生物制药工程设备课程整合了数学、物理学、化学、微生物学、化工原理和工程学等多个学科的知识体系，并依托基因工程、细胞工程、蛋白质工程技术，重点培养学生在生物药物研发与规模化生产中的工程设备应用能力。合成生物产业作为融合多学科技术的新兴产业领域，其蓬勃发展对生物制药工程设备的精准应用、高效适配提出了更高要求。该课程培养的具备设备应用能力的学生为合成生物产业中生物药物的研发与生产提供有力支撑，助力合成生物产业实现技术转化与规模化发展。
吴旻等[1]对生物制药设备课程进行教学改革，提出线上线下相结合的方式，通过小组合作进行研究性教学，培养了学生的创新意识和能力，提高了教学质量。张伟等[2]基于工程能力培养探索生物制药设备课程教学改革方法，提出建设一体化课程体系、采用多种教学方法、加强学生实践能力培养等措施，提升了学生的学习积极性和综合能力，同时增强了其参与科研工作的兴趣并促进了科研成果产出。周玉燕等[3]利用Moodle教学平台优化课程设计与课程管理，并对学生学习全过程进行系统性评估，使教学内容更加生动具体，加强了师生互动，提高了课程教学效果。孙飞龙等[4]基于BOPPPS法开展生物制药工程线上课程改革，充分调动了学生参与课堂教学的积极性，激发了其学习兴趣，并取得了良好的教学效果及较高的教学满意度。
目前，面向合成生物产业的生物制药工程设备教学改革研究较少。本文基于该课程研究现状，从优化教学内容、创新教学方法和突出考核特色等方面，阐述了具有合成生物学特色的生物制药工程设备课程的教学改革，实践表明，学生该课程成绩得到明显提升，并实现零挂科，本文为相关地区工业生物技术的发展提供参考。
1 生物制药工程设备课程建设现状
1.1 教学内容方面
1.2 教学方法方面
1.3 考核评价体系方面
目前，该课程的考核评价体系中，理论考核占比较大，通常以期末考试成绩为主，平时成绩所占比例相对较小。此外，现有的实践考核机制主要依据出勤率和实践报告质量进行评价，较难真实反映学生对设备原理和操作要点的掌握程度，使得平时表现优异的学生得不到应有的激励。这种考核方式忽视了对学生实践能力、创新能力和综合素质的评价，在一定程度上制约了教学效果的提升[10]。
2 生物制药工程设备课程改革实践
2.1 优化教学内容
常规教学环节通过讲授核心设备基础理论知识，难以培养学生的实践能力。基于此，构建了完整的BOPPPS教学闭环（如图1所示）。在课前准备阶段（BOP），教师提前2～3 d将生物制药课程的PPT、核心设备说明书等资料发布至教学平台，布置预习任务，帮助学生建立知识框架。核心的参与式学习环节（P）采用启发式教学引导学生积极参与课堂活动，如通过讲述设备发明故事激发学生兴趣，并设置互动环节计入平时成绩以提升参与度。课后通过线上/线下作业进行学习效果与教学成效评估（P）；最后要求学生系统总结（S）课堂所学内容并分享学习心得。吕丁丁等[11]和李智俊[12]分别分析了BOPPPS模式在病原生物与免疫学和食用药用菌生产技术课程中的应用，证实这种教学模式通过优化教学环节衔接、强化过程性评价，能有效提高学生的自主学习能力和学习成效，优化课程的教学效果。
在实践教学环节重点强化实验操作技能的培养，通过创新教学方法来提升教学效果。在产教融合方面，深度整合企业资源，将制药企业生产一线的实践经验系统融入教学内容，并实施双师制教学模式，即在教师讲授的基础上邀请生物制药企业工程师进行实践指导，引导学生从实际生产的角度思考实验流程及设备应用，加深学生对实验目的及意义的理解。翁德会等[13]研究分析“双师双能”在校企合作和人才培养中的应用，证明了双师授课可有效提高教学质量，培养学生解决制药工程领域实际问题的能力。
2.2 改进教学方法与手段
教学方法上采用项目驱动式教学，教师提供实验设备、任务目标及基本框架，学生自主完成实验流程设计、方案制定、材料准备及设备功能研究。同时创新分组实践机制，根据实验的复杂程度对学生进行分组，通过明确组内分工、强化团队协作、实施组长负责制等措施将团队合作成效纳入考核体系，充分调动学生学习积极性。在保留基础技术实验和理论验证实验的基础上，增设了设备设计性实验和融合多个核心制药设备操作环节的综合性实验[14]。例如药物蛋白制备的全流程实验（如图2所示），涵盖从药物蛋白的菌株构建到50 L发酵罐培养，再到蛋白分离纯化的完整制药工艺流程[15]。不仅强化学生对制药工程设备的系统性认识，更凸显了该专业人才培养的鲜明特色。
基于该学科实践特色，以重组大肠杆菌制备人表皮生长因子为案例[16]，构建了涵盖基因工程操作、发酵工艺优化、产物分离纯化及制剂制备的全流程实践教学体系。在教学实践中，学生将完整参与从重组大肠杆菌的构建、高密度发酵，到人表皮生长因子的分离纯化、产品冷冻干燥及分装的全过程。通过训练，学生不仅能够熟练使用基因扩增仪、电转仪、电泳设备等分子生物学仪器，还能深入理解5~50 L发酵罐、板框压滤机、高压匀浆机等中试设备的操作原理，以及亲和层析、阴/阳离子交换等纯化技术和冻干、分装等制剂设备的应用要点（如图3所示）。该教学方法提高了学生的实验操作技能，深化了其对专业理论知识的理解，并通过掌握系统化的设备操作训练，强化学生对核心设备构造和功能的认知，提升了学生分析和解决问题的能力。
2.3 改进考核评价方式
该课程对实验教学评价体系进行了系统性改革，建立了全过程、多维度的考核机制。在过程性评价方面，增设实验结束后的总结研讨环节，并要求学生制作PPT汇报实验成果与心得，重点考察其对实验原理的理解深度和对设备操作的掌握程度。在最终考核环节，采用基础考核（30%）与综合考核（30%）相结合的方式：基础考核主要考查学生对关键实验操作单元的掌握情况，综合考核则通过PPT汇报考察其知识综合运用能力，辅以期末笔试测试学生对知识的综合运用能力和创新能力。结合平时表现（20%）和实验报告（20%），形成平时成绩20%+实验报告20%+基础考核30%+综合考核30%的多元化评价体系（表1）。相关学者的研究证实，多元化考核体系可有效激发学生学习热情，切实反映学习效果[17-18]。
表1 课程考核方案一览表 |
| 考核依据 | 建议分值 | 考核/评价细则 | 考核材料 | |
|---|---|---|---|---|
| 平时成绩 | 20% | 平时成绩以85分为基准分，根据学生的出勤情况及课堂表现进行加减分调整。教师需在课程伊始向学生明确说明该评分规则，既发挥警示督促作用，又能有效提升教学效果 | 1. 考勤表 2. 课堂表现表 | |
| 实验报告 | 20% | 根据学生递交的实验设计、实验过程、实验数据和分析以及心得体会进行卷面评分，占比60%；实验小组成员间互评，占比40% | 1. 实验报告 2. 互评表 | |
| 期末 考核 | 基础 考核 | 30% | 依据学生实践操作单元PPT评估学习效果，从实验背景和意义、实验内容、实验方案、结果分析以及结论和展望几方面考查学生对操作单元的掌握情况 | 1. 操作单元PPT |
| 综合 考核 | 30% | 通过期末考试和学生独立性汇报课题“重组大肠杆菌制备人表皮生长因子”以及问答环节的整体表现考核学生对知识点的掌握情况 | 1. 期末试卷 2. 实践PPT 3. 汇报得分表 | |
3 改革成效
本文基于厚基础、宽口径、求创新的理念，对生物制药工程设备实践课程体系进行了全面改革。在教学内容方面，构建了完整的BOPPPS教学体系，提升学生自主学习能力和课堂教学效果。在教学方法上，增加综合性和设计性实验项目，整合制药工艺的核心设备，深化了学生对专业理论知识的理解，充分调动其学习主动性。同时建立了“平时成绩+实验报告+基础考核+综合考核”的多元化评价体系，实现了生物制药工程设备实践教学体系的全面改革与提升。
基于合成生物产业的生物制药工程设备教学改革已经连续开展2年。通过对比分析2021级（2024年度）、2020级（2023年度）、2019级（2022年度）和2018级（2021年度）4届学生的综合成绩分布（如图4所示），结果表明：学生成绩均呈正态分布，表明改革之后的课程内容、教学方法和考核体系科学合理。成绩低于70分的学生数量较改革前（2018、2019级）明显下降，并实现零挂科；改革后成绩高于80分的学生数量明显增加，其中2021级90分以上的学生占比达7.4%，较2018级和2019级有所提升。学生评教的平均得分为98.5分（SD=1.5），获得广泛好评。这些数据充分证明，本次教学改革成效显著，具有原创性、实践性和可操作性强等特点。本次改革成果为合成生物产业发展培养高素质专业人才。
4 结论与展望
本文对生物制药工程设备课程实施了系统性的教学改革。通过整合BOPPPS教学模式、双师制授课等多元化教学，重构了贯穿基因操作、发酵工艺、分离纯化到制剂制备全流程的实践教学方法，并建立了包含平时表现、实验报告、基础考核和综合考核的多元化评价机制。改革成效显著：学生成绩显著提升，2021级90分以上学生占比达7.4%，较改革前提升明显，实现零挂科且评教平均分达98.5分。为进一步提升改革成效，应鼓励学生参加大学生生命科学竞赛和遗传工程设计大赛iGEM（International Genetically Engineered Machine Competition）等高水平学科竞赛，增强其团队合作意识和勇于担当的责任感，持续为区域产业发展培养高素质应用型人才。本文为培养合成生物产业相关人才和生物制药工程教育改革实践提供参考。