生物制藥工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與實(shí)踐

黎 莉，于德涵，蘇 適，王廣慧

(綏化學(xué)院 食品與制藥工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

生物制藥指運(yùn)用用微生物學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、生物技術(shù)等科學(xué)的原理和方法，從生物體、生物組織、細(xì)胞等提取藥物的技術(shù)，相關(guān)學(xué)科交叉較多，是現(xiàn)代制藥產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。學(xué)生通過生物制藥工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能及實(shí)驗(yàn)思維，為未來從事生物制藥相關(guān)工作和科研打下工作基礎(chǔ)。因此，針對生物制藥工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)的問題，必須對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，對教學(xué)設(shè)計(jì)、在線學(xué)習(xí)和考核方式等進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革，構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，探索出適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，引導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新性思考和實(shí)踐，探索出適合實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的教學(xué)模式。

1 制約生物制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)的因素

1.1 實(shí)驗(yàn)室條件的限制

生物制藥工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)室場地、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和試劑等因素的限制，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無法在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。盡管學(xué)校都購置了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)設(shè)備，也可以開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但是部分實(shí)驗(yàn)需要用到昂貴的精密儀器，但是由于實(shí)驗(yàn)課成本的制約，不能滿足所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需要，明顯地制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會，部分實(shí)驗(yàn)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室很難具備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場地；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中用到的酶、生物試劑盒等穩(wěn)定性差，容易失去活性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)得不到結(jié)果，由于經(jīng)費(fèi)和學(xué)時(shí)限制無法再進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)間的制約

生物學(xué)科的實(shí)驗(yàn)一般步驟多，時(shí)間長，生物制藥工藝實(shí)驗(yàn)需要前期準(zhǔn)備較長時(shí)間，并且實(shí)驗(yàn)操作過程時(shí)間長，如果實(shí)驗(yàn)操作失誤，就會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗或者數(shù)據(jù)結(jié)果不準(zhǔn)確，受到學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)材料限制，學(xué)生無法重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；此外，一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的重現(xiàn)性和可見度較差，學(xué)生進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)很難得出正確的結(jié)論，影響最終實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

2 基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要是以教師為主導(dǎo)的直接講授法，教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材及材料，按照板書講解實(shí)驗(yàn)理論及實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生完全按照教師安排好的步驟機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和學(xué)生的創(chuàng)新能力。翻轉(zhuǎn)課堂教師提前針對每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師應(yīng)該課前把制作好的新穎、生動的教學(xué)課件傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，督促學(xué)生在課前利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而且提出具體的實(shí)驗(yàn)案例思考，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。實(shí)驗(yàn)課堂上，教師在實(shí)驗(yàn)室巡視指導(dǎo)，監(jiān)督學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程，對學(xué)生操作中出現(xiàn)的問題及時(shí)糾正，實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后組織學(xué)生對在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題和實(shí)驗(yàn)操作可以改進(jìn)的步驟開展課堂討論，通過提問的方式與學(xué)生交流討論。討論結(jié)束，教師對實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行總結(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)和教學(xué)流程，實(shí)驗(yàn)課通過翻轉(zhuǎn)課堂倡導(dǎo)以學(xué)生為主、教師為輔的新型教學(xué)模式，讓學(xué)生進(jìn)行探索性學(xué)習(xí)，使教學(xué)效果發(fā)揮到最佳。

2.2 生物制藥工藝學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

圖1 青霉素制備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

生物制藥是和生產(chǎn)緊密相連的，很多生物制藥工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及到藥物大型的生產(chǎn)設(shè)備，這些是學(xué)生未來從事生物藥物研發(fā)和生產(chǎn)的必要技能。由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)條件限制，在學(xué)校無法全部完成。藥廠制藥生產(chǎn)車間對潔凈度要求高，學(xué)生進(jìn)入生物制藥車間觀摩和操作難度很大。基于此，生物制藥工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺就具有明顯的優(yōu)勢，生物制藥工藝學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)用虛實(shí)融合技術(shù)平臺，便于學(xué)生在線自主地展開在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室受制約的生物制藥實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)在線完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)及復(fù)習(xí)。工程性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程為例，實(shí)驗(yàn)中需要掌握發(fā)酵原理，掌握種子的制備、發(fā)酵過程控制與發(fā)酵相關(guān)參數(shù)的檢測，掌握效價(jià)測定方法，這些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無法完成，通過虛擬現(xiàn)實(shí)能對現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)場景進(jìn)行模擬，教學(xué)的環(huán)境更加真實(shí)，可以為學(xué)生提供理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會，讓學(xué)生身臨其境地體驗(yàn)到生物制藥過程所涉及的實(shí)驗(yàn)操作過程，有效地提高教學(xué)效果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，完成生物制藥工藝涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，虛擬實(shí)驗(yàn)可以整合圖像、視頻、習(xí)題等不同的教學(xué)資源，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得多元化，學(xué)生可以隨時(shí)觀看生物藥物制品的生產(chǎn)視頻，同時(shí)完成在線測試題目，檢測學(xué)習(xí)效果。

2.3 構(gòu)建創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

通過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)原理、操作以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法，使學(xué)生掌握生物制藥中的典型制藥技術(shù)。在教學(xué)中融入創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則是對學(xué)生文獻(xiàn)查閱能力，實(shí)驗(yàn)路線設(shè)計(jì)能力，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察能力和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的綜合考察。以“茶葉中茶多酚的含量測定的實(shí)驗(yàn)”為例，實(shí)驗(yàn)前由教師給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮吞峁┮欢ǖ膶?shí)驗(yàn)條件，具體實(shí)施過程分為三個(gè)方面，見圖 2。例如，由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中知識掌握程度和動手能力有差別，實(shí)驗(yàn)前，讓學(xué)生參加到實(shí)驗(yàn)課的準(zhǔn)備工作中，根據(jù)根據(jù)班級情況以及實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量對其分組，有利于突出學(xué)生的主體地位。創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)給予學(xué)生充分的自主性，利用課外時(shí)間通過查閱文獻(xiàn)資料，依據(jù)文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，小組通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮其主觀能動性。按照實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，布置任務(wù)，以小組為單位，進(jìn)行分組討論。及時(shí)將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)反饋給實(shí)驗(yàn)課教師，教師對其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)一步指導(dǎo)，學(xué)生及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容。學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的全過程，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何、是否與預(yù)測結(jié)果一致并分析原因，可增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立的操作能力，教師起到輔助協(xié)作的作用，指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對分析結(jié)果進(jìn)行討論，以切實(shí)提高課程教學(xué)效果，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對理論知識的理解，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于實(shí)踐型人才的培養(yǎng)。

2.4 調(diào)整實(shí)驗(yàn)課的考核方法

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的最終目標(biāo)就是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，而合理的成績評定方法是客觀評價(jià)教學(xué)改革指標(biāo)之一。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核僅依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告評分，不能衡量學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的掌握情況，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容雷同。因此，對生物制藥工藝的實(shí)驗(yàn)課程考核要積極建立多元化的實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制。新的考核體系中藥體現(xiàn)學(xué)生對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的歸納總結(jié)和問題分析，同時(shí)杜絕實(shí)驗(yàn)報(bào)告的抄襲行為。因此，在生物制藥工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)的考核上，教師重點(diǎn)考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本操作是否正確、規(guī)范、熟練，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，教師對實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和重點(diǎn)操作進(jìn)行提問，對學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)態(tài)度等綜合評價(jià)，通過評價(jià)方法改革以培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動性。改革后的考核比例及形式調(diào)整為期末技能考核(30%)、課程出勤率(10%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及論文撰寫(30%)、和實(shí)驗(yàn)操作(40%)。這種考核形式及比例，更注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力，以此激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囵B(yǎng)高素質(zhì)的生物制藥人才。

圖2 教學(xué)模式流程圖

3 小結(jié)

《生物制藥工藝學(xué)》實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既包含技術(shù)又有應(yīng)用，是一門多學(xué)科交叉的實(shí)驗(yàn)。為了突出復(fù)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)課程改革從教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段以及考核方法入手，提出一系列創(chuàng)新方法。在教學(xué)中使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，能夠突破傳統(tǒng)教學(xué)的局限，在實(shí)驗(yàn)室完成整個(gè)生物制藥生產(chǎn)過程的操作；讓學(xué)生加入到實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的掌握；構(gòu)建多元化的課程考核體系，讓學(xué)生從思想上重視實(shí)驗(yàn)課，完善對實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評價(jià)。有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作技能以及分析與解決問題的能力，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新意識，培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的生物制藥學(xué)人才。