吳曉敏， 張 強， 宋運賢， 查嶺生， 段永波， 張海軍

(淮北師范大學 生命科學學院， 淮北 235000)

生物工程專業(yè)創(chuàng)新實驗應用型人才新培養(yǎng)模式的探索

——以生物制藥方向人才培養(yǎng)模式為例

吳曉敏， 張 強， 宋運賢， 查嶺生， 段永波， 張海軍

(淮北師范大學 生命科學學院， 淮北 235000)

摘 要為了不斷適應高等教育改革和發(fā)展的形勢，滿足生物制藥等相關(guān)行業(yè)和科研院所研究生深造的需求，積極探索高等師范院校生物工程專業(yè)(生物制藥方向)的教育教學規(guī)律，進行創(chuàng)新實驗應用型人才培養(yǎng)，構(gòu)建“立體化、四層次、三步走”的人才新培養(yǎng)模式，形成專業(yè)特色突出、體系獨立完整、管理科學和學生主體地位突出的教學培養(yǎng)體系。通過創(chuàng)新實驗應用型人才培養(yǎng)模式體系的構(gòu)建和探索，解決生物工程專業(yè)(生物制藥方向)學生理論基礎(chǔ)與實踐(科學研究)應用(生物醫(yī)藥領(lǐng)域)脫節(jié)的問題，形成以實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點，著力提高學生的綜合應用能力，促進學生科研深造與就業(yè)工作兩方面發(fā)展，適應科研院所研究和生物醫(yī)藥科技相關(guān)公司企業(yè)的要求。

關(guān)鍵詞創(chuàng)新實驗；應用型人才；教育規(guī)律；培養(yǎng)新模式

據(jù)統(tǒng)計截至2015年我國已有本科高等學校2542所，隨之而來的不僅是高校畢業(yè)生數(shù)量急劇增加，就業(yè)形勢也日益嚴峻。據(jù)最新報道，2016年全國高校畢業(yè)生已高達約770萬人，比2015年增加約21萬人，與此同時師范類高校畢業(yè)生將面臨更為嚴峻的就業(yè)形勢。學生的就業(yè)壓力直接影響到日常學習的積極性，嚴重阻礙創(chuàng)新型、實踐應用型高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。對于師范院校的生物工程專業(yè)來說，大量畢業(yè)生面臨的就業(yè)問題主要存在于大學學習內(nèi)容與實際工作要求脫節(jié)，面臨改行轉(zhuǎn)型。為促進我校生物工程專業(yè)學生創(chuàng)新應用實踐能力的培養(yǎng)，滿足當前生物制藥相關(guān)行業(yè)和科研院所研究生深造的需求，我們立足師范院校重視中小學教師人才培養(yǎng)的教育教學規(guī)律的同時，積極探索構(gòu)建創(chuàng)新實驗應用型人才培養(yǎng)模式體系，為提高學生創(chuàng)新素質(zhì)與實踐應用能力提供保障。

1生物工程專業(yè)(生物制藥方向)理論與實驗教學面臨的問題

目前我校生物工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方向主要有發(fā)酵生物工程、食品化學與工程和生物制藥3個方向。生物制藥方向是近年來伴隨著生物工程技術(shù)開發(fā)應用與社會發(fā)展需求激增而形成[1]，也是我校生物工程專業(yè)重要的培養(yǎng)方向之一。目前我校生工專業(yè)生物制藥方向的本科生仍以理論基礎(chǔ)課(如微生物學、酶工程、基因工程、細胞工程、生物化學和生物制藥工藝學等課程)學習為主，缺少生物制藥相關(guān)的主干課程如生藥學、生物藥物分析與檢驗、藥物化學、藥物分離純化等藥學類專業(yè)課；另外，與之相配套的相關(guān)實驗教學項目和課時不足的問題導致學生對生物制藥相關(guān)的實驗技術(shù)操作訓練嚴重匱乏，難以得到較好的人才培養(yǎng)效果[2-5]。近年來隨著不同學科交叉的深入滲透以及計算機軟硬件技術(shù)的迅猛革新，計算機輔助藥物設(shè)計(CADD)技術(shù)日益成熟。通過CADD技術(shù)成功設(shè)計的藥物制劑早已上市或進入臨床研究階段，進一步表明計算機輔助藥物設(shè)計這門生物模擬實驗技術(shù)已廣泛地改進目前傳統(tǒng)藥物研發(fā)過程，這也給我們生物工程專業(yè)(生物制藥方向)的教學和實驗研究都提出了更高的要求[6-8]。計算機輔助藥物設(shè)計、藥物設(shè)計等相關(guān)專業(yè)課程本身是基礎(chǔ)學科(藥學、化學和生物學)和計算機軟件應用技術(shù)的交融，所涵蓋的基本理論知識與模擬計算實驗技術(shù)手段都非常多，盡管有助于培養(yǎng)學生具有扎實多學科理論知識和多學科綜合創(chuàng)新應用實踐能力，但教學難度非常大[9]。我院已建立了計算機輔助藥物設(shè)計、生物信息學等生物模擬實驗平臺，積極摸索探討了一系列教學方法與實踐手段，仍然存在以下問題：學生基礎(chǔ)知識儲備不足、生物制藥課程實踐不系統(tǒng)、軟件調(diào)試學習困難、實驗模擬動手能力不高以及相關(guān)案例教程模擬難以靈活掌握等問題。為拓展我校生物制藥方向?qū)W生科學實驗視野、加強實踐應用能力的培養(yǎng)效果、適應相關(guān)科研院所研究生的需求，我院立足以師范院校為特色，探討目前生物工程專業(yè)創(chuàng)新實踐應用型人才的培養(yǎng)新模式，滿足目前生物醫(yī)藥公司和生產(chǎn)企業(yè)所需的專業(yè)應用實踐型人才[10, 11]。

2 構(gòu)建生物工程專業(yè)創(chuàng)新實踐應用型人才的培養(yǎng)新模式

2.1構(gòu)建“立體化、三層次、四步走”的理論實驗教學新模式

為不斷適應高等教育改革和發(fā)展的形勢，積極探索師范院校生物制藥方向的教育教學規(guī)律，我們堅持以滿足生物制藥等相關(guān)行業(yè)和科研院所需求為目標，進行創(chuàng)新型、應用型人才培養(yǎng)，構(gòu)建“立體化、三層次、四步走”的培養(yǎng)新模式(如圖1所示)，形成專業(yè)特色突出、體系獨立完整、管理科學、學生主體地位突出的教學培養(yǎng)體系。

圖1 “立體化，三層次，四步走”主體思想的新培養(yǎng)模式

第一步，對藥物化學(藥物毒性分析)、結(jié)構(gòu)生物學、生物化學、分子生物學、化學生物學、細胞生物學、生理學等生物制藥方向的理論基礎(chǔ)課教學內(nèi)容進行梳理提煉；加強對學生計算機輔助藥物設(shè)計、生物制藥學、制藥工藝學以及生物信息學等專業(yè)課程實驗技能的培養(yǎng)，以驗證性實驗為主，小綜合實驗為輔，既加深理論知識的理解，又培養(yǎng)實驗基礎(chǔ)技能與應用。第二步，在完成上述理論課與基礎(chǔ)實驗技能訓練的基礎(chǔ)上，增加綜合實驗訓練項目，實驗內(nèi)容表現(xiàn)為實驗與理論計算學科之間的交叉，既鞏固實驗技能與應用，又加強學科之間的橫向聯(lián)系，為學生完成畢業(yè)論文設(shè)計、就業(yè)工作以及將來進一步深造打下基礎(chǔ)。第三步，根據(jù)不同學生興趣愛好與未來規(guī)劃發(fā)展需求，增加專業(yè)方向案例設(shè)計性實驗，以設(shè)計為主，完成課題案例實驗。第四步，針對基礎(chǔ)知識扎實，又具有實踐技能的學生通過申請自主創(chuàng)新項目的形式進行實驗自主設(shè)計，通過解決前期實驗訓練中存在的實際問題進而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

在上述的基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、專業(yè)實驗和創(chuàng)新實驗4個階段遵循由簡到繁、由淺入深的原則，逐步實施制定的實驗培養(yǎng)方案，注重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，而不是簡單的掌握課本理論與實驗技能，尤其是最后階段的課題案例專業(yè)實驗和自助設(shè)計的創(chuàng)新實驗，著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和較強的自主動手能力以及嚴謹?shù)目蒲凶黠L。在這4個層次的實驗內(nèi)容選擇上力求把知識結(jié)構(gòu)的完整性、學生自主獨立的選擇性、課題案例的應用性和不同訓練實驗的開放性融為一體，凸顯以學生主體地位為本的個性化培養(yǎng)模式。

2.2新培養(yǎng)模式下創(chuàng)新實驗實施的探索

為滲透貫徹 “立體化，四層次，三步走”的人才培養(yǎng)新模式，首先在修訂生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，將以往的選修課開課時間調(diào)整更為寬泛，給不同基礎(chǔ)的學生提供更多的選擇機會，學生可根據(jù)個人的自身學習進度情況與技能基礎(chǔ)在第4、第5、第6、第7個學期里選擇適應的課程進行學習。在前兩個學期中，學生可根據(jù)掌握的基礎(chǔ)知識進入實驗室只進行各項基礎(chǔ)實驗，在基礎(chǔ)實驗階段主要采取實驗室開放[12]，學生可以進行基礎(chǔ)實驗，訓練基本實驗技能，但是專業(yè)綜合實驗不開放，避免前期基礎(chǔ)訓練不夠；在后兩個學期中，學生掌握基礎(chǔ)實驗技能后，可以進行專業(yè)設(shè)計性實驗和部分綜合實驗訓練，在此實驗階段，既進行實驗室開放，同時進行專業(yè)設(shè)計和綜合實驗開放，進而達到扎實基礎(chǔ)為基，創(chuàng)新訓練為本的目的。其次，我們將相關(guān)應用性課程大綱增加實踐教學的比重，如通過調(diào)整學時比例為學生開設(shè)《計算機輔助藥物設(shè)計》上機實踐操作機會。最后，為加深生工專業(yè)學生對課堂所學相關(guān)課程知識的應用，提高對實際生產(chǎn)過程的認識，我們在制定生工專業(yè)實驗教學體系改革中，著力改革相關(guān)生物發(fā)酵和制藥工程方向的實驗教學體系。結(jié)合本專業(yè)生物發(fā)酵與制藥工程兩個方向?qū)嶒灲虒W的特點和現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)，我們主要從基礎(chǔ)實驗虛擬仿真、課題訓練虛擬仿真和創(chuàng)新實踐虛擬仿真三個層次逐步進行建設(shè)完整的發(fā)酵工程虛擬仿真實驗和生物制藥仿真實驗教學資源平臺，并在日常實驗教學活動中，將教師承擔的“虛”(理論模擬計算)與“實”(實證研究)兩方面相關(guān)課題內(nèi)容貫穿進入到生物工程本科教學活動中，著力提升了學生的創(chuàng)新能力。例如在2015年度，我院生工專業(yè)學生根據(jù)自身學習情況，積極參與到相關(guān)課題項目中，共申報并獲批校級A類綜合實驗室開放項目4項，B類基礎(chǔ)實驗室開放項目29項，6項重點，均進展順利，達到了預期效果，順利結(jié)題，并且學生積極申請“2015年度安徽省大學生創(chuàng)新計劃項目”，經(jīng)學校擇優(yōu)遴選12項課題，推薦為“2015年度安徽省大學生創(chuàng)新計劃項目”并全部獲批，相比以往的培養(yǎng)模式效果明顯。另一方面，通過不同層次階段的實驗訓練，加深了生工專業(yè)學生對相關(guān)專業(yè)課內(nèi)容的理解，生工專業(yè)學生的考研錄取率也從2014年的32.6%提高到2015年的41.8%。

2.3新培養(yǎng)模式下教學資源與教學方法的探索

2.3.1整合現(xiàn)有實驗驗證平臺，引入理論模擬計算(計算機輔助藥物設(shè)計、計算生物學及生物信息學)

改變傳統(tǒng)的純實驗平臺訓練，建設(shè)開放、互聯(lián)、共享的基礎(chǔ)生物制藥實驗教學平臺和綜合設(shè)計實驗教學平臺，探索以能力為本的多元化教學模式、教學手段和教學方法，協(xié)調(diào)理論教學和實驗教學，開放各個不同專業(yè)實驗室，實現(xiàn)資源共享，節(jié)省資金進一步建設(shè)理論計算平臺，特別是引入目前國際主流常用的相關(guān)軟件。目前我們的部分實驗平臺已搭建在暨南大學生命醫(yī)藥科學研究中心與深圳超算中心的高性能計算集群上，為學生基礎(chǔ)實驗訓練與課題案例專業(yè)實踐都提供了有利的軟硬件資源支持。讓學生在掌握理論知識基礎(chǔ)上學會如何將書本理論應用到真正的模型體系范例中，加強學生的實驗軟件系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析能力；并要求在實際操作中深刻領(lǐng)悟并能自主調(diào)試處理軟件相關(guān)問題，逐漸培養(yǎng)學生成為軟硬件知識、理論計算與實驗操作兼具的創(chuàng)新應用實踐型專業(yè)人才。比如我們在《計算機輔助藥物設(shè)計》課程中，通過引入國內(nèi)外計算機輔助藥物設(shè)計最新文獻案例分析，讓學生在教學過程中掌握計算機輔助藥物設(shè)計基本原理，了解各種常用藥物設(shè)計模擬計算軟件及其相關(guān)上機操作實驗問題，為后期進入案例課程分析打下基礎(chǔ)。在日常課程教學中融合課堂師生互動討論與分組協(xié)作實驗、實驗視頻與軟件教程同步、案例課題模擬實驗與學生上機指導等多種方式[9]。

2.3.2開發(fā)網(wǎng)絡實踐教學資源，引入開放性實驗教學

在多媒體教學的今天，我們除了需要搭建校內(nèi)外網(wǎng)絡平臺，最重要的是引入網(wǎng)絡教學資源。因為實驗所需的書本文獻資料可以在網(wǎng)上直接獲取，實驗教程和案例以及實驗實施過程都可以借助網(wǎng)絡教學資源進行，所以在互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，新的教學模式與互聯(lián)網(wǎng)也是密不可分的。理論課和實驗訓練我們均可以采用多媒體方式進行教學，并通過網(wǎng)絡硬盤和遠程集群登錄的形式建立網(wǎng)上虛擬實驗室，實現(xiàn)教學手段多元化，讓學生在課上和課下都可以進入網(wǎng)絡實驗平臺進行生物實驗的觀摩和學習；同時鼓勵學生有效利用網(wǎng)上資源，開展文獻調(diào)研、數(shù)據(jù)采集下載、線下數(shù)據(jù)分析與對照，引導學生對網(wǎng)絡教程案例進行比較驗證他們的實驗結(jié)果，極大提高學生的動手應用實踐機會。例如我們在《計算機輔助藥物設(shè)計》課程中，將實驗所需要的Schrodinger、GROMACS 5.0.2、Discovery Studio 4.0、Insight II2005、VMD 1.8.7和Pymol 10.0.3等軟件統(tǒng)一安裝壓縮在虛擬機中，學生課堂上機實驗和課下練習只需將虛擬機壓縮包掛載到個人電腦上就可運行，無需進行Linux系統(tǒng)和復雜軟件的安裝調(diào)試，并且軟件文件的讀取可直接登錄各種數(shù)據(jù)庫或通過網(wǎng)盤形式下載，完成后的實驗結(jié)果也可遠程進行分析比較和網(wǎng)盤上傳提交，通過這種開放性實驗教學資源約90%學生在規(guī)定學時內(nèi)能夠迅速熟練掌握大綱要求的教學內(nèi)容。

2.3.3利用網(wǎng)絡教學綜合平臺，加強混合教學課程的設(shè)計與建設(shè)

提高對學生的培養(yǎng)教育質(zhì)量，一方面要構(gòu)建與相關(guān)專業(yè)課程相輔的實驗或?qū)嵺`操作平臺，著力形成一整套包括培養(yǎng)定位、培養(yǎng)理念及培養(yǎng)模式的運行體系；另一方面，必須調(diào)動生物制藥相關(guān)專業(yè)教師科研與教學互動相長的能動性與積極性[13-15]，各制藥專業(yè)課教師結(jié)合自身科研項目課題充分發(fā)揮其學術(shù)研究特長，在課堂授課過程中能充分將理論基礎(chǔ)知識點與最新相關(guān)研究動態(tài)緊密結(jié)合，讓學生切身感受到專業(yè)課的應用實踐效果，進而調(diào)動學生的求知主動性以及激發(fā)他們的科學研究興趣，為滿足學生將來實踐就業(yè)和未來學術(shù)發(fā)展等諸多方面的需求提供更多的接觸平臺與鍛煉機會[9, 11]。首先在課堂教學中改變傳統(tǒng)的傳授模式，用循環(huán)問答互動的方式來引導學生構(gòu)建自己的知識體系，以對等的討論引導學生在已掌握知識的基礎(chǔ)上構(gòu)建新的知識體系。其次，在課堂之外，我們積極搭建與學生交流的溝通平臺，除了課堂直接互動溝通外，課堂下通過網(wǎng)絡教學綜合平臺、微信群、QQ群以及手機APP程序等多種自媒體交流方式，廣泛征集學生對教學內(nèi)容、教學方法、教學形式等方面的反饋信息，并予以適時調(diào)整。結(jié)合每個學生的特長興趣為基礎(chǔ)點，以實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點，著力提高學生的綜合應用能力，拓寬學生理論課知識與實踐能力相結(jié)合的道路。最終起到提高教師對知識的引導作用，而不是簡單的傳授知識；培養(yǎng)學生對知識的能動構(gòu)建作用，做到真正的掌握吸收，而不是簡單的實驗重復與知識堆積。

3結(jié)語

生物醫(yī)藥業(yè)的快速發(fā)展為新的就業(yè)市場開辟了廣闊的前景，也極大地推動了生物制藥人才培養(yǎng)模式的革新與發(fā)展。研發(fā)新藥物信息的層出不窮，數(shù)以萬計的文獻報道加速了本領(lǐng)域廣度和深度的拓展，領(lǐng)域中的藥物設(shè)計方法，分子模擬篩選、藥物作用反應機理等相關(guān)操作在實踐中發(fā)揮越來越大的作用，這對于生物工程專業(yè)(生物制藥方向)人才培養(yǎng)是一個新的挑戰(zhàn)，也是一個機遇。根據(jù)最新研究動態(tài)變化和社會專業(yè)人才的需求，及時制定一整套既具有自己特色又能滿足當前形勢和需求的人才培養(yǎng)模式是至關(guān)重要的。隨著未來健康醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)對綠色生物制藥業(yè)依賴性的增強，生物工程專業(yè)(生物制藥方向)的學生將面臨更為廣闊的就業(yè)工作平臺和科學研究領(lǐng)域。

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Exploration of the new cultivating mode of comprehensive applied talents with innovation ability oriented to the bio-engineering specialty——taking the bio-pharmaceutical direction as an example

WU Xiao-min， ZHANG Qiang， SONG Yun-xian，ZHA Ling-sheng， DUAN Yong-bo， ZHANG Hai-jun

(1. College of Life Science, Huaibei Normal University, Huaibei 235000, China)

AbstractIn order to adapt to the innovation and development of higher education, the educational and teaching rules of setup bioengineering specialty (bio-pharmaceutical direction) for students in normal universities are actively explored. The "a three-dimensional teaching mode of integration with three levels through four steps" cultivation is constructed by reconstructing creative and applied experimental instructor on basis of meeting the demands of the pharmaceutical and other related industries and companies as well as postgraduate studies of research institutes and colleges. A cultivating system with prominent professional feature, independent and comprehensive system, scientific management and the prominently subject status of student is perfectly formed. These solutions could perfectly solve the disconnection problem between the theoretical basis and practice in the scientific research and the application in the field of bio-pharmaceutical and medicine. This cultivation is focused on forming the ability of practice and innovation for the bio-pharmaceutical students, and improving their comprehensive application. These initiatives promote the two aspects of students′ development in further scientific investigation and formal employment development, adapting to the requirements of scientific research of institutes and the pharmaceutical and other related industries.

Key wordsinnovation experiment; applied talents; teaching rule; new cultivating mode

收稿日期：2015-02-02；修回日期：2015-09-06

基金項目：安徽省高等學校省級教學研究項目(2014jyxm164)；省級/校級生物工程特色專業(yè)建設(shè)項目(2013tszy018, 800862)；省級精品資源共享課程(2014gxk042)；淮北師范大學校級重點教學研究項目(jy14105)

作者簡介：吳曉敏，博士，副教授，從事計算生物學、藥物設(shè)計等相關(guān)教學與研究，E-mail: dolphin1009@sina.com; 通信作者：張海軍，博士，教授，從事分子生物學等相關(guān)研究和管理工作，E-mail: haijunzhang@163.com。

中圖分類號G646

文獻標識碼C

文章編號2095-1736(2016)03-0121-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.03.121