生物技术制药课程教学改革的实践与探索

来源:用户上传      作者:叶春林 戴德慧 胡伟莲

　　摘要：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，培养出高素质的应用型人才，生物技术制药课程教学改革显得尤为重要。文章从优化课程教学内容、改進教学方式、采用形式多样的教材及完善考核方式等方面探索与分析，对生物技术制药课程进行了教学改革，以期提高教学质量，促进学生创新精神和创造能力的培养，为教学体系建设提供借鉴和有益的参考。
　　关键词：生物技术制药;课程;教学改革;实践探索
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）43-0174-03
　　 生物技术制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等方面综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法进行药物制造的一门理论与实践并重的交叉学科[1]。以该学科为基础的生物制药行业已成为当下发展最快、前景最好的高新科技朝阳产业之一，对生物技术制药高级应用型人才的需求逐年增加。浙江科技学院是教育部确定的中德合作培养高等应用型人才试点院校，也是“国家‘十三五’教育现代化推进工程——产教融合发展工程”建设高校。浙江科技学院化学工程与技术一级学科硕士点于2013年开始招生，设有化学工程、化学工艺、应用化学、生物化工、生物质资源利用技术与工程、工业催化6个二级学科。为此，我校为化学工程与技术硕士点的研究生开设了生物技术制药这门专业选修课程。我校入学研究生由于本科来源各异，专业基础知识构成也不相同，有些扎实一些，有些则很薄弱，要在尊重个体差异的基础上因材施教，以学生为中心，面向科研、面向生产、面向工程，对该课程教学体系进行实践与探索，才能适应新形势下兼有研发和生产能力的复合型人才的培养。本文结合应用型高级专业人才培养的需要，通过优化课程教学内容、改进教学方式、采用形式多样的教材及完善考核方式等方面探索与分析，促进生物技术制药课程的教学改革，提升教学质量。
　　一、教学内容的探索
　　1.合理整合教学内容。生物技术制药课程的主要内容包括基因工程制药、细胞工程制药、酶工程制药、发酵工程制药及蛋白质工程制药，同时各种技术制药的知识点之间又有交叉，如果按照各章节内容全面讲授，会使学生感觉庞杂而乏味。因此，在教学内容更上，需要有所侧重。对重点内容要讲深讲透，对简单或重复的内容，简要地讲述，引导学生课后自学。对重复交叉的内容，如基因工程制药与发酵工程制药两章中工程菌的培养、高密度发酵、发酵方式、发酵工艺控制、发酵产物的提取等知识点，结合在一起讲解。这样可使得教学重点突出，内容得到了精简，也方便学生对知识体系的掌握。
　　2.在教学内容中注入本学科的前沿进展。我校选修生物技术制药课程的研究生，在本科阶段大多没有学过相关课程，因此，在上课时，既要注重对课程基本理论知识的传授，同时又要结合研究生阶段的学习情况，将学科前沿知识融入教学内容中。生物技术是一门迅猛发展的学科，新概念、新方法和新理论不断出现，在备课过程中要密切跟踪国内外的研究和应用进展，及时对生物技术制药的课程内容进行改进与完善，把最新的科学技术成果引入课堂教学中[2]。如在教学内容中补充了转基因动物制药、生物技术研发靶向药物、人类基因组学、蛋白质组学、代谢组学、基因组学、合成生物学等内容。通过在教学中对学科前沿成果的不断补充，让学生及时了解生物技术制药的最新进展，既扩展了学生的知识面，又加深了学生对课程重要性的认识，从而调动了他们的学习积极性并培养了学生的创新思维。
　　3.在课程讲授中，增加实验操作内容的讲解。由于该课程没有对研究生设置独立的实验课，为使学生对所学的理论知识有一个形象实际的认识，笔者在课堂教学中，增加实验操作内容的讲解。生物技术制药的实验内容具有试验周期长、连续性强的特点，所以对实验内容的选择尽量做到常用、实用和连续[3]。比如基因工程制药这一章，通过讲解质粒DNA的提取、PCR扩增基因、琼脂糖凝胶电泳分离检测目的基因、回收目的基因、T-载体与目的基因的连接、感受态细胞的制备和保存、重组DNA转化受体细胞DH5α/JM109、转化子的筛选、基因的限制性内切酶切割及与pET表达载体的连接、转化受体细胞、外源蛋白的诱导表达、细菌大规模发酵、蛋白质的粗提纯化、SDS变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及Western blot鉴定目的蛋白等实验，内容涵盖了基因工程药物研发的全过程，学生感受到了理论知识的具体应用，增进了对理论知识的理解和掌握。
　　4.教学与科研相结合，培养学生创新思维及科研能力。生物技术制药是一门实践性强的课程，对于培养学生科研思维及创新能力至关重要[4，5]。因此，我们积极鼓励和引导学生参与硕士导师和本课程相关的科研项目，如天然产物活性成分提取分离、活性成分纯化鉴定，抗肿瘤药物的开发，基因工程菌发酵生产药物等方面的科研项目，以及学生与老师联合申请的浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）和国家级大学生创新创业训练计划等课外学术科研平台，培养学生的创新精神和实践能力。我们已在黄酮类化合物和三萜类化合物的抗肿瘤活性的筛选与机理、天然黑色素发酵生产关键技术、高分子纳米颗粒的制备和肿瘤的靶向治疗等科研成果转化为教学素材方面达到了很好的教育教学效果，将最新的科技成果融入课堂教学中，保证了教学内容的创新性和实用性。
　　二、教学方法的探索
　　1.采用信息化教学方式。生物技术制药课程信息量大，如果仍然按照传统教学中一支粉笔加一块黑板的教学模式，教学过程繁杂且教学效率低，内容抽象且枯燥乏味。利用信息化教学，可以简化课堂教学程序，凸显教学内容的现实感和立体感，使抽象的理论变得生动形象[6]。例如：通过访问网络上的资源，下载实时荧光定量PCR操作的Flash，Flash集图、文、声、动画于一体，信息量大，增强了教学直观性。在动物细胞培养这一章节，涉及培养液的配置与灭菌、操作间的无菌处理、细胞的冻存与复苏、细胞的消化传代与培养、细胞的计数与检测等方面的内容，如果仅靠课堂的语言加文字的教学，很难激发学生的学习积极性，教学效果不佳。为此，笔者将动物细胞培养的整个过程录制成视频，穿插于课堂教学中，整个过程就变得形象且直观，加深了学生对知识的理解，提高了教学的效果。 　　2.案例教学法的应用。生物技术制药课程的专业性和实践性强，在课堂教学中，采用了案例式教学模式。这种模式是以实际案例作为被教学剖析对象，学生与教师共同参与案例的分析讨论和寻找实现途径。如在抗体药物这一章的学习中，给学生布置学习任务：单克隆抗体药在癌症中的应用。学生首先要自己查阅资料，总结单克隆抗体在治疗癌症方面的研究进展。在这一过程中学生肯定要解决以下几个问题：单克隆抗体和多克隆抗体的特点（涉及免疫学基本知识复习），单克隆抗体制备方法（了解各种产生单克隆抗体的可能方法以及单克隆抗体的纯化），单克隆抗体的种类（了解人体的自身的免疫系统，会与体外蛋白发生排斥反应，因此发明了嵌合型抗体、人化型抗体和全人型抗体），单克隆抗体治疗癌症的主要方式（改善药物对肿瘤的靶向性或改善治疗功能），抗体药物研究的主要趋势（会特别关注新分子靶点的发现、抗体的高度人源化以及抗体的高效化）等。这样学生可以掌握相关知识，参加讨论，各抒己见，促进学生对生物药物与疾病诊治的深刻认识，激发了学生的学习兴趣，培养了学生独立思考的能力。
　　3.问题教学法的应用。问题教学法是教师设计贴近学生生活的实际问题，学生通过自主探索和合作交流，从而真正理解知识内容，或者学生带着问题进教室，通过猜想、尝试，解决问题。这种教学模式重点强调了学生学习的主动性，通过引导学生主动思考问题，积极参与解决问题，培养了学生学习的自主性和兴趣。如在基因工程制药这一章中，重点讲授的是基因工程菌的构建、发酵和基因工程药物的分离，完成后可提出问题：如何利用基因工程的方法来生成胰岛素？根据该问题，学生会查阅资料，积极思考，内容大致都会涉及前人一般采用什么载体、基因和宿主细胞来组建基因工程菌，基因工程菌的代谢特点及其发酵方式的特殊性，产物的提取纯化，产品的质量控制等问题，此时老师及时补充知识盲点，如课本外的蛋白质复性过程的添加剂种类及其应用等。学生能利用自己的知识，分析实际的生活现象，提高学习兴趣，对老师补充的课外知识也更容易消化吸收。
　　三、教材与参考资料的探索
　　1.授课内容的改革。近年来出版的生物技术制药课程的代表性教材有：夏焕章主编、2016年出版的《生物技术制药》（第三版），王凤山、邹全明主编、2016年出版的《生物技术制药》（第三版），姚文兵主编、2015年出版的《生物技术制药概论》（第三版）以及郭葆玉主编、2011年出版的《生物技术制药》。国外近期出版的生物技术制药课程教材代表性作品有Rodney J.Y.Ho主编、2013年出版的《Biotechnology and Biopharmaceuticals，Transforming proteins and genes into drugs，2nd》。国内出版的相关教科书，大多按照基因工程制药、动物细胞工程制药、植物细胞工程制药、酶工程制药、发酵工程制药、蛋白质工程制药和抗体工程制药的主题展开，理论知识清晰明了，简洁易懂。国外出版的生物技术制药教材一般分为上下篇，上篇介绍生物技术制药基本原理，下篇介绍生物技术制药生产实践，这种教材的表述方式知识完整性好，特别注重理论与实践的结合。研究生学习生物技术制药课程，不仅要理解生物技术制药的原理，还要强调基本原理在某一具体药物生产和开发中的应用。因此，在实际教学过程中，理论部分以中文教材为基础，实践部分参考借助国外教材，制作多媒体课件，建立系统的教学体系。
　　2.充分利用现代化信息技术，不断更新教学内容。现代生物技术制药的发展迅速，为使学生了解和掌握最新的有用知识，和科研、生产实际真正接轨，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。一方面，笔者在备课时，通过检索Elsevier、Springer Link、Wiley、JAMA等外文期刊全文数据库，阅读相关文献，在课堂教学中，融入学科的最新研究成果。另一方面，给学生提供课外学习渠道和学习资源，如医药网、丁香园、小木虫等相关的生物技术学习网站，鼓励学生在课外通过查找和阅读文献进行自学，并通过课堂简短汇报的形式与其他学生分享自学成果。当前生物技术发展迅猛，运用现代化网络技术手段，通过在教学中不断补充新进展和新成果，学生了解到当前生物技术制药最前沿的进展，拓宽了学生的眼界，调动了学生的积极性，有利于学生对生物技术和生物制药知识的掌握，提高了学习效率，增强了学习效果[7]。
　　四、考核方式的探索
　　研究生课程的考核应该相对灵活多样，以能力测试为主，重视学生学习能力的培养。已有的教学改革实践表明，形式灵活、多元化的课程评价体系将增进学生对生物技术制药课程的学习效果[8]。为此，笔者结合学生的平时表现和期末课程论文的质量，得出一个综合成绩，以此成绩作为学生最终的课程成绩。综合成绩分为平时成绩和期末课程论文成绩两部分。规定平时成绩占综合成绩的30%，其中平时出勤占5分，课堂问答占25分。课堂问答主要采用教师在课堂教学过程中提出问题并引导学生积极思考、回答问题的方式。同时，每次课最后预留5分钟的学生自由提问时间，学生的发言次数和质量都计入成绩。这样能使学生积极参与整个教学过程，他们的语言表达水平、独立思考和解决问题的能力均有提高。期末课程论文成绩占综合成绩的70%。在课程结束前，要求学生就与生物技术制药相关的内容完成一篇8000字以上的综述性课程论文，论文内容不限，有关生物技术和生物制药方面的进展即可，但不能抄袭。鼓励学生在论文中表达新颖的观点，并通过文献调研和数据分析找到支持自己观点的论据。要求严格按照科研论文格式撰写，参考文献中近5年的SCI论文不少于15篇，这部分内容占50分。同时，就论文内容准备20分钟PPT，在课堂上与全班同学交流，现场回答问题，该部分占20分。这种多元化评价方式改变了以往单凭期末考试的卷面成绩来决定课程成绩的方式，更加注重平时知识的积累，重视学生学习能力的培养。
　　五、结语
　　通过对生物技术制药课程教学改革的实践与探索，即课程教学内容的优化、教学方法与手段的改进、形式多样教材的选用、考核方式的完善等，丰富了教学形式，活跃了课堂教学气氛，促进了学生自我学习的主动性。同时也培养了学生分析问题、解决问题的能力，提升了教学质量和教学效果。不过生物技术制药的发展迅猛，教学方法的探索永无止境，只有通过不断的理论学习，在实践中不断地研究总结，才能培养出更多高素质的生物技术制药领域的应用型人才。
　　参考文献：
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