生物制药工艺学实验的教学改革与实践

黎 莉，于德涵，苏 适，王广慧

(绥化学院 食品与制药工程学院，黑龙江 绥化 152061)

生物制药指运用用微生物学、化学、生物化学、生物技术等科学的原理和方法，从生物体、生物组织、细胞等提取药物的技术，相关学科交叉较多，是现代制药产业的一个重要组成部分。学生通过生物制药工艺学实验课程的学习，掌握基本的实验技能及实验思维，为未来从事生物制药相关工作和科研打下工作基础。因此，针对生物制药工艺学实验教学出现的问题，必须对现有的教学模式进行深入的实验教学改革，对教学设计、在线学习和考核方式等进行相应的教学改革，构建创新实验教学平台，探索出适合实验教学的新模式，引导学生开展创新性思考和实践，探索出适合实验课教学的教学模式。

1 制约生物制药实验教学的因素

1.1 实验室条件的限制

生物制药工艺实验教学中，由于实验室场地、仪器设备、实验学时和试剂等因素的限制，导致部分实验项目无法在实验室中进行。尽管学校都购置了实验教学的相关设备，也可以开展实验项目，但是部分实验需要用到昂贵的精密仪器，但是由于实验课成本的制约，不能满足所有实验项目的需要，明显地制约了实验教学和学生实践的机会，部分实验在学校实验室很难具备相应的实验场地；实验项目中用到的酶、生物试剂盒等稳定性差，容易失去活性，导致实验得不到结果，由于经费和学时限制无法再进行重复实验。

1.2 实验时间的制约

生物学科的实验一般步骤多，时间长，生物制药工艺实验需要前期准备较长时间，并且实验操作过程时间长，如果实验操作失误，就会导致实验失败或者数据结果不准确，受到学时和实验材料限制，学生无法重新进行实验操作；此外，一些实验结果或者实验现象的重现性和可见度较差，学生进行一次实验很难得出正确的结论，影响最终实验的准确性。

2 基于创新型人才培养的实验教学探索

2.1 翻转课堂教学模式下的实验教学

传统实验课教学主要是以教师为主导的直接讲授法，教师准备实验器材及材料，按照板书讲解实验理论及实验步骤，学生完全按照教师安排好的步骤机械地完成实验内容，制约了实验教学的效果和学生的创新能力。翻转课堂教师提前针对每个实验内容，教师应该课前把制作好的新颖、生动的教学课件传到网络教学平台，督促学生在课前利用网络进行学习，而且提出具体的实验案例思考，激发学生主动学习的积极性。实验课堂上，教师在实验室巡视指导，监督学生的实验操作过程，对学生操作中出现的问题及时纠正，实验操作结束后组织学生对在实验中出现的问题和实验操作可以改进的步骤开展课堂讨论，通过提问的方式与学生交流讨论。讨论结束，教师对实验课进行总结。翻转课堂教学模式不仅改变了传统的教学结构和教学流程，实验课通过翻转课堂倡导以学生为主、教师为辅的新型教学模式，让学生进行探索性学习，使教学效果发挥到最佳。

2.2 生物制药工艺学虚拟仿真实验教学

图1 青霉素制备虚拟仿真实验

生物制药是和生产紧密相连的，很多生物制药工艺学实验涉及到药物大型的生产设备，这些是学生未来从事生物药物研发和生产的必要技能。由于实验经费和实验条件限制，在学校无法全部完成。药厂制药生产车间对洁净度要求高，学生进入生物制药车间观摩和操作难度很大。基于此，生物制药工艺学实验网络虚拟仿真实验教学平台就具有明显的优势，生物制药工艺学综合实验项目运用虚实融合技术平台，便于学生在线自主地展开在真实实验室受制约的生物制药实验操作，同时在线完成实验项目的预习及复习。工程性的实验项目以青霉素发酵生产工艺流程为例，实验中需要掌握发酵原理，掌握种子的制备、发酵过程控制与发酵相关参数的检测，掌握效价测定方法，这些在传统实验室内无法完成，通过虚拟现实能对现实实验场景进行模拟，教学的环境更加真实，可以为学生提供理论联系实际的机会，让学生身临其境地体验到生物制药过程所涉及的实验操作过程，有效地提高教学效果。在实验教学过程中真实实验与虚拟仿真实验相结合，完成生物制药工艺涉及的实验项目，同时节约实验成本，虚拟实验可以整合图像、视频、习题等不同的教学资源，使得实验教学变得多元化，学生可以随时观看生物药物制品的生产视频，同时完成在线测试题目，检测学习效果。

2.3 构建创新性实验教学项目

通过基础性实验训练学生掌握基本的实验原理、操作以及实验数据处理的方法，使学生掌握生物制药中的典型制药技术。在教学中融入创新性实验则是对学生文献查阅能力，实验路线设计能力，实验现象观察能力和实验数据分析的综合考察。以“茶叶中茶多酚的含量测定的实验”为例，实验前由教师给定实验目的和提供一定的实验条件，具体实施过程分为三个方面，见图 2。例如，由于学生在实验过程中知识掌握程度和动手能力有差别，实验前，让学生参加到实验课的准备工作中，根据根据班级情况以及实验仪器数量对其分组，有利于突出学生的主体地位。创新性综合实验给予学生充分的自主性，利用课外时间通过查阅文献资料，依据文献资料设计实验步骤，小组通过实验验证所设计方案，充分发挥其主观能动性。按照实验的进程，布置任务，以小组为单位，进行分组讨论。及时将实验设计反馈给实验课教师，教师对其实验设计进一步指导，学生及时调整实验设计内容。学生通过设计实验方案，准备实验，独立完成实验的全过程，观察实验现象，实验结果如何、是否与预测结果一致并分析原因，可增强学生独立的操作能力，教师起到辅助协作的作用，指导学生总结实验结果并对分析结果进行讨论，以切实提高课程教学效果，让学生通过实验加深对理论知识的理解，更能激发学生的学习兴趣，有利于实践型人才的培养。

2.4 调整实验课的考核方法

实验教学改革的最终目标就是提高实验教学质量，而合理的成绩评定方法是客观评价教学改革指标之一。传统实验教学考核仅依靠实验报告评分，不能衡量学生实验技能的掌握情况，学生的实验报告内容雷同。因此，对生物制药工艺的实验课程考核要积极建立多元化的实验考核机制。新的考核体系中药体现学生对整个实验的归纳总结和问题分析，同时杜绝实验报告的抄袭行为。因此，在生物制药工艺学实验的考核上，教师重点考察学生的实验基本操作是否正确、规范、熟练，学生的实验报告是否详细记录实验现象和数据。实验操作结束后，教师对实验原理，实验注意事项和重点操作进行提问，对学生的整个实验过程和实验态度等综合评价，通过评价方法改革以培养学生的积极性和主动性。改革后的考核比例及形式调整为期末技能考核(30%)、课程出勤率(10%)、实验报告及论文撰写(30%)、和实验操作(40%)。这种考核形式及比例，更注重培养学生的创新能力、动手能力，以此激发学生的实验兴趣，提高实验能力，培养高素质的生物制药人才。

图2 教学模式流程图

3 小结

《生物制药工艺学》实验内容既包含技术又有应用，是一门多学科交叉的实验。为了突出复合应用型人才的培养，实验课程改革从教学资源、教学内容、教学手段以及考核方法入手，提出一系列创新方法。在教学中使用虚拟仿真实验教学平台，能够突破传统教学的局限，在实验室完成整个生物制药生产过程的操作；让学生加入到实验的准备和设计中，强化学生对实验操作的掌握；构建多元化的课程考核体系，让学生从思想上重视实验课，完善对实验教学效果的评价。有利于培养学生的操作技能以及分析与解决问题的能力，提高学生的科研创新意识，培养出适应社会需求的生物制药学人才。