CDIO 工程教育模式下的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) -以生物制藥工藝學(xué)課程為例

CDIO工程教育形式下的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)——以生物制藥工藝學(xué)課程為例〔〕:

摘要：傳統(tǒng)的教學(xué)形式方法單一，難以進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛開展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)由于其強(qiáng)大的音視頻處理才能，信息儲(chǔ)存和處理才能以及各種形式的人機(jī)交互，從而在各門課程的教學(xué)中均展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念。生物制藥工藝學(xué)是一門理論性極強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式在教學(xué)過程中存在相當(dāng)多的局限。本文即討論了在目前CDIO工程教育形式的大背景下，如何在教學(xué)過程中貫徹工程教育的理念，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助教學(xué)，從而可以到達(dá)CDIO工程教育形式的培養(yǎng)目的。在此根底上，本文亦給出了貫徹CDIO工程教育形式的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)策略以及應(yīng)用的建議。

關(guān)鍵詞：CDIO；計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；生物制藥工藝學(xué)

本文引用格式：郭峰，等.CDIO工程教育形式下的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)以生物制藥工藝學(xué)課程為例[J].教育現(xiàn)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工程教育形式是國際工程教育研究中卓有成效的成果之一。CDIO代表構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、施行(implement)和運(yùn)行(operate)。

它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運(yùn)行、維護(hù)和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的互相支撐和有機(jī)聯(lián)絡(luò)的課程體系【1】。因其教育理念中與消費(fèi)實(shí)際的嚴(yán)密相關(guān)性，恰好與我國工科院校重理論輕理論，重根底學(xué)習(xí)輕創(chuàng)新的缺陷互補(bǔ)，自2022年引入中國以來，在短短幾年內(nèi)，就對(duì)中國工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。CDIO給出了其培養(yǎng)工程師的才能大綱和12條施行標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這兩個(gè)指導(dǎo)性文件，要求學(xué)生在掌握根底知識(shí)的同時(shí)，還要具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的才能。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式下，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，參與度低，已不能適應(yīng)CDIO培養(yǎng)形式的要求，而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的適時(shí)介入，使得CDIO理念在課堂上的貫徹成為可能。

生物制藥工藝學(xué)是生物制藥專業(yè)必修的一門專業(yè)理論課，是一門涉及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物技術(shù)、化學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科根本原理的綜合性應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，也是一門將理論知識(shí)與消費(fèi)理論相連接的課程。該課程重點(diǎn)討論各類生物藥物的來源、性質(zhì)、構(gòu)造、用途、制造原理、工藝過程與消費(fèi)方法等，旨在著重培養(yǎng)學(xué)生具備從事生物藥物研究、消費(fèi)與開發(fā)的根本知識(shí)、根本理論和根本技能，同時(shí)也為應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)研究、開發(fā)生物藥物奠定了必備的根底【2】。該門課程具有較強(qiáng)的工程科學(xué)屬性，與理論聯(lián)絡(luò)嚴(yán)密，包含了生物制藥工藝根底、生物別離工程技術(shù)以及重要生物藥物制造工藝三篇內(nèi)容，要求學(xué)生可以在理解、掌握第一篇中理論知識(shí)的根底上，可以應(yīng)用第二篇中所提到的各種別離技術(shù)砌塊，以工程師的思維方式，初步設(shè)計(jì)生物藥物的消費(fèi)工藝并解決實(shí)際消費(fèi)中的各種問題。隨著目前別離技術(shù)的日新月異，生物制藥工藝學(xué)的章節(jié)內(nèi)容逐步增加，而課程理論課時(shí)根本保持不變，傳統(tǒng)的教學(xué)手段和形式已經(jīng)無法適應(yīng)信息技術(shù)時(shí)代下的學(xué)生對(duì)承受新知識(shí)速度的要求，呈現(xiàn)出的教學(xué)效果也不夠理想。CDIO工程教育形式下，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)要求可以真正解決實(shí)際消費(fèi)中所出現(xiàn)的問題。因此，如能采用信息化的教學(xué)手段輔助理論課程的教學(xué)，將消費(fèi)理論以信息化的手段進(jìn)入課堂，那么能在一定程度上解決課程教學(xué)與消費(fèi)實(shí)際脫節(jié)的問題，進(jìn)步本門課程的教學(xué)程度及教學(xué)效果。

二計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在生物制藥工藝學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

隨著網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)的開展，多媒體教學(xué)越來越顯現(xiàn)出其在課堂教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)：其通過大數(shù)據(jù)處理功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和智能化分類；其視頻和音頻的教學(xué)功能，可替代傳統(tǒng)的板書式教學(xué)，并可以通過圖文并茂的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)展展示，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺和聽覺等，為學(xué)生構(gòu)架立體化知識(shí)氣氛；互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)具有交互性，人機(jī)交互形式的開展，可有效拓展學(xué)生的思維形式【3】。

1.有利于豐富教學(xué)內(nèi)容：多媒體技術(shù)可以將視頻、音頻、圖像、文字等等元素有機(jī)結(jié)合，從而制作出精巧的多媒體課件，有效地抑制了傳統(tǒng)聲音材料、文字材料存在的單調(diào)乏味的缺乏【4】。課件包含信息量大，解決了學(xué)時(shí)少、學(xué)生多、教學(xué)資源缺乏的問題。

2.有利于學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)獲取大量的知識(shí)：多媒體教學(xué)以豐富的色彩和良好的視覺效果改變了過去傳統(tǒng)教學(xué)的沉悶氣氛，圖文并茂的多媒體課件可以激發(fā)學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容的興趣，還可以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生從整體上把握知識(shí)的系統(tǒng)性，使感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)【5】。

3.有利于學(xué)生自主能動(dòng)性的進(jìn)步：虛擬仿真技術(shù)作為新興的多媒體技術(shù)，在課堂教學(xué)中也得到了廣泛應(yīng)用。其軟件的開發(fā)注重過程的互動(dòng)性，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中需要親身考慮過程的原理及出現(xiàn)的問題，并以所學(xué)知識(shí)加以解決，從而進(jìn)步了自主學(xué)習(xí)的才能。

三基于CDIO工程教育形式的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)應(yīng)用策略

〔一〕教學(xué)內(nèi)容為主體的合理化應(yīng)用

生物制藥工藝學(xué)作為生物制藥的重要專業(yè)課程，理論知識(shí)與消費(fèi)理論并重。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，往往感覺理論知識(shí)難以理解，而又由于缺乏理論經(jīng)歷，消費(fèi)理論內(nèi)容也非常陌生。由于醫(yī)藥行業(yè)的特殊性，以及各高校在課時(shí)、經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地上的限制，學(xué)生難以真正接觸到制藥行業(yè)消費(fèi)的核心內(nèi)容，僅憑課堂PPT以及教師講授，學(xué)習(xí)更多只是霧里看花，學(xué)生對(duì)于課程的學(xué)習(xí)興趣缺缺。合理的信息化技術(shù)的應(yīng)用可以提升學(xué)生對(duì)于所講授內(nèi)容的興趣，結(jié)合文字的說明及教師的講解，可以加深學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)點(diǎn)的理解，起到事半功倍的效果【6】。此外，采用工程化課程設(shè)計(jì)的方式，將課程內(nèi)容分解為多個(gè)典型的消費(fèi)工程，學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課堂分組討論，分析可能存在的問題，隨后采用計(jì)算機(jī)技術(shù)呈現(xiàn)真實(shí)的消費(fèi)過程以作為比擬，從而加深學(xué)生對(duì)于消費(fèi)理論的理解。例如青霉素的消費(fèi)工藝，由于條件限制，學(xué)生往往難以獲得有關(guān)藥品消費(fèi)的直觀認(rèn)知。通過虛擬仿真技術(shù)，可在課堂上進(jìn)展青霉素消費(fèi)的教學(xué)，從菌種的保藏開始，制備種子、滅菌、發(fā)酵、發(fā)酵液預(yù)處理、提取精制、鑒定等一系列完好的流程演示〔如圖1〕，學(xué)生不僅可以對(duì)微生物藥物的完好制備流程有直觀的認(rèn)識(shí)，還掌握了菌種保藏直到提取精制的一整套方法流程以及鑒定檢驗(yàn)技術(shù)，課程內(nèi)容飽滿。

又如大孔樹脂富集天然有效成分，其中樹脂的預(yù)處理復(fù)雜，時(shí)間較長，學(xué)生對(duì)大孔樹脂制備工藝?yán)斫獠粔蛏罨?。此時(shí)亦可采用視頻跟拍的方式，從材料的準(zhǔn)備，到樹脂的預(yù)處理，進(jìn)展視頻跟拍，獲得的視頻資料可交給學(xué)生進(jìn)展預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，或直接當(dāng)成課件進(jìn)展課堂教學(xué)。

〔二〕CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，多種手段綜合應(yīng)用

通過自己的努力組建超臨界流體萃取的消費(fèi)工藝流程，從而加深對(duì)于本知識(shí)點(diǎn)的理解。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速開展，人們逐漸意識(shí)到其在教育領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用價(jià)值。特別在生物制藥領(lǐng)域，由于制藥行業(yè)的特殊性，學(xué)生難以參與實(shí)際的消費(fèi)過程，而在課堂教學(xué)中參加虛擬仿真教學(xué)環(huán)節(jié)，教師在制作課程PPT時(shí)，在確保知識(shí)點(diǎn)之間的連接性，同時(shí)保證課件內(nèi)容的銜接性和流暢性的大前提下，使用虛擬仿真軟件進(jìn)展課堂教學(xué)，采用多元化的表示方式，適時(shí)地在課程PPT、課程板書以及仿真軟件之間進(jìn)展來回切換，并展現(xiàn)虛擬仿真軟件的優(yōu)勢(shì)即互動(dòng)性，真正提升課堂教學(xué)效果【7】。

如圖2所示，在講解超臨界流體萃取工藝流程時(shí)，不僅可以通過圖2-a的方式進(jìn)展，在此根底上，還可采用圖2-b的方式，將超臨界流體萃取工藝的設(shè)備打亂，讓學(xué)生參與到教學(xué)過程中，甚至在教學(xué)過程中可以采用虛擬仿真軟件模擬消費(fèi)事故的發(fā)生，學(xué)生分組進(jìn)展討論事故的原因及解決方法，真正將課堂與消費(fèi)實(shí)際相連接，貫徹CDIO教育形式的培養(yǎng)理念，以培養(yǎng)出真正可以解決實(shí)際問題的工程師人才。

〔三〕構(gòu)建信息化的教學(xué)體系

生物制藥工藝學(xué)課程作為生物制藥專業(yè)重要的專業(yè)課程，不僅在理論課教學(xué)中有著非常重要的地位，且實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)課程也非常必要。因此，在理論課程應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)形式時(shí)，應(yīng)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)展合理規(guī)劃，將信息技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)以及實(shí)習(xí)教學(xué)中，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，提升課程教學(xué)的流暢性與完好性，為學(xué)生構(gòu)建多維度學(xué)習(xí)環(huán)境[8]。學(xué)生在這樣的課程體系中，可以將根底理論知識(shí)充分與消費(fèi)實(shí)際相交融，提升學(xué)生的主觀能動(dòng)性，真正可以發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，進(jìn)而提升教學(xué)質(zhì)量，以利于培養(yǎng)符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)的工程師人才。

四結(jié)語

綜上所述，CDIO工程教育形式作為現(xiàn)代工程教育的新形式，對(duì)我國工程教育有著非同一般的意義。而我國多數(shù)高校生物制藥專業(yè)在課時(shí)安排、教學(xué)資源、設(shè)備、場(chǎng)地等方面均難以滿足CDIO工程教育形式的要求，從而使得CDIO工程教育理念的貫徹成為一個(gè)難以解決的問題。鑒于此，本文分析了在生物制藥工藝學(xué)理論課程中貫徹CDIO工程教育理念的必要性，并從教學(xué)主體、教學(xué)內(nèi)容等方面綜合分析了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在生物制藥工藝學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在此根底上，給出了在生物制藥工藝學(xué)理論課程中貫徹CDIO工程教育理念的策略，為提升課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)/r