生物技术制药教学改革与实践

杨德龙, 栗孟飞, 李 唯

(甘肃农业大学 生命科学技术学院， 甘肃 兰州 730070)

生物技术制药教学改革与实践

杨德龙, 栗孟飞, 李 唯

(甘肃农业大学 生命科学技术学院， 甘肃 兰州 730070)

生物技术制药是一门理论性和实践性很强的学科。为适应生物制药产业的快速发展，培养出具有高素质和创新能力的专业人才，生物技术制药课程教学改革显得尤为重要。论文围绕提高生物技术制药课程教学质量与效果，提升学生的综合素质和创新能力为核心问题，通过对课程教学改革的背景，课程体系建设、教学方法与手段的改革进行探讨，以期完善生物技术制药的教学环节，为教学体系建设提供借鉴和有益的参考。

生物技术制药；教学改革；创新能力

生物技术制药是以现代生物技术五大工程(基因工程、细胞工程、酶/抗体工程、发酵工程和生化工程)原理与技术为基础，借助生物载体，定向设计组建和诱导具有预期性的生物体活性代谢产物，进而获得对人类有益的生物制品[1]。生物技术制药是一门理论性和实践性很强的交叉学科，该学科的发展对人类和其它动物生命健康、疾病治疗产生了积极的影响，是当前研究最热、发展最迅速的学科之一，突出了“生物技术”和“药学”的融会贯通，具有知识面广、内容多、更新快、实验操作要求高等特点。以该学科为重要支撑的生物制药已成为当今最活跃、发展最快的高新科技产业，对生物技术制药高素质专业人才需求也日益增加。针对这一情况，如何增强生物技术制药课程教学效果，培养具有实践能力和创新能力的高素质生物技术制药复合型人才，是当前生物制药领域人才培养的焦点问题[2]，因此，探索研究生物技术制药教学改革对提高教学质量、培养创新人才具有重要意义。本文通过对生物技术制药教学改革和实践经验进行总结，以期完善生物技术制药的教学环节, 为教学体系建设提供借鉴和有益的参考。

1 修订教学大纲，优化教学内容，提高教学质量

紧密结合生物技术(生物制品)专业服务兽医药开发学科特点和发展要求，基于理论与实验并重的原则，通过系统教学调研和研讨，重新修订了生物技术制药理论与实验教学、考试大纲等基本教学资料，建立了科学的三大模块课程教学体系，即理论教学、实验教学和实践教学模块(见图1)。在教学过程中，删减相关课程重复的理论教学内容，精选、重组和更新核心内容，并拓展补充研究进展；缩减理论教学时数，加大实验教学力度，使二者学时比例接近1∶1，突出理论与实验并重，增强教学内容理论联系实际的科学性和实用性。在理论教学模块中，突出生物技术五大工程技术在生物技术制药课程中的重要性，强调基因工程和细胞工程的基础性，突出抗体工程、酶工程、发酵工程的综合性，以及生化工程(生物分离工程)的应用性。

比如，在基因工程制药章节中，通过简要讲解基因工程的基本原理，以猪口蹄疫O型基因工程疫苗和鸡专用基因工程(IFNα+IFNγ)干扰素制备为例，穿插讲解引物设计方法、PCR 原理、限制性内切酶、DNA重组、遗传转化以及基因的表达调控等相关理论和关键技术，使抽象的理性认识变为具体的感性认识，可有效提高学生对理论知识的理解。同时，注重学科前沿知识，把最新研究成果引入教学中。如补充生物技术靶向药物、药物基因组学、口蹄疫和禽流感疫苗的研发等专题，让学生及时了解生物技术制药的前沿。

在实验和实践教学过程中，紧密结合理论教学内容，在强化基本生物技术技能的同时，增加综合性、设计性实验内容的教学比例。如开展基因的克隆、表达及基因工程表达产物分离纯化；固定化细胞法生产L-天冬氨酸和L-丙氨酸；细胞培养制备次生代谢产物等综合性、设计性实验，以提高学生应用各种实验技术的综合能力和对理论知识的理解能力。在此基础上，有针对性开展多元化教学实践，如进入生物制药厂、科研实验室实地参观考察、短期实习等方式，使学生对教学内容的理解由理性认识上升到感性认识，从而激发学生对学习和科研的主动性，最终达到较为理想的教学效果。

图1 生物技术制药课程体系

2 改进教学方法与手段，加强素质教育，提高教学效果

2.1 多媒体和板书相结合，提高课堂教学效果

运用现代多媒体技术，可以满足直观的生物技术制药相关图片、Flash动画、视频、网络资源等形象教学，大幅度增加课堂教学的信息量，使抽象枯燥的教学内容直观化、形象化[3]。但单一的多媒体课件教学也存在一定的弊端，比如内容繁多，切换频繁，容易造成学生视觉和思维疲劳；教师把更多的精力放在电脑和屏幕上，不利于教师与学生之间情感的交流和互动，削弱了课堂的生动性[4]。因此，在教学过程中，对于一些重点原理和关键技术，除了运用多媒体详细展示讲解外，还需要结合板书来提高学生对课堂知识的理解，同时缓解学生的视觉疲劳，留出充足的时间给予学生思考和讨论。

为了验证“多媒体+板书”的教学方式效果，问卷调查了2009级生物技术专业(动物)(教学方式：板书)，2009级生物技术专业(生物制品)(教学方式：多媒体)和2010级生物技术专业(生物制品)(教学方式：板书+多媒体)共176名同学对3种教学方法的综合满意度，结果显示，95.36%的学生对“板书+多媒体”教学表示满意，显著高于其它两种教学方法的(“板书”61.13%，“多媒体”80.82%)，见图2；另外，通过分析3个年级期末平均卷面成绩来看，“板书+多媒体”教学方式的课程卷面平均成绩最高，平均达到87.45分(见图3)。由此可以看出，“多媒体+板书”相结合的教学方法有利于学生对理论知识的理解和掌握。

图2 3种教学方法的学生满意度

图3 3种教学方法的学生课程平均成绩

2.2 讲授和讨论相结合，实现教学互动

传统的“满堂灌、填鸭式”教学方式表现为过分强调老师的主导地位，忽略了学生的主体地位和作用，而启发式的教育方式不仅可以充分调动学生学习的主观能动性，增强学生独立发现问题、思考问题和解决问题的能力，而且还对增强学生创新思维、参与意识和自我获取知识能力的训练具有积极的作用[5-7]。例如，我们在讲授生物制药的研究现状和发展前景章节中，先向学生提出目前世界范围内急需治疗的重大疾病类型，在讨论中总结癌症、艾滋病、冠心病、糖尿病等恶性疾病对传统化学制药和中医药的挑战，进而让学生认知到生物技术制药的巨大市场潜力和良好的发展前景。然后，让学生依据已学课程基因工程、细胞工程、酶/抗体工程、发酵工程和生化工程的原理与技术，思考和讨论利用这些工程技术所能生产的生物药物类型，让学生加深了利用基因工程可以生产干扰素、胰岛素、白细胞介素等药物；利用细胞工程可以生产人类生理活性因子、疫苗、单克隆抗体等药物；利用酶工程可以生产葡萄糖氧化酶、青霉素酰化酶和β-半乳糖苷酶等药物；利用微生物发酵工程可以生产抗生素、酶抑制剂、免疫调节物质等药物；利用生化工程可以对已知药物加以结构改造或人工合成等药物的理论知识点和关键技术的重要性。这种启发式、讨论式相结合的互动教学方法，激发学生勤于思考能力，提高学生课堂中注意力，加强教学效果。从2009级生物技术(动物)专业(60人)对课程全程采用“讲授和讨论，实现教学互动”教学方法的学生满意度、学生参与率和回答问题的准确率调查发现(表1)，随着教学进程的进行，学生对该教学方法的满意度、参与率和回答问题的准确率逐渐增高，得到较为满意的教学效果。

表1 “讲授和讨论相结合，实现教学互动”教学法教学效果调查

2.3 小组实验和开放实验相结合，提升实验教学内涵

高校扩招，教学硬件资源紧张是目前中国高等教育普遍的问题，尤其是理工科实验室，学生多而硬件资源严重不足尤为突出[8]。由于生物技术制药实验设计内容较多，操作程序复杂，单个实验周期长，学生无法在课堂上有限学时内完成，如果严格按照教学计划进程，“煮饺子式”的观摩实验很难达到教学效果。因此，为了提高实验教学效果，小组实验和开放实验势在必行[9]。在教学过程中，我们通过实验教学的大胆探索，打破常规，抛弃大组实验模式，采用小组实验(2人1组)，“5+2”模式(工作日+双休日)和师生共同管理实验室模式，全天候开放实验，为学生提供良好的实验平台，让学生变为实验室主人，学生根据自己的时间安排，积极主动地在节假日或课余时间完成实验内容，在时间上充分保证了课程实验的顺利完成。尤其在“生物技术制药综合实验”实践教学体系中，依据我们教学团队在植物基因工程和细胞工程制药上的科研优势，将“葡萄细胞悬浮培养技术生产次生代谢产物白藜芦醇”引入生物技术制药综合性设计性实验中，在实验内容上涵盖基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物分离工程等理论和技术在制药上的应用。在具体实施中，教师准备实验源头材料，向学生讲授主干技术路线，然后分实验小组，让学生查阅相关资料，独立设计各实验环节的具体实施方案，并以PPT形式进行师生讨论，完善实验方案。在实验实施中，教师对学生药品配备、仪器操作、实验记录等各个环节进行问答考核。实验结束后，按照既定实验教学要求，撰写实验报告，并以分组答辩的形式对学生整个课程理论、实验操作技术、实验结果分析、存在的问题与改进措施等进行综合考核，评定学生实验成绩。通过多年的实验教学改革与实践，生物技术制药课程实验教学体系逐步完善，教学质量显著提高，进一步促进了该课程实验教学的内涵式发展。

2.4 教学与科研相结合，激发学生学习主动性和积极性，培养科研创新能力

生物技术制药是实践性很强的课程，对于学生科研思维和创新能力的培养尤为关键[10-11]。因此，在实验教学过程中，要充分发挥科研带动教学的优势，通过大学生实践创新项目和科研兴趣小组的形式积极引导学生融入科学研究，尽早培养学生的创新思维及科研能力[3]。为此，我们积极鼓励和引导学生参与本课程相关的科研项目，如中草药活性物质提取分离、活性物质纯化鉴定，细胞工程生产次生代谢物质，微生物发酵生产药物等方面的科研项目，以及学生自主申请的大学生实践创新项目和“挑战杯”等课外学术平台，激励学生的实践教学的主动性和创新性。目前，我们已结合相关科研项目，将成熟的科研成果和创新性融入到实验教学中，保证实验教学内容的新颖性、前瞻性和实用性。我们已在利用细胞培养制备植物(葡萄、银杏、萝卜等)活性次生代谢物质(白藜芦醇、类黄酮、莱菔子素等)等科研转化教学方面取得了良好的教学效果。

此外，在激励学生参与科研的同时，我们精心组织学生到兰州生物制品厂、兰州佛慈药业、兰州扶正药业、中国农科院兰州兽研所等校外实践基地一线生产车间进行观摩教学实习；邀请校外知名专家和企业家进行学术讲座等多元化实践教学形式，使学生有更多的平台和机会了解生物技术制药研究的发展现状，跟踪学科发展的前沿，揭示生物技术制药的魅力，激发学生的学习积极性和主动性。通过近5年(2010—2014年)跟踪调查，学生参与此项教学活动的比率由10.3%(2010年)，提高到81.5%(2014年)；学生的满意度在2014年达到94.3%(图5)。通过以上实验实践教学改革与实践，显著提高学生对生物技术制药的认知能力、分析问题和解决问题能力、以及科研创新思维能力。

图5 学生参与科研的教学效果调查

3 结语

通过对生物技术制药课程理论和实践教学的改革与实践，也即教学大纲的修订、教学内容的优化、教学方法与手段的改进等，有效促进了学生的学习积极性和实践能力，提高了教学质量和教学效果。该课程的改革与实践经验，将对进一步完善生物技术制药的教学环节，教学体系建设提供借鉴和有益的参考。

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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

甘肃农业大学教学研究重点项目(2014);甘肃农业大学教学团队建设项目(2014)；甘肃农业大学本科教育重点课程建设项目(2010-2012-8)

杨德龙, 博士, 副教授, 专业方向为生物技术. 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