制药工程专业生物化学实验课程的建设与探索

邵敬伟，唐凤翔，郑允权，万东华，黄剑东

(福州大学 化学学院，福州 350116)

生物化学课程是我校为制药工程专业设立的专业必修课，作为兼具较强的理论性和实践性的基础学科，将实践与理论有机结合更能提高学习成效。为了强化实践教学，我校将生物化学实验单独设课，分设生物化学理论教学课和实验教学课两门必修课。当前，如何适应新时代培养复合型人才的需求，进一步优化和加强生物化学实验课程的建设成为一个重要课题。根据多年的教学体会，并参考其他院校的成功教学经验，我校从更新教学内容、调整教学方法等方面入手，优化实验课程考核方式、加强师资队伍建设，不断完善生物化学实验教学体系。

1 丰富实验教学内容，激发学生的创新意识

随着科技的不断进步，生物化学技术内容也在不断地更新，但多数实验教材内容较为单一、陈旧，其更新速度已经不能满足生物制药发展的需要。同时，生物化学实验项目耗时长、课时少，既影响了实验内容的丰富性，也限制了生物化学实验的广泛开展[1-3]。另外，由于我校制药工程学生基数较大，受仪器和试剂、教学场地、经费的制约，故多数情况下只能简化实验教学内容，主要侧重于简单的定性或定量验证实验，阻碍了实验教学效果的提升。

针对上述情况，我们采取了以下举措。一是统筹各相关课程联系，增设学时。生物化学实验课程常与其他实验课程相互关联，如微生物学实验和分子生物学实验等，由此可将制药工程专业所修实验课程进行整合，以消除重复和单一性实验，进一步增设生物化学实验课的课时，增加实验内容以适应专业教学需要；二是从培养优秀复合型人才高度出发，更新和丰富实验教学内容。从编写实验指导教材入手，重新设计实验教学内容，在传统实验方法中引入最新研究成果，旨在拓宽学生的眼界，培养其创新意识和综合应用能力。在实验教学中增设当前研究中使用的、新的实验技术和项目，例如熊果酸的制备和测定、螺旋藻藻蓝蛋白的分离、纯化与鉴定等与药物研究相关的综合性实验[4]，通过综合性实验的引入，不但融合了化学、药学等多个交叉学科的知识点，还将理论知识与实验操作有机结合，更有利于培养学生的综合应用能力。此外，我们还尝试开展菠萝蛋白酶的提取、纯化与鉴定、辅酶Q10的制备与检测等设计性实验，要求学生通过查阅文献了解菠萝蛋白酶的组成、理化性质和常用提取方法，综合上述因素独立设计最佳实验方案并完成实验。通过归纳演绎，分析由具体到一般，个性到共性掌握实验设计的模式，培养学生独立思考能力和自主创新意识，为其今后的科学研究奠定了良好的基础。综合性实验尽管有一定的难度，但却是在大多数学生可接受的范畴，有助于学生对生物化学实验有更清晰的认识和感受。设计性实验要求学生具有一定的独立能力，难度较大，适用于有一定基础且对科研感兴趣的学生，对其各方面能力的锻炼价值是显而易见的。综上，高校生化实验内容的设计上应以验证性实验为基础、综合性实验为阶梯、设计性实验为提高，充分激发学生的创新思维和创新能力。

表1 生物化学实验项目概况

2 教学中引入科研课题，培养学生的创新思维

以往的生物化学实验课程教学中，学生是在实验讲义和教师的指导下按部就班完成实验，导致学生缺乏主动学习的积极性及独立分析、解决问题的能力[5]。对此，我们尝试从以下几方面进行改革。首先，采用开放性的教学方式，引导学生在课前自由组成小组进行讨论，确定实验项目、设计实验方案、准备实验试剂并完成预实验，让学生在充分理解实验内涵的同时，锻炼动手能力。这样的教学方法使学生通过实验对教科书中的有关理论有了更深刻的理解，还可以有效地提高学生的学习兴趣以及自主学习能力。

同时，为了提升学生的科研能力，我们还开辟第二课堂，鼓励学生利用课余时间扩展知识阅读，追踪生物学、化学和药学等前沿领域科研进展，依托教师科研课题、本科生助研、大学生科研综合训练项目(SRTP)、大学生创新创业训练等课外实践与创新活动，让学生真正地将理论用于实践，进一步接近科研，更能体会到学而有用的成就感。另外，适当采取虚拟实验和网络社交手段等教学形式。一些重要的生物化学实验技术因实验难度较大、周期较长，或因实验药品、实验器械比较昂贵，无法纳入本科生的实验教学中，对此可利用虚拟实验软件进行虚拟实验，通过虚拟实验能让学生对车间工艺流程产生初步了解，为以后的研究工作奠定基础。此外，借用网络社交工具，建立微信公众学习平台，定期发布实验须知、实验心得、实验趣闻、前沿技术等内容，通过评论和问答等方式加强师生之间互动，增加学习的趣味性，提高学生的学习效率[6]。

以上多元化教学方式的采取，有效激发了学生的兴趣，学生的实践能力和科研素质得到了真正的培养和提升。

3 制定合理的考核方式，保障实验教学效果

实验课的成绩评价能直观地反映学生的学习情况。但以往的考核方式主要集中在考勤以及实验报告方面，导致有许多学生不知道实验的原理以及操作等照样可以写好一份实验报告，从而得到较好的成绩[7]，这导致我们的教学目标难于达成。为此，我们探索构建了较为科学合理的考核方式，从多方面和多个角度对生物化学实验课的成绩进行评价，最终成绩由实验预习、平时操作、数据记录、结果分析和实验报告等组成(表2)。

充分的实验预习能让学生提前了解实验目的、实验原理、可能出现的实验现象、数据分析方法、以及实验注意事项，避免之后做实验的盲目性和不确定性，尽早排除实验中潜在的安全隐患。课堂上，老师可以针对学生预习的内容进行提问或者让学生上交预习实验报告，通过让学生查阅文献资料、设计实验方案并撰写成报告的方式，督促学生利用文献数据库收集资料、了解该实验最新进展，同时提升其撰写报告的能力。教学老师也将根据学生的实验预习情况而进行打分，并作为其最终成绩的一部分。

实验操作是整个实验课程的核心，直观反映学生的科研动手能力，也是培养复合型人才的一个关键点。因此，对于实验操作的考核是必要的，故针对每一个学生，老师应当场考察学生的操作方式、实验结果等并给出相应评分。由于实验指导老师一般只有两到三个，但学生人数多，为了更好地对学生的实时实验能力进行评价，可以增设研究生助教协助进行记录和评价。

学生的实验报告一直以来都是实验性课程的成绩评定的主要依据，是老师了解学生掌握知识程度的一个重要途径，也是提升学生表述能力的一个重要手段。以往，教师对实验报告的要求仅仅是根据讲义步骤书写，缺乏学生的独立思考以及创新性内容。为此我们鼓励学生参考科研论文的格式撰写实验报告，要求学生自己查阅文献，并结合自己的实验过程和结果等进行分析，同时需要有自己的讨论与小结。通过类似科研论文的实验报告撰写，锻炼了学生撰写科研论文的能力，让学生接触到与实验内容有关的最新科研进展，在增长见识的同时训练学生独立思考、严谨求实的科学思维能力[8]。

表2 实验项目考核标准

4 扩展课外开放性实验，强化学生工程实践能力

高校对于本科生的培养目标是培养出一批符合该专业领域生产和实践要求的专业人才，但许多企业都反映应届毕业生缺少工程实践能力。以制药工程专业为例，该专业本科毕业生主要是从事医药产品生产、研发和车间设计等方面的技术人员，这是未来制药产业发展紧缺的专业人才，药品工业化生产实践是在日后工作中必定要接触到的，我们在实验教学中增加了一些具有工程化特点的实验，包括天然产物多糖的提取与纯化、胸腺肽制备工艺等[9]。这些项目与综合性、设计性实验一并列入课外开放性实验，采取预约制，学生可根据自身兴趣自主选择实验项目和设计实验方案，实验室安排轮流值班的指导教师主要负责实验室的安全维护以及指导学生使用相对复杂或者昂贵的仪器等。倘若学生不满足于教师提供的实验课题，可以通过提交开题报告的方式提出开设新的实验项目的申请，如果实验指导老师觉得可行以及现有的实验条件可以满足，学生即可采用自己设定的课题。除此之外，我们也会邀请企业高级工程师开设讲座，让学生进一步了解生物制药工程领域的最新进展。这一做法，既能调动学生的自觉性，又能扩展和丰富学生的工程知识，并取得了预期效果。

5 建设优秀实验教师队伍，提高教学人员的素质

高水平的教师队伍是培养高质量人才的保证，新时期对人才的高要求也相应地对实验教师队伍的综合能力和科研能力提出了更高的要求。然而，国内外部分高校教师的科研任务繁重，这使得教师无法把主要精力投入到本科教学上。另外，实验课教师轮换的频率过高，也使得一些优秀的教学经验缺乏传承[10]。基于此，我们通过采取以下措施来加强实验教师队伍建设。一是强化青年实验指导教师的培养，对于青年教师而言，一方面知识背景薄弱，另一方面容易接受新鲜事物。因此，在备课时要以学生的教材为依据，同时借助互联网、文献、期刊甚至日常生活发现整理实验讲义进行实验讲解，做到与时俱进，真正提升实验教学效果。需要指出的是，青年教师由于缺乏经验，对实验过程中可能出现的问题和学生的接受程度不甚了解，因此更应多花时间、勤动手、勤动脑，在实验课之前做好预实验，检查仪器的工作状态、实验材料及试剂等是否齐全，客观预测学生在哪些实验步骤可能出现困惑和问题，上课时重点讲解。二是加强教师实验教学水平的考核，定期组织督导组进入课堂随堂听课，询问学生上课心得、教学内容以及对本门实验课程的兴趣；同时鼓励学生积极参与对任课老师的评价，在课程结束后到教务系统上对教师进行匿名打分，教师通过学生评价了解自身教学中的不足并做出改进，进一步提升教学效果。三是定期举行教师讲课比赛，选出优秀案例进行示范教学。为此，可让年长有经验的教师教授上课技巧，对青年教师实行一对一教学指导，让优秀的教学经验得以传承。

6 结语

我校制药工程专业生物化学实验课程的教学改革取得明显成效，通过改革显著提高了学生的科研兴趣和学习主动性，激发了学生的创新实践能力。近5年来，我校制药工程学生通过大学生创新创业计划等形式参与科研实践的比例高达90%以上,并在各类学科竞赛、创新创业比赛中取得较好成绩。同时，本科生参与发表了一批学术论文，取得了一批专利成果。但是必须指出的是，生物化学实验课程在制药工程教学体系中具有重要的地位，其建设是一项长期性的工作，还需要与时俱进，进一步重视和加强。