制药分离工程课程在线教学实践

梁浩,周延,袁其朋

北京化工大学生命科学与技术学院 (北京 100020)

1 引言

为适应我国经济发展需要，教育部提出建设“新工科”的总体要求，为国家发展培养创新型科技工程人才，并相继出台了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等指导性文件[1- 4]。创新型科技工程人才的培养离不开高水平创新型教师团队，而“以学生为中心”又是新工科建设大背景下的重要理念。近年来兴起的慕课(MOOC)强调以用户为中心，注重交互性和个性化学习，被视为“颠覆性的变革力量”，将撬动当前高校教育教学改革[5]。当代大学生恰恰正是互联网时代的原住民。因而，在通过网络进行课程教学时，教师就应该积极汲取MOOC的营养，深化以学生为中心，充分发挥在线教学系统的技术优势，激发学生学习主动性和创新性。

全球化背景下制药工业早已成为世界各国经济实力竞争的关键，是未来优先发展的优势产业。中国已成为世界制药工业大国，制药产业已发展成为推动国民经济发展的重要新兴战略产业之一。因而，制药工程专业人才的创新能力发挥着越来越重要的作用，将极大地促进制药工业的发展。制药工程专业是北京化工大学的优势专业，先后两次通过中国工程教育认证，于2019年成功入选“国家一流专业”建设点名单。近年来，笔者借助在线课程教学模式讲授制药分离工程，通过改革传统教学方法，以进一步激发学生的主动性和创新性。

2 理清课程学习脉络，优化课程构架

制药工程专业是综合利用化学、药学(含中药学)、化学工程与技术、生物工程等相关学科的原理与方法，研究解决药品规范化生产过程中的工艺、工程、质量与管理等问题的工学学科[6]。制药分离工程是制药工程专业的专业核心必修课，主要研究利用待分离的物系中有效活性成分与共存杂质之间在物理、化学及生物学性质上的差异，采用工程化的思路和技术进行分离研究的一门课程，该课程专业性、交叉性很强。考虑到网络教学与传统教学模式的差异性，笔者将原有的课程资料重新进行梳理，进一步优化课程构架，将在线课程构建设计为“课前预习-课上学习-课后复习-巩固提高”的模块化链条，并制作了简明易懂的课程学习方法图例在课程网站公布以便学生理解。“课前预习”模块主要是学生通过在线教学系统提前浏览自学制药分离工程网络课件和教材，“课上学习”模块是学生通过在线教学系统在线学习教师提前录制的授课录像，“课后复习”模块则是学生通过完成自测题和课后作业以检验学习效果，而时间比较充裕或自学能力较强的学生则可以通过“巩固提高”模块拓宽知识面和开阔视野。不同模块设计的内容和要求各有侧重，从而构成一个完整的任务链。此外，为了解决教学内容繁重与学时紧张之间的矛盾，笔者对授课内容“去粗存精”，依据制药分离科学与技术的发展脉络，将授课设为“预处理(富集)-粗分离-精制”的递进式教学方式，便于学生理解掌握。为了更好地引导学生学习，教师在上课前几天提前在课程教学网站通知本次课程学习方法，明确本次课程的主要教学内容、课程重点和难点，以便于学生自学时重点关注，及时记录不明白内容和问题。教师应强调课前预习和课后复习的重要性，课上在线学习时教师及时在讨论区与学生研讨，从而保证教学质量。

3 激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师。只有学生有了兴趣，才能积极主动，爱学习、爱专业。制药分离工程是一门应用性非常强的课程。为了体现分离科学与技术在制药工业中所发挥的重要作用，以期调动学生的学习积极性，借助在线教学平台，笔者将一些典型的药物分离单元操作(如中药多功能提取罐、天然药物的超临界流体强化萃取、绿色荧光蛋白的制备色谱分离技术等)视频上传到网络。学生可及时了解当下制药分离工程的先进技术和设备。中药复方制剂在2020年新冠疫情中发挥了积极作用，如“加味麻杏石甘汤”和“肺炎一号方”对于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)所引发的症状具有积极的治疗作用。笔者及时以“加味麻杏石甘汤”和“肺炎一号方”为例讲授中药复方提取及混合提取分离制剂的方法，学生深刻地认识到所学课程在本专业及人类健康事业中发挥的重要作用，激发学生的专业学习兴趣。此外，为了进一步拓展学生的专业视野，笔者还将国际制药工程协会(ISPE)、中国化学制药工业协会、中国中药协会和中国生化制药工业协会等行业权威知名网站链接在课程资源库内介绍给学生，希望学生在学习之余能对本行业发展动向有所了解，激发他们学习的动力。

4 强化学生过程管理

在线课程教学最大的缺点就是将教师与学生进行了空间分割，教师与学生缺乏面对面的感知与交流。与国内外MOOC公开课相比，在线教育课程不仅仅要具有结构化的课程设计，而且要通过对教学和学习的精心设计，更强调学习过程中的互动性[7-9]。这就决定在线课程绝对不能继续沿用线下教学平铺直叙的模式[10-11]。通过网上调研，向有经验的名师请教，笔者对冗长的课堂教学模式进行了改革，突出课程的重点和难点，以知识点为主线，穿插课上讨论和学习效果自测，结合课后作业，力保每一个学生紧跟教学进度、不掉队。由于在线教学与传统的课堂教学有着本质区别，学生通常是在一个相对宽松的条件下学习，缺乏有效的监督。大多数在线课程主要采用学生扫描二维码的方式记录签到，该方法虽然可以方便有效地记录学生登陆在线课程的时间，但方式较简单呆板，且无法调动学生学习积极性。鉴于此，笔者在课前设计发布研讨题，如“请从自家药箱找一种中成药，并说明主要活性成分及分离手段”“请结合家用微波炉加热食物的原理谈谈微波强化萃取的优势”“请根据行星运动规律，解释高速逆流色谱的固定相保留原理”等，上课时供学生在线讨论回答，既起到了点名签到的目的，也培养了学生的创新性思维。

此外，在线课程教学要充分考虑学生的认知规律和接收能力，教师在制作授课视频时不宜录制成滔滔不绝的一堂言。笔者将课程内容按照知识点的难易程度和重要性进行有效的拆分，根据教学安排的先后顺序将每个知识点合理地录制成一个个短视频，并在每个短视频的间隙合理地设计问题邀请学生到讨论区回答研讨。例如,在讲授第二章液液萃取分离时，笔者在讨论区设计“青霉素为什么在酸性条件下，而红霉素却要在碱性条件下才能被萃取到有机相中”的思考题，帮助学生深刻理解弱酸、弱碱性药物萃取分离的基本原理。笔者统计发现，近几年学生参与讨论区的参与率均大于80%，这表明在线讲授加讨论的模式比传统授课方式可以更有效地促进学生思考和参与交流的主动性。另外，笔者根据学生在讨论区回答问题的情况，及时掌握他们对知识点掌握程度，对于未理解的知识点，笔者亦可以在讨论区及时予以强调补充。在每节课程学习结束时，笔者发布在线自学效果测试题帮助学生及时了解自己掌握知识点的情况。对近几年学习效果自测结果分析发现，74%以上的学生自测结果分数均大于80分，这种“课堂讲授+在线自测”的方式可以在督促学生学习的同时，强化他们对知识点的理解消化。

5 巧妙引入研究型教学

研究型教学环节是培养和激发学生创新意识和创新能力最好的途径和手段。笔者从近年来承担的国家“863计划”等研究课题入手，将其所涉及的萃取、固液分离、吸附或离子交换及制备色谱技术等单元操作有机整合，精心设计研究型教学案例，加入不同的观测点考查学生。学生通过文献检索结合已掌握的专业知识对现有分离纯化工艺进行分析，并大胆提出批判性的想法设计全新的分离工艺(图1)。另外，在线教学系统可以让任课教师预览或者以旁观者的身份参与到研究型教学环境中，而且各个小组之间学生还可以学习、互评，这些都是在传统教学模式下很难做到的。为了提升各小组学生之间的互评及评价的公平性和有效性，笔者设计了研究性教学评分点及权重。如探究资料丰富、整理有序占10%；分析全面、讨论充分占20%；小组分工明确、团结协作占20%；研究结果批判性思维和自己观点占20%；成果呈现效果、图文并茂占20%；课题难度占10%。这样不但保证了各研究小组之间互评成绩的公正性，更重要的是学生通过彼此浏览研究型报告，相互借鉴、取长补短，进一步增加其学习主动性。通过梳理授课学生提交的近两年研究型作业，笔者发现研究型教学环节确实启发了学生的探索精神和创新意识。例如，针对直接从中药提取白藜芦醇产率过低的问题，有学生提出酶解耦合超临界二氧化碳萃取解决思路；为解决番泻苷产品脱色的问题，有的研究小组提出大孔吸附树脂之后采用纳滤浓缩脱色的工艺手段等。这些想法的提出均说明合理地设计研究型教学环节，不但有助于学生对制药分离各章节知识点的融会贯通，而且可以激励他们敢于提出批判性建议，为将来解决复杂制药分离难题奠定知识基础。

图1 制药分离工程研究型教学案例设计思路

6 总结

当今科学技术的迅速发展深深影响了高校学生的思维模式和学习习惯，大学教育的思路和方法也应随着“互联网+”时代的到来而发生重大变革。在线教学是教育发展的新趋势，并将带来教学理念、教学方式和人才培养模式的深刻变革。制药工程是关系到国家社会稳定、人民健康和经济发展的关键领域。制药工程创新人才的培养离不开教育方式的创新,网络技术的运用必将成为培养制药工程专业学生创新能力的强大助力。为此，笔者分享制药分离工程在线课程建设和实施过程中的经验和感悟，充分发挥在线教学方式的优势助力，提升学生学习的主动性和创造性，为提高制药分离工程课堂教学效果提供助益。