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当前肺炎疫情下分析化学线上教学的探索及实践

2020-07-07 1105 上传者：管理员

摘要：2019年底爆发的新型冠状病毒肺炎席卷了整个中国，在分析化学教学中如何能结合这一热点问题启发学生多方位思考、多角度理解分析化学的一些关键知识点(如3S+2A)并能激发后续学习兴趣，结合在当前肺炎疫情下线上教学的广泛使用，作者对这些相关内容做了一些思考，并在教学过程中进行了尝试。

关键词：
分析化学与检验检测
应用化学
教学内容思考
新冠肺炎检测与分析化学的要求
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分析化学是化学专业的基础课程之一，高校理科专业一般分为定量化学分析和仪器分析两部分，分两学期开设。我校在大一下学期开设定量化学分析，其主体学习内容是基于四大化学平衡建立的定量分析方法及定量分析相关的数据处理方法，该课程作为大学一年级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。分析化学的科学前沿发展有着和各学科交叉的非常活跃的领域，同时，分析检测又是学生日后从事科研工作或测试工作非常重要的内容或工具。在传统的基于四大平衡为主的定量分析之外，如何以前沿内容激发学生的兴趣，又能辅以分析测试过程中的实际案例说明分析化学的实用性，结合目前智慧教学的诸多方式，达到融会贯通这些知识点的效果[1,2,3]。下面分别具体说明。

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(从新冠病毒肺炎诊断试剂盒的研制联系到分析方法3S+2A要求)

2019年武汉出现的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”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(标准)的重要性(核酸检测标准的出台)

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(假阴性与假阳性问题)[4,5]

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。置信度太高，被肯定的事件多，但是带来的假阳性会带来医疗资源的浪费；置信度太低，被否定的多，假阴性病人太多就会出现上述新闻报道里的问题。当然对新冠病毒肺炎检测的假阴性还存在采样环节不严谨、测试人员水平不一致等问题。

1.4检测人员培训与检测仪器检定校准(F检验与t检验)[4,5]

仍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(以三鹿奶粉违禁添加三聚氰胺事件为例)

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(国家标准、行业标准与地方标准，以农夫山泉矿泉水事件为例)

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(<0.05mg·L-1)、硒(<0.05mg·L-1)、镉(<0.01mg·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(<0.01mg·L-1)、硒(<0.01mg·L-1)、镉(<0.005mg·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(原始记录的要求，基准物质、标准溶液在检验检测过程中如何溯源？)

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结果表达(有效数字、零残留还是未检出？)

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。而同时，我们又经常在一些社会新闻中听到关于某些食品中一些危害成分超标的报道，可继续利用上例中农夫山泉砷超标问题，预先在预习材料中抛出问题：是否像砷这样的有害物质越少越好？报零检出是否可能？如果未检出，还应同时给出什么数据？这样可以让学生科学理性地看待很多问题，培养他们用专业角度思考问题，不盲从。

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。

4、结语

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]鲍浩波.大学化学,2016,31(5),15.

[2]吕家根,张成孝,杜建修,漆红兰,高强,岳宣峰,张静,刘伟,汤薇,段新瑞,刘成辉.大学化学,2020.

[3]王玉枝,李颖,杨屹,宦双燕,吴硕,文志宁,苏星光,张文清.大学化学,2019,34(4),39.

[4]许晓文,杨万龙,李一峻,陈朗星,夏炎,沈含熙.定量化学分析.天津:南开大学出版社,2016.

夏炎,杨亚非.当前疫情下分析化学教学的一点思考[J].大学化学,2020,35(05):7-9.

基金:南开大学2019年一流本科教育教学改革项目.