基于基金課題的制藥工程專業(yè)創(chuàng)新實驗教學模式探索

葉 勇

(華南理工大學 化學與化工學院, 廣東 廣州 510640)

實驗教學是工程類專業(yè)課程體系的重要組成部分,是培養(yǎng)學生實驗技能、鞏固基礎理論知識的主要環(huán)節(jié),是提高學生觀察能力、動手能力、分析能力的重要途徑,是實施創(chuàng)新教育、提高學生綜合素質、增強其科研意識和創(chuàng)新能力的關鍵所在。但是,目前許多專業(yè)實驗課內容屬于驗證性實驗教學,為了驗證理論而設計,或是配合理論教學而設置，只有少量綜合性和設計性實驗,沒有充分考慮創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的關鍵,因此有必要探索提高創(chuàng)新能力的實驗教學方法。

創(chuàng)新性實驗,主要目的是啟發(fā)學生的創(chuàng)新性思維,自主設計和進行實驗,充分調動學生參與的主動性和積極性[2]。創(chuàng)新性實驗內容和方法沒有既定的內容和模式、重復已知的結果,而是結果未知,實驗過程存在許多不確定性,即是探索性實驗[3]。通過探索性實驗,學生學會怎樣發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,以及找到客觀存在的規(guī)律,從而真正地提高創(chuàng)新能力[4-5]。

制藥工程專業(yè)在全國有280所高校均有開設,目前開設的專業(yè)實驗包括藥物分離、藥物合成、藥物分析和藥物制劑及其綜合實驗,基本涵蓋了藥學基本實驗,達到了對學生基本實驗技能培養(yǎng)的目的,但是創(chuàng)新實驗資源不足[6-7]。雖然有些學校推行了開放式教學,讓學生自主實驗,對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有一定促進作用[8-10],然而受本科生理論水平和實驗水平的限制,難以取得創(chuàng)新突破。因此開設探索性實驗課程,擴大創(chuàng)新實驗資源,針對全體學生實施創(chuàng)新教學,全面提高所有學生的創(chuàng)新能力,無疑作用更顯著、意義更大。

1 創(chuàng)新實驗教學思路和實驗內容

1.1 創(chuàng)新思路

基金課題側重于基礎理論和應用基礎研究,突出創(chuàng)新性。其研究內容處于相關領域的前沿水平,所以采用其中內容開設實驗課程,可以直接讓學生參與到學科前沿研究中,對學生的創(chuàng)新能力將有顯著提升作用。但是對學生的知識水平和結構要求較高,因為一般本科生的知識和技術水平尚不能完全獨立從事該項目研究。為了更好地實現(xiàn)項目的轉化,需要循序漸進。首先讓學生理解和掌握必要的知識點和實驗方法,其次在指導教師的悉心指導下逐步走向獨立,最終實現(xiàn)理論水平提升。通過這種階段化培養(yǎng),學生才能真正達到創(chuàng)新水平的提高。

1.2 實驗內容

本實驗將廣州市科技計劃項目的部分研究內容,即“光響應型茶皂苷元納米藥物的研制及其抗菌性能”,轉化為探索性實驗內容,著重于與制藥密切相關的新藥劑及其性能研究。利用該內容開設實驗課程,可以直接讓學生參與到新制劑前沿研究中,能夠自我補充學科前沿知識,并靈活運用,創(chuàng)造新的制劑,這對于他們制藥創(chuàng)新能力的提升具有十分重要的作用。

刺激響應型的藥物制劑是兼靶向、緩釋等作用于一身的新型制劑,也是目前研究的前沿[11],主要有pH響應型、氧化還原響應型、熱響性型等,而光響應藥物制劑還可實現(xiàn)遠程光控,其優(yōu)點更多[12]。本項目研究基于天然產物茶皂苷元研制光響應納米藥物,具備納米特征、光響應性等諸多創(chuàng)新內容,因而對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力更強。另外本制劑是針對耐藥菌株的抗藥性能進行研究。細菌耐藥已成為十分嚴重的社會問題[13]。本項目通過光和藥物的雙重抗菌,達到替代抗生素作用,減少抗生素使用和抵抗。這對于培養(yǎng)學生的社會責任感十分必要。

2 實驗方案和教學方法

2.1 實驗方案

本實驗的原理是利用磷脂、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)等高分子材料為囊材,以茶皂苷元為囊心藥物,制備成納米顆粒；將光敏劑脫鎂葉綠酸摻雜在囊材中,利用其對650 nm波長光的敏感性,通過光照造成囊壁的破裂和藥物的滲出,達到光響應釋藥的目的[12]。研究內容分為4個實驗部分：(1)光敏劑分離和性質；(2)茶皂苷元的分離和含量分析；(3)光響應納米藥物制備；(4)光響應性和抗菌性能研究。具體實驗儀器、材料和時間安排見表1,實驗以培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力為目的,全程要求學生獨立地進行實驗內容、方法和操作步驟的設計,以及結果分析和進一步調整研究等；指導教師則主要把握方向,進行可行性分析和實驗結果的評價。

表1 探索性實驗的內容與材料

2.2 教學方法

采用集中教學與分散輔導相結合的方法,集中教學用于關鍵實驗內容的操作,分散輔導則用于實驗準備、結果分析等。對學生的培養(yǎng)效果進行評價,通過探索性實驗,總結一套學生實驗創(chuàng)新能力的評價體系。

(1) 集中講解。指導教師進行實驗前的知識點的集中講解,提出實驗目的和研究的主要內容方向,并對光敏劑、納米囊的概念和機理進行闡述,便于學生對實驗內容有深入了解。

(2) 實驗準備。將制藥工程班級學生分為小組,每組3人,學生查找資料,并寫出初步實驗方案。在指導教師的指導下由學生完成具體實驗方案和實驗步驟。在實驗員的幫助下準備實驗器材。

(3) 分階段開展實驗。根據(jù)實驗內容,將整個實驗過程分為4個階段(部分),學生逐個獨立完成實驗,對實驗遇到的問題及時反饋給指導教師,并提出相應解決方案。

(4) 分散輔導。學生對結果進行分析,對研究中的問題提出解決方案,并進行下一步的實驗。指導教師分散不定時指導。

(5) 成績評定。根據(jù)學生的實驗準備、設計和操作中的表現(xiàn)、實驗報告和研究結果等成果,采用加權評分,評價學生的創(chuàng)新能力,并建立一套實驗教學效果評價方法。

3 教學效果評價

目前實驗教學均以實驗操作和實驗報告規(guī)范化的方式評定成績,但是對于探索性實驗,由于沒有一個統(tǒng)一的方法對確定的產品質量進行衡量,所以考察指標有所不同。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是本實驗的目的,因此評價創(chuàng)新能力的提高是教學效果評價的重點。對學生的考核主要從4個方面進行：實驗設計的合理性、創(chuàng)新知識的應用程度、實驗內容的完成程度、已取得的成果,其評價內容見表2。

表2 探索性實驗成績的評價細則

在上述4項指標中,實驗設計的可行性和創(chuàng)新知識應用是鍛煉學生創(chuàng)新能力最重要的方面,因而在考核成績中所占分值最高,均為35%。實驗完成程度代表學生的認真程度,所以其分值也較高,占20%。已取得的成果因受學生知識水平的影響,對其要求不能太高,故將其分值分別定在10%。

另外通過問卷調查的形式,由學生對探索性實驗教學的滿意度進行評價。結果表明,通過這種實驗教學,學生成績平均成績在85分以上,對教學的滿意度達95%以上,學生創(chuàng)新能力和積極性均有大幅度提高。

4 結語

探索性實驗以基金項目為基礎,提出適合本科生的實驗項目,將創(chuàng)新性放在首位,因而對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力更強。通過本實驗的開展,形成了一套以基金項目為依托的新實驗項目,并隨著承擔項目的變化,實驗項目也在不斷更新,因此可保證探索性實驗課程的連續(xù)性。本項目的開展為本科生創(chuàng)新實驗教學提供了新資源和新方法。