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1、?实践训练?基于实验室开放基金项目综合性实验的实施*张黎明?王敏?戴玉杰?李兴林?赵俊天津科技大学生物工程学院?(天津?300457)摘?要?以制药工程专业本科生为授课对象,尝试基于实验室开放基金项目综合性实验的教学训练,从实验内容的选择、实验方案设计和具体实施三方面进行实践和探索.结果表明,这种模式的开放式实验教学,既有利于提高学生的综合实践能力,也有利于培养学生分析和解决实际问题的能力.关键词?制药工程;综合性实验;开放式实验教学?制药工程专业对人才培养目标的定位是培养具有制药专业理论和工程知识与创新能力的高级应用型制药人才,以适合医药工业创新与发展对人才的需求.随着我国高等教育规模的扩大
2、和教育教学改革的不断深入,要求制药工程专业培养的学生既要具有药学基本理论、基本知识、基本技能,又要具有对药品新资源、新产品、新工艺进行研究和设计的能力,同时还要具有能从事医药生产、医药开发、产品经营的能力.因此,可以说制药工程是建立在药学、生物技术、化学和工程学基础上的一门综合性和实践性很强的学科 1,2.实验教学作为制药工程专业教学工作的重要组成部分,对培养学生的动手能力、分析解决问题能力、正确的思维方法及严谨的工作作风等方面起着不可替代的作用.实验教学质量的优劣,直接影响到该专业培养目标的实现.据宗国升等人分析 3,4,高等学校实验教学存在种种弊端,其主要表现为:在实验目的上,实验教学仅仅
3、是对理论知识的验证,实验技能的训练存在重理论、轻实践的倾向,忽视实验教学对学生综合能力与创新思维的培养;在实验安排上,实验课程依附理论课程设置,造成各门实验课互相独立、互相分割,内容多有重复.未独立设置的实验课程考核成绩只在相应的理论课程中占很小权重,明显处于从属地位,故不能引起学生充分重视,更不能充分体现实验课程对人才培养的独特作用;在实验内容上,缺乏创新,验证和演示性实验占据相当大比重,学生按照指导书或实验操作步骤亦步亦趋进行实验,不能激发学生对实验的兴趣和主动性,更不能充分调动学生在实验中的创造性思维,不利于培养学生科研能力.一、基于实验室开放基金项目综合性实验的特点综合性实验是指实验内
4、容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验.开设综合性实验的目的是对学生的实验技能进行综合训练,培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理以及查阅资料的能力.与传统的验证性实验比较,综合性实验一般具有以下特征:实验内容的复合性,实验方法的多元性,实验手段的多样性,人才培养的综合性.综合性实验的设计原则 5具有互补性、交融性、渗透性、承前启后、递进式、平行式、系统性和发展性,可以有效地培养学生的工程综合应用能力与创新研究能力.相对于传统实验教学而言,基于实验室开放基金项目的综合性实验具有开放实验教学的特性.主要表现在实验内容的主题和重要特色由指导教师决定,但实验具体内容,学生可根据自
5、己的专业知识背景和兴趣,选择合适的开放实验项目,由指导教师对学生启发和引导来完成.学生参与查资料、实验设计和实验准备等所有相关工作.开放实验的时间则由学生和教师共同商定,可考虑参与学生的课余时间,如周末、晚上和假期.基于实验室开放基金项目的综合性实验具有阶段性,可以利用中期、终期检查及动态抽查方式进行教学管理,而且只有有效地监管才能达到预期的教学效果.?52?药学教育 2011年 第 27卷 第 1期*收稿日期:2010?09?08.基金项目:2009?2010年天津科技大学实验室开放基金项目.作者简介:张黎明,男,博士,副教授,从事天然药物研究与开发工作.二、基于实验室开放基金项目综合性实验
6、的实施2009年初,天津科技大学制药工程专业综合实验室获得天津科技大学实验室开放基金重点项目资助,项目名称为?中药片剂、硬胶囊和滴丸的制备及质量考察?.鉴于综合性实验与制药工程专业在内涵、性质与培养目标上的一致性,项目组改变过去一门理论课跟一门实验课的实验课教学模式,以?中药片剂、硬胶囊和滴丸的制备及质量考察?项目涉及的?中药片剂、硬胶囊和滴丸剂?的制备为目标产品,以提高学生综合素质、实践能力和创新意识为目的,精心组织编排综合性实验,对制药工程专业大二、大三本科生进行开放式实验教学.通过详细讲解所要实施的综合性实验的研究内容主题、主要特色、要达到的预期目的和实验室现有仪器设备等信息.要求学生自
7、愿报名参加开放实验教学.1.综合性实验内容的选择基于实验室开放基金项目综合性实验内容的选择,是影响开放实验效果关键步骤之一.结合学生的知识背景,应选择与学生以往学过的知识有一定衔接的内容,特别要关注自己亲自做过的相关实验或者类似的实验内容,这样可以降低选择内容的难度.要注意,选题过难会使学生不知所措,无法下手;但实验选题太容易也会失去意义.将教科书中相关内容进行综合,再适当进行一些文献查阅,便可得到大型综合性实验.例如制药工程专业关于?芦丁和槲皮素的提取、分离和结构鉴定?和?芦丁和槲皮素的含量测定方法?是经典实验,属于验证型实验;关于槲皮素滴丸的制备也有文献报道 6,也可借鉴银杏提取物片剂和硬
8、胶囊制备工艺设计相应的芦丁和槲皮素制剂的制备流程,这样学生就确定综合性实验具体项目为?芦丁或槲皮素片剂、硬胶囊和滴丸的制备及质量考察?.该内容与学生学过的知识也有一定的衔接,涵盖了天然药物化学、药物分析,中药药剂学、中药制药工艺学、中药制剂工程和中药制药工程原理与设备等多个学科,具有综合性、设计性和创新性的特点.2.综合性实验内容的设计及实验材料与方法准备确定基于实验室开放基金项目综合性实验内容以后,首先,要使学生进一步了解本实验项目的任务(如以槐米为原料提取、分离得到芦丁或槲皮素原料,再制备片剂、硬胶囊和滴丸,并进行质量考察).其次,指导学生根据所给的实验项目查阅相关文献,要求学生分头收集资
9、料,包括理论课和实验课教材、手册和期刊文献.要强调查阅资料的重要性,并给学生示范文献的查阅方法.再次,在对所查阅文献进行综述的基础上,建立实验方案,实验方法与操作步骤,包括实验的技术路线、实验的进程安排、每个研究项目的具体操作过程,以及设立的观察指标和指标的检测手段.由于综合性实验的内容比较多,所以要注意实验的前后顺序和阶段性安排.最后,学生根据实验方案进行实验仪器的配备,试剂和实验药材的订购计划.以上步骤都是在实验小组内学生相互配合下完成的,由小组长负责拟定初步的实验方案,并将组内协商通过的方案交给指导教师.指导教师修改完善学生的实验方案后,学生便可进入综合性实验内容的具体实施阶段.3.综合
10、性实验内容的具体实施综合性实验内容的具体实施阶段是消耗时间最长的阶段,其实验时间主要安排在课余时间,具体要完成实验的准备、实验具体操作、实验结果初步整理、分析和讨论等内容.此时的开放实验教学中,学生是实践的主体,整个实验过程中,应按照修改后的实验设计方案和操作步骤进行实验并细致观察,做好各项实验的原始记录.要注意培养学生严肃认真的科学态度,如原始记录要真实可靠,不得随意涂改.有些操作步骤需要学生相互配合才能完成,有些结果需要共同探讨才能作出判断.如?芦丁或槲皮素片剂、硬胶囊和滴丸的制备及质量考察?综合性实验,共有 16人报名参加开放实验教学,每组 4人,共分为 4组进行.在前期文献查阅并进行实
11、验方案设计的基础上,最终修订该项目的实施方案,见表 1.由表 1可知,基于实验室开放基金项目的综合性实验是由许多小型实验项目组成的.这些实验项目都分散在多门课程中,容易造成衔接不畅,实验效果不能形成比较系统的认知和综合体验.通过将所有涉及到芦丁或槲皮素的实验,按照互补性、交融性、渗透性、承前启后、递进式、平行式、系统性和发展性的原则进行精心组织编排后,得到了系统性强的综合性实验.实验过程中有些仪器要在实验设计前给学生说明,便于制定恰当的实验方案,如本实验片剂采用单冲压片机,硬胶囊剂采用300孔手工胶囊板,滴丸剂用实验室自制简易滴丸仪等.实验结束后要求学生及时整理实验数据,让学生尝试利用计算机软
12、件,如 Excel、Origin、SPSS和正交助手等软件,鼓励学生自己编写程序处理实验数据,逐步用科技写作规范的方式表达实验结果.?53?药学教育 2011年 第 27卷 第 1期表 1?芦丁或槲皮素片剂、硬胶囊和滴丸的制备及质量考察?实验实施方案序号实验内容涉及学科实验目的实验提示1槐米 药 材 的 选 择 与 质量控制生药学,药物分析通过测定槐米中芦丁的含量选择道地药材用分光光度法、HPLC法2芦丁的提取及提取物中芦丁含量测定天然药物化学,药物分析选择最佳条件提取芦丁粗提物并测定其含量以碱提酸沉法为主3芦丁的 精制、鉴定及 含量测定天然药物化学,药物分析得到精制芦丁原料药并测定其含量根据
13、芦 丁在热 水?冷水溶解度4芦丁水解制备槲皮素天然药物化学,药物分析得到槲皮素原料药并测定其含量参考天然药物化学实验5芦丁和槲皮素的结构鉴定波谱分析,仪器分析鉴定苷和苷元并比较其 UV、I R和 NMR 光谱参考天然药物化学实验6芦丁 片 剂 的 制 备 及 质量考察药剂学,制剂工程制备芦丁片剂并考察其质量参考银杏提取物片剂7芦丁硬胶囊剂的制备及质量考察药剂学,制剂工程制备芦丁硬胶囊剂并考察其质量参考银杏提取物硬胶囊8槲皮素滴丸的制备及质量考察药剂学制剂工程制备 槲 皮素 滴 丸 并考 察 其质量CNKI 数 据 库 有 文 献报道9三羟乙基芦丁(曲克芦丁)的制备药物化学,药物合成反应对芦丁进
14、行结构改造,改善其药理活性CNKI 数 据 库 有 文 献报道10曲克芦丁片剂的制备及质量考察药剂学,制剂工程制备曲克芦丁片剂并考察其质量CNKI 数 据 库 有 文 献报道?4.综合性实验内容的总结实验结束后,学生以小组为单位对实验结果进行科学的整理、归纳、统计和分析,要求每位学生独立撰写阶段实验报告,其内容包括实验目的、实验原理、材料与试剂、仪器与设备、实验操作、结果与分析,疑问与讨论.其中应主要反映出实验操作、结果与分析,疑问与讨论,以训练学生的语言组织能力、综合思考能力及分析解决问题的能力,也便于学生将来查阅、参考.在此基础上,组织学生就基于实验室开放基金项目综合性实验的开放式教学进行
15、评价,写出自己的收获和体会,实验内容实施过程所遇到的问题和需要改进的地方.5.综合性实验内容实施过程所遇到的问题及解决办法综合性实验内容实施过程中,要求参加实验的学生具有一定的药学相关基础学科的理论和实践基础.但制药工程专业大学二年级的学生,他们只是系统地学习过无机化学、分析化学和有机化学等基础课程及相关的实验操作技能课程,缺乏药学相关的背景,因此,指导教师要对学生的知识背景有充分的了解,在实验分组时和大三的学生分在一组,向学长学习,注意对这些学生自学能力的培养,从而为完成综合性实验内容打下良好的基础.实验项目实施过程中,尽管大部分学生接受过相关的理论课和实验课训练,但遇到实际问题时,有的学生
16、还是不能有效地应用.有的学生基础课内容已经记不清了,以前做过的实验也忘了,尤其是仪器的选择和试剂的配制,所以对关键的操作步骤教师应给予指导.让学生明白,进行综合性实验的目的就是将自己所学多个学科的理论知识和具体操作联系在一起,如果学生实验前带着问题去思考,去复习已做过的实验,查阅新资料,实验过程中多数问题都能得以解决,最终一定会提升自己的综合实践能力.实验实施过程中,有些实验项目会出现失败的实验结果,此时要鼓励学生分析失败的原因,是实验方法问题,还是试剂配制问题,或者是实验操作问题,从失败中汲取教训.失败的实验结果会使学生对科研的基本思路和方法有了进一步的了解.三、实施效果评价经过一年多的教学
17、实践,在对 06和 07级制药工程专业本科生实施基于实验室开放基金项目的综合性实验教学后,收到了预期的教学效果:学生普遍认为,该实验内容的设计和安排,可操作性强,实验者在实验思维和实验设计上受到培训和启示,为学生在今后的学习和工作中开展相关工作积累了宝贵的知识点和参考素材,并具有一定的引导作用和指导意义.通过基于实验室开放基金项目的综合性实验教学,学生大致了解从?中药材?到?中药片剂、硬胶囊和滴丸剂?的全过程;通过交叉、融合各课程的实验?54?药学教育 2011年 第 27卷 第 1期内容、实验方法和实验手段,学生学会如何运用所学理论知识和实验技能解决设计问题的能力.通过这种系统性、科学性和创
18、造性的实验技能训练,加深了学生对相关学科实验课的印象,锻炼了学生实验设计、资料查阅、实验准备和统筹安排的能力,提高了学生综合实验能力.这些能力的培养有助于树立学生的专业思想,对制药工程专业学生未来的毕业设计、就业和继续深造都有益处.对于制药工程专业学生而言,采用系列化或一条龙的方式将过去单一、分散、孤立的实验项目按照综合性实验的综合原则整合在一起,组成一个大型的综合性实验,再通过合理创造问题情境,就会变成利用自己所学知识和实验技能解决实际问题的另外一种效果.而原来孤立的实验项目仅仅是一个验证型实验.目前,大多数制药工程专业实验教学内容是属于验证型,这些验证实验无疑使学生学到许多实验知识和技能,
19、但由于这些储备在大脑中比较凌乱,印象不深刻,容易被遗忘.通过基于实验室开放基金项目的综合性实验教学,给学生重新审视这些验证型实验的机会,自己准备实验仪器和试剂,并学会如何利用这些实验项目解决制药过程所遇到的实际问题.四、思考和建议在大量验证性实验内容的基础上,适当地增设一定数量的综合性设计性实验,让学生自行设计实验方案,准备仪器和配制试剂,独立完成整个实验,以培养学生的创造力.在此情况下,教师是实验的指导者、观察员,也是实验室管理员.在实验过程中,除安全问题及尚未使用过的仪器、装置需要介绍外,给学生留出足够的空间,让学生独立思考、分析解决问题.在选择实验内容前要启发和引导学生,以中药片剂、硬胶
20、囊和滴丸剂型的制备为目标进行联想,项目要尽可能考虑天然药物化学(中药化学)、药物分析、有机化学、药剂学、制药工艺学、制剂工程和制药工程原理与设备等学科的知识点.建议制药工程专业综合性设计性实验项目定位在制剂比较合适,从原料药的合成或提取到药剂成型,涉及制药工程的全过程许多方面的问题,需要借助药学和制药工程学科的理论和实验技能才能解决实际问题.选择药剂实验项目还可以培养学生的兴趣,虽然这种形式的开放实验耗时长,但看到自己亲手制备的药剂实物时,会有一种成就感.开放实验结束后,有机会组织学生到相关制剂制药企业参观实习,效果更好.参考文献1 姚日生,张洪斌.制药工程专业课程体系建设与教学实践 J.化工
21、高等教育,2002(3):39?41?2 颜范勇,刘冬青,王兵,等.制药工程专业实验教学内容建设与学生素质培养 J.药学教育,2008,24(2):48?49?3 宗国升.当前高校实验教学存在的问题和改革途径 J.实验室研究与探索,2008,27(11):163?165?4 杨艺虹,张珩,王存文,等.制药工程专业实验课程教学的改革与实践 J.武汉工程大学学报,2010,32(4):101?104?5 吴新开,朱承志,钟义长.综合性实验的综合原则 J.实验室研究与探索,2007,26(6):89?91?6 雍德卿,翟光喜,刘宏.槲皮素滴丸制备工艺的实验研究J.中国生化药物杂志,2006,27(4
22、):228?230?Practice of Comprehensive Experi mentsBased on Project of OpenExperi mental TeachingZHANG Li?M ing,WANG M in,DAIYu?Jie,LIXing?Lin,ZHAO Jun(School of Biotechnology,T ianjinUniversity of Science and Technology,T ianjin 300457,China)Abstract:Som e teaching practice about comprehensive experi
23、ments based on project of open experi m ent teachingwasmade for the undergraduatesmajored in phar maceutical engineering specialities.On the whole process of teach?ing,the selections of experi m ental items,contents of designing experi ments and its i mplementation were practicedand explored.The results show that the open experi m ental teaching could help students i mprove comprehensivepractice ability and develop students?ability in analyzing and solving the proble m s.Key words:Phar m aceutical engineering;Comprehensive experi ments;Open experi m ental teaching?55?药学教育 2011年 第 27卷 第 1期