制藥工程專業生物化學實驗課程的建設與探索

邵敬偉，唐鳳翔，鄭允權，萬東華，黃劍東

(福州大學 化學學院，福州 350116)

生物化學課程是我校為制藥工程專業設立的專業必修課，作為兼具較強的理論性和實踐性的基礎學科，將實踐與理論有機結合更能提高學習成效。為了強化實踐教學，我校將生物化學實驗單獨設課，分設生物化學理論教學課和實驗教學課兩門必修課。當前，如何適應新時代培養復合型人才的需求，進一步優化和加強生物化學實驗課程的建設成為一個重要課題。根據多年的教學體會，并參考其他院校的成功教學經驗，我校從更新教學內容、調整教學方法等方面入手，優化實驗課程考核方式、加強師資隊伍建設，不斷完善生物化學實驗教學體系。

1 豐富實驗教學內容，激發學生的創新意識

隨著科技的不斷進步，生物化學技術內容也在不斷地更新，但多數實驗教材內容較為單一、陳舊，其更新速度已經不能滿足生物制藥發展的需要。同時，生物化學實驗項目耗時長、課時少，既影響了實驗內容的豐富性，也限制了生物化學實驗的廣泛開展[1-3]。另外，由于我校制藥工程學生基數較大，受儀器和試劑、教學場地、經費的制約，故多數情況下只能簡化實驗教學內容，主要側重于簡單的定性或定量驗證實驗，阻礙了實驗教學效果的提升。

針對上述情況，我們采取了以下舉措。一是統籌各相關課程聯系，增設學時。生物化學實驗課程常與其他實驗課程相互關聯，如微生物學實驗和分子生物學實驗等，由此可將制藥工程專業所修實驗課程進行整合，以消除重復和單一性實驗，進一步增設生物化學實驗課的課時，增加實驗內容以適應專業教學需要；二是從培養優秀復合型人才高度出發，更新和豐富實驗教學內容。從編寫實驗指導教材入手，重新設計實驗教學內容，在傳統實驗方法中引入最新研究成果，旨在拓寬學生的眼界，培養其創新意識和綜合應用能力。在實驗教學中增設當前研究中使用的、新的實驗技術和項目，例如熊果酸的制備和測定、螺旋藻藻藍蛋白的分離、純化與鑒定等與藥物研究相關的綜合性實驗[4]，通過綜合性實驗的引入，不但融合了化學、藥學等多個交叉學科的知識點，還將理論知識與實驗操作有機結合，更有利于培養學生的綜合應用能力。此外，我們還嘗試開展菠蘿蛋白酶的提取、純化與鑒定、輔酶Q10的制備與檢測等設計性實驗，要求學生通過查閱文獻了解菠蘿蛋白酶的組成、理化性質和常用提取方法，綜合上述因素獨立設計最佳實驗方案并完成實驗。通過歸納演繹，分析由具體到一般，個性到共性掌握實驗設計的模式，培養學生獨立思考能力和自主創新意識，為其今后的科學研究奠定了良好的基礎。綜合性實驗盡管有一定的難度，但卻是在大多數學生可接受的范疇，有助于學生對生物化學實驗有更清晰的認識和感受。設計性實驗要求學生具有一定的獨立能力，難度較大，適用于有一定基礎且對科研感興趣的學生，對其各方面能力的鍛煉價值是顯而易見的。綜上，高校生化實驗內容的設計上應以驗證性實驗為基礎、綜合性實驗為階梯、設計性實驗為提高，充分激發學生的創新思維和創新能力。

表1 生物化學實驗項目概況

2 教學中引入科研課題，培養學生的創新思維

以往的生物化學實驗課程教學中，學生是在實驗講義和教師的指導下按部就班完成實驗，導致學生缺乏主動學習的積極性及獨立分析、解決問題的能力[5]。對此，我們嘗試從以下幾方面進行改革。首先，采用開放性的教學方式，引導學生在課前自由組成小組進行討論，確定實驗項目、設計實驗方案、準備實驗試劑并完成預實驗，讓學生在充分理解實驗內涵的同時，鍛煉動手能力。這樣的教學方法使學生通過實驗對教科書中的有關理論有了更深刻的理解，還可以有效地提高學生的學習興趣以及自主學習能力。

同時，為了提升學生的科研能力，我們還開辟第二課堂，鼓勵學生利用課余時間擴展知識閱讀，追蹤生物學、化學和藥學等前沿領域科研進展，依托教師科研課題、本科生助研、大學生科研綜合訓練項目(SRTP)、大學生創新創業訓練等課外實踐與創新活動，讓學生真正地將理論用于實踐，進一步接近科研，更能體會到學而有用的成就感。另外，適當采取虛擬實驗和網絡社交手段等教學形式。一些重要的生物化學實驗技術因實驗難度較大、周期較長，或因實驗藥品、實驗器械比較昂貴，無法納入本科生的實驗教學中，對此可利用虛擬實驗軟件進行虛擬實驗，通過虛擬實驗能讓學生對車間工藝流程產生初步了解，為以后的研究工作奠定基礎。此外，借用網絡社交工具，建立微信公眾學習平臺，定期發布實驗須知、實驗心得、實驗趣聞、前沿技術等內容，通過評論和問答等方式加強師生之間互動，增加學習的趣味性，提高學生的學習效率[6]。

以上多元化教學方式的采取，有效激發了學生的興趣，學生的實踐能力和科研素質得到了真正的培養和提升。

3 制定合理的考核方式，保障實驗教學效果

實驗課的成績評價能直觀地反映學生的學習情況。但以往的考核方式主要集中在考勤以及實驗報告方面，導致有許多學生不知道實驗的原理以及操作等照樣可以寫好一份實驗報告，從而得到較好的成績[7]，這導致我們的教學目標難于達成。為此，我們探索構建了較為科學合理的考核方式，從多方面和多個角度對生物化學實驗課的成績進行評價，最終成績由實驗預習、平時操作、數據記錄、結果分析和實驗報告等組成(表2)。

充分的實驗預習能讓學生提前了解實驗目的、實驗原理、可能出現的實驗現象、數據分析方法、以及實驗注意事項，避免之后做實驗的盲目性和不確定性，盡早排除實驗中潛在的安全隱患。課堂上，老師可以針對學生預習的內容進行提問或者讓學生上交預習實驗報告，通過讓學生查閱文獻資料、設計實驗方案并撰寫成報告的方式，督促學生利用文獻數據庫收集資料、了解該實驗最新進展，同時提升其撰寫報告的能力。教學老師也將根據學生的實驗預習情況而進行打分，并作為其最終成績的一部分。

實驗操作是整個實驗課程的核心，直觀反映學生的科研動手能力，也是培養復合型人才的一個關鍵點。因此，對于實驗操作的考核是必要的，故針對每一個學生，老師應當場考察學生的操作方式、實驗結果等并給出相應評分。由于實驗指導老師一般只有兩到三個，但學生人數多，為了更好地對學生的實時實驗能力進行評價，可以增設研究生助教協助進行記錄和評價。

學生的實驗報告一直以來都是實驗性課程的成績評定的主要依據，是老師了解學生掌握知識程度的一個重要途徑，也是提升學生表述能力的一個重要手段。以往，教師對實驗報告的要求僅僅是根據講義步驟書寫，缺乏學生的獨立思考以及創新性內容。為此我們鼓勵學生參考科研論文的格式撰寫實驗報告，要求學生自己查閱文獻，并結合自己的實驗過程和結果等進行分析，同時需要有自己的討論與小結。通過類似科研論文的實驗報告撰寫，鍛煉了學生撰寫科研論文的能力，讓學生接觸到與實驗內容有關的最新科研進展，在增長見識的同時訓練學生獨立思考、嚴謹求實的科學思維能力[8]。

表2 實驗項目考核標準

4 擴展課外開放性實驗，強化學生工程實踐能力

高校對于本科生的培養目標是培養出一批符合該專業領域生產和實踐要求的專業人才，但許多企業都反映應屆畢業生缺少工程實踐能力。以制藥工程專業為例，該專業本科畢業生主要是從事醫藥產品生產、研發和車間設計等方面的技術人員，這是未來制藥產業發展緊缺的專業人才，藥品工業化生產實踐是在日后工作中必定要接觸到的，我們在實驗教學中增加了一些具有工程化特點的實驗，包括天然產物多糖的提取與純化、胸腺肽制備工藝等[9]。這些項目與綜合性、設計性實驗一并列入課外開放性實驗，采取預約制，學生可根據自身興趣自主選擇實驗項目和設計實驗方案，實驗室安排輪流值班的指導教師主要負責實驗室的安全維護以及指導學生使用相對復雜或者昂貴的儀器等。倘若學生不滿足于教師提供的實驗課題，可以通過提交開題報告的方式提出開設新的實驗項目的申請，如果實驗指導老師覺得可行以及現有的實驗條件可以滿足，學生即可采用自己設定的課題。除此之外，我們也會邀請企業高級工程師開設講座，讓學生進一步了解生物制藥工程領域的最新進展。這一做法，既能調動學生的自覺性，又能擴展和豐富學生的工程知識，并取得了預期效果。

5 建設優秀實驗教師隊伍，提高教學人員的素質

高水平的教師隊伍是培養高質量人才的保證，新時期對人才的高要求也相應地對實驗教師隊伍的綜合能力和科研能力提出了更高的要求。然而，國內外部分高校教師的科研任務繁重，這使得教師無法把主要精力投入到本科教學上。另外，實驗課教師輪換的頻率過高，也使得一些優秀的教學經驗缺乏傳承[10]?；诖?，我們通過采取以下措施來加強實驗教師隊伍建設。一是強化青年實驗指導教師的培養，對于青年教師而言，一方面知識背景薄弱，另一方面容易接受新鮮事物。因此，在備課時要以學生的教材為依據，同時借助互聯網、文獻、期刊甚至日常生活發現整理實驗講義進行實驗講解，做到與時俱進，真正提升實驗教學效果。需要指出的是，青年教師由于缺乏經驗，對實驗過程中可能出現的問題和學生的接受程度不甚了解，因此更應多花時間、勤動手、勤動腦，在實驗課之前做好預實驗，檢查儀器的工作狀態、實驗材料及試劑等是否齊全，客觀預測學生在哪些實驗步驟可能出現困惑和問題，上課時重點講解。二是加強教師實驗教學水平的考核，定期組織督導組進入課堂隨堂聽課，詢問學生上課心得、教學內容以及對本門實驗課程的興趣；同時鼓勵學生積極參與對任課老師的評價，在課程結束后到教務系統上對教師進行匿名打分，教師通過學生評價了解自身教學中的不足并做出改進，進一步提升教學效果。三是定期舉行教師講課比賽，選出優秀案例進行示范教學。為此，可讓年長有經驗的教師教授上課技巧，對青年教師實行一對一教學指導，讓優秀的教學經驗得以傳承。

6 結語

我校制藥工程專業生物化學實驗課程的教學改革取得明顯成效，通過改革顯著提高了學生的科研興趣和學習主動性，激發了學生的創新實踐能力。近5年來，我校制藥工程學生通過大學生創新創業計劃等形式參與科研實踐的比例高達90%以上,并在各類學科競賽、創新創業比賽中取得較好成績。同時，本科生參與發表了一批學術論文，取得了一批專利成果。但是必須指出的是，生物化學實驗課程在制藥工程教學體系中具有重要的地位，其建設是一項長期性的工作，還需要與時俱進，進一步重視和加強。