楊德龍, 栗孟飛, 李 唯

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 生命科學技術(shù)學院， 甘肅 蘭州 730070)

生物技術(shù)制藥教學改革與實踐

楊德龍, 栗孟飛, 李 唯

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 生命科學技術(shù)學院， 甘肅 蘭州 730070)

生物技術(shù)制藥是一門理論性和實踐性很強的學科。為適應生物制藥產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，培養(yǎng)出具有高素質(zhì)和創(chuàng)新能力的專業(yè)人才，生物技術(shù)制藥課程教學改革顯得尤為重要。論文圍繞提高生物技術(shù)制藥課程教學質(zhì)量與效果，提升學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為核心問題，通過對課程教學改革的背景，課程體系建設、教學方法與手段的改革進行探討，以期完善生物技術(shù)制藥的教學環(huán)節(jié)，為教學體系建設提供借鑒和有益的參考。

生物技術(shù)制藥；教學改革；創(chuàng)新能力

生物技術(shù)制藥是以現(xiàn)代生物技術(shù)五大工程(基因工程、細胞工程、酶/抗體工程、發(fā)酵工程和生化工程)原理與技術(shù)為基礎，借助生物載體，定向設計組建和誘導具有預期性的生物體活性代謝產(chǎn)物，進而獲得對人類有益的生物制品[1]。生物技術(shù)制藥是一門理論性和實踐性很強的交叉學科，該學科的發(fā)展對人類和其它動物生命健康、疾病治療產(chǎn)生了積極的影響，是當前研究最熱、發(fā)展最迅速的學科之一，突出了“生物技術(shù)”和“藥學”的融會貫通，具有知識面廣、內(nèi)容多、更新快、實驗操作要求高等特點。以該學科為重要支撐的生物制藥已成為當今最活躍、發(fā)展最快的高新科技產(chǎn)業(yè)，對生物技術(shù)制藥高素質(zhì)專業(yè)人才需求也日益增加。針對這一情況，如何增強生物技術(shù)制藥課程教學效果，培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)生物技術(shù)制藥復合型人才，是當前生物制藥領域人才培養(yǎng)的焦點問題[2]，因此，探索研究生物技術(shù)制藥教學改革對提高教學質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。本文通過對生物技術(shù)制藥教學改革和實踐經(jīng)驗進行總結(jié)，以期完善生物技術(shù)制藥的教學環(huán)節(jié), 為教學體系建設提供借鑒和有益的參考。

1 修訂教學大綱，優(yōu)化教學內(nèi)容，提高教學質(zhì)量

緊密結(jié)合生物技術(shù)(生物制品)專業(yè)服務獸醫(yī)藥開發(fā)學科特點和發(fā)展要求，基于理論與實驗并重的原則，通過系統(tǒng)教學調(diào)研和研討，重新修訂了生物技術(shù)制藥理論與實驗教學、考試大綱等基本教學資料，建立了科學的三大模塊課程教學體系，即理論教學、實驗教學和實踐教學模塊(見圖1)。在教學過程中，刪減相關(guān)課程重復的理論教學內(nèi)容，精選、重組和更新核心內(nèi)容，并拓展補充研究進展；縮減理論教學時數(shù)，加大實驗教學力度，使二者學時比例接近1∶1，突出理論與實驗并重，增強教學內(nèi)容理論聯(lián)系實際的科學性和實用性。在理論教學模塊中，突出生物技術(shù)五大工程技術(shù)在生物技術(shù)制藥課程中的重要性，強調(diào)基因工程和細胞工程的基礎性，突出抗體工程、酶工程、發(fā)酵工程的綜合性，以及生化工程(生物分離工程)的應用性。

比如，在基因工程制藥章節(jié)中，通過簡要講解基因工程的基本原理，以豬口蹄疫O型基因工程疫苗和雞專用基因工程(IFNα+IFNγ)干擾素制備為例，穿插講解引物設計方法、PCR 原理、限制性內(nèi)切酶、DNA重組、遺傳轉(zhuǎn)化以及基因的表達調(diào)控等相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)，使抽象的理性認識變?yōu)榫唧w的感性認識，可有效提高學生對理論知識的理解。同時，注重學科前沿知識，把最新研究成果引入教學中。如補充生物技術(shù)靶向藥物、藥物基因組學、口蹄疫和禽流感疫苗的研發(fā)等專題，讓學生及時了解生物技術(shù)制藥的前沿。

在實驗和實踐教學過程中，緊密結(jié)合理論教學內(nèi)容，在強化基本生物技術(shù)技能的同時，增加綜合性、設計性實驗內(nèi)容的教學比例。如開展基因的克隆、表達及基因工程表達產(chǎn)物分離純化；固定化細胞法生產(chǎn)L-天冬氨酸和L-丙氨酸；細胞培養(yǎng)制備次生代謝產(chǎn)物等綜合性、設計性實驗，以提高學生應用各種實驗技術(shù)的綜合能力和對理論知識的理解能力。在此基礎上，有針對性開展多元化教學實踐，如進入生物制藥廠、科研實驗室實地參觀考察、短期實習等方式，使學生對教學內(nèi)容的理解由理性認識上升到感性認識，從而激發(fā)學生對學習和科研的主動性，最終達到較為理想的教學效果。

圖1 生物技術(shù)制藥課程體系

2 改進教學方法與手段，加強素質(zhì)教育，提高教學效果

2.1 多媒體和板書相結(jié)合，提高課堂教學效果

運用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，可以滿足直觀的生物技術(shù)制藥相關(guān)圖片、Flash動畫、視頻、網(wǎng)絡資源等形象教學，大幅度增加課堂教學的信息量，使抽象枯燥的教學內(nèi)容直觀化、形象化[3]。但單一的多媒體課件教學也存在一定的弊端，比如內(nèi)容繁多，切換頻繁，容易造成學生視覺和思維疲勞；教師把更多的精力放在電腦和屏幕上，不利于教師與學生之間情感的交流和互動，削弱了課堂的生動性[4]。因此，在教學過程中，對于一些重點原理和關(guān)鍵技術(shù)，除了運用多媒體詳細展示講解外，還需要結(jié)合板書來提高學生對課堂知識的理解，同時緩解學生的視覺疲勞，留出充足的時間給予學生思考和討論。

為了驗證“多媒體+板書”的教學方式效果，問卷調(diào)查了2009級生物技術(shù)專業(yè)(動物)(教學方式：板書)，2009級生物技術(shù)專業(yè)(生物制品)(教學方式：多媒體)和2010級生物技術(shù)專業(yè)(生物制品)(教學方式：板書+多媒體)共176名同學對3種教學方法的綜合滿意度，結(jié)果顯示，95.36%的學生對“板書+多媒體”教學表示滿意，顯著高于其它兩種教學方法的(“板書”61.13%，“多媒體”80.82%)，見圖2；另外，通過分析3個年級期末平均卷面成績來看，“板書+多媒體”教學方式的課程卷面平均成績最高，平均達到87.45分(見圖3)。由此可以看出，“多媒體+板書”相結(jié)合的教學方法有利于學生對理論知識的理解和掌握。

圖2 3種教學方法的學生滿意度

圖3 3種教學方法的學生課程平均成績

2.2 講授和討論相結(jié)合，實現(xiàn)教學互動

傳統(tǒng)的“滿堂灌、填鴨式”教學方式表現(xiàn)為過分強調(diào)老師的主導地位，忽略了學生的主體地位和作用，而啟發(fā)式的教育方式不僅可以充分調(diào)動學生學習的主觀能動性，增強學生獨立發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的能力，而且還對增強學生創(chuàng)新思維、參與意識和自我獲取知識能力的訓練具有積極的作用[5-7]。例如，我們在講授生物制藥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景章節(jié)中，先向?qū)W生提出目前世界范圍內(nèi)急需治療的重大疾病類型，在討論中總結(jié)癌癥、艾滋病、冠心病、糖尿病等惡性疾病對傳統(tǒng)化學制藥和中醫(yī)藥的挑戰(zhàn)，進而讓學生認知到生物技術(shù)制藥的巨大市場潛力和良好的發(fā)展前景。然后，讓學生依據(jù)已學課程基因工程、細胞工程、酶/抗體工程、發(fā)酵工程和生化工程的原理與技術(shù)，思考和討論利用這些工程技術(shù)所能生產(chǎn)的生物藥物類型，讓學生加深了利用基因工程可以生產(chǎn)干擾素、胰島素、白細胞介素等藥物；利用細胞工程可以生產(chǎn)人類生理活性因子、疫苗、單克隆抗體等藥物；利用酶工程可以生產(chǎn)葡萄糖氧化酶、青霉素?；负挺?半乳糖苷酶等藥物；利用微生物發(fā)酵工程可以生產(chǎn)抗生素、酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)等藥物；利用生化工程可以對已知藥物加以結(jié)構(gòu)改造或人工合成等藥物的理論知識點和關(guān)鍵技術(shù)的重要性。這種啟發(fā)式、討論式相結(jié)合的互動教學方法，激發(fā)學生勤于思考能力，提高學生課堂中注意力，加強教學效果。從2009級生物技術(shù)(動物)專業(yè)(60人)對課程全程采用“講授和討論，實現(xiàn)教學互動”教學方法的學生滿意度、學生參與率和回答問題的準確率調(diào)查發(fā)現(xiàn)(表1)，隨著教學進程的進行，學生對該教學方法的滿意度、參與率和回答問題的準確率逐漸增高，得到較為滿意的教學效果。

表1 “講授和討論相結(jié)合，實現(xiàn)教學互動”教學法教學效果調(diào)查

2.3 小組實驗和開放實驗相結(jié)合，提升實驗教學內(nèi)涵

高校擴招，教學硬件資源緊張是目前中國高等教育普遍的問題，尤其是理工科實驗室，學生多而硬件資源嚴重不足尤為突出[8]。由于生物技術(shù)制藥實驗設計內(nèi)容較多，操作程序復雜，單個實驗周期長，學生無法在課堂上有限學時內(nèi)完成，如果嚴格按照教學計劃進程，“煮餃子式”的觀摩實驗很難達到教學效果。因此，為了提高實驗教學效果，小組實驗和開放實驗勢在必行[9]。在教學過程中，我們通過實驗教學的大膽探索，打破常規(guī)，拋棄大組實驗模式，采用小組實驗(2人1組)，“5+2”模式(工作日+雙休日)和師生共同管理實驗室模式，全天候開放實驗，為學生提供良好的實驗平臺，讓學生變?yōu)閷嶒炇抑魅?，學生根據(jù)自己的時間安排，積極主動地在節(jié)假日或課余時間完成實驗內(nèi)容，在時間上充分保證了課程實驗的順利完成。尤其在“生物技術(shù)制藥綜合實驗”實踐教學體系中，依據(jù)我們教學團隊在植物基因工程和細胞工程制藥上的科研優(yōu)勢，將“葡萄細胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物白藜蘆醇”引入生物技術(shù)制藥綜合性設計性實驗中，在實驗內(nèi)容上涵蓋基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、生物分離工程等理論和技術(shù)在制藥上的應用。在具體實施中，教師準備實驗源頭材料，向?qū)W生講授主干技術(shù)路線，然后分實驗小組，讓學生查閱相關(guān)資料，獨立設計各實驗環(huán)節(jié)的具體實施方案，并以PPT形式進行師生討論，完善實驗方案。在實驗實施中，教師對學生藥品配備、儀器操作、實驗記錄等各個環(huán)節(jié)進行問答考核。實驗結(jié)束后，按照既定實驗教學要求，撰寫實驗報告，并以分組答辯的形式對學生整個課程理論、實驗操作技術(shù)、實驗結(jié)果分析、存在的問題與改進措施等進行綜合考核，評定學生實驗成績。通過多年的實驗教學改革與實踐，生物技術(shù)制藥課程實驗教學體系逐步完善，教學質(zhì)量顯著提高，進一步促進了該課程實驗教學的內(nèi)涵式發(fā)展。

2.4 教學與科研相結(jié)合，激發(fā)學生學習主動性和積極性，培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力

生物技術(shù)制藥是實踐性很強的課程，對于學生科研思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)尤為關(guān)鍵[10-11]。因此，在實驗教學過程中，要充分發(fā)揮科研帶動教學的優(yōu)勢，通過大學生實踐創(chuàng)新項目和科研興趣小組的形式積極引導學生融入科學研究，盡早培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維及科研能力[3]。為此，我們積極鼓勵和引導學生參與本課程相關(guān)的科研項目，如中草藥活性物質(zhì)提取分離、活性物質(zhì)純化鑒定，細胞工程生產(chǎn)次生代謝物質(zhì)，微生物發(fā)酵生產(chǎn)藥物等方面的科研項目，以及學生自主申請的大學生實踐創(chuàng)新項目和“挑戰(zhàn)杯”等課外學術(shù)平臺，激勵學生的實踐教學的主動性和創(chuàng)新性。目前，我們已結(jié)合相關(guān)科研項目，將成熟的科研成果和創(chuàng)新性融入到實驗教學中，保證實驗教學內(nèi)容的新穎性、前瞻性和實用性。我們已在利用細胞培養(yǎng)制備植物(葡萄、銀杏、蘿卜等)活性次生代謝物質(zhì)(白藜蘆醇、類黃酮、萊菔子素等)等科研轉(zhuǎn)化教學方面取得了良好的教學效果。

此外，在激勵學生參與科研的同時，我們精心組織學生到蘭州生物制品廠、蘭州佛慈藥業(yè)、蘭州扶正藥業(yè)、中國農(nóng)科院蘭州獸研所等校外實踐基地一線生產(chǎn)車間進行觀摩教學實習；邀請校外知名專家和企業(yè)家進行學術(shù)講座等多元化實踐教學形式，使學生有更多的平臺和機會了解生物技術(shù)制藥研究的發(fā)展現(xiàn)狀，跟蹤學科發(fā)展的前沿，揭示生物技術(shù)制藥的魅力，激發(fā)學生的學習積極性和主動性。通過近5年(2010—2014年)跟蹤調(diào)查，學生參與此項教學活動的比率由10.3%(2010年)，提高到81.5%(2014年)；學生的滿意度在2014年達到94.3%(圖5)。通過以上實驗實踐教學改革與實踐，顯著提高學生對生物技術(shù)制藥的認知能力、分析問題和解決問題能力、以及科研創(chuàng)新思維能力。

圖5 學生參與科研的教學效果調(diào)查

3 結(jié)語

通過對生物技術(shù)制藥課程理論和實踐教學的改革與實踐，也即教學大綱的修訂、教學內(nèi)容的優(yōu)化、教學方法與手段的改進等，有效促進了學生的學習積極性和實踐能力，提高了教學質(zhì)量和教學效果。該課程的改革與實踐經(jīng)驗，將對進一步完善生物技術(shù)制藥的教學環(huán)節(jié)，教學體系建設提供借鑒和有益的參考。

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Improvement of teaching methods of biotechnological pharmaceutics

YANG De-long, LI Meng-fei, LI Wei

(College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Biotechnological pharmaceutics is one of higher theoretical and practical subjects. In order to meet the fast development of the bio-pharmacy and culturing high qualified technical staffs with innovating capacities, it is very important to improve teaching methods of the biotechnological pharmaceutics. In this paper, me mainly focused on the key issues of improving teaching qualities and effects of the biotechnological pharmaceutics, and advancing compound abilities of students, we also discussed the background of teaching innovation of the biotechnological pharmaceutics, its course system construction, and the improvement of teaching methods and means as well, which would provide a useful reference in making the teaching system of the course system more reasonable.

biotechnological pharmaceutics; teaching reform; innovating capacity

2014-08-04；

2014-10-06

甘肅農(nóng)業(yè)大學教學研究重點項目(2014);甘肅農(nóng)業(yè)大學教學團隊建設項目(2014)；甘肅農(nóng)業(yè)大學本科教育重點課程建設項目(2010-2012-8)

楊德龍, 博士, 副教授, 專業(yè)方向為生物技術(shù). E-mail: yangdl@gsau.edu.cn。

G642.0;TQ46-4

C

2095-1736(2015)02-0106-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.02.106