生物制藥工藝有效教學體系的構成

楊仲毅 付永前 李 娜 呼高偉

（臺州學院 浙江·臺州 318000）

生物制藥產業是近年來全球制藥行業中增長最為迅速的子行業，具有生物制藥工藝技術素養的人才肩負著制藥產業升級的重任。研究生物制藥工藝的有效教學體系，協調各課程內容，建立培養與評價體系，培養高素質的生物制藥人才，是一項對行業和地區經濟持續發展具有前瞻性的措施。

1 課程體系

生物制藥專業根據學校目標定位的不同有相應的課程體系。[1]結合臺州的制藥產業優勢和臺州學院的特點，生物制藥工藝的有效教學應涵蓋生物制藥工藝的各個層次，包括基本知識、基礎技術、工藝技術和工藝設計四個層次的課程。

1.1 基本知識（化學、生物學、藥學）

相關課程有：有機化學、無機化學、分析化學；生物化學、微生物學、細胞生物學、分子生物學；生物技術藥物、藥劑學、藥理學、免疫學、生物制藥工藝學等。

作為一種藥物，研究學習它的生產工藝，首先需要了解該物質的性質。有機、無機及分析化學課程不僅有助于了解物質的理化性質，還是進一步學習生物化學、微生物學等其他課程的基礎。但對于有機、無機及分析化學，可以突出面上的知識，減少與生物和工藝關聯不是很密切的內容。減少化學類課程總數，是一個比較適合于生物制藥專業學生的課程安排。

生物藥物來源于生物，作用于生物。“生物化學”“微生物學”分別講述了物質之間在生物體內是如何轉換的，以及制藥工藝中最常用到的工具——微生物的一些基本知識。“動物學”“植物學”對制藥工藝的理解有所幫助，比如藥用的動植物資源等知識，屬于有益但并非必須的課程。“細胞生物學”是在顯微、亞顯微和分子水平三個層次上，研究細胞的結構、功能和各種生命規律，也對生物制藥工藝的理解有著較大的幫助，是工藝技術人員在實踐中進一步提升技能所必須的。“分子生物學”對生物制藥工藝的有效教學顯得尤為必要。基因工程已經成為現代生物制藥的一個重要手段，雖然在“微生物學”等課程中都會講述一些微生物基因工程制藥的內容，但制藥工業中以單抗為代表的分子生物學內容已經飛速發展，有必要在“分子生物學”課程中進行系統的講解。

最后是有關藥物本身的基礎知識。“生物制藥工藝學”課程本身提供了藥物的相關分類及臨床應用基礎知識，另外也要加強藥理學、藥劑學、免疫學及生物技術藥物等知識的系統性學習。這些知識既是理解藥物和人體相互作用的基礎，也是進一步技術創新的源泉。

1.2 基礎技術（單元操作、分析檢測等）

相關課程有：化工原理、儀器分析、生物工程設備等。

在具有本行業的基礎知識后，接下來要進入藥物生產的環境中，掌握相關的制藥技術，學習如何成為一個操作人員。

“化工原理”不僅講述了物料在生產加工過程中的傳質、傳熱、傳動及反應過程，還講述了傳質過程中的各種單元操作，如蒸餾、萃取、干燥、吸附分離、膜分離等方法，是一個操作人員從會操作到明白為什么這樣操作的主要理論知識依據，也是生物制藥工藝學中工藝形成的主要依據。

“儀器分析”和“生物工程設備”分別介紹了制藥工藝中非常重要的分析儀器和工藝設備。尤其是“生物工程設備”課程，有助于學生理解生物制藥工藝的技術路線選擇。比如發酵液的固液分離，應該選擇離心設備、膜過濾設備還是流化床設備，需要學生對設備和分離提取技術有一個宏觀綜合的概念。分析儀器雖然不一定與制藥工藝直接關聯，但作為一個操作工以上層次的技術人員，需要對工藝步驟進行及時的分析，對產品質量也需要時刻放在心上。

1.3 工藝技術（上游、中游、下游工藝術，及制劑技術等）

相關課程：發酵工藝學、分離工程、動物細胞培養、生化工程；藥劑學；酶工程等。

生物制藥工藝傳統上可以分為上游、中游和下游技術。上游工藝技術主要以得到適合于批量生產的生物體為主要目的，比如菌種的篩選保存、擴大培養等等。中游技術一般指以生物反應為核心的技術模塊，比如發酵、生物反應、動物細胞培養、植物組織培養等等，這些工藝過程既需要技術上的指導，也需要設備和操作的完美配合。“發酵工藝學”較為詳細的介紹了菌種、發酵的工藝技術和設備要求，是生物制藥工藝有效教學體系的核心課程之一。

下游工藝傳統上指的是產品化學成分的得到，也就是分離純化技術，但是隨著制藥行業的變遷，我們有必要把制劑也歸于下游技術，或者在下游技術之外再加一個制劑技術。“生物分離工程”是下游工藝的標志性課程，也是生物制藥工藝有效教學的重要課程。

“生化工程”則是在以上基礎上的提高，主要是從理論上闡明工藝技術、設備和操作為什么要配合、應該如何配合，對于培養技術員以上層次的應用型人才是一門非常好的課程；酶工程技術作為當代制藥行業綠色化的一面旗幟，其本身的應用較廣，不限于制藥行業，“酶工程”課程講述了一個較為完整的與酶相關的工藝技術過程，也是一門應用性較強的課程。

隨著國內制藥行業的技術和產品升級，越來越多的廠家從原料藥的制造轉型到制劑的生產。對于生物制藥專業，與制劑相關的課程可以作為生物制藥工藝有效教學的主要課程之一。

1.4 工藝設計（產品開發、工廠設計等）

相關課程有：生物制藥工藝學、GMP 等。

不同工廠的設備生產能力、精度以及工人熟練程度等因素都大不相同，甚至同一個工廠在不同的時期的工藝也可能不同。在這個層次上需要有實踐經驗的教師把相關內容和理念穿插到教學過程中來實現。“生物制藥工藝學”介紹了各種生物藥物，以及這些藥物的制造工藝，可以作為主要課程，但應補充對工藝設計的總體介紹；“生物技術藥物”以介紹藥物為主，附帶提到了藥品的制造工藝，可以作為“生物制藥工藝學”的替代課程；工廠設計和畢業設計環節有對工藝過程進行生產線設計的任務，“GMP”“制藥設備與車間設計”等課程可以作為工藝設計的指導性和選修性課程。[2]

在實際的課程安排中，上述各種技術和工藝內容往往不能與各門課程一一對應，有些內容可能會在不同的課程中都有體現，需要注意側重點和深度的不同。比如有關發酵的知識，在“微生物學”“發酵工藝學”“生物制藥工藝”等課程中都會涉及，它們分別強調了有關發酵的基本知識、基本理論和操作以及在制藥工業中的具體應用。

各種技術內容要在各門課程中科學合理有序的推進和體現。原則上可以按照上述基本知識、基本技術、工藝技術和工藝設計的次序進行安排。同時在課程內容上應與時俱進。比如微生物學、細胞生物學的教學內容可以多一些體現生物制藥的新趨勢，尤其是動物細胞培養，其對應的單抗藥物已在全球十大暢銷藥中占據了半壁以上江山。

上述課程體系在實驗課的教學上更需要系統化，盡量使各門課程的實驗內容可以構成完整的生物制藥實驗技能體系。

2 課程教學方法

為達到生物制藥工藝有效教學的目的，課堂教學方法上也需要有更多的創新。生物制藥工藝的教學不僅要考慮到理論知識的教學，還要更多的考慮實驗和實踐內容的教學；不僅要考慮學生在校期間的知識能力學習，也要為他們在實踐工作中的提升埋下思維的種子。

（1）將更多的理論知識融合到實踐內容中來講解。生物制藥工藝課程體系中有許多課程概念多、理論知識抽象、公式冗雜、內容枯燥，對于缺乏實踐知識和經驗的學生來說有相當大的難度，采用傳統教學方法教學效果自然不太理想。但這些課程中有許多內容是可以結合實驗課來講解的，在理論課上顯得非常高深的知識面對實物時會有非常直觀的認知；許多關于操作和設備運行的知識也更適合在實踐中進行教學。這需要我們做出一些大膽的嘗試，打破理論課和實驗課的界限，也打破教室和實驗室的界限。[3]

（2）更多的行業執業者型教師。學院派和行業派教師各有自己的特長，兩者所教授的重點也有所不同，將兩者結合更有利于應用型人才的培養。相對而言，學院派教師更擅長將知識講透，行業派教師則更側重于將學生教會。生物制藥工藝的有效教學需要兩種風格的教師共同協作達成。行業執業者型教師可以參與到教學環節中，或者單獨授課。根據以往的實踐，我們最要注意的是避免兩種教學類型強硬融合造成的混亂，導致學生對知識、操作以及教師留下不良的印象。

（3）更多的教學方式。傳統的課堂灌輸式教學仍是必不可少，但是新的教學方式如網上課程、遠程教學、慕課等，都是對傳統教學方法非常好的補充。對于生物制藥工藝的有效教學，工藝不同層次可以采取不同的教學手段。如一些小實驗可以走進理論課教室，理論課可以走進實驗室，而工程課則可以走進工程現場，工藝課則在條件允許的情況下走進生產車間。實驗課則盡量帶有任務性，以激發學生的主動性。

3 生物制藥工藝有效教學硬件和軟件

為提高生物制藥工藝教學的實效性，教學環節需盡量接近真實情景。

3.1 進一步完善教室的多媒體設備，跟蹤視頻新技術，課堂教學中的單元操作、工程設備、工藝現場可以采用視頻等方式再現

多媒體教室已經成為高校的一個標配，同時許多課程我們都可以在網上找到視頻資源，比如“化工原理”“儀器分析”“生化工程”等等，這為制藥工藝的有效教學提供了一個很好的方式。拓寬這些在線課程，增加一些單元操作、工程設備講解和工藝現場的視頻講解，可以提高在常規教室理論課教學的效率，進一步提高生物制藥工藝教學的有效性。

3D全息投影、遠程互動、虛擬現實等設備和技術也都已經常規化，將會在不遠的未來走進教室，也將增加教學的趣味性和有效性。

3.2 實驗室及實訓室建設

實踐環節可通過虛擬仿真教學、工廠見習等方式予以強化，更重要的是構建實驗室和實訓體系。首先要創造一個實訓的環境，各個實驗室和實訓室應該有足夠人份的儀器，以使每個學生都能參與到實驗任務中；其它的實驗器材和試劑、材料也要足夠，盡量使學生自己準備所需的實驗物品。

其次要根據實驗課程與內容體系，梳理實驗室體系中的必要教學環節和設備，尤其是需要整理綜合實驗的教學內容，清楚制約實驗教學的軟件和硬件因素，注重培養學生的動手能力和開闊其視野。比如動物細胞培養罐和層析技術的缺失，將使學生失去對單克隆抗體藥物的直觀認識。一個好的完善的從菌種到發酵再到提取和產品的工藝過程再現，則可以幫助學生加深對工藝的理解，以及樹立積極的工作價值觀。

另外要實現對生物制藥工藝的有效教學，需要有一定數量的教師從事相關的科研工作。教師科研室的實驗裝備和課題某種程度上才是真正反映了該專業在生物制藥工藝教學上的有效性。

理想的體系包括且不限于以下實驗室：（1）微生物實驗室，應具有足夠設備器材以使每位學生接受常規的微生物實驗培訓。（2）細胞培養實驗室，應具有一套單抗生產的流程，可以進行細胞的保存、培養、發酵，以及蛋白分離純化、檢測設備。（3）發酵實訓室，應具有足夠的培養箱、搖床、發酵罐，可以進行菌種、發酵技術培訓，可以進行發酵過程工藝技術控制實訓。（4）分離提取實訓室，應具有各類分離純化的設備，可以進行各種分離提取技術實訓，比如離子交換、膜技術、離心分離、層析技術、結晶等操作。（5）分析檢測實驗室（QC 實驗室），應具有相關儀器，可以進行藥品質量各項指標檢測的實訓，能夠寫出基本藥物的質量檢測報告。（6）制劑實驗室，應可以進行基本的片劑、針劑和凍干劑型制作，以及一些中成藥劑型制作。（7）中試車間，應具有基本完整的公斤級從菌種到發酵，以及分離提取的小型生產線，具有精烘包房間。至少可以進行模擬生產及工藝設計的教學。（8）虛擬仿真實驗室，應可以進行一些實驗技術及工藝流程的仿真操作與培訓；可以進行工程現場的遠程在線教學。

3.3 師資與文化氛圍建設

（1）師資素質。 對于生物制藥工藝的有效教學，教師師資素質是首要因素。要達到使學生領悟“工藝”的層次，與工藝相關課程的教師自身需有理論、實踐及教學的經驗；或者能有效發掘利用網絡資源，能組織相關教師和專家給予學生及時有效的解答。其他相關課程的任課教師能夠在授課時啟發學生知識和應用的聯系。

（2）文化氛圍。創造一個學生主動學，教師樂于教的教學環境，讓學生在學習過程中明白生物制藥知識是如何通過工藝的實踐形成經濟價值的。

4 產學研結合機制研究

（1）企業教師或導師。許多學校生物制藥專業的教師其經歷無法構成完整的生物制藥體系，在一些課程中聘請企業或社會教師、導師顯然是有效的。一些相關專業如醫學、管理、市場等領域的專家也可以成為生物制藥工藝有效教學的有益擴充。

（2）校內導師。推廣和深化校內導師制，打破導師和學生之間的隔閡，使得學生有更多的機會參與了解生物制藥工藝的全過程，是對課堂教學非常有益的補充。

（3）工廠見習和生產實習。工廠見習可以在生物制藥工藝的教學過程中使學生得到直觀的認知，使他們知道，工藝技術是知識轉化為生產力的必要環節。而生產實習則是讓學生直接參與到制造過程中，為他們過渡到相關行業的就業提供一個平臺。工廠見習和生產實習需要引入實質性機制比如 “雙師制”和頂崗實習以避免形式化，有效延伸生物制藥工藝及相關課程的教學效果。

（4）學生科研探索。除了正常的課程教學，以學生為主體的任務型科研探索也是提升生物制藥工藝教學效果，發掘優秀學生的一個有效途徑。

5 結語

生物制藥工藝教學是生物制藥人才培養的核心內容之一，掌握生物制藥工藝是專業人員從業的基本條件，是從事產品生產、開發、銷售、管理等工作的基礎。提高生物制藥工藝教學效率不僅僅是教師的責任，也需要學生、企業、學校的共同努力。