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摘要：传统的教学模式方法单一，难以提高学生的学习兴趣。而随着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助教学由于其强大的音视频处理能力，信息储存和处理能力以及各种形式的人机交互，从而在各门课程的教学中均展现出强大的竞争力，改变了传统的教学理念。生物制药工艺学是一门实践性极强的课程，传统的课堂教学模式在教学过程中存在相当多的局限。本文即讨论了在目前CDIO工程教育模式的大背景下，如何在教学过程中贯彻工程教育的理念，以现代计算机技术辅助教学，从而能够达到CDIO工程教育模式的培养目标。在此基础上，本文亦给出了贯彻CDIO工程教育模式的计算机辅助教学策略以及应用的建议。
关键词：CDIO；计算机辅助教学；生物制药工艺学
本文引用格式：郭峰，等.CDIO工程教育模式下的计算机辅助教学——以生物制药工艺学课程为例[J].教育现代化,2020,7(56):52-55.
Computer-Assisted Instruction in the Background of CDIO
——The Example of Biopharmaceutical Technology
GUO Feng,SUN Dong-dong,YANG En-dong,LIU Hai-ping,WANG Wei-yun
(School of Life Science of Anhui Agricultural University,Hefei Anhui）
Abstract:The traditional teaching method is single,which is difficult to improve students’interest in learning.With the rapid development of computer technology,because of its powerful audio and video processing ability,information storage and processing ability,as well as various forms of human-computer interaction,computer-assisted instruction has shown a strong competitiveness in the teaching of various courses,changing the traditional teaching concept.Biopharmaceutical technology is a very practical course.The traditional teaching mode has many limitations in the teaching process.This paper discusses how to carry out the concept of engineering education in the process of teaching under the background of current CDIO engineering education mode,and how to use modern computer technology to assist teaching,so as to achieve the training goal of CDIO engineering education mode.On this basis,this paper also gives the implementation of CDIO engineering education model of computer-aided teaching strategies and application recommendations.
Key words:CDIO;Computer-assisted instruction;Biopharmaceutical technology
一 引言
CDIO工程教育模式是国际工程教育研究中卓有成效的成果之一。CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)和运行(operate)。
它以产品研发到产品的运行、维护和废弃的全生命周期为载体，建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系[1]。因其教育理念中与生产实际的紧密相关性，恰好与我国工科院校重理论轻实践，重基础学习轻创新的缺陷互补，自2005年引入中国以来，在短短几年内，就对中国工程教育产生了深远的影响。CDIO给出了其培养工程师的能力大纲和12条实施标准。根据这两个指导性文件，要求学生在掌握基础知识的同时，还要具有发现问题、分析问题以及解决问题的能力。传统的课堂教学模式下，学生学习主动性差，参与度低，已不能适应CDIO培养模式的要求，而现代计算机技术的适时介入，使得CDIO理念在课堂上的贯彻成为可能。
生物制药工艺学是生物制药专业必修的一门专业理论课，是一门涉及生物学、医学、药学、生物技术、化学和工程学等学科基本原理的综合性应用技术科学，也是一门将理论知识与生产实践相连接的课程。该课程重点讨论各类生物药物的来源、性质、结构、用途、制造原理、工艺过程与生产方法等，旨在着重培养学生具备从事生物药物研究、生产与开发的基本知识、基本理论和基本技能，同时也为应用现代生物技术研究、开发生物药物奠定了必备的基础[2]。该门课程具有较强的工程科学属性，与实践联系紧密，包含了生物制药工艺基础、生物分离工程技术以及重要生物药物制造工艺三篇内容，要求学生能够在理解、掌握第一篇中理论知识的基础上，能够应用第二篇中所提到的各种分离技术砌块，以工程师的思维方式，初步设计生物药物的生产工艺并解决实际生产中的各种问题。随着目前分离技术的日新月异，生物制药工艺学的章节内容逐步增加，而课程理论课时基本保持不变，传统的教学手段和模式已经无法适应信息技术时代下的学生对接受新知识速度的要求，呈现出的教学效果也不够理想。CDIO工程教育模式下，对学生的培养要求能够真正解决实际生产中所出现的问题。因此，如能采用信息化的教学手段辅助理论课程的教学，将生产实践以信息化的手段进入课堂，则能在一定程度上解决课程教学与生产实际脱节的问题，提高本门课程的教学水平及教学效果。
二 计算机辅助教学在生物制药工艺学教学中的应用优势
随着网络及信息技术的发展，多媒体教学越来越显现出其在课堂教学中的优势：其通过大数据处理功能，可实现数据信息的存储和智能化分类；其视频和音频的教学功能，可替代传统的板书式教学，并可以通过图文并茂的方式对学生进行展示，充分调动学生的视觉和听觉等，为学生构架立体化知识氛围；互联网信息技术具有交互性，人机交互模式的发展，可有效拓展学生的思维模式[3]。
1.有利于丰富教学内容：多媒体技术能够将视频、音频、图像、文字等等元素有机结合，从而制作出精美的多媒体课件，有效地克服了传统声音材料、文字材料存在的单调乏味的不足[4]。课件包含信息量大，解决了学时少、学生多、教学资源不足的问题。
2.有利于学生在短时间内获取大量的知识：多媒体教学以丰富的色彩和良好的视觉效果改变了过去传统教学的沉闷气氛，图文并茂的多媒体课件能够激发学生对讲授内容的兴趣，还可以增加学生的感性认识，便于学生从整体上把握知识的系统性，使感性认识上升到理性认识[5]。
3.有利于学生自主能动性的提高：虚拟仿真技术作为新兴的多媒体技术，在课堂教学中也得到了广泛应用。其软件的开发注重过程的互动性，学生在学习的过程中需要亲身思考过程的原理及出现的问题，并以所学知识加以解决，从而提高了自主学习的能力。
三 基于CDIO工程教育模式的计算机辅助教学应用策略
（一）教学内容为主体的合理化应用
生物制药工艺学作为生物制药的重要专业课程，理论知识与生产实践并重。学生在学习的过程中，往往感觉理论知识难以理解，而又由于缺乏实践经验，生产实践内容也非常陌生。由于医药行业的特殊性，以及各高校在课时、经费、场地上的限制，学生难以真正接触到制药行业生产的核心内容，仅凭课堂PPT以及教师讲授，学习更多只是雾里看花，学生对于课程的学习兴趣缺缺。合理的信息化技术的应用能够提升学生对于所讲授内容的兴趣，结合文字的说明及教师的讲解，能够加深学生对于课程知识点的理解，起到事半功倍的效果[6]。此外，采用项目化课程设计的方式，将课程内容分解为多个典型的生产项目，学生课前预习，课堂分组讨论，分析可能存在的问题，随后采用计算机技术呈现真实的生产过程以作为比较，从而加深学生对于生产实践的理解。例如青霉素的生产工艺，由于条件限制，学生往往难以获得有关药品生产的直观认知。通过虚拟仿真技术，可在课堂上进行青霉素生产的教学，从菌种的保藏开始，制备种子、灭菌、发酵、发酵液预处理、提取精制、鉴定等一系列完整的流程演示（如图1），学生不仅能够对微生物药物的完整制备流程有直观的认识，还掌握了菌种保藏直到提取精制的一整套方法流程以及鉴定检验技术，课程内容饱满。
又如大孔树脂富集天然有效成分，其中树脂的预处理复杂，时间较长，学生对大孔树脂制备工艺了解不够深入。此时亦可采用视频跟拍的方式，从材料的准备，到树脂的预处理，进行视频跟拍，获得的视频资料可交给学生进行预习和复习，或直接当成课件进行课堂教学。
（二）CDIO工程教育理念为指导，多种手段综合应用
通过自己的努力组建超临界流体萃取的生产工艺流程，从而加深对于本知识点的理解。
随着虚拟现实技术的飞速发展，人们逐渐意识到其在教育领域内的应用价值。特别在生物制药领域，由于制药行业的特殊性，学生难以参与实际的生产过程，而在课堂教学中加入虚拟仿真教学环节，教师在制作课程PPT时，在确保知识点之间的连贯性，同时保证课件内容的衔接性和流畅性的大前提下，使用虚拟仿真软件进行课堂教学，采用多元化的表示方式，适时地在课程PPT、课程板书以及仿真软件之间进行来回切换，并展现虚拟仿真软件的优势即互动性，真正提升课堂教学效果[7]。
如图2所示，在讲解超临界流体萃取工艺流程时，不仅可以通过图2-a的方式进行，在此基础上，还可采用图2-b的方式，将超临界流体萃取工艺的设备打乱，让学生参与到教学过程中，甚至在教学过程中可以采用虚拟仿真软件模拟生产事故的发生，学生分组进行讨论事故的原因及解决方法，真正将课堂与生产实际相连接，贯彻CDIO教育模式的培养理念，以培养出真正能够解决实际问题的工程师人才。
（三）构建信息化的教学体系
生物制药工艺学课程作为生物制药专业重要的专业课程，不仅在理论课教学中有着非常重要的地位，且实验和实习、实训课程也非常必要。因此，在理论课程应用计算机辅助教学模式时，应对教学资源进行合理规划，将信息技术引入实验以及实习教学中，建立虚拟仿真实验室，提升课程教学的流畅性与完整性，为学生构建多维度学习环境[8]。学生在这样的课程体系中，能够将基础理论知识充分与生产实际相融合，提升学生的主观能动性，真正能够发现问题、分析问题并解决问题，进而提升教学质量，以利于培养符合CDIO标准的工程师人才。
四结语
综上所述，CDIO工程教育模式作为现代工程教育的新模式，对我国工程教育有着非同一般的意义。而我国多数高校生物制药专业在课时安排、教学资源、设备、场地等方面均难以满足CDIO工程教育模式的要求，从而使得CDIO工程教育理念的贯彻成为一个难以解决的问题。鉴于此，本文分析了在生物制药工艺学理论课程中贯彻CDIO工程教育理念的必要性，并从教学主体、教学内容等方面综合分析了计算机辅助教学在生物制药工艺学课程教学中的应用优势。在此基础上，给出了在生物制药工艺学理论课程中贯彻CDIO工程教育理念的策略，为提升课程的教学质量，培养符合CDIO标准的工程师人才提供一定的建议。
参考文献
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[2]吴梧桐.生物制药工艺学[M].第二版.北京:中国医药科技出版社,2006.
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[4]谢嘉雯.浅谈多媒体技术在课件制作中的应用[J].贺州学院学报,2010(03):146-150.
[5]吴建平.多媒体课件制作与多媒体教学方法的研究[J].教育学报,2004(4):8-11.
[6]何书英,刘煜,郑珩，等.生物制药虚拟仿真实验教学平台的建设与应用[J].实验技术与管理,2017(8):34-35.
[7]罗海希,等.“教-学-做”一体化教学模式建构与实践——以高职生物制药工艺学实践课程为例[J].教育现代化,2019,6(42):38-40.
[8]马艳琴,等.生物制药专业课程体系构建研究[J].教育现代化,2018,5(35):115-116.
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