要严格根据标准流程进行检测。
        1.3   置信度与置信区间
        本次肺炎爆发过程中发生多个核酸检测阴性但 CT 检查高度疑似新冠肺炎的病例,有些病人需要反复几次核酸检测才呈阳性,假阴性会给已经感染病毒的患者带来非常大的风险,得不到及时救治,还有可能在此期间又传染给其他人,造成更糟糕的后果。这些热点问题可以结合统计学的原理来认识,结合置信度和置信区间这一知识点,让学生理解选择合适的置信度(置信水平)的重要性。
        1.4   检测人员培训与检测仪器检定校准
        从本次新冠病毒肺炎出发,出现的大量假阴性病人除了跟分析方法灵敏度、置信度水平有关系之外,检测人员业务不够熟练、检测仪器不稳定也是造成假阴性数据的原因。本次疫情爆发突然,这是非常态情况,在实际分析检测过程中,新方法是否可用、操作人员技术是否稳定都要有统计学的检验来帮助确认。对检测仪器来说,在第三方的检验检测机构,仪器要定期、分类进行强制检定或校准,以保证仪器正常,强制检定和校准都要有记录。在科研实验室,也要让学生有这方面意识,保证数据的安全可靠。
         2   其他一些跟分析检测相关的社会热点事件
        2.1   检测方法的合理性
        2008 年被曝光的三鹿奶粉事件是一起典型的分析标准使用不合理事件,在 2009 年以前的奶制品检测标准里,奶制品里蛋白质含量是按照氮含量折算出蛋白质含量,当时国标给出的测氮含量的方法是以化学分析法将奶粉(奶制品)中蛋白质消解成氨,再以酸碱滴定的方法测氨量间接给出氮含量来折算蛋白质含量。这给了不法分子可乘之机,他们以高氮含量的三聚氰胺违法添加于婴儿奶粉中,造成大量食用这一品牌奶粉的孩子生病甚至死亡!这一事件直接引起国务院的关注,2008 年 9月,国家质检总局即颁布“原料乳及乳制品种三聚氰胺检测方法”国家标准(GB/T22388–2008),规定以高效液相色谱法、液相色谱质谱-质谱法或气相色谱-质谱联用法作为原料乳及奶制品中三聚氰胺的检测方法。这充分说明一项分析标准其合理性是非常重要的,这也给化学工作者尤其是分析化学工作者带来思考,我们在选择分析标准时既要考虑易操作可实现,也要考虑合理性,否则所带来的危害不可估量。
        2.2   分析标准的适用
        2013 年 3 月份爆发的农夫山泉砷超标事件是一起关于标准适用的典型案例,农夫山泉瓶身上标注的“DB33/383–2005 瓶装饮用天然水”是浙江省地方饮用天然水标准,该标准在砷(<0.05 mg·L?1)、硒(<0.05 mg·L?1)、镉(<0.01 mg·L?1)等有害物质的限量值上均宽松于国家标准 GB5749?2006《生活饮用水卫生标准》砷(<0.01 mg·L?1)、硒(<0.01 mg·L?1)、镉(<0.005 mg·L?1),引起公众质疑。国家标准和地方标准同一指标出现不同的时候,应遵循从严执行的政策。浙江省卫计委和浙江省质量技术监督局在 2017 年发布公告废止了该标准。
         2.3   数据记录与溯源
        应跟学生强调原始记录应首先保证原始性,是所有检测工作的即时记录,手写或电子记录都要保证这一点。原始记录要尽可能保证该检测过程在接近原条件下复现,因此原始记录要尽可能详细,原始记录修改要求杠改,用水笔或圆珠笔而不能用铅笔,为保证数据能够溯源,用于第三方测定数据的检测基准物质和标准溶液都要有证书,使用的仪器也要定期检定/校准。即使是学生实验课,实验教师每学期开学也会对分析天平、滴定管等进行校正,建立学生以后在数据记录和溯源方面的意识。
        2.4 新冠肺炎诊断与导论课
        二月初开始准备网课之时,正值“战疫”胶着阶段,网上与疫情相关的文章不断出现,尤其是一些“核酸检测阴转阳”“治愈者出院 10 天后复检核酸阳性”等报道,进一步增大了人们对“新冠确诊”的疑虑。引导学生以科学的态度面对疫情中的各种问题,是教师的重要职责之一。由此,在通常 1 个学时的导论课中,我们增加了问题导向的微课“从新冠疫情的爆发看分析化学的重要性”,将 COVID-19 诊断这一现实紧迫问题与分析化学理论和方法紧密结合。2 月 7 日,新浪科技“科学大家”栏目出品文章“知己知彼:关于病毒,这些秘密你必须知道”[1];2 月 10 日,大连理工大学虚拟实验平台(Moolsnet)发布文章“浅谈 2019-n Co V 新冠状病毒的核酸检测方法”[2];2 月 18 日中国新闻社的微信推文“方舱医院的生活什么样?网友:太高能了!”[3]中有一段视频“新冠肺炎患者的自述:我在方舱医院的一天”,其中有一个环节是血氧饱和度的现场快速检测。结合国家卫生健康委员会于 2 月 19 日发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第六版)》[4]中的诊断标准,这几篇时效性推文成为这一微课的主要素材来源。图 1 展示了这个微课的教学设计。从大家普遍关心和纠结的问题“如果现在有点感冒发烧,要不要去医院”出发,引出血氧饱和度的概念;以血氧饱和度的测量为例,从最初的实验室仪器到现在的连续无损伤血氧测量仪,同学们可以直观地感受仪器分析便携化、小型化、及时性、现场快速检测的发展趋势,体会到分析化学的应用和发展不仅仅停留在实验室中,而是与我们生活质量的提升息息相关。围绕新冠肺炎的确诊挑战,简单介绍了核酸检测的几种方法,使同学们对其有初步的了解,并对分析化学在生命科学和临床医学领域的重要性有更深刻的认识。最终以分析化学的发展方向作为这个微课的总结,自然转入到我们这个课程的目的以及下一节内容“光学分析方法导论”。
       
        图 1   微课“从新冠肺炎的爆发看分析化学的重要性”教学设计
         2.5  结果表达
        化学是实验学科,必然会面对数据,如何规范表达实验结果和出具报告?如何科学理性对待社会上的新闻报道和不实传言?数据的准确性关系到整个实验的精度与准确度,能否正确理解“有效数字”的概念及运算规则并合理地报数据是考验学生专业性的一项指标。往往在实践中发现,即使到了研究生阶段,学生随意写有效数字的情况还是大有人在。这个情况不容忽视,正确地进行有效数字的记录和运算是每个科学工作者必备的素质。
         3 利用线上资源的便利可使学生充分思考
        网络环境下各种文献资源都能方便查阅,新冠病毒肺炎爆发以来,有关检测试剂盒的研制、原理、检测过程等各种报道和视频随手可查,可在课前将这些问题抛给学生,虽然线上教学不能面对面交流,但是通过在线答题、投票、弹幕等方式再加上精心设计的内容,也能收到较好的效果。
        结束语
        综上所述,无论线上教学也好,课堂教学也好,线上线下混合式教学也好,以学生为中心,抓住教学内容这个根本,充分利用各种资源和手段使学生便于理解,并能融会贯通、勤于思考、自主学习,才是我们想要达到的目的。
        参考文献:
        [1] 中国新闻社.“方舱医院的生活什么样?网友:太高能了!” (2020-02-19)[2020-04-30]. ttps://item.btime.com/f43jg9e1lv99lnpora2g1i2ek6n.
        [2] 国家卫生健康委员会.新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第六版). 2020-02-19.
        [3] 吴岩.以学习革命推动质量革命——在高等学校在线教学国际平台上线仪式暨“爱课程”国际平台发布会上的讲话.  (2020-04-28)  [2020-04-30]. http://my-h5news.app.xinhuanet.com/h5/article.html?article Id=c9ea2cd5e31627e6d5a3d5714f095ffa&share_device_token=7DAD3364-D574-
        47C6-A17D-1782DB6EE822&share_time=1588046906579&share_type=1.
        [4]赵大海.基于疫情下分析化学教学的思考[J]. 和田师范专科学校学报(汉文版,(06):196-197.
        [5]王晓路, 孙婉, 王若楠.基于疫情下分析化学教学的思考[J]. 科学技术创新, 2018(21):148-148.
        [6]高晓东.基于疫情下分析化学教学的思考[J]. 智富时代, 2018, 000(04X):P.141-141.
       
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