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

CDIO工程教育形式下的计算机辅助教学——以生物制药工艺学课程为例〔〕:

摘要：传统的教学形式方法单一，难以进步学生的学习兴趣。而随着计算机技术的迅猛开展，计算机辅助教学由于其强大的音视频处理才能，信息储存和处理才能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理论性极强的课程，传统的课堂教学形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工程教育形式的大背景下，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，从而可以到达CDIO工程教育形式的培养目的。在此根底上，本文亦给出了贯彻CDIO工程教育形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工程教育形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,2022,7(56):52-55.

puter-AssistedInstructionintheBackgroundofCDIO

TheExampleofBiopharmaceuticalTechnology

GUOFeng,SUNDong-dong,YANGEn-dong,LIUHai-ping,WANGWei-yun

(SchoolofLifeScienceofAnhuiAgriculturalUniversity,HefeiAnhui〕

Abstract:Thetraditionalteachingmethodissingle,whichisdifficulttoimprovestudents"interestinlearning.Withtherapiddevelopmentofputertechnology,becauseofitspowerfulaudioandvideoprocessingability,informationstorageandprocessingability,aswellasvariousformsofhuman-puterinteraction,puter-assistedinstructionhasshownastrongpetitivenessintheteachingofvariouscourses,changingthetraditionalteachingconcept.Biopharmaceuticaltechnologyisaverypracticalcourse.Thetraditionalteachingmodehasmanylimitationsintheteachingprocess.ThispaperdiscusseshowtocarryouttheconceptofengineeringeducationintheprocessofteachingunderthebackgroundofcurrentCDIOengineeringeducationmode,andhowtousemodernputertechnologytoassistteaching,soastoachievethetraininggoalofCDIOengineeringeducationmode.Onthisbasis,thispaperalsogivestheimplementationofCDIOengineeringeducationmodelofputer-aidedteachingstrategiesandapplicationremendations.

Keywords:CDIO;puter-assistedinstruction;Biopharmaceuticaltechnology

一引言

CDIO工程教育形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)、施行(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，建立一体化的互相支撑和有机联络的课程体系【1】。因其教育理念中与消费实际的严密相关性，恰好与我国工科院校重理论轻理论，重根底学习轻创新的缺陷互补，自2022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才能大纲和12条施行标准。根据这两个指导性文件，要求学生在掌握根底知识的同时，还要具有发现问题、分析问题以及解决问题的才能。传统的课堂教学形式下，学生学习主动性差，参与度低，已不能适应CDIO培养形式的要求，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根本原理的综合性应用技术科学，也是一门将理论知识与消费理论相连接的课程。该课程重点讨论各类生物药物的来源、性质、构造、用途、制造原理、工艺过程与消费方法等，旨在着重培养学生具备从事生物药物研究、消费与开发的根本知识、根本理论和根本技能，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根底【2】。该门课程具有较强的工程科学属性，与理论联络严密，包含了生物制药工艺根底、生物别离工程技术以及重要生物药物制造工艺三篇内容，要求学生可以在理解、掌握第一篇中理论知识的根底上，可以应用第二篇中所提到的各种别离技术砌块，以工程师的思维方式，初步设计生物药物的消费工艺并解决实际消费中的各种问题。随着目前别离技术的日新月异，生物制药工艺学的章节内容逐步增加，而课程理论课时根本保持不变，传统的教学手段和形式已经无法适应信息技术时代下的学生对承受新知识速度的要求，呈现出的教学效果也不够理想。CDIO工程教育形式下，对学生的培养要求可以真正解决实际消费中所出现的问题。因此，如能采用信息化的教学手段辅助理论课程的教学，将消费理论以信息化的手段进入课堂，那么能在一定程度上解决课程教学与消费实际脱节的问题，进步本门课程的教学程度及教学效果。

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开展，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展展示，充分调动学生的视觉和听觉等，为学生构架立体化知识气氛；互联网信息技术具有交互性，人机交互形式的开展，可有效拓展学生的思维形式【3】。

1.有利于丰富教学内容：多媒体技术可以将视频、音频、图像、文字等等元素有机结合，从而制作出精巧的多媒体课件，有效地抑制了传统声音材料、文字材料存在的单调乏味的缺乏【4】。课件包含信息量大，解决了学时少、学生多、教学资源缺乏的问题。

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可以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进步：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考虑过程的原理及出现的问题，并以所学知识加以解决，从而进步了自主学习的才能。

三基于CDIO工程教育形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，理论知识与消费理论并重。学生在学习的过程中，往往感觉理论知识难以理解，而又由于缺乏理论经历，消费理论内容也非常陌生。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消费的核心内容，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可以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，可以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，采用工程化课程设计的方式，将课程内容分解为多个典型的消费工程，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消费过程以作为比拟，从而加深学生对于消费理论的理解。例如青霉素的消费工艺，由于条件限制，学生往往难以获得有关药品消费的直观认知。通过虚拟仿真技术，可在课堂上进展青霉素消费的教学，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、鉴定等一系列完好的流程演示〔如图1〕，学生不仅可以对微生物药物的完好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理解不够深化。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，进展视频跟拍，获得的视频资料可交给学生进展预习和复习，或直接当成课件进展课堂教学。

〔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消费工艺流程，从而加深对于本知识点的理解。

随着虚拟现实技术的飞速开展，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消费过程，而在课堂教学中参加虚拟仿真教学环节，教师在制作课程PPT时，在确保知识点之间的连接性，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展课堂教学，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展来回切换，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的方式进展，在此根底上，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消费事故的发生，学生分组进展讨论事故的原因及解决方法，真正将课堂与消费实际相连接，贯彻CDIO教育形式的培养理念，以培养出真正可以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形式时，应对教学资源进展合理规划，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好性，为学生构建多维度学习环境[8]。学生在这样的课程体系中，可以将根底理论知识充分与消费实际相交融，提升学生的主观能动性，真正可以发现问题、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工程教育形式作为现代工程教育的新形式，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工程教育形式的要求，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。在此根底上，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/r