生物技術制藥課程的協同創新模式改革論文
生物技術是生命科學和工程技術相互滲透、融合產生的一門新技術科學,是 21 世紀以來發展最為迅猛的高新技術之一,越來越廣泛地應用于醫藥、農業、輕工、食品等諸多領域,對提升傳統產業技術水平和可持續發展能力具有重要影響。隨著生物技術的飛速發展,生物醫藥已同步成長為全球最活躍、進展最快的支柱產業之一。生物醫藥產業具有高收益、高增長、低污染、低能耗等特點,具有很強的技術復合性和產業關聯性[1 -3].據 Evaluate Pharma 數據顯示,2012 年全球生物技術藥物產值已從 10 年前的 385 億美元增長到 1 460 多億美元,10 年年均增長率達到13. 65% ,以生物技術制藥為重點的第四次產業革命正在興起。與之相適應,培養創新型生物制藥科研、應用和教育人才的任務顯得尤為重要。

山東大學的生物技術制藥課程是生命學院生物工程專業生物制藥方向學生必修的專業方向核心課,該課程著眼于現代生物技術的基本原理和方法在生物醫藥領域中的應用,突出生物技術與藥物的有機結合,作為一門應用性強、實踐性強的重要課程,具有覆蓋面廣、內容多、體系繁雜、學科交叉性強等特點。目前,全國各高校的生物技術制藥課程建設均起步較晚,發展也不平衡,理論教學和實踐教學體系均是薄弱環節,尚未形成相應的特色與優勢[4 -6].
協同創新,是圍繞創新目標,多主體、多因素共同協助、相互補充和配合協作的創新行為。以多元主體協同互動為基礎的協同創新理念,對高等教育的發展具有全面而深遠的影響[7 -8].我們認為,在高水平綜合性大學的建設過程中,生物技術制藥課程作為生物學、生物工程和藥學三大一級學科專業之間的橋梁課程,教學應著眼于基礎,立足于應用,引入協同創新的理念和模式,突出 “創新”在辦學理念中的核心位置,強調 “科教結合協同育人”作為辦學思路的重要方面[9],著重培養具有國際化視野和受到嚴格科學思維訓練、掌握生命科學的基礎理論、基本知識和基本技能,受到良好的專業技能訓練的復合型應用人才。基于此,我們進行了相關有益的嘗試。
一、基本理念
針對于生物技術制藥課程教學改革的協同創新,協同的具體研究內容是課程教學活動中各要素之間的協同,如課程與課程、理論與實踐、教師與學生、學生與學生、課內與課外及校內與校外等要素之間的協調和協作,推動教學質量整體提高。創新則具有兩方面含義: 一是教學內容、模式、方法和手段的創新; 二是學生創新能力與創新素質的培養。總之,生物技術制度課程教學改革的基本理念是整合教學內容,構建理論-實驗教學架構,完善教學體系。
二、具體實施內容
( 一) 理論課程內容的協同創新
生物技術制藥課程作為專業方向基礎課,涵蓋了基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程及蛋白質工程等內容,是在微生物學、細胞生物學、生物化學、遺傳學、分子生物學、基因工程原理及技術、化工原理、免疫學等課程基礎上開設的,具有覆蓋面廣、內容多、體系繁雜、學科交叉性強等特點。相關專業知識點多面廣,內容繁多,同時又不可避免地與上述相關課程相互交叉,這使得授課難度較大,如果按照各章節全面講授,學時冗長,內容重復,會使學生感覺繁雜而乏味。我們總結了多年教學經驗,根據本課程的特點和實際教學情況,結合 2014 年新教學大綱的制定,大膽地進行了課程改革,精簡內容,重點突出 “生物技術”與 “藥物”的有機聯系,把課程交叉部分在妥善協調的基礎上予以取舍,合理分配課時比例,著力壓縮交叉內容課時,要求以點帶面,點到為止; 在藥學相關內容的學習中,要求全方位覆蓋,保證課時,盡量彌補生命科學專業學生在該方面的 “短板”; 在保證基礎知識掌握的前提下,以增長知識、注重實踐為目的,以前沿和進展為講授和學習的重點,求精求新。我們認為,科研促進教學,課程的建設離不開學術的沉淀。生物技術藥物領域的迅猛發展,要求授課教師必須緊緊把握學科前沿,精心選擇專業關鍵問題,及時更新教學內容,以自身科研實踐指導教學。在強調基本概念、基本理論的基礎上,要求任課教師聯系實際介紹生物技術藥物研發、申報、審批的新進展,開闊學生視野,增強學生的實踐和創新意識。
( 二) 課程組 ( 授課人員) 協同創新
2011 年 6 月,山東大學生命科學學院與中國科學院微生物研究所簽署了戰略合作協議,共建 “戴芳瀾”精英班。這是我校在推進落實協同創新,加強校 ( 院) 所合作,整合資源,充分發揮校 ( 院) 所各自優勢,在本科教學方面全面推進素質教育,實踐教育教學改革的一項重大舉措。我們積極落實具體合作內容,并以此為契機,積極整合中科院微生物研究所、山東大學微生物技術國家重點實驗室、山東大學國家糖工程技術研究中心等科研教學資源,相互合作、互相協調,組建 “主講教師-任課教師-外聘教師-實驗課教師”四位一體的生物技術制藥課程組。主講教師負責課程主干部分教學,并統籌、協調任課教師、外聘教師、實驗課教師的授課內容、學時安排。任課教師為校內相關學科高水平教學科研崗教師,就自身科研方向,結合教學相關章節,針對相應基礎知識、學科進展和近期成果開展授課; 外聘教師為中科院微生物研究所相關學科課題組組長,在教學大綱范圍內,事先協商、指定相應內容,遴選導師采用集中授課的方式,要求遵循本科教學規律,既要有基礎內容講授,又要求結合相關教師科研方向,進行必要的知識拓展,講授學科領域前沿。著重就學科前沿進展和成果進行教學,以科研促進教學。
作為 “生物技術制藥”課程的協同創新教育的試點,于 2011-2012 年和 2013-2014 年春季學期,針對生命學院 09、11 級生物工程專業學生,先后邀請了中科院微生物研究所 “杰青”“百人計劃”等 6 位研究員來我校開展了共計 24學時的合作課程講授。受到該專業學生的廣泛歡迎,教學效果良好。本校課程組成員與外聘遴選教師交流座談,探討了教學體系及教學內容的改進,分享了教學心得。
( 三) 實驗課程內容的協同創新
實驗教學作為生物技術制藥專業教學的重要組成部分,相比理論教學而言,在培養學生的科研思維和能力方面有著更為直接和重要的作用。
實驗課的教學內容除需包含基因工程、細胞工程、酶工程及發酵工程之外,還涉及 ( 蛋白質)藥物的分離純化、質量控制以及工業化生產和產業化應用等內容。鑒于實驗硬件條件和經費投入的限 制,目 前 開 設 生 物 技 術 制 藥 實 驗 課 的“985”高校寥寥無幾,開課內容多是基于生物制藥范疇的提取、分離及制劑技術,已無法滿足日新月異的生物技術藥物領域的飛速發展。
基于以上問題,我們就生物工程專業的人才培養方案入手,積極探索實驗教學內容,充分整合了全院的實驗教學平臺,利用已有實驗教學資源,開展項目式實驗教學,構建 “生物技術制藥綜合實驗”實踐教學體系,嘗試建立開放式實驗教學平臺[10].力圖引導學生學以致用,理論指導具體實驗,實驗促進理論的學習。項目式實驗教學的實施按如下流程進行: 課程組教師共同擬定綜合實驗項目→學生分小組領取任務書→各自查閱資料→擬定初步實驗方案→集中討論、質詢→確定方案、課程組審批→任務實施→結果匯報、討論→撰寫報告、留檔考評。初步確定了以 “干擾素 alpha - 2b 異源表達、發酵擴大培養、純化及產物性質鑒定”為 48 學時的綜合試驗內容,分為 8 學時的資料查閱,實驗方案、技術路線制定及前期準備性實驗,16 學時的干擾素 alpha -2b 原核異源表達,8 學時的 3L 發酵罐擴大培養,16 學時的 alpha -2b 蛋白純化、純度測定及 HPLC 性質檢測。成績考核實行知識、技能和能力的綜合考評,建立以應用能力考核為主的教學質量評價體系,考核內容包括: 生物工程基本操作技術、技能考核 ( 基因工程、細胞工程、發酵工程、蛋白質工程,共 60 分) ,基本科研能力考核 ( 文獻檢索、閱讀和試驗方案、路線確立及科研報告撰寫等,共 25 分) ,項目組協作、創新成果考核 ( 共 15 分) .
( 四) 教學手段的協同創新
理論課教學過程中,充分開展 “以文獻為導向的任務自我學習”教學模式[11],在課堂教授的基礎上增設交流報告與課程論文,形成多元化方式評價。引導、組織學生組成 3 ~4 人/組的興趣小組,就與生物技術制藥相關的內容完成一篇不少于 10 000 字的綜述性課程論文,自由選題、組內討論、合作完成,期末提交,要求嚴格按照科研論文格式撰寫,參考文獻中近 5 年的SCI 論文不少于 20 篇。同時就論文內容,總結20 分鐘 PPT,利用 2 學時上課時間全班交流,現場答辯。該部分考評計入學生期末考核,占總成績的 20%,與閉卷筆試成績合并生成課程總成績。通過 8 年來的教學實踐表明,多元化評價方式突破了以往卷面成績決定課程成績的傳統考試模式,學生的文獻綜合能力得到了大幅提高,大大增加了學生自我學習的主動性。
在項目式實驗教學的基礎上,鼓勵學生自選課題,結合國家大學生科技創新和校、院兩級科技創新申請,完成外延式理論課學習和實驗教學。授課教師的科研實驗室原則上對所有修課學生開放,鼓勵學生自行組成科研小組,完成相應課題。讓學生近距離接觸科研工作,培養學生的科研思維能力和分析問題、解決問題的能力。據不完全統計,在課程組教師指導下,2009-2014年生物制藥方向學生先后主持國家科技創新項目4 項,國家基礎科學人才培養基金資助項目 8項,校級科技創新 20 多項以及 2014 年中科院微生物研究所設立的精英班科技創新項目 3 項。
同時,我們在校內教學的基礎上,充分開展實踐教學,組織學生旁聽專業講座,參加優秀本科生論壇,參觀 GLP 實驗室,積極協調、組織生物技術藥廠實地觀摩實習,親身感受實際生產流程。以上實踐教學環節激發了學生學習的積極性,拓寬了學生的專業知識面,培養了學生不斷探索的科學精神。今后我們將結合本課程應用性強的特點,進一步加強校內外協作,嘗試與藥廠溝通、協調,結合專業實踐開展短期實習,借此提高學生的實際操作能力,加強對制藥行業的感性認識,對將來的擇業會有很好的助益。
三、結論與展望
以上是我們在生物技術制藥教學過程中基于協同創新方面的初步探索與嘗試,在課程的教學體系建設、教學質量及學生復合型應用人才培養等方面初見成效,起到了積極的推動作用。如何立足于 “985”綜合性高校,利用與中科院等科研院所的共建資源優勢,“為天下儲人才,為國家圖富強”,實現教學相長; 如何在研究型大學開展創新型人才培養體系探索的大背景下[12],進一步突出我校生物技術制藥課程的辦學特色,仍是一個嚴峻的課題,有待我們共同努力。
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