面向制藥工程專業(yè)的本科生微生物學教學改革實踐與應用

龔勁松，李 恒，李 會，耿 燕，許正宏，史勁松

（江南大學藥學院，江蘇無錫 214122）

面向制藥工程專業(yè)的本科生微生物學教學改革實踐與應用

龔勁松，李 恒，李 會，耿 燕，許正宏，史勁松

（江南大學藥學院，江蘇無錫 214122）

為進一步提高制藥工程專業(yè)本科生的微生物學專業(yè)課程教學質(zhì)量，提高學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，在微生物學教學實踐中開展了一系列改革，取得了很好的效果。對選用教材、豐富教學內(nèi)容、采用多樣化教學等方面改革的必要性及近年來在這些方面實施改革的特色性進行總結(jié)，為制藥工程專業(yè)的本科生教學提供參考。

微生物學；教學實踐；改革；制藥工程

為適應經(jīng)濟發(fā)展的需要及改變專業(yè)設(shè)置不合理的局面，教育部于1998年進行了普通高校的本科專業(yè)目錄調(diào)整，將原有的化學制藥、生物制藥(部分)、中藥制藥(部分)整合成制藥工程專業(yè)。該學科是一門奠定在藥學、生物技術(shù)、化學和工程學基礎(chǔ)上的新興工程技術(shù)類交叉學科，旨在培養(yǎng)出“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力”的新型藥學專業(yè)人才。該學科除運用化學、藥學等專業(yè)科學的原理和方法外，微生物學、生物技術(shù)、生物化學等學科知識在其中發(fā)揮了舉足輕重的作用。微生物資源開發(fā)、代謝工程、生物轉(zhuǎn)化以及基因工程等技術(shù)為推動制藥工程專業(yè)的深入發(fā)展注入了新活力，為充分挖掘該科學的優(yōu)勢增加了動力。由于它的發(fā)展與人類健康密切相關(guān)，因而在近10年來獲得快速發(fā)展，已成為目前的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟價值和良好的社會效益，表現(xiàn)出極大的應用潛力［1-4］。鑒于該學科的專業(yè)綜合性及重要性，對學生的基礎(chǔ)知識學習則提出了更高要求。

江南大學制藥工程專業(yè)微生物學學時分配共計64學時，安排在大三上學期進行，先修相關(guān)課程主要包括生物化學與分子生物學。該課程作為其中一門重要的基礎(chǔ)課程，具有極強的理論性和實踐性，主要目標是培養(yǎng)學生通過學習具備扎實的理論基礎(chǔ)，保證學生能夠進行有關(guān)微生物生產(chǎn)的基本操作，同時培養(yǎng)學生分析和解決各種應用微生物學實踐問題的能力。但是微生物本身個體微小，肉眼難以看見，導致其生命活動規(guī)律不易被人們所熟知，而且隨著現(xiàn)代生命科學的迅速進步，微生物學領(lǐng)域中的知識體系日趨豐富，新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)［4-5］。這些客觀情況的存在勢必給微生物學課程教學增加了難度。

微生物學在制藥工程專業(yè)尤其是生物制藥方向的課程計劃中起到核心作用，是一門關(guān)鍵的基礎(chǔ)課程。對于該課程的掌握程度將直接影響到其他后續(xù)相關(guān)課程的理解與認知，如發(fā)酵工程、制藥工藝學等科目。因此開展好微生物學課程的教學工作有利于提升制藥工程專業(yè)的整體教學質(zhì)量。此外，由于微生物制藥技術(shù)屬于新興領(lǐng)域，相應的教學工作發(fā)展也仍不夠成熟，目前高校微生物學課程教學中依然存在著諸多不合理性和尚待改進的空間，隨著微生物學知識體系的進步，制藥工程專業(yè)的微生物學教學框架、內(nèi)容、形式還有待完善，改革勢在必行。

1 選用合適的教材及教學參考書

好的教材是順利開展教學的前提，教材的重要性在于它是知識的載體，同時又是教師在課堂進行教學的主要依據(jù)。然而，目前針對高校各類生物及藥學專業(yè)編寫的微生物學教材種類繁多，而且各教材均有自身的側(cè)重點和趨向性，這就決定了教材的選取十分重要［6］，針對制藥工程的專業(yè)需求選擇一本合適的教材需格外慎重。江南大學制藥工程專業(yè)是一個具有理工特色的專業(yè)，尤其兼具該校的輕工、工業(yè)生物技術(shù)和生物制藥特色，因此選定了江南大學諸葛健教授主編的《微生物學》(第2版)為主教材，中國藥科大學周長林教授主編的《微生物學》為輔助教材；這兩本教材的時效性強、知識體系完備、符合當前微生物學領(lǐng)域的發(fā)展水平。另外，為了輔助教學及提供給學生作為課外參考讀物，還選擇了浙江大學梅樂和教授主編的《現(xiàn)代酶工程》，Tao等主編、許建和等譯的《生物催化在制藥工業(yè)的應用》，第四軍醫(yī)大學金伯泉教授等主編的《醫(yī)學免疫學（第5版）》作為參考書目，以進一步充實和完善制藥工程專業(yè)的教學體系和授課內(nèi)容，針對制藥工程專業(yè)學生的專業(yè)需求對教材內(nèi)容進行相應調(diào)整，增設(shè)基因工程菌、微生物轉(zhuǎn)化、病原微生物基礎(chǔ)、醫(yī)學微生物學以及微生物免疫學等相關(guān)知識體系。

2 合理安排教學內(nèi)容

在教學過程中除選用合適教材外，定期查閱文獻資料了解本學科的最新發(fā)展動態(tài)也非常必要；結(jié)合微生物學領(lǐng)域前沿成果，讓學生在獲得扎實的理論基礎(chǔ)的同時，能更好地理解并掌握該學科的原理方法和最新知識［5］。另外，微生物學內(nèi)容繁雜，相對枯燥。在授課過程中，可針對教材中的知識、理論，結(jié)合實際生活、新聞報道或生產(chǎn)經(jīng)驗，多舉實例，使理論知識與現(xiàn)實生活有機結(jié)合，可顯著增加學生的學習興趣。例如，在講解病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)生理特征知識時，可結(jié)合時下最受公眾關(guān)注的西非烈性傳染病病毒埃博拉為例來進行講解；藍細菌章節(jié)的講授過程中可引用2007年太湖藍藻污染事件以及到目前為止時有發(fā)生的藍藻爆發(fā)導致自來水污染的案例進行共同闡述。這些內(nèi)容在教材上往往是不會出現(xiàn)的、但因其新聞效應及與現(xiàn)實生活的密切關(guān)系，能使學生更有興趣、更容易理解，并且，通過相關(guān)新聞報道及書本知識的傳播，使學生自覺地去學習相關(guān)原理和基礎(chǔ)知識。又如，在介紹德氏乳桿菌（Lactobacillus delbrueckii）的過程中，可結(jié)合該菌株的亞種德氏乳桿菌保加利亞亞種（簡稱保加利亞乳桿菌）來進行介紹，這種菌有益于健康，在多種市售酸奶中均有存在。通過這樣的講授方式使學生既學習掌握了專業(yè)知識又活躍了課堂氣氛。

其次，一本完整的教材通常是面向不同需求、不同層次的學生所編寫的，內(nèi)容較為綜合、全面［4］，但是對于授課教師來說，一門課程的課時是有限的，因此在有限的時間內(nèi)如何讓學生充分掌握必需知識、為專業(yè)學習服務(wù)，還需做到合理的“取舍”——擺脫“教教材”模式，充分參考各教材的長處，對教材內(nèi)容進行挖掘和改變，凸顯專業(yè)特色。目前多數(shù)高等院校仍將其作為一門普通微生物學課程來開設(shè)，缺少專業(yè)針對性較強的微生物教學方式，課程學習與專業(yè)培養(yǎng)目標聯(lián)系不夠密切，不具備專業(yè)特色［7］。切合教學和專業(yè)的實際需要，有效實現(xiàn)教學目的，才能取得良好的教學效果，真正做到學有所用［8］。江南大學在工業(yè)微生物研究方面具有良好的基礎(chǔ)和雄厚的資源，建有糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室、工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室、發(fā)酵工程國家重點學科等優(yōu)勢平臺，因此，在制藥工程專業(yè)的微生物學教學和授課過程中可彰顯自身優(yōu)勢，體現(xiàn)工業(yè)微生物和生物技術(shù)在制藥工業(yè)的應用特色，讓這些優(yōu)勢學科基礎(chǔ)能充分為制藥工程專業(yè)的教學所用。如氨基酸、維生素、抗生素等藥物或前體的發(fā)酵生產(chǎn)，酶制劑在醫(yī)藥中間體生物轉(zhuǎn)化合成中的應用。早在20世紀40年代，Howard Walter Florey和ErnstChain探索了青霉素的大規(guī)模生產(chǎn)方法，使青霉素的生產(chǎn)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并為此獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎；而自20世紀50年代起，氨基酸發(fā)酵工業(yè)、酶制劑工業(yè)和維生素發(fā)酵工業(yè)相繼誕生；至今為止工業(yè)微生物發(fā)酵技術(shù)已廣泛應用到制藥行業(yè)。微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在藥物研發(fā)中的許多突破性進展同樣給醫(yī)藥工業(yè)創(chuàng)造了顯著的醫(yī)療價值和經(jīng)濟效益。甾體激素藥物具有極其重要的醫(yī)用價值，傳統(tǒng)化學合成方法較為困難，采用廉價易得的甾醇為原料利用微生物可選擇性降解甾醇側(cè)鏈制備合成甾體激素類藥物［9］。當然這些僅僅只是微生物學在醫(yī)藥領(lǐng)域成功應用的部分典范。這些代表性的成功實例為制藥工程專業(yè)的微生物學本科課程講授提供了良好的素材。

再次，可從自身專業(yè)角度以及學校優(yōu)勢課題研究角度進行授課。在介紹微生物育種與應用時，可給學生講述育種在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，如20世紀70年代，本校諸葛健等人［10］從自然界中篩選到一株能利用葡萄糖高產(chǎn)甘油的酵母經(jīng)鑒定名為產(chǎn)甘油假絲酵母（Candida glycerinogenes），是目前世界上發(fā)酵法生產(chǎn)甘油水平最高的菌株之一；創(chuàng)建了生產(chǎn)甘油的整套工藝和設(shè)備，建成并成功投產(chǎn)，完成了對美國的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。但該工藝最初用于篩選的環(huán)境樣品采集及菌種篩選工作卻耗時多年，這充分說明菌種篩選工作的艱巨性及合理篩選策略的必要性。江南大學孫志浩教授在國內(nèi)外首次采用微生物酶法拆分制備的D-泛解酸內(nèi)酯生產(chǎn)D-泛醇，已取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益［11］。陳堅教授領(lǐng)銜承擔了“九五”重大科技攻關(guān)項目—“發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸中試”的研究，已達到國內(nèi)外先進水平，獲得了國家專利，填補了國內(nèi)發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的空白。這些微生物工藝的建立及在生產(chǎn)中的成功應用體現(xiàn)了微生物學在工業(yè)中的重要價值。另外，從自身專業(yè)角度和科研方向介紹微生物學相關(guān)知識也是一種有利于提升學生學習興趣的途徑［6］。在介紹基因突變和基因工程育種的過程中，可結(jié)合自己對產(chǎn)酶菌株進行基因工程改造的研究實例入手，通過一些實驗現(xiàn)象圖片和流程圖的展示介紹多種突變方法在產(chǎn)酶基因改造中的有效應用，以用于改善微生物的生理特性，為其工業(yè)應用奠定基礎(chǔ)。通過這種多樣化、并結(jié)合實際的教學方式可使枯燥乏味的理論教學變成學生能生動形象地了解微生物學技術(shù)在設(shè)計解決實際問題時的可操作性的過程，學生的積極主動性和學習興趣無疑將明顯改善。

3 豐富教學形式，開展多樣化教學

3.1利用多媒體提高教學效率和教學質(zhì)量

當今社會科技高速發(fā)展、信息量劇增，若要具備良好的競爭力，必須借助一定工具和策略才能提高信息處理能力和工作效率，教學工作同樣如此?，F(xiàn)行階段，傳統(tǒng)教學手段已不能滿足教學工作的需求，而采用多媒體教學則勢在必行。通過這種方式可以借鑒大量網(wǎng)絡(luò)圖片和實驗照片來開展圖文并茂的教學，通過一些微生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、微生物生產(chǎn)工藝、現(xiàn)場操作等圖示，動畫，視頻這些形象化的手段進行全方位、多功能的展示，有助于學生理解并掌握所學知識；并且可以根據(jù)學科的發(fā)展定期更新相關(guān)內(nèi)容，把握最新研究進展，補充文獻資料中的最新研究成果。這種方法的優(yōu)點在于，相比單一的板書，可動靜結(jié)合、形式多樣，有利于集中學生的注意力；對于復雜問題，可通過視頻動畫等形式進行動態(tài)描繪，增加感性理解，便于掌握；在有限課時內(nèi)可展示大量信息，有助于靈活教學，節(jié)約了板書時間，提高了教學效率；多媒體課件制作簡便，內(nèi)容可隨時進行調(diào)整及完善，提升了備課效率［12-13］。

3.2 引導學生自主學習

微生物學課程內(nèi)容繁多，但是課時有限；而且隨著科學進步，一些新的理論和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在此情況下如何能保證教學質(zhì)量，除了提高教學效率外，引導學生進行自主學習將是一個重要手段。

利用網(wǎng)絡(luò)學習。在這個信息呈爆炸式增長、知識日新月異的時代，互聯(lián)網(wǎng)因其方便快捷、信息儲量大等優(yōu)勢而受到科研工作者的廣泛關(guān)注。在培養(yǎng)學生自學能力的過程中，利用網(wǎng)絡(luò)進行學習就成為了一條重要途徑［14］。多引導學生利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)查閱微生物學資料，不斷拓展自身知識面，這些網(wǎng)站主要有：美國國立生物技術(shù)信息中心http://www.ncbi.nlm.nih.gov，基因組數(shù)據(jù)庫http://www.gdb/org/，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫http://www.rcsb.bnl.gov/，世界微生物數(shù)據(jù)中心http:// www.wdcm.riken.go.jp，中國工業(yè)微生物菌種保藏中心http://www.china-cicc.org/，中國微生物學會http://csm. im.ac.cn/，美國微生物學會http://www.asm.org/等；還可針對自身興趣有針對性的進入一些專業(yè)論壇進行學習、交流、咨詢及求助，這其中包括眾多國內(nèi)外的學習論壇，如小木蟲論壇http://emuch.net/bbs/，生物秀http: //www.bbioo.com/，微生物之家www.clsi.com.cn/，丁香園http://www.dxy.cn/等。通過這些網(wǎng)站論壇可與同行、專家學者進行交流，獲取到許多書本以外的專業(yè)知識，把握微生物學，尤其是醫(yī)藥微生物學領(lǐng)域的最新動態(tài)，不斷提高主動學習、發(fā)現(xiàn)新知識、自主分析解決問題的能力。

利用中英文參考書籍和文獻資料進行學習。課堂上的教學主要集中于指定教材及其他少數(shù)幾本教學參考書，獲取知識范圍相對有限，這時還可鼓勵學生通過一些中英文參考書籍或文獻來輔助學習。學會在圖書館進行資料查閱檢索。另外，搜索網(wǎng)絡(luò)上的免費文獻書籍資料也是一種重要途徑，如Google學術(shù)搜索http: //www.scholar.google.com/（或谷粉搜索http://www.gfsoso.com/scholar）；此外，還可采用圖書館所購買的中英文電子數(shù)據(jù)庫通過關(guān)鍵詞進行文獻檢索，這些中文數(shù)據(jù)庫主要包括中國知網(wǎng)http://www.cnki.net/，萬方數(shù)據(jù)http://g.wanfangdata.com.cn/，維普網(wǎng)http://www.cqvip.com/；英文文獻數(shù)據(jù)庫則主要包括Elsevier數(shù)據(jù)庫http://www.sciencedirect.com/，德國斯普林格數(shù)據(jù)庫http://link.springer.com/，Wiley-Blackwell數(shù)據(jù)庫http:// onlinelibrary.w iley.com/，英國自然出版集團刊物http:// www.nature.com/，美國科學促進會刊物http://www.sciencemag.org/等。

3.3開展討論式教學

改變傳統(tǒng)的僅由老師進行授課的教學模式，結(jié)合課程所學知識，給學生提出整體方案或課題，由學生分小組自行查閱資料、總結(jié)凝練、撰寫報告、并進行多媒體展示，并且需由其他同學提出問題或不足所在，自由發(fā)表見解，最終由老師進行點評。例如，第一章緒論中，微生物發(fā)展簡史部分主要介紹了過去數(shù)百年間所發(fā)生的重大變革性事件，包括Leeuwenhoek用自制的顯微鏡觀察到細菌形態(tài)、柯赫原則的提出、Watson、Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等，而近半個世紀來微生物學領(lǐng)域則經(jīng)歷了更加快速的發(fā)展，因此，可出討論題“近代主要有哪些重大事件或重要技術(shù)的出現(xiàn)”；微生物形態(tài)及生長與代謝章節(jié)中，介紹了細菌在醫(yī)藥化工等多個領(lǐng)域均具有廣泛應用，放線菌在抗生素的生產(chǎn)中具有重要應用，對于酵母菌的相關(guān)介紹相對較少，因而，可以由學生查閱文獻資料，了解“一些重要的酵母菌株在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是制藥工業(yè)中的主要用途”；藍細菌和藻類部分的講解過程中，提到藍藻也具有一些重要應用價值，但是太湖藍藻的爆發(fā)卻是造成了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，那么“如何來應對這種污染問題？如何進行預防和治理？作為在校大學生或科研工作者該怎么做？”這些討論課題的提出，可深入挖掘?qū)W生的創(chuàng)新思維能力和實踐能力。這類教學活動可在理論知識學習結(jié)束后的學期末得到開展，每個報告講解時間限制在15～20min內(nèi)，自由討論與提問點評占時不超過10m in，整個活動占用約2～3個課時的時間。

在教學過程中，討論式教學的模式得到了多數(shù)學生的積極響應，取得了良好效果。他們通過查閱中英文參考書籍、文獻資料以及網(wǎng)絡(luò)資源，充分利用課后時間對所選課題進行了討論、規(guī)劃、調(diào)研和整理，以小組的形式圍繞相關(guān)科學問題設(shè)計和尋找解決方案并制作成為多媒體課件，在課堂上進行PPT展示和討論。通過這樣的實踐經(jīng)歷可加強學生對微生物學相關(guān)知識的理解和掌握，并且有利于培養(yǎng)學生積極主動學習的作風以及分析問題和解決問題的能力。其次，通過資料查閱、報告整理、以及多媒體課件的制作、展示和討論等環(huán)節(jié)，還能鍛煉學生的圖表和課件制作、文獻檢索、語言組織和口頭表達等綜合能力。

4 結(jié)論

總之，在制藥工程專業(yè)的微生物學本科教學實踐中我們深刻體會到，教學方法的合理運用，對于教師和學生都極其重要。除了傳統(tǒng)的微生物學形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生長繁殖、代謝調(diào)控及應用外，還應包括基因工程、生物轉(zhuǎn)化、病原微生物、醫(yī)學微生物學以及微生物免疫學等內(nèi)容。選用合適的教材、合理安排教學內(nèi)容、采用多樣化的教學形式，對于優(yōu)化教學模式，提高教學質(zhì)量，以及培養(yǎng)和提升學生綜合素質(zhì)等方面都具有積極效果。通過對微生物學專業(yè)課程的教學創(chuàng)新性改革的實踐與應用，充分把握住了該課程作為我校特色制藥工程專業(yè)的定位，以及我校制藥工程專業(yè)作為教育部品牌特色專業(yè)建設(shè)點和教育部“卓越工程師培育計劃”試點專業(yè)的角色定位，通過一系列改革取得了較好的教學效果，提升了教學質(zhì)量和學生綜合素質(zhì)。在今后的教學過程中，我們將繼續(xù)努力探索面向制藥工程專業(yè)微生物學教學的創(chuàng)新方法，繼續(xù)深化改革教學內(nèi)容，進一步豐富授課形式，并不斷實踐與應用，爭取早日將微生物學課程建設(shè)成深受學生歡迎的精品課程。

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App lication ofm icrobiology teaching performance in undergraduate education of pharmaceuticalengineering

GONG Jin-song，LIHeng，LIHui，GENGYan，XU Zheng-hong，SHIJin-song
(Schoolof PharmaceuticalScience,Jiangnan University,Wuxi214122,China)

In order to improve the teaching quality ofm icrobiology course in pharmaceutical engineering and enhance the comprehensive and innovation ability,a series of reform ingmeasures onm icrobiology teaching performancewere performed.And the results obtained are excellent.In this study,various strategies,including selecting right textbooks,enriching the teaching contents,applying diverse teachingmethods,were summarized to provide a reference forundergraduate education of pharmaceuticalengineering.

m icrobiology;teaching performance;reform;pharmaceuticalengineering

G642

C

2095－1736（2015）03－0100－04

10.3969/j.issn.2095-1736.2015.03.100

2014-11-03；

2014-11-19

江南大學教改項目(JGB2013037)

龔勁松，博士，從事生物制藥方面的教學及科研工作，E-mail:jinsonggong.bio@hotmail.com；

史勁松，教授，主要從事微生物學方面研究，E-mail:shijs@163.com。