生物制药本科实验教学改革的探索与实践

【摘要】 根据生物制药的学科特点及人才培养需要,构建了验证性实验-综合性实验-开放、创新性实验的实验教学体系,形成了层次清晰的实验技能培养模式,其中跨课程综合性实验与科研课题设计是教学改革的特色项目。通过该教学模式的实践,学生的创新意识、科研素质与实践能力显着提高,并且在该教学改革的进一步拓展方面进行了深入探讨。

【关键词】 生物制药;实验教学;创新思维;科研素质

一、实施背景

生物科学是一门以实验为基础的自然科学,而生物制药作为其中应用导向较强的领域之一,其实验教学的地位更是举足轻重。通过合适的实验教学体系培养适合社会与产业发展需要的人才,是生物制药人才培养的重点内容[1,2]。基于高校全面实施素质教育后对创新思维与实践能力培养的注重,针对我国生物制药产业源头创新能力薄弱、基础研究落后的客观现实,我们以学院总体人才培养目标为导向,深化教学改革,重新构建了生物制药本科实验教学体系,其根本目的是突出应用理论与技能的系统训练,强调创新思维的培养与科研素质的塑造。

二、总体思路

根据专业课程设置和人才培养需要,更新了实验课程体系,确定了实验教学的总体思路与规划。将实验教学设计成三个层次:第一层次以验证性实验为主,主要在专业基础课中开设,确保学生掌握本专业的基本实验技能;第二层次以跨课程的综合性实验为主,融合各门专业课实验教学内容,重在培养学生系统完整的知识结构和能够融会贯通地运用各种实验技能的能力;第三层次以开放性和创新性实验为主,并要求学生独立完成科研课题设计,主要在选修课及课余时间进行,强调培养学生的独立科研能力与创新素质。最终形成夯实基础知识技能-形成综合应用能力-拓展科研创新素质的多层次实验技能培养模式。其中跨课程综合性实验及开放创新性实验是教学改革的重点内容与特色项目。

三、具体内容

1.跨课程的基因工程综合性实验

通过将相关专业课的实验教学内容的整合和重构,从生物制药首届学生(03级)开始,即开设了跨课程的基因工程综合性实验。

在实验总体设计上,以完整的基因工程药物开发流程为主线,整合了《基因工程》、《发酵工艺原理》和《生物技术药物药剂与药代动力学》的实验内容,并将教学内容分成不同模块,指定负责教师自编实验教材;从知识点上涵盖了基因工程上游技术(包括基因的定位、筛选、克隆、表达、活性及功能的鉴定和分析)与下游技术(包括发酵、提取、纯化、鉴定分析、冻干等技术)以及药效、药理、毒理和安全性评价的基本技能,具有较强的系统性与连贯性;在实验题材上,将来自生物制药研究所的T细胞受体基因治疗药物及重组白介素-18蛋白药物等成熟研究成果应用于教学,并以其研究过程为例,讲解了生物制药的研究与开发流程,提升了实验教学的学术层次,并推动了科研与教学相互促进;在师资力量方面,由来自理、工、医学等不同背景的教师组成教学团队,以发挥专业优势;在实验设备方面,充分整合了现有教学资源,并将新购置的流式细胞仪、蛋白层析系统、毛细管电泳等先进仪器以不同的方式应用于教学,进一步提高了教学水平,开阔了学生的视野;从考核方式上,首先要求学生严格按照学术论文的格式撰写实验报告,锻炼了学生的科研素养,同时以知识竞赛的形式考查了实验相关知识与技能,在提高学生学习兴趣的同时巩固了教学效果,整个教学气氛生动活泼,效果明显。

2.科研课题设计

由于选修课具有前瞻性较强的教学内容与灵活机动的教学形式,目前在选修课《肿瘤生物学》与《抗体工程》开设了科研课题设计。目的是通过全新的教学模式拓展创新思维,使学生具备独立设计实验方案和科研课题的能力,整个过程由学院实行的本科生导师制加以管理与实施。

具体流程如下:首先是准备阶段。主要是由学生分组自行完成指定教学内容的备课与讲授,目的是为课题设计奠定必要的理论基础,并由全体本科生导师组成评议组对学生讲课情况做出现场分析和点评。第二阶段为选题与标书撰写。在大胆假设、科学论证的原则下,学生提出各自的课题,并与导师讨论课题的可行性。定题后,分别完成资料的调研,研究方案的制定,并严格按照国家自然基金申请书为模板撰写课题计划书,最终提交研究方案。第三阶段为课题评定阶段。由教师对学生提交的研究计划进行点评与修改,指导学生最终完成整个实验设计。根据理论课的授课情况和最终计划书的水准评定学生的成绩。对于兼具创新性与可行性的研究计划,可作为毕业论文及学生创业计划的蓝本。

3.开放、创新性实验

主要面向三、四年级本科生。目的是充分利用现有教学资源,为学生创造良好的创新实践平台。学院实验中心与研究所的场地及设备现已全面向学生开放,并设立了专门的本科生创新实验中心。在课题立项方面,首先鼓励学生总结所学知 识技能,凝练自己感兴趣的题目,在教师的指导下进行教学大纲以外的、有一定深度的创新型实验。此外,鼓励教师积极申报开放性实验项目,这些专职教师通常活跃在教学的第一线,对教学重点及学生的具体知识水平有深入了解,能够设计出即合乎学生实际,又能拓展思维的课题,具有更强的合理性和可行性,然后通过宣传招募的方式吸收学生积极参与。

四、主要成果

目前基因工程综合性实验共设128个学时。经过03级与04级的实践,获得了初步的经验,锻炼了师资队伍,并根据教学需要自编了两版实验教材。拟经过三轮教学实践进行规范,成为学院实验教学的骨干课程与特色项目。在03级综合性实验课程结束之后,我们分实验设计、实验条件、实验管理、教学效果几方面,设置了二十项指标,在全体学生中进行了匿名问卷调查。结果显示,各项指标的满意率均在90 %以上。学生普遍反应;通过综合性实验,其专业知识、实验技能与科学思维都有显着的提高。

在科研课题设计方面,03级本科生共完成科研课题设计22项。研究方向涵盖了基因工程抗体、RNA干扰、重组细胞因子、抑癌基因等肿瘤治疗的前沿领域,学生的创新思维得到了充分拓展。此外,通过独立完成课题设计,还培养了学生独立、严谨的科研态度,并使其对课题申报的整个过程有了一定认识。

在开放性实验方面,结合学院实际情况,制定了完善的生科院实验室开放实施细则。教师申请并组织完成开放性实验项目3项,学生参与17人次;

接受了以上教学模式的严格训练后,学生的创新意识、科研素质、实践能力显着增强,03级本科生进入实习后,获得了实习基地的一致好评,已成为各基地研发、生产的骨干力量。以本教学模式为重要组成部分的教改项目于2007年获得广东药学院教学成果二等奖。

五、发展思路与规划

本教学模式经历了两年的探索、实践与总结。在对实际教学效果、教师反馈意见进行深入调查的基础上,对该模式不断加以完善,并制定了下一阶段的发展思路与具体措施。

在验证性实验层次,将开设竞争性实验。目的是加快教学内容更新,减少现有教材中已显陈旧的实验内容,同时根据学院专业特色及教师专长,增加具有本院特色、切合人才培养需要的实验项目。具体方案是:各门专业课在开设必修的基本实验、经典实验,确保学生掌握基本实验技能的同时,设置一定比例的机动实验课时,由各门课程任课教师自主设计实验方案,自编实验讲义。首先经过试讲与预实验并由全体任课教师评审,然后向学生公布各门课程的候选实验,学生通过网络或书面申请方式选择感兴趣的实验。最终根据学生选课结果,确定开设的实验项目。

在综合性实验层次,在保证现有基因工程综合性实验高质量实施的基础上,进一步提高学生对生物科学上下游技术认识的连贯性和综合运用能力,拟合并《分子生物学》、《生物信息学》为一个综合性实验,并论证《细胞生物学》、《现代遗传学》、《细胞分子免疫学》三门课程合并为综合性实验的可行性。最终实现如下综合性实验教学体系:通过三年级上学期的分子生物学综合性实验克隆获得目的基因,在下学期的基因工程综合性实验中进行基因表达产物的活性、产量的检测,发酵体系的建立、发酵工艺的优化、提取纯化工艺、药代药效学检测。从而将生物技术与生物制药(基因药物、蛋白药物)整个过程融会贯通,形成系统、开放的实验教学平台。

在开放、创新性实验方面,将人才培养与产业发展需要紧密衔接。针对我国生物制药产业下游技术瓶颈,以开放性实验为平台提高对下游技术的培养力度。拟以学院筹建的核酸蛋白分离纯化中心为基础,大力拓展与企业的合作交流,吸引来自企业的师资力量与横向课题,将部分课题研究内容以开放性实验的方式由学生自主设计完成,并划拨部分横向课题经费作为开放性实验基金来源,以进一步推动产学研结合。在吸引企业力量丰富教学资源的同时,主动的调整教学内容,使人才培养符合社会发展需要,将生物技术人才的培养基地与新产品研发和技术转化平台相互融合,最终成为教育与技术创新的孵化器[3,4]。

【参考文献】

[1]彭俊文,蒋铭敏.生物技术药物研究开发与产业化现状及前景[J].生物技术通讯,2004,15(2):201.

[2]张蕊,田澎.生物制药产业现状分析及我国企业的发展战略 [J].工业工程与管理,2005,10(5):107.

[3]朱旭芬,赵小立,张铭.基因工程实验课程的建设与实践[J].中国大学教学,2006,(3):44.

[4]袁辉,李校堃.生物制药产学研一体化教育模式培养创新人才的改革和实践[J].微生物学通报,2005,32(2):141.