核磁共振波谱仪是化学、生物学、药学、材料学等诸多学科必备的分析测试工具，在化合物结构鉴定、动力学研究等方面往往具有不可替代的作用。核磁共振波谱技术是高等院校化学实验教学的重要内容，在各种层次的实验项目中扮演了重要角色[1-7]，但由于仪器昂贵、技术更新等原因，实验教学中多采取做样品、取数据的模式，学生不能真正掌握波谱技术，对仪器也很难有深入的了解。随着互联网技术的进步，现代教学手段为实验教学注入了新的活力，为改善实验教学效果提供了技术保障。南开大学化学学院自2002年起使用超导脉冲傅里叶变换核磁(Varian Mercury Vx-300)在本科生仪器分析实验中开设核磁共振波谱实验项目，让本科阶段的学生有机会接触到最先进的核磁共振技术，近年来又通过更新实验内容、引入信息技术手段、增加多元化学习等有效教学方法对实验项目进行了优化，提高了教学要求，教学效果得到提升。
1 传统教学中存在的问题
1.1 实验教学模式造成的问题。
核磁共振波谱是仪器分析课程中的一个实验项目。在仪器分析课程中，基于大型仪器的特点，采取学生循环分组的形式进行教学，每节课一组共四名学生，教学时长4学时。这种模式造成的直接后果是理论课与实验课不同步，很多学生在进行实验时，缺乏基础知识铺垫，导致理解困难。所以很多仪器分析课程中，教师在课上进行理论讲解，占用了较多课时，大大限制了学生的操作时间。另一方面，学生在短时间内很难完全吸收并掌握实验教师的指导内容，实验后又缺乏继续讨论的平台，实验过后无法留下深刻印象。长期的结果是学生不重视仪器分析实验，做实验走马观花，按照指示简单完成操作，只求实验数据；对仪器原理掌握不牢，不能建立理论与实际应用的关联；更谈不上用课堂知识解决实际问题。而授课教师面对不同组别的学生，多次重复授课内容，容易产生倦怠感，影响教学效果。
1.2 由仪器造成的问题
2 基于教育信息化技术的课程设计
2.1 准确定位教学目标，精心组织教学内容
核磁共振波谱实验面向化学专业高年级学生开设，通过该项目学习，学生应掌握核磁共振原理，初步掌握核磁共振波谱仪的使用，并能正确解析波谱信息。此外，学生还能通过了解仪器的更新过程体会到科技创新的趋势，建立创新学习、终身学习的理念。在与理论课任课教师沟通和对学生进行调研的基础上，发现理论课讲解偏重基本理论和应用，学生可以较好地掌握屏蔽常数、化学位移、偶合等基础知识，但对与超导核磁技术关系紧密的采样过程、脉冲相关知识、异核耦合、驰豫等概念理解不深，如氘代试剂残余氢的出峰由于涉及氘-氢的耦合，裂分并不符合n + 1规则，90°脉冲及脉冲序列的概念理论课较少涉及，学生普遍反映不太了解。对核磁共振实验教学中重要的知识点进行梳理后(图 1)，在实验知识点设计方面注意与理论课无缝对接，既弥补基本理论的不足，又侧重对超导核磁共振技术的理解，同时各个环节相互渗透，前后呼应，使教学各环节形成有机的整体。在原有教学内容的基础上，补充了科学前沿应用，保证实验有足够“营养”。
图1
2.2 合理规划教学过程，提高课程挑战度
实验教学分为课前预习、课上理论讲解、实验操作、翻转教学和课后讨论反馈五个环节。利用信息技术将预习内容图文并茂地呈现出来，采取线上课堂的形式布置给学生，要求学生在课前做好实验前的知识准备。这相当于把学生的学习时间拓展到课前，无疑提高了学生的学习难度，却可保证课上有足够多的操作时间，改善学生的操作体验。课堂教学中，因为学生预习效果好，可采取翻转课堂的方式激发学生的主动性，课后讨论也更有针对性和实效性。
2.3 充分运用信息技术，增强课程创新性
信息技术为实验预习提供了平台。°传统教学模式中，很多学生在预习时，只是机械抄写实验讲义，达不到预习的效果。我们将预习资料做成图文并茂的PPT课件，还配有语音讲解和录制的实验小视频，这些材料上传至课程在线平台，辅助微信群等社交软件答疑解惑，学生可以充分完成课前准备。
课堂教学也不再是教师灌输式讲解。课堂采取雨课堂等教学工具检查学生的预习效果，做好查漏补缺。对预习中共性问题给予重点解读，提高了课堂讲解的针对性。
2.4 翻转课堂教学模式，体现课程高阶性
在课堂讲解和实验操作结束后，学生结合充分的预习对仪器有了较为深入的理解，此时利用课堂结束前的时间进行课堂翻转，进行讨论反馈，可以起到更好的作用。此时抛出科研中的实例，让学生分析讨论，一方面检验学习效果，同时可以充分调动学生的学习热情，激发学生持续学习的欲望。
3 互联网新模式的课程实践
3.1 考核预习效果，提高预习效率
为保证预习效果，在预习材料中包含习题与测试。课件的预习和习题的完成体现为部分实验课成绩。这种方式可以吸引学生自主学习，提高预习质量；同时督促学生重视实验预习环节，为课堂教学做好充足准备。学生在预习过程中产生的疑问可以随时通过社交软件提出，由任课教师及时进行解答，原本点对点的单线答疑方式变更为点对面的多线方式，一个疑问的解答可以惠及整个课程群中所有的学生，其他同学在提问获得解答的过程中也能加深对相关知识点的理解，带动整体预习水平的提高。
3.2 课上讲解因材施教，增强教学创造性
有了好的预习效果，有效节省了课堂讲解时间。课上教师可以根据不同学生的预习情况，有针对性地进行知识讲解，对学生提出的问题进行个性化讨论。教师可以有的放矢地把知识点加深扩展，细节讲好讲透。例如图 1中现代核磁理论的傅里叶变换、脉冲及脉冲序列、弛豫时间及其应用等内容，这些知识有一定的深度和难度，在原来的讲解过程中基本不会涉及，或者只是简单介绍，远远不能满足学生对现代核磁共振技术深层次的学习需求。在学生充分预习，且课堂时间充裕的情况下，授课教师需要根据学生的个性化反馈，列举合适的例子加以说明，做到因材施教，发挥的空间较大。由于避免了重复性讲解，教师的创造性也得到激发，保持了授课热情。
3.3 操作训练以人为本，激发学习主动性
作为一门实验类课程，一个重要环节是学生动手实操，这也是学生最为感兴趣的部分。尤其是对核磁共振这种大型仪器，价格昂贵，大部分本科生日常很难有机会接触。在新模式下，学生获得了更多的实验操作时间，因此实验操作部分可以进一步充实。
传统模式的核磁共振波谱实验中，由于时间限制，由学生进行的操作只有使用“自动匀场”和“自动锁场”功能将磁场调节均匀，随后进行数据的采集和处理。这样操作简单乏味，对学生毫无吸引力，也无法体现获得核磁共振波谱的全过程。新模式下，我们将调谐、90°脉宽测定等超导核磁日常维护的基本操作纳入学生操作范围，每组四名学生轮流进行实验操作，均包括进样、自动匀场锁场、90°脉宽测定、数据采集、谱图处理打印等部分。自动调谐过程较短，且过多的调谐次数可能损坏探头中的电机，经与工程师沟通后确认可以承受每次实验课有一次调谐操作，因此该环节只由第一名同学操作并演示。90°脉宽测定虽对实验结果没有直接影响，但对理解磁化矢量和脉冲序列有非常好的作用。学生通过实际操作，全面了解做好一个核磁共振谱图所必须的一些基本流程，同时对其中蕴含的共振频率、磁化矢量、脉冲序列等概念有更加深入的了解，理清“实验操作”与“仪器原理”之间的关系，充分发挥出实验教学的作用。
经过调整后，4个学时的实验课堂时间分配发生了积极的变化，讲授部分由90分钟缩减到了一个小时以内，学生实验操作部分由不到一小时扩展为90分钟左右，操作的同时授课教师对采样时间、累加次数、脉冲间隔、谱宽设置、中心频率、增益调整、匀场算法等参数进行讲解，同时引导学生修改部分参数进行体验，更加贴近实战。剩余约40分钟的时间供师生交流。
3.4 课堂翻转即时评测，教学效果有效延伸
学生实际操作之后，对于相关知识已经有了具体感性的认识。在此基础上，采取课堂翻转的形式让学生走上讲台，学生讲解核磁共振信号产生的基本过程，画出磁化矢量翻转角度和出峰的对应关系，或针对一些关键知识点提出问题，学生互相讨论并进行解答，如分析氘代丙酮在氢谱和碳谱中溶剂峰的裂分；讨论弛豫时间测定实验中磁化矢量的变化；实际测试中一维实验普遍采用30°或45°脉宽激发样品，而实验中增加了90°脉宽测定内容，分析讨论90°脉宽对不同实验的影响，为何引入该部分操作；选择不同脉宽时考虑脉冲间隔时间的修改以保证定量准确性；讨论各类核磁共振实验需要关注的重要参数等，进一步调动学生的情绪，锻炼学生的团结协作和表达能力，对所学知识进行总结和梳理，深化课堂教学效果，即时进行巩固。
3.5 实验报告总结反思，结合科研深度学习
实验课程的最后一个环节是整理完成实验报告。为了提高学习的高阶性，除了根据实验所得的样品氢谱进行化合物含量的计算，同时把样品的碳谱数据交给学生，要求学生结合碳谱数据对化合物进行完全的归属，并练习用规范的科研写作方式对实验结果进行表述。通过对化合物氢谱和碳谱的比较，学生对耗时长、操作更复杂的碳谱也有了初步的了解。为了进一步加深学生对核磁共振波谱仪的认识，在课程平台上提供核磁共振在实际科研工作中的运用实例，供学生课后深度学习，达到锻炼科学思维、理论联系实际、学以致用的目的。
4 结语
互联网改变着人们的生活，也改变着高等教育的模式。在信息技术的支持下，实验教学的过程可以更加合理，课程内容更加充实，课堂氛围更加活跃。学生的学习不再局限于规定课时内，学生必须付出更多的精力，学到的知识也更加牢固。新模式提高了课程的挑战度，却满足了学生对新技术、大仪器的好奇心，带给他们深度学习的获得感和成就感，学习效果有了明显提升。
