生物技術(shù)制藥教學(xué)改革與實(shí)踐

楊德龍, 栗孟飛, 李 唯

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

生物技術(shù)制藥教學(xué)改革與實(shí)踐

楊德龍, 栗孟飛, 李 唯

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

生物技術(shù)制藥是一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。為適應(yīng)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(xué)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(xué)質(zhì)量與效果，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為核心問題，通過對(duì)課程教學(xué)改革的背景，課程體系建設(shè)、教學(xué)方法與手段的改革進(jìn)行探討，以期完善生物技術(shù)制藥的教學(xué)環(huán)節(jié)，為教學(xué)體系建設(shè)提供借鑒和有益的參考。

生物技術(shù)制藥；教學(xué)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(xì)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(chǔ)，借助生物載體，定向設(shè)計(jì)組建和誘導(dǎo)具有預(yù)期性的生物體活性代謝產(chǎn)物，進(jìn)而獲得對(duì)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(shí)踐性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，該學(xué)科的發(fā)展對(duì)人類和其它動(dòng)物生命健康、疾病治療產(chǎn)生了積極的影響，是當(dāng)前研究最熱、發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，突出了“生物技術(shù)”和“藥學(xué)”的融會(huì)貫通，具有知識(shí)面廣、內(nèi)容多、更新快、實(shí)驗(yàn)操作要求高等特點(diǎn)。以該學(xué)科為重要支撐的生物制藥已成為當(dāng)今最活躍、發(fā)展最快的高新科技產(chǎn)業(yè)，對(duì)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(duì)這一情況，如何增強(qiáng)生物技術(shù)制藥課程教學(xué)效果，培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)生物技術(shù)制藥復(fù)合型人才，是當(dāng)前生物制藥領(lǐng)域人才培養(yǎng)的焦點(diǎn)問題[2]，因此，探索研究生物技術(shù)制藥教學(xué)改革對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。本文通過對(duì)生物技術(shù)制藥教學(xué)改革和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，以期完善生物技術(shù)制藥的教學(xué)環(huán)節(jié), 為教學(xué)體系建設(shè)提供借鑒和有益的參考。

1 修訂教學(xué)大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量

緊密結(jié)合生物技術(shù)(生物制品)專業(yè)服務(wù)獸醫(yī)藥開發(fā)學(xué)科特點(diǎn)和發(fā)展要求，基于理論與實(shí)驗(yàn)并重的原則，通過系統(tǒng)教學(xué)調(diào)研和研討，重新修訂了生物技術(shù)制藥理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考試大綱等基本教學(xué)資料，建立了科學(xué)的三大模塊課程教學(xué)體系，即理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)模塊(見圖1)。在教學(xué)過程中，刪減相關(guān)課程重復(fù)的理論教學(xué)內(nèi)容，精選、重組和更新核心內(nèi)容，并拓展補(bǔ)充研究進(jìn)展；縮減理論教學(xué)時(shí)數(shù)，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)力度，使二者學(xué)時(shí)比例接近1∶1，突出理論與實(shí)驗(yàn)并重，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)性和實(shí)用性。在理論教學(xué)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(qiáng)調(diào)基因工程和細(xì)胞工程的基礎(chǔ)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(yīng)用性。

比如，在基因工程制藥章節(jié)中，通過簡(jiǎn)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(shè)計(jì)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(dá)調(diào)控等相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)，使抽象的理性認(rèn)識(shí)變?yōu)榫唧w的感性認(rèn)識(shí)，可有效提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。同時(shí)，注重學(xué)科前沿知識(shí)，把最新研究成果引入教學(xué)中。如補(bǔ)充生物技術(shù)靶向藥物、藥物基因組學(xué)、口蹄疫和禽流感疫苗的研發(fā)等專題，讓學(xué)生及時(shí)了解生物技術(shù)制藥的前沿。

在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)過程中，緊密結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容，在強(qiáng)化基本生物技術(shù)技能的同時(shí)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)比例。如開展基因的克隆、表達(dá)及基因工程表達(dá)產(chǎn)物分離純化；固定化細(xì)胞法生產(chǎn)L-天冬氨酸和L-丙氨酸；細(xì)胞培養(yǎng)制備次生代謝產(chǎn)物等綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生應(yīng)用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的綜合能力和對(duì)理論知識(shí)的理解能力。在此基礎(chǔ)上，有針對(duì)性開展多元化教學(xué)實(shí)踐，如進(jìn)入生物制藥廠、科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)地參觀考察、短期實(shí)習(xí)等方式，使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解由理性認(rèn)識(shí)上升到感性認(rèn)識(shí)，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)和科研的主動(dòng)性，最終達(dá)到較為理想的教學(xué)效果。

圖1 生物技術(shù)制藥課程體系

2 改進(jìn)教學(xué)方法與手段，加強(qiáng)素質(zhì)教育，提高教學(xué)效果

2.1 多媒體和板書相結(jié)合，提高課堂教學(xué)效果

運(yùn)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(dòng)畫、視頻、網(wǎng)絡(luò)資源等形象教學(xué)，大幅度增加課堂教學(xué)的信息量，使抽象枯燥的教學(xué)內(nèi)容直觀化、形象化[3]。但單一的多媒體課件教學(xué)也存在一定的弊端，比如內(nèi)容繁多，切換頻繁，容易造成學(xué)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(xué)生之間情感的交流和互動(dòng)，削弱了課堂的生動(dòng)性[4]。因此，在教學(xué)過程中，對(duì)于一些重點(diǎn)原理和關(guān)鍵技術(shù)，除了運(yùn)用多媒體詳細(xì)展示講解外，還需要結(jié)合板書來提高學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解，同時(shí)緩解學(xué)生的視覺疲勞，留出充足的時(shí)間給予學(xué)生思考和討論。

為了驗(yàn)證“多媒體+板書”的教學(xué)方式效果，問卷調(diào)查了2009級(jí)生物技術(shù)專業(yè)(動(dòng)物)(教學(xué)方式：板書)，2009級(jí)生物技術(shù)專業(yè)(生物制品)(教學(xué)方式：多媒體)和2010級(jí)生物技術(shù)專業(yè)(生物制品)(教學(xué)方式：板書+多媒體)共176名同學(xué)對(duì)3種教學(xué)方法的綜合滿意度，結(jié)果顯示，95.36%的學(xué)生對(duì)“板書+多媒體”教學(xué)表示滿意，顯著高于其它兩種教學(xué)方法的(“板書”61.13%，“多媒體”80.82%)，見圖2；另外，通過分析3個(gè)年級(jí)期末平均卷面成績(jī)來看，“板書+多媒體”教學(xué)方式的課程卷面平均成績(jī)最高，平均達(dá)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(xué)方法有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。

圖2 3種教學(xué)方法的學(xué)生滿意度

圖3 3種教學(xué)方法的學(xué)生課程平均成績(jī)

2.2 講授和討論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)

傳統(tǒng)的“滿堂灌、填鴨式”教學(xué)方式表現(xiàn)為過分強(qiáng)調(diào)老師的主導(dǎo)地位，忽略了學(xué)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(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的能力，而且還對(duì)增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維、參與意識(shí)和自我獲取知識(shí)能力的訓(xùn)練具有積極的作用[5-7]。例如，我們?cè)谥v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(duì)傳統(tǒng)化學(xué)制藥和中醫(yī)藥的挑戰(zhàn)，進(jìn)而讓學(xué)生認(rèn)知到生物技術(shù)制藥的巨大市場(chǎng)潛力和良好的發(fā)展前景。然后，讓學(xué)生依據(jù)已學(xué)課程基因工程、細(xì)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(xué)生加深了利用基因工程可以生產(chǎn)干擾素、胰島素、白細(xì)胞介素等藥物；利用細(xì)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(duì)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(shí)點(diǎn)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(dòng)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生勤于思考能力，提高學(xué)生課堂中注意力，加強(qiáng)教學(xué)效果。從2009級(jí)生物技術(shù)(動(dòng)物)專業(yè)(60人)對(duì)課程全程采用“講授和討論，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)”教學(xué)方法的學(xué)生滿意度、學(xué)生參與率和回答問題的準(zhǔn)確率調(diào)查發(fā)現(xiàn)(表1)，隨著教學(xué)進(jìn)程的進(jìn)行，學(xué)生對(duì)該教學(xué)方法的滿意度、參與率和回答問題的準(zhǔn)確率逐漸增高，得到較為滿意的教學(xué)效果。

表1 “講授和討論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)”教學(xué)法教學(xué)效果調(diào)查

2.3 小組實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)涵

高校擴(kuò)招，教學(xué)硬件資源緊張是目前中國(guó)高等教育普遍的問題，尤其是理工科實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生多而硬件資源嚴(yán)重不足尤為突出[8]。由于生物技術(shù)制藥實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，操作程序復(fù)雜，單個(gè)實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，學(xué)生無法在課堂上有限學(xué)時(shí)內(nèi)完成，如果嚴(yán)格按照教學(xué)計(jì)劃進(jìn)程，“煮餃子式”的觀摩實(shí)驗(yàn)很難達(dá)到教學(xué)效果。因此，為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，小組實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)勢(shì)在必行[9]。在教學(xué)過程中，我們通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大膽探索，打破常規(guī)，拋棄大組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，采用小組實(shí)驗(yàn)(2人1組)，“5+2”模式(工作日+雙休日)和師生共同管理實(shí)驗(yàn)室模式，全天候開放實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生變?yōu)閷?shí)驗(yàn)室主人，學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間安排，積極主動(dòng)地在節(jié)假日或課余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在時(shí)間上充分保證了課程實(shí)驗(yàn)的順利完成。尤其在“生物技術(shù)制藥綜合實(shí)驗(yàn)”實(shí)踐教學(xué)體系中，依據(jù)我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)在植物基因工程和細(xì)胞工程制藥上的科研優(yōu)勢(shì)，將“葡萄細(xì)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(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上涵蓋基因工程、細(xì)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(yīng)用。在具體實(shí)施中，教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)源頭材料，向?qū)W生講授主干技術(shù)路線，然后分實(shí)驗(yàn)小組，讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，獨(dú)立設(shè)計(jì)各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的具體實(shí)施方案，并以PPT形式進(jìn)行師生討論，完善實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施中，教師對(duì)學(xué)生藥品配備、儀器操作、實(shí)驗(yàn)記錄等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行問答考核。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按照既定實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并以分組答辯的形式對(duì)學(xué)生整個(gè)課程理論、實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、存在的問題與改進(jìn)措施等進(jìn)行綜合考核，評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)。通過多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐，生物技術(shù)制藥課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系逐步完善，教學(xué)質(zhì)量顯著提高，進(jìn)一步促進(jìn)了該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵式發(fā)展。

2.4 教學(xué)與科研相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力

生物技術(shù)制藥是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，對(duì)于學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，要充分發(fā)揮科研帶動(dòng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，通過大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目和科研興趣小組的形式積極引導(dǎo)學(xué)生融入科學(xué)研究，盡早培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及科研能力[3]。為此，我們積極鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生參與本課程相關(guān)的科研項(xiàng)目，如中草藥活性物質(zhì)提取分離、活性物質(zhì)純化鑒定，細(xì)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(xiàng)目，以及學(xué)生自主申請(qǐng)的大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目和“挑戰(zhàn)杯”等課外學(xué)術(shù)平臺(tái)，激勵(lì)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性。目前，我們已結(jié)合相關(guān)科研項(xiàng)目，將成熟的科研成果和創(chuàng)新性融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的新穎性、前瞻性和實(shí)用性。我們已在利用細(xì)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(xué)方面取得了良好的教學(xué)效果。

此外，在激勵(lì)學(xué)生參與科研的同時(shí)，我們精心組織學(xué)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(guó)農(nóng)科院蘭州獸研所等校外實(shí)踐基地一線生產(chǎn)車間進(jìn)行觀摩教學(xué)實(shí)習(xí)；邀請(qǐng)校外知名專家和企業(yè)家進(jìn)行學(xué)術(shù)講座等多元化實(shí)踐教學(xué)形式，使學(xué)生有更多的平臺(tái)和機(jī)會(huì)了解生物技術(shù)制藥研究的發(fā)展現(xiàn)狀，跟蹤學(xué)科發(fā)展的前沿，揭示生物技術(shù)制藥的魅力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。通過近5年(2010—2014年)跟蹤調(diào)查，學(xué)生參與此項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)的比率由10.3%(2010年)，提高到81.5%(2014年)；學(xué)生的滿意度在2014年達(dá)到94.3%(圖5)。通過以上實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)踐，顯著提高學(xué)生對(duì)生物技術(shù)制藥的認(rèn)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(xué)生參與科研的教學(xué)效果調(diào)查

3 結(jié)語

通過對(duì)生物技術(shù)制藥課程理論和實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐，也即教學(xué)大綱的修訂、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法與手段的改進(jìn)等，有效促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)踐能力，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。該課程的改革與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將對(duì)進(jìn)一步完善生物技術(shù)制藥的教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)體系建設(shè)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(xué)教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(2014);甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(2014)；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)本科教育重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目(2010-2012-8)

楊德龍, 博士, 副教授, 專業(yè)方向?yàn)樯锛夹g(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