CDIO 工程教育模式下的計算機輔助教學 -以生物制藥工藝學課程為例

CDIO工程教育形式下的計算機輔助教學——以生物制藥工藝學課程為例〔〕:

摘要：傳統(tǒng)的教學形式方法單一，難以進步學生的學習興趣。而隨著計算機技術的迅猛開展，計算機輔助教學由于其強大的音視頻處理才能，信息儲存和處理才能以及各種形式的人機交互，從而在各門課程的教學中均展現(xiàn)出強大的競爭力，改變了傳統(tǒng)的教學理念。生物制藥工藝學是一門理論性極強的課程，傳統(tǒng)的課堂教學形式在教學過程中存在相當多的局限。本文即討論了在目前CDIO工程教育形式的大背景下，如何在教學過程中貫徹工程教育的理念，以現(xiàn)代計算機技術輔助教學，從而可以到達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工程教育形式的計算機輔助教學策略以及應用的建議。

關鍵詞：CDIO；計算機輔助教學；生物制藥工藝學

本文引用格式：郭峰，等.CDIO工程教育形式下的計算機輔助教學以生物制藥工藝學課程為例[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)、設計(design)、施行(implement)和運行(operate)。

它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運行、維護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聯(lián)絡的課程體系【1】。因其教育理念中與消費實際的嚴密相關性，恰好與我國工科院校重理論輕理論，重根底學習輕創(chuàng)新的缺陷互補，自2022年引入中國以來，在短短幾年內(nèi)，就對中國工程教育產(chǎn)生了深遠的影響。CDIO給出了其培養(yǎng)工程師的才能大綱和12條施行標準。根據(jù)這兩個指導性文件，要求學生在掌握根底知識的同時，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)的課堂教學形式下，學生學習主動性差，參與度低，已不能適應CDIO培養(yǎng)形式的要求，而現(xiàn)代計算機技術的適時介入，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、醫(yī)學、藥學、生物技術、化學和工程學等學科根本原理的綜合性應用技術科學，也是一門將理論知識與消費理論相連接的課程。該課程重點討論各類生物藥物的來源、性質(zhì)、構(gòu)造、用途、制造原理、工藝過程與消費方法等，旨在著重培養(yǎng)學生具備從事生物藥物研究、消費與開發(fā)的根本知識、根本理論和根本技能，同時也為應用現(xiàn)代生物技術研究、開發(fā)生物藥物奠定了必備的根底【2】。該門課程具有較強的工程科學屬性，與理論聯(lián)絡嚴密，包含了生物制藥工藝根底、生物別離工程技術以及重要生物藥物制造工藝三篇內(nèi)容，要求學生可以在理解、掌握第一篇中理論知識的根底上，可以應用第二篇中所提到的各種別離技術砌塊，以工程師的思維方式，初步設計生物藥物的消費工藝并解決實際消費中的各種問題。隨著目前別離技術的日新月異，生物制藥工藝學的章節(jié)內(nèi)容逐步增加，而課程理論課時根本保持不變，傳統(tǒng)的教學手段和形式已經(jīng)無法適應信息技術時代下的學生對承受新知識速度的要求，呈現(xiàn)出的教學效果也不夠理想。CDIO工程教育形式下，對學生的培養(yǎng)要求可以真正解決實際消費中所出現(xiàn)的問題。因此，如能采用信息化的教學手段輔助理論課程的教學，將消費理論以信息化的手段進入課堂，那么能在一定程度上解決課程教學與消費實際脫節(jié)的問題，進步本門課程的教學程度及教學效果。

二計算機輔助教學在生物制藥工藝學教學中的應用優(yōu)勢

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

1.有利于豐富教學內(nèi)容：多媒體技術可以將視頻、音頻、圖像、文字等等元素有機結(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，解決了學時少、學生多、教學資源缺乏的問題。

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

3.有利于學生自主能動性的進步：虛擬仿真技術作為新興的多媒體技術，在課堂教學中也得到了廣泛應用。其軟件的開發(fā)注重過程的互動性，學生在學習的過程中需要親身考慮過程的原理及出現(xiàn)的問題，并以所學知識加以解決，從而進步了自主學習的才能。

三基于CDIO工程教育形式的計算機輔助教學應用策略

〔一〕教學內(nèi)容為主體的合理化應用

生物制藥工藝學作為生物制藥的重要專業(yè)課程，理論知識與消費理論并重。學生在學習的過程中，往往感覺理論知識難以理解，而又由于缺乏理論經(jīng)歷，消費理論內(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、經(jīng)費、場地上的限制，學生難以真正接觸到制藥行業(yè)消費的核心內(nèi)容，僅憑課堂PPT以及教師講授，學習更多只是霧里看花，學生對于課程的學習興趣缺缺。合理的信息化技術的應用可以提升學生對于所講授內(nèi)容的興趣，結(jié)合文字的說明及教師的講解，可以加深學生對于課程知識點的理解，起到事半功倍的效果【6】。此外，采用工程化課程設計的方式，將課程內(nèi)容分解為多個典型的消費工程，學生課前預習，課堂分組討論，分析可能存在的問題，隨后采用計算機技術呈現(xiàn)真實的消費過程以作為比擬，從而加深學生對于消費理論的理解。例如青霉素的消費工藝，由于條件限制，學生往往難以獲得有關藥品消費的直觀認知。通過虛擬仿真技術，可在課堂上進展青霉素消費的教學，從菌種的保藏開始，制備種子、滅菌、發(fā)酵、發(fā)酵液預處理、提取精制、鑒定等一系列完好的流程演示〔如圖1〕，學生不僅可以對微生物藥物的完好制備流程有直觀的認識，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技術，課程內(nèi)容飽滿。

又如大孔樹脂富集天然有效成分，其中樹脂的預處理復雜，時間較長，學生對大孔樹脂制備工藝理解不夠深化。此時亦可采用視頻跟拍的方式，從材料的準備，到樹脂的預處理，進展視頻跟拍，獲得的視頻資料可交給學生進展預習和復習，或直接當成課件進展課堂教學。

〔二〕CDIO工程教育理念為指導，多種手段綜合應用

通過自己的努力組建超臨界流體萃取的消費工藝流程，從而加深對于本知識點的理解。

隨著虛擬現(xiàn)實技術的飛速開展，人們逐漸意識到其在教育領域內(nèi)的應用價值。特別在生物制藥領域，由于制藥行業(yè)的特殊性，學生難以參與實際的消費過程，而在課堂教學中參加虛擬仿真教學環(huán)節(jié)，教師在制作課程PPT時，在確保知識點之間的連接性，同時保證課件內(nèi)容的銜接性和流暢性的大前提下，使用虛擬仿真軟件進展課堂教學，采用多元化的表示方式，適時地在課程PPT、課程板書以及仿真軟件之間進展來回切換，并展現(xiàn)虛擬仿真軟件的優(yōu)勢即互動性，真正提升課堂教學效果【7】。

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

〔三〕構(gòu)建信息化的教學體系

生物制藥工藝學課程作為生物制藥專業(yè)重要的專業(yè)課程，不僅在理論課教學中有著非常重要的地位，且實驗和實習、實訓課程也非常必要。因此，在理論課程應用計算機輔助教學形式時，應對教學資源進展合理規(guī)劃，將信息技術引入實驗以及實習教學中，建立虛擬仿真實驗室，提升課程教學的流暢性與完好性，為學生構(gòu)建多維度學習環(huán)境[8]。學生在這樣的課程體系中，可以將根底理論知識充分與消費實際相交融，提升學生的主觀能動性，真正可以發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，進而提升教學質(zhì)量，以利于培養(yǎng)符合CDIO標準的工程師人才。

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)在課時安排、教學資源、設備、場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難以解決的問題。鑒于此，本文分析了在生物制藥工藝學理論課程中貫徹CDIO工程教育理念的必要性，并從教學主體、教學內(nèi)容等方面綜合分析了計算機輔助教學在生物制藥工藝學課程教學中的應用優(yōu)勢。在此根底上，給出了在生物制藥工藝學理論課程中貫徹CDIO工程教育理念的策略，為提升課程的教學質(zhì)量，培養(yǎng)符合CDIO標準/r