PBL教学模式在药学微生物学的应用

摘要：以知识点为导向,将项目式学习教学(project-basedlearning,pbl)理念融入药学微生物学实验的课前准备、课堂讲解、实验过程和实验考评中,引导学生主动思考,积极探索解决问题方法,激发学生主观能动性,培养学生团队精神,拓宽学生综合能力,提升创新性科研素质。将药学微生物学实验操作技能的学习融合于研究性的科研项目过程中,通过该项目的实施,促进学生全面深刻地掌握药学微生物学相关实验技能,增加学生学习兴趣,提升学生操作技能和科研能力,从而达到提高药学微生物学教学质量。

关键词：药学微生物学;项目式学习;科研项目;实验;教学改革

微生物学是药学各专业的一门专业基础课程。微生物与药学有着密切的联系,一方面微生物作为药物的主要来源,其在新抗生素、生物酶、氨基酸等的发现和生产、生物工程制药的发酵以及药物的质量控制中有着重要的作用;另一方面,微生物学具有高度理论化、技能化以及多学科交叉等特点。这门课程的学习也为微生物制药、生物工程制药、生物化学、分子生物学等课程的学习提供了相关的知识和技能基础。因此,微生物学课程在药学各专业的学习过程中具有重要的地位[1-3]。微生物学作为药学专业的基础课程,其教学效果的好坏直接关系到药学各专业人才培养目标能否实现,所以微生物学的教学实践与改革受到了学校的特别重视。传统的药学微生物学实验所设计的各个实验相对独立、连贯性不强,学生缺乏从整体上把握运用实验技能;另一方面“卓越工程师”班(药剂学、制药工程专业)是培养具有较强工程实践能力,适应制药行业发展需要的拔尖创新人才,因此我校“卓越工程师”班学生在第三学年的下学期5月1日之后会到相关企业进行为期3个月的生产实践,而微生物学课程就是开设在该学期,因此实验课面临着时间短、任务重,如果按照传统的实验开设,很难完成教学任务。鉴于此,参考国内外的相关研究[4-12],在“卓越工程师”班(药剂学、制药工程专业)进行相关的教学改革与实践,基于项目式学习教学方法(project-basedlearning,PBL),建立了一套将微生物基本技能训练与科研项目相结合的药学专业微生物学实验课程的教学新模式。经过不断探索和总结,所开设的项目式教学综合实验内容成熟、条件具备,形成一套能完成体系化训练学生药学微生物技能的教学体系,激发学生参与科研兴趣,达到教学效果。对我校PBL教学模式在药学微生物学实验教学改革与应用方面进行总结,以期为相关院校药学相关专业的微生物学实验教学提供借鉴。

1项目式教学法微生物实验教学过程

1.1教学内容整合

药学微生物学实验主要包括:微生物基础实验和药学相关实验。开设的实验大都是操作性和验证性的实验,主要包括:显微镜的使用,微生物形态学观察及染色、计数,培养基配制,消毒灭菌的方法,药物的体外抑菌试验,抗生素效价测定等,虽然内容充足,但连贯性差,很难从整体上把握运用实验技能技巧的概念及认识,不能满足学生的求知欲望。因此开设项目式教学综合实验,有助于发挥学生学习积极性,开拓学生创新能力。根据实验的连贯性,设计“产抗菌物质芽孢菌的分离鉴定及抗菌活性测定”项目式教学综合实验,通过这个完整的项目,将药学微生物实验从培养基配制、微生物分离鉴定、细菌计数及诱变以及抗菌活性测定等实验有机结合在一起,以便学生能够掌握传统实验中不同实验的知识和技能。本项目式教学综合实验共设置了如表1所示的4个实验,学生系统学习了培养基配置,从自然样品中分离细菌、菌株纯化、细菌染色、显微镜使用、细菌鉴定、菌株保藏和药物的体外抑菌试验等,达到掌握实验技能的目的。

1.2教学模式改革

采取在开课前将实验内容及目标发布到e-class教学平台上,让学生了解有哪些实验内容并预习相关知识,学生通过教学平台预先了解各个实验的目的、任务及知识点以及该实验所涉及的仪器设备,通过查阅相关文献资料,找出该实验相关的实验方法,根据学生不同兴趣爱好形成不同的小组(建议8人一组),以小组形式设计实验方案,最后经全班讨论形成统一方案。在实验具体实施过程中,教师主要起引导和答疑作用,实验完全由学生自己准备,完成小组讨论设计的内容,并把实验结果详细记录下来,同时对实验结果进行分析并总结。本课程总学时34学时,由于“卓越工程师”班该学期的特殊性,整个实验流程为3个月,正常班级建议实验周期为完整的一学期。项目式教学综合实验与传统微生物学实验相比,其涵盖知识面较广,涉及的实验内容及知识点多,需要更长时间才能完成。仅不同培养条件和培养基组分对抗菌活性的影响实验就包括菌种的培养、不同营养物质、不同温度、不同转速对抗菌物质产量的影响以及抗菌物质体外抑菌实验等内容。充足的时间是该项目得以开展的重要保证,为此,中国药科大学生物制药教学实验中心专门设立了开放实验室,参与项目式教学综合实验的学生根据自身课程情况,相互协调,充分利用课余时间,根据实验进度灵活安排实验。实验室制定了一系列相关制度,确保实验室安全及实验的正常运行,如每个实验指定专人负责、制定实验仪器及设备使用登记制度以及实验室安全卫生负责制等,实验结束后要保证实验室的整洁,确保开放实验室制度能够顺利运行。

1.3项目式教学综合实验的开展及课程考核方式

学生通过文献检索与研读、进行小组讨论设计实验方案,包括所需药品、实验器材以及详细的操作步骤,之后与项目负责老师进行实验方案可行性的探讨,确定实验方案后,学生则严格按所设计的实验方案和实验计划开展实验。学生前期未接触过微生物学实验,为保证实验的顺利进行,学生除通过在线课程观看相关的实验操作视频,了解微生物相关实验技能之外,在进行实验前,带课老师对实验过程中有可能遇到的实验方法和技能进行详细讲解与示教。在实验过程中以小组(建议8人一组)为单位分工合作进行实验,组内分工合作如(对样品的稀释,全组共用一套即可);组间合作如(培养基条件优化,每组进行不同的影响因素测定)。而基本技能如分离纯化、细菌染色是人人参与。学生进行实验,对所观察到的实验现象以及实验结果在科研记录本上进行详细记录,对实验过程中出现的问题及时与相关教师进行讨论,及时调整实验方案,将问题尽快解决。在实验结束后,学生需对所获得的实验数据进行处理并分析,最后按照校报论文的格式将实验结果整理成文,并做好PPT进行汇报。项目式教学综合实验的考核采用实验报告、操作考核和书面考试相结合的方式。实验报告占70%,操作部分占20%,书面考试占10%。实验报告占比包括过程性考核(如是否有迟到早退现象、是否积极参与到实验中、实验做完是否整理实验台等),实验报告按照学校学报论文格式进行撰写,而不是简单的对每个实验结果的记录;操作部分主要是考察学生最基本的一些微生物操作技能,是否有无菌概念、显微镜如何使用、细菌染色、培养基配制和细菌接种等,学生随机抽取考察内容进行操作考核;书面考试部分主要是考察学生通过参与该项目式教学综合实验后,能否结合所学知识,针对相关知识点,进行一些简单的微生物学相关的实验设计。

2项目式教学综合实验教学效果

2.1提升微生物学实验课程的教学质量

开设该项目式教学综合实验发挥了学生的主观能动性,学生主动参与到教学过程中去,他们能经常接触到微生物基本实验,能够很好地掌握相关基本技能,100%的学生掌握了显微镜的使用、细菌染色、培养基配制和细菌的分离培养等微生物基本技能,同时还掌握了药学微生物的知识,如药物的体外抗菌实验等;实验书面笔试主要是考核实验要点和实验设计,传统模式下正确率一般在40%,经过项目式教学综合实验以后,正确率提高到96.7%。

2.2药学专业文献检索、资料阅读分析

本项目式教学综合实验是带有科研性质的实验,完全是学生自主进行。学生需查阅大量文献资料,设计实验方案和计划、自主实施实验内容。参与的学生根据实验内容首先通过查阅数据库,如中国期刊网,Elsevier,SpringerLink,WebofScience等数据库,找出相关的文献,再进行文献阅读和比较,在这个过程中提高了学生文献查阅、总结和归纳的能力。阅读相关文献后,小组讨论,设计并提出实验方案,与项目负责教师探讨项目的可行性,最终确定实验方案,这一过程培养了学生文献阅读与科研设计能力。

2.3提高了学生参与科研的兴趣

该项目式教学综合实验不是简单的将几个微生物学基本技能实验进行整合,它是一个连续性的科研型实验,综合多个知识点,并涉及多种仪器的使用,这就要求学生多动手,学会仪器的使用;还有一些实验原理,如紫外诱变或者紫外杀菌原理,为什么紫外线对芽孢菌没有作用,让学生了解紫外线只作用于进行DNA复制的营养体,使得细菌染色体的胸腺嘧啶形成二聚体,阻断细菌繁殖,而不能作用于芽孢这种细菌休眠体;PCR对基因扩增的原理,要求学生查阅资料展开思考才能获得结果,并指导实验的顺利进行。学生在这一过程中,主动参与实验,其对知识点的掌握相对传统教学的机械式灌输要牢固。这种实验教学方式极大地激发了学生参与科研的热情。根据学校教务处反馈,开设项目式教学综合实验的班级的学生参加开放性实验的比例由原来的20%左右提升到86%,参加大学生创新创业项目的比例明显增加,近3年该专业学生参与国家级创新创业计划项目6项,省级创新创业计划项目12项,校级创新创业计划项目16项;指导的大学生创新创业项目获得“第二届全国大学生生命科学竞赛优胜奖”和“第四届全国大学生生命科学创新创业大赛二等奖”各1项。另外该专业的考研比例也有所增加,2019年,药物制剂“卓越工程师”班32名同学,除4名同学就业和10名同学保研以外,其他的同学分别考上中科院上海药物研究所、北京大学药学院、浙江大学、华西药学院以及美国德雷赛尔大学、英国爱丁堡大学等国内外著名科研院所。

2.4增强了学生的团队合作精神

在本项目式教学综合实验的实施过程中需要学生通力合作,不是某一个学生单独进行操作完成的。从文献查阅开始,就需要大家配合,分工合作,查阅不同实验的原理及步骤,而后设计实验方案;实验实施过程中更需要团队合作,如最简单的培养基配置和分装,有人做不同培养基成分的称量,有人溶解培养基成分并调节pH值,根据物理性状不同,又要加不同浓度的琼脂,而后分装灭菌。在整个项目过程中,每位学生的主观能动性都得到了发挥,分工合作,最终使得实验得以成功,这种自我参与后获得的成功喜悦会增加对实验的记忆性。

3总结

该项目式教学综合实验在我校已开展了3届,实验以产抗菌物质的芽孢菌为对象,围绕药学微生物,以科研为导向的连贯性大实验。实验过程中学生运用了微生物基本知识和技能,以及药学相关知识,如抗菌活性的测定、药物的体外抑菌试验等。通过该实验,提高了学生从整体上把握运用实验技能技巧的概念及认识。在今后的项目式教学实验过程中仍有待改进部分,在实际操作中可适当增加药学微生物学发现案例重现,如从自然界分离产青霉素的青霉菌。可以在课程设置中增设兴趣性小实验,使得课程更具魅力与吸引力,如我们教研组在全校开展的“皿上添花”活动,以能产天然色素的微生物为基础,绘制不同颜色的图案。在实验考核方面,将增加操作考核部分的比例,激发和驱使学生更加积极主动地动手做实验。在实验报告与PPT汇报方面,增加PPT制作与汇报分值比例,锻炼学生们的表达能力。另外,还可增加对文献检索与资料阅读分析考核,体现出实践教学的创新性。另外在实验过程中遇到的一些实际问题:如学生利用晚间进行实验,而这个时间段老师已经下班,没法到现场进行指导,师生之间通过建立QQ、微信交流群,通过语音、视频的方式及时解决问题。总之,项目式教学综合实验的开设使得学生在文献查阅、实验设计、独立操作、所学知识的综合运用等方面都得到了较大的提高,为今后的毕业设计或者以后读研进行科学研究打下了良好的基础。

作者：储卫华 朱卫 单位：中国药科大学生命科学与技术学院 中国药科大学国家级生物制药实验教学示范中心