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大连医科大学药学院 辽宁大连 116044
[摘要]天然药物化学实验课程是我校药学专业、临床药学专业本科学生所开设的药学专业课程。本教研室具有完善的天然药物科研平台,包括多位具有丰富天然药物研发经验的教师,多种现代科研仪器,健全的数据库资源等。本文针对如何将本校天然药物科研平台的软件资源与硬件仪器设备等融合到本科学生的天然药物化学实验课程进行了改革探索,以期提高学生实验内容的先进性与多样性,进一步提高学生对本学科的认知,培养其自主设计实施能力与创新思维。
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关键词 ]科研平台;天然药物化学实验课;先进性;多样性
天然药物是药物的一个重要组成部分,自古以来,人类在与疾病的斗争过程中,通过以身试药等途径,对天然药物的应用积累了丰富的经验。在我国,中药即为天然药物的重要成员,与中医一起构成了中华民族文化的瑰宝。天然药物化学是运用现代科学理论与方法研究天然药物中的化学成分的一门学科。其研究内容包括天然药物的化学成分(主要是生物活性成分或药效成分)的结构特点、物理化学性质、提取分离方法以及主要类型化学成分的结构鉴定、结构修饰等,还将涉及主要类型化学成分的生物合成途径等内容[1]。该学科具有知识更新快、操作实践性强、技术手段多样等特点,因此实验课在教学中就是一个重要的环节。实验教学的目的不仅仅要学生掌握实验的基本知识和方法、验证和强化专业理论知识、训练学生的基本实验技能,提高学生的动手能力和分析问题解决问题的能力,而且还要培养学生的科学思维、科学素养、科学作风乃至科学世界观,为将来进行科学研究和工作打下坚实的基础。
天然药物化学实验课程是我校药学专业、临床药学专业本科学生所开设的药学专业课程。它的任务是以验证方式来强化巩固理论教学内容,培养学生提取、分离、纯化及鉴定天然药物中的有效成分的基本实验技术,从而提高学生的分析问题、解决问题的能力,培养天然药物研发的创新能力,为从事新药研发和初步的科学研究工作奠定基础。
综合目前全国多数高校及我校天然药物化学实验课程的教学内容,我们将药学或中药学专业学生所接受的天然药物化学实验课程简单概括如下:1.实验对象为经典、传统中草药,包括大黄、槐花米、补骨脂、丹参、穿心莲、甘草、柴胡、金银花、汉防己、苦参、黄连等药材。2.实验内容局限于易于实施的实验操作,如药材中化学成分的提取、萃取、PH梯度萃取、重结晶、定性鉴别以及物理化学性质测定。分析当今的天然药物化学实验课程,具有一些不可忽视的弊端,如不能完全应对天然药物化学理论课程内容,不能涉及到最新的科研热点、实验操作手段简单、实验思路单一等。众所周知,随着时代的进步与发展,科研技术水平在不断提高、科研仪器也再快速更新换代,作为未来科研领域生力军的大学生也应接受到与当今科研水准接轨的实验课程教育。鉴于色谱、波谱技术的发展,已有部分教育工作者开展了天然药物化学实验课程的改革探索。[2-6]
本教研室多数教师具有从事天然药物研发的经验,主持负责多项国家自然科学基金项目、省级科研项目等,发表了数十篇sci科研论文。同时,本教研室具有进行系统的天然药物研究的仪器设备,如分析型HPLC、制备型HPLC、大型药材粉碎机、旋转蒸发仪、质谱仪等。因此,结合上述完善、成熟的科研平台,本课题拟利用自身优势,融合科研平台的优势资源,对我校天然药物化学实验课程内容进行改革探索,引入先进的观点、技术、思路及仪器,拓展实验内容涉足的领域,在保留天然药物化学实验课程传统性的基础上提高其先进性与多样性,培养出实践经历丰富、思维活跃、适应新时代需求的高素质专业人才。
1.科研平台软件资源的融合利用
科研平台软件资源的融合利用:针对我校药学专业、临床药学专业的本科学生讲解多个中英文数据库的使用(CNKI、维普、万方、百链、PubMed、SciFinder),以及天然药物相关的科研杂志(中国中药、中草药、天然药物化学、药学学报、Journal of Natural Products、Organic Chemistry、Planta Medica等)。在此基础上,要求每个五人小组于每堂课的前十分钟讲解其小组查阅的相关文献内容,以巩固培养其自主获取知识的能力。同时,介绍天然药物研究的最新热点领域、新技术、新方法以及新成果。讲述国家食品药品监督管理局颁布的关于天然药物的相关政策、法规以及中国药典的使用(重点是涉及天然药物的一部)等。该部分改革内容初步实施结果显示,学生的学习热情与积极性显著提高。
2.科研平台仪器设备的融合利用
更新我校本科学生天然药物化学实验课程的传统操作方法,将平台所具备的分析型高效液相、制备型高效液相、全自动旋转蒸发仪、冷冻干燥机等仪器设备引入到实验操作过程中。
3.基于科研平台的实验内容多方向拓展
针对传统的实验课程内容(化学成分的提取、分离与理化鉴定),结合天然药物化学领域的系统研究思路,拓展实验课程内容。a.化学成分的波谱学解析:将科研平台已有的相关化学成分的波谱数据提供给本科学生,让其进行分析。可以培养学生对波谱图的直观认识,诱发其对未知事物的探索兴趣。b.主要活性成分的结构修饰:众所周知,针对天然药物中的含量较高的活性成分进行的结构修饰,也是天然药物化学实验的重要研究内容。因此,利用现有的实验条件设计简单易于实施的结构修饰内容,以进一步拓展学生对天然药物化学实验内容的认知。例如,将大黄中的蒽醌类成分进行甲基化,槐花米中的芦丁、槲皮素类成分进行乙酰化等。c.传统的实验内容主要是利用药材中的酸碱性成分设计了一系列的梯度PH萃取的分离方式,较为复杂的实验设计是选择了硅胶柱层析纯化化学成分。除此之外,天然药物研发过程中还会经常使用大孔吸附树脂,SephadexLH-20,聚酰胺,ODS等多种色谱材料。因此,改革传统实验方法,引入多种色谱材料甚至先进的新型材料至关重要。
4.团队协作完成既定课题的设计与实施能力的训练
将本班学生按照5人/组进行分组,分别设定不同的实验课题,安排12学时的设计与实施时间,在教师的协助下完成课题的实验设计与实施。设计与实施过程中,可以与老师进行交流,咨询实施过程中出现的相关问题。通过该部分实验,期望培养学生的自主思考能力与团队合作精神。
结论
在我国,天然药物化学相关课题的研究进入了前所未有的。相关研究成果在世界范围内占据着举足轻重的地位。随着国家科研投入的快速增加,科研人员的素质,科研设备仪器以及科研环境等都得到了完善与改进,成熟的科研平台正在逐步形成。如何将宝贵的科研平台资源充分利用到人才培养,是值得教育工作者思考的问题。本文对于利用本校自身的科研平台改革本科学生的天然药物化学实验进行了思考与探索,将先进的仪器设备、实验理念,多样性的实验内容等引入到实验过程中,以提高学生对本学科的认知,培养其创新思维。
参考文献
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为了适应当前科技发展所需人才的要求,培养学生成为具有扎实理论基础和实验技能的人才,笔者结合自身实践教学经验及国内外同行意见,对《天然产物化学》教学方法进行了分析和总结,以便取得更好的实效。
1 根据不同专业,详解重点以突出其专业特色
专业的培养方案和教学计划是任课教师经过详细研讨能最终下来的,如何在有限的学时里取得良好的教学效果,通常需要针对授课专业来确定。《天然产物化学》这门课程涉及化工、食品、药品、保健品及农药等好多专业,教师首先应明确课程在该专业构架中的位置及作用,在教学内容的选择上进行适当的取舍和必要的补充,在讲授过程中有所侧重,根据具体专业突出其专业特色。
为了让学生能够掌握关键的核心内容,在教学过程中,应该重点介绍与本专业关系密切的部分。针对化工专业,教师授课时应紧紧围绕教学大纲,交待“提取~分离~鉴定~结构~性质”,这一学习主线,即化学结构决定理化性质,理化性质决定提取分离,结构鉴定运用理化性质,鉴定的结构成分具有药用活性等进行重点、难点讲解。教学内容除了讲解天然产物的提取分离与结构鉴定的一般方法之外,就应该重点对糖和苷、苯丙素类、醌类化合物、黄酮类化合物、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱类天然产物的结构特征、理化性质、提取分离、结构鉴定以及生理活性的进行系统讨论,并结合实例讲解生物转化和全合成在然产物研究中的应用,以突出其专业特点。
针对食品专业则既要讲授经典的天然产物,如黄酮、生物碱、皂苷等,又要讲授其在食品、药品、保健品及农药中具有代表性的化学结构。以往的教学内容由于参考植物化学和天然药物化学的讲授,其重点大都集中在介绍具有显著药理活性的天然产物的理化性质、结构特点、提取分离及结构鉴定方面,没有体现具体专业特色,教学内容针对性不强,没有选取讲授的核心知识[2-3]。如有些内容在具体专业其他科目中已经学过的,可以删去不用,例如《天然产物化学》课程中的多糖类、蛋白质类以及氨基酸类的内容与前述的重复,所以可将这些内容删除。为了弥补分析化学课程相关知识的不足,学校应该提前开设选修课应用光谱解析,以方便学生在讲授结构鉴定部分时能够更好地理解掌握。
2 用“研究性学习”教育理念来指导和组织教学
用“研究性学习”教育理念来指导和组织本课程的教学,能突出学生在教育中的主体地位,为学生提供自由活动的空间,可以激发学生的学习热情,及时了解到学生的学习效果。以具体天然产物化合物的讲解来概括总结该大类化合物的共性与特征,介绍研究方法和研究现状;学完一章后,布置小论文题目,要求学生到图书馆查阅一定数量的文献写出读书报告并将出色的报告在课堂上相互交流讨论,从而也培养学生阅读专业书刊主动获取知识的方法和习惯。同时可以及时了解学生的学习效果,因材施教,根据学生的具体情况不断探索科学有效的教学方法。
3 用多媒体教学手段授课,加强课堂信息量
用多媒体教学手段授课,加强课堂信息量,使学生在有限的学时内尽可能多地学到天然产物化学的基础知识与研究方法。多媒体教学以生动形象的图、文、声、动画等信息来表现学科教学内容,具有清晰、美观、生动、信息量大的特点,非常有利于天然药物化学的教学,例如一些中药材图、各类化合物的复杂结构、提取分离流程图、化学反应过程、各种化合物的谱图较多,通可以用多媒体进行直观而清晰的演示,学生就非常容易理解。
4 利用不同的化学软件,形象直观地呈现天然产物化学结构
《天然产物化学》是基础有机化学的延伸,《天然产物化学》的发展促进了化学理论、化学实验方法、化学成分分离鉴定技术以及与之相关的生命、医药、农药、功能材料学科的进展。《天然产物化学》是有机化学的核心课程之一,也是药物化学、农药化学、中药学、食品科学、林产化学工程、材料化学等学科的基础。学习本课程有助于学生了解自然界中动物、植物、海洋生物、微生物的化学奥秘,有助于发现、改造和利用天然产物。对于《天然产物化学》课程来说,所教授的内容涉及复杂的有机化合物结构、三维立体模型以及图谱的解析。而目前天然产物化学教材中对于复杂天然化合物的结构以及结构解析仅仅是一般罗列和简单描述,所以学生在学习中容易感到天然产物化学内容复杂枯燥、理解、记忆困难。如何将这些内容清晰、美观、生动地展现给学生,激发学生对《天然产物化学》的学习兴趣,引导学生掌握重点内容,提高教学效果,授课教师的教学方法和内容尤为重要。在高等院校的课程教学中,多媒体课件(主要powerpoint幻灯片为载体)正在彻底改变传统的板书加教案的模式。目前各种化学软件琳琅满目,功能与绘图效果各异。所以应将多媒体课件与化学软件有机结合,制作出精美直观的多媒体课件,可彻底改变本课程传统的教学方法。
5 与时俱进,突出教学内容前沿性和新颖性
天然产物化学内容丰富且不断发展,授课教师在讲解本课程时要与科研发展同步,吸纳并充分利用网络信息资源,关注研究动态。授课过程中可以穿插介绍我国科学家的研究成果与研究实例。比如给学生讲解我国在天然产物化学研究中已经取得的一些成就,如抗疟药物青蒿素、抗老年痴呆症药物石杉碱甲的合成等,讲解历年来在天然产物化学领域做出过杰出贡献而荣获诺贝尔化学奖的化学家们的故事,比如北大校友屠呦呦获得2015年诺贝尔奖,成为第一位获得诺贝尔科学奖项的本土中国科学家、第一位获得诺贝尔生理医学奖的华人科学家的故事。这样不但可以激发学生对于天然产物的学习兴趣,更重要的是使学生能对该领域的研究动态有所了解,唤起学生的求知欲,使学生从课程授课之初就把学习和专业理想结合起来,达到更好的学习效果。
6 强化实践教学环节培养实践创新能力
强化实践教学环节,提高实践教学质量,培养学生实践能力和创新意识,是高等教育改革与发展的重要方向。为进一步加深和巩固学生在课堂上的学到的理论知识,让学生能能够学以致用,培养学生在实践中观察、分析、解决问题的能力,为今后从事的实际工作打下坚实基础,教师应在传授学生基本的实验操作技能同时,还应大胆鼓励学生主动设计实验方案,组成实验小组,开展实验并且思考解决实验过程中的问题,资料的搜集、技术路线的确定、实验室仪器设备的准备以及溶液试剂的配制等过程全部由学生自主完成,使实验课真正发挥培养学生实验、实践和创新能力以及严谨求实作风的作用[4]。
关键词:天然产物化学实验 教学内容 教学方 教学手段
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)11(b)-0188-02
天然产物化学是运用现代科学理论和技术方法研究天然产物中化学成分的一门学科[1],是化学类专业的一门必修课,在整个化学教育体系中具有十分重要的作用和地位。随着我国药学事业的飞速发展以及崇尚“自然”之风的回归,《天然产物化学》课程显得更加重要。
天然产物实验教学课程是学生在完成了基础化学课程以及有机化学、有机分析化学、精细化工工艺学、化学反应工程等专业基础课和专业课学习及实验基本操作的基础上开设的一门专业实验课,是理论与实践相结合的纽带,是培养学生实验操作技能和应用技术的有效手段,对提高培养质量以及将来学生的就业和从业都起着举足轻重的作用,但由于天然产物实验课时较少,教学当中不可能面面俱到,因此如何选择实验教学内容及采用有效的实验教学手段显的更加关键。为此,我们对天然产物化学实验教学改革进行了探索,取得了一些有益经验,同时还有许多方面有待于进一步深入探索和实践。
1 实验教学内容改革
1.1 时代化
随着科技的快速发展(天然产物产品发展尤为迅速)和学生知识结构的变化,实验内容不能进行及时的调整,一些相关领域的新知识和新技术不能及时引进,不利于激发学生对实验课的主动性和积极性,不利于激发学生的创新性思维,影响了实验教学的质量,同时容易挫伤学生的专业兴趣,为调动学生的积极性,选取一些和日常生活联系密切的综合性实验。如我们在实验内容中开设了大黄中大黄素的提取实验,既让学生了解大黄素在生活中的具体应用,又锻炼了学生的实验技巧,并且通过大黄素的红外鉴定使学生掌握大型仪器的使用,使学生对实验更加感兴趣。
1.2 本土特色化
农林院校天然产物实验课程要以农业为优势和特色开展实验课程教学,一方面体现农学类课程优势;另一方面为学生就业打下特色基础,因此在实验课程的设置上可以适当结合农产品开展天然产物相关实验。比如,紫甘薯是当前流行的甘薯特有品种,其紫甘薯色素是一类用作食用色素的天然花青素类色素[2],对于缓解肝功能障碍、调节血压有显著作用[3]。由于无毒副作用,可用作安全无毒的食品着色剂,是一类极具前途的功能型食品添加剂和保健食品基料,因此在实验中开展紫甘薯色素的提取加强了学生天然产物农学特色化的理念。
2 实验教学方法改革
2.1 多媒体
天然产物化学涉及单体成分的化学结构、提取分离流程、光谱鉴定数据等,传统板书既浪费时间、又容易出错,而经多媒体教学以生动形象的图、文、声、动画等信息来表现教学内容和教学过程,图文并茂,文字清晰,生动直观,便于理解,动态的提取分离过程更利于学生掌握,从多方位刺激学生对知识的理解和接受,显著提高学生的兴趣性和参与性[4~6]。比如说在实验中设计到的一些装置如:浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流法等操作技术所需设备仪器、使用溶剂、适用范围和优缺点采用多媒体的形式演示出来,不仅能给学生较深的直观印象,而且动态的演示对于学生后续独立动手操作也有较好的指导作用了,为后期实验教学内容地顺利完成提供保证。
2.2 比较化
传统天然产物实验为流程式操作,具有连续性特点,难以在一次实验课内完成,加之实验学时有限,那么如何在有限的实验学时内充分利用实验室资源,做到既能达到课程标准的基本要求,又能更好地调动学生的积极性,增加其动手、动脑机会,就显得十分重要。因此,我们对传统的单一实验模式进行了改革,建立了同步比较实验模式。该模式是指在同一实验室、同一时间内同步进行2种实验目的相同,但实验方法不同的实验项目。比如在齐墩果酸的提取、分离和鉴定实验中,一半的学生采用索氏提取;另一半的学生采用连续回流提取,并比较两种提取方法在提取效率上的不同,索氏提取效果高的结论不仅是对课堂理论的印证,使学生在比较中形成了科学的思维方法,提高了分析问题的能力;而且扩展了实验范围,同时也使学生对两种操作深有体会,使学生在理论与实践的结合中巩固了所学知识。
3 实验教学手段更新
3.1 开放型实验
所谓“开放性实验”,就是在设计时开始由老师为学生集体命题,由学生从中选题,然后查阅相关资料,独立设计实验方案,计划所需的仪器、试剂,老师组织学生对各种设计方案进行讨论,选择可行性实验方法,并且要求学生在实验报告中对自己所选的工艺路线和实验结果进行讨论分析[7]。如连翘中连翘苷的提取、分离和鉴定,在给定学生命题后由学生自己查阅资料,自行设计提取方案,经教师把关后开展实验。通过方案的设计,学生进一步巩固了理论课堂上的相关内容,切实了解每种试剂的具体作用;通过实验的完成,既锻炼了学生动手能力又锻炼了小组成员间协同工作的能力。开放型实验不仅改变了教师在实验中从实验目的、原理、实验步骤"一包到底"的被动局面,而且是学生对所学知识的一个独立综合应用,是他们由不独立走向独立工作岗位的一个实践平台,因此在一定程度上开展此类实验对于学生的就业是有极大帮助的。
3.2 项目化
传统开设的天然产物实验周中,通常是1个人或者2个人一组,学生的实验方案虽是自己依据参考文献制定,但大都沿用了文献中的数据,依葫芦画瓢的重复一遍,只知其然,不知其所以然,因此对于即将进入大四做毕业论文或者找工作的同学来说进行如何解决实验中问题的训练势在必行。另外学生的合作意识不强,因此为了改变此现象,锻炼学生的解决问题的能力和团队意识,将每个班级的学生分成5个小组,每组6人。分组时不考虑学生的成绩以及相互间关系等因素,只按班级学生名单上的先后顺序依次划分。以大黄中大黄素的提取为例:其中两人负责提取,期间包括提取条件的筛选及提取条件的优化;另外两人负责大黄素的提纯,其中包括纯化方法的选择及条件的筛选;最后两人负责大黄素检测条件的建立。通过分组并摸索实验条件,一方面学生能明白文献或书籍上的实验数据是如何来的,知数据的所以然;另外一方面通过实验的训练也锻炼了他们分析解决的实际操作能力,对大四的论文工作或者与毕业后进入单位进行研究工作都是很有帮助的。另外也可以结合"比较化"实验,使两两大组对同一实验命题,不同方法获得的结果进行横向比较,并作其优缺点及使用范围分析,这样在同一实验内既有统一性(命题的统一),又有差异性(方法的不同),让学生充分发挥实验的主观能动性。
3.3 微型化
微型化学实验是美国的Mayo博士和他的同事们于1982年基于化学实验理论思维上的微型化为减少资源消耗和化学污染而发展起来的一种化学实验的新方法、新技术,为化学实验教学改革开辟一条新的途径[8]。天然产物实验中所用试剂通常属于易挥发、有毒害气体,相对于其它实验而言消耗量大,不仅污染环境,而且在药品回收处理上费时费力。比如在连翘中连翘苷的提取实验中,本来从连翘壳中进行提取分离连翘苷,实验中不仅乙醇等消耗量大,而且富集起来困难,因此我们把实验进行了改革,改成连翘叶中进行提取,在保证收率的情况下50%的减少了试剂的用量。因此在当今大力提倡绿色化学教育的情况下,微型化学实验不仅完全符合绿色化学的教育目标,充分体现了环境友好的原则;而且可降低实验成本,节约实验经费。
实践证明,通过这种从实验教学内容、实验教学方法和实验手段多方面的教学改革,不仅培养了学生的语言表达能力,查阅文献、分析问题及解决问题的能力,而且也培养了学生团队协作能力,此改革有效可行。
参考文献
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一、药学相关专业实验课程的整合
药学学科具有多学科交叉、渗透、融合发展的显著特征,对专业课程的整合能保证了教学的系统性和完整性, 使学生掌握的知识更为完整和接近实际[1]。高职高专的药学专业人才培养应该一切以学生就业为导向,以提高学生动手能力为主线,筛选和编排社会需要的、与学生就业职业岗位群相适应的实验实训教学内容,体现药学高等职业技术教育知识与能力的职业性、人才类型的技术性、毕业去向的基层性等特点。部分高职院校通过药学专业课程实验实训的整合,取得了较为理想的结果,能使学生从基础学科的基本操作训练向专业学科应用操作技能循序渐进的转换和提高[2]。
二、药剂学浸出制剂自主设计实验的开展
1.传统的药剂学实验
传统的药剂学实验教学常采用验证型的教学模式,学生按教材上的实验内容和方法验证课堂上的理论知识,教师给予学生的依然是灌输式教学,机械式操作,结论性结果。相对于素质教育所要求的参与式教学、启发式操作、问题型结果相去甚远;它所带来的后果是:①实验教学形式单一、内容陈旧、过程死板,学生缺乏实验学习的热情和主动性;②教师指定实验材料、实验仪器,学生缺乏创造、改变实验条件的机会,灵活性严重不足;③学生只是被动地完成实验,目的性不强,实验技能的培养达不到预期效果;④如此环境下培养出的学生,无法符合现代社会对人才在操作技能、创新能力方面的要求,培养和提高学生的思维能力已成为药剂学实验课教学中急需解决的任务[3]。
2.浸出制剂自主设计实验
我校药剂学教研室在实验教学的改革上不断努力,将药剂学实验设置为三大部分:“基本实验技能训练+常规综合性实验+自主设计实验”,基本实验技能训练和常规综合性实验在各高校中普通应用,已经基本成熟。而自主设计实验教学是一种根据学科特点建立的以学生为主体,实现以学生独立设计实验方案、自我训练为主的教学方式,该方式可提高学生的实践动手能力,创造出主动学习的条件和机会,充分发挥学生的能动性,使学生由被动学习转为主动学习。部分本科院校已开始对药剂学自主实验进行了探索[4],取得了较好的教学效果。我校药剂学教研室在对比总结其经验教训的基础上,结合我校的具体情况,选择了浸出制剂作为自主设计实验对象,所谓浸出制剂是指用适当的浸出溶剂和方法从药材(动、植物)中浸出有效成分所制成的供内服或外用的药物制剂;具体剂型包括颗粒剂、片剂、丸剂、酒剂、酊剂等。学生以小组为单位,每个小组为5人左右组成一个小团队,每个团队可根据自己的兴趣,查阅资料后选取一个浸出制剂作为实验课题。在整个实验过程中,查阅文献 、选取处方、设计方案、准备实验用药材及原料及提取分离、制剂成型并进行实验结果分析均由学生自己完成,指导教师仅参与方案的可行性探讨及操作过程中的技术指导。我校药剂学教研究曾于2011年针对09级药学专业学生展开了初步探索,取得了较好的教学结果,于2012年进行了立项研究后,继续对10级、11级、12级药学专业开展浸出制剂的自主设计实验。通过浸出制剂自主设计实验的具体实践,不仅提高了学生在药剂学方面的操作技能、培养了学生缜密的科研思维和团队协作精神,尤其是对学生在实习前对药学专业课程的整合起到了非常重要的作用,能使学生在即将踏进工作岗位时将药学专业各学科知识贯穿起来应用。
三、药剂学浸出制剂自主设计实验与药学专业相关实验实训课程的整合
1.与药学文献课程的整合
文献检索是实用性很强的一门学科,对学生毕业论文的设计,科研素养的培养有着非常重要的作用。学校图书馆有非常丰富的文献资源,亦可通过数据库如中国知网、万方数据库、维普数据库查询高质量的信息。可单纯的课堂授课或简单的实践课并不能让学生掌握文献检索的实践技能。通过药剂学浸出制剂自主设计实验的开展,学生对文献的检索由原来的被动变为主动,并学会在大量的数据资源和工具书中选择对实验方案设计有价值的文献资料,这是对文献检索最有价值的体验,是通过简单的课堂学习不能获得的技能。
2.与生药学课程的整合
学生在方案通过可行性论证后,开始选购处方中的原料药材。在这其间,学生需要亲自去药房购买药品,为了保证所制备的药品的有效性和安全性,需要对以饮片为主的原料药材进行品种、品质的鉴定,这使生药学课程上学习到的理论知识得到了具体的应用,于生药学课程来说,是难得的一次实践体验。
3.与天然药物化学课程的整合
浸出制剂自主设计实验的开展是以浸出制剂为主要原料进行制剂成型工艺的探索,其中非常重要的工艺设计就是药材中有效成分的提取、分离和纯化。每个小组根据不同的处方设计不同的提取工艺:其中包括各种不同提取方法的应用,如煎煮法、渗漉法、浸渍法、回流法;亦有提取条件的选择,如溶剂种类的选取、溶剂倍量及提取次数的确定。每个小组的分离提纯工艺设计也不尽相同,但都体现了天然药物化学具体理论知识的具体运用。此过程相当于一个系统的天然药物化学实验,在具体运用的过程中提高天然药物化学的实践技能,并提高了对实验结果的判断能力和分析能力。
4.与药物分析课程的整合
药剂学实验的研究内容包含成型工艺和质量控制,而药物的质量控制又是药物分析课程的主要内容,药剂学浸出制剂自主设计实验方案的设计,始终需以药品的质量特性即安全性、有效性、稳定性、均一性为前提,必须研究所制得制剂的组成、理化性质、纯度检查及其有效成分的含量测定等内容,此过程又相当于药物分析课程一个贯穿课程始终的大型综合性实验的开展,对学生实践技能的提高,对于学生的分析能力、思维能力的培养,都不是单一的几个药物分析实验可以取代的。
不同工作岗位课程重要性和必要性的调查统计见表3。对于课程的重要性而言,在医院岗位的学生,认为较为重要的前5门课程是药理学、药剂学、药物化学、临床医学概论、药物分析;在药品生产企业实习的学生,认为较为重要的前5门课程是药剂学、药理学、药物分析、药事管理与法规、药物化学;在药品经营企业的学生,认为较为重要的前5门课程是药理学、药剂学、药物化学、临床医学概论、药品市场营销。在目前的就业形势下,高职高专药学专业主要的三大就业领域中,认为课程较为重要的前5门中都出现的是药理学和药剂学,该统计提示,药理学、药剂学、药物化学、药物分析、药事管理与法规是药学专业不同领域就业都需要课程,可以理解为真正意义上的核心课程。
2讨论
本组数据显示,在目前形势下,高职高专药学专业学生就业领域,已经从过去的主要面向医疗单位,转变为医疗单位、生产企业同等重要,并向经营企业扩展。所以,在教学计划的设计过程中需要考虑将教学计划逐步调整到医院、药品生产、药品经营等多领域就业岗位兼顾的方向,这符合国家对高职高专类专业培养要求的“宽口径”的特点。因此,面对新的就业形势,对专业课程设置进行改革、对课程中重点知识及时调整、并对教材中未涉及的重要知识点进行补充显得尤其重要。
高职高专药学专业是把“服务为宗旨、就业为导向、能力为本位”作为办学指导思想的“宽口径”专业。改革调整专业应研究培养目标与主要课程设置的对应性,确定专业核心课程,并按专业大类组建多种课程模式。核心课程是一个专业教学内容的核心,是确保人才质量与规格的关键,也是一个专业区别于其他专业的主要标志[1]。药学专业建设应着力于实践教学体系的构建,并以药品生产能力、药品营销能力及临床药学服务能力等核心技能的提高为职业培养目标,充分体现高职高专药学教育特色[2]。在云南省内,药学专业毕业生就业领域主要是医院、药品生产企业和药品经营企业,与省外多数学校药学专业就业领域基本一致[3],制定符合市场需求的药学专业教学计划是药学专业建设的重要内容之一。
本研究结果显示,传统认知中的药学专业的核心课程,随着时代的发展与进步,正在经历着显著的变化。特别是就业岗位所需要的新知识正在不断增加,药事管理与法规、临床医学概论和临床药物治疗学三门课程,在传统药学专业的课程中并不重要,但本调查显示,面对今天的药学人才就业市场,其重要性已远远超过传统药学专业中原有的部分核心课程。
3结果应用
药学专升本人才培养随着我国药学事业的发展,社会对药学人才的要求越来越高,为了提高自身的学识水平与学历层次,增加就业机会,不少药学专科生选择了继续学习深造,药学专升本教育在我国发展迅速,招生规模也逐年扩大。笔者根据浙江中医药大学近几年来全日制药学专升本的教育情况,针对专升本学生的特点,就其人才培养模式、课程设置和毕业课题实施等方面展开讨论。
一、药学专升本学生的自身特点
相对而言,专升本学生属于较为特殊的人群:一方面,他们已经历大学三年的专业学习,有些学生已经就业过,具有一定的实践经验;心理年龄较一般的在校生成熟,自觉性和自律性较强;普遍具有学习的需求,学习态度端正、认真。另一方面,由于受专科教育模式的影响,学生对老师的依赖性强,缺乏创新能力;掌握的专业知识面比较浅,重在实用性和技术性,专业知识的综合运用能力不足。此外,专升本学生可能存在一定程度上的自卑心理,总觉得要比4年制的本科生差,不能较好地正视在学习、生活、实习或就业等过程中所遇到的问题或困难。
面对这些问题,药学高等院校应采取措施,提高药学专升本学生的综合素质和技能,培养符合市场需求的人才。首先,学校应对专升本学生进行定期心理辅导,弥补学生的心理缺陷,使学生能够及时发现自身的优缺点,提升其对环境等的适应能力。其次,鼓励学生参加学校或社团举行的各类活动,如大学生创业大赛、“中草药”嘉年华等,通过参与活动的组织、开展,提升学生的交流能力和协作能力,打造团队合作精神和创新精神。最后,药学专升本学生的专业理论性和技术性较高,从长远发展考虑,毕业生考研是提升个人能力和知识水平很好的途径,可鼓励他们继续学习深造。
二、药学专升本的课程设置与教学模式
1.课程设置
浙江中医药大学药学专升本的学生专科期间所学专业涵盖药学、中药、生化制药技术、生物制药技术、化学制药技术、中药制药技术和药物制剂技术,因而学生基础存在着较明显差异,对药学知识的掌握情况参差不齐。针对这一特点,课程设置和教学内容应偏重补充、巩固药学专业基础知识,并增加综合性课程的比例,即以药学专业知识为主干,以化学和基础医学为基础,以外语、数学、计算机为基本手段,重点讲授药学领域的新技术、新成就和前沿性内容。
全日制专升本的学制为2年,其中还有一个学期为毕业实习,真正只有3个学期的课程学习时间,科学合理地进行课程安排十分重要。根据药学专业方向的需要,可将药理学、药物化学、药物分析、药物合成、药剂学、生物药剂学与药代动力学、天然药物资源的利用与开发、天然药物化学、药用植物学与生药学等设为专业必修课;并增设生理学、临床医学概论等基础性课程;有机化学、无机化学、分析化学等化学学科,在专科期间已学过,也是入学考试的考察科目,不必重复开设,可适当增加化工原理、药用高分子材料学、制剂工艺设计学等学科课时;同时,为提高学生外语水平、文献检索能力和综合技能,开设英语、文献检索、计算机、医药数理统计等应用型和综合性课程。另外,浙江中医药大学属于以中医学和中药学为基础的综合性大学,可将中医药学相关知识如中药学、中医学概论、中药炮制学、中药商品学等课程设为公选课,让学生根据兴趣选修,利于他们结合药学与中药学知识,形成自身的特色和所长。
2.教学模式
由于专升本的学生具有一定的知识基础,理论课程教学中应改变以往单纯老师讲、学生听的被动模式,可借助录像、多媒体、幻灯片等多种教学技术,开展问题式讨论、案例分析、角色扮演等教学方式,增加老师与学生间的互动。教师在进行教学内容讲授的基础上,应结合学科的当前现状及发展动态,启发学生发现问题并解决问题,重点培养学生对药学专业知识的综合运用能力和协同合作能力。例如,药剂学课程中讲授靶向制剂章节时,课堂讨论后老师要求学生选择一种靶向制剂,围绕其辅料、制备、优点和不足等,以小组为单位撰写论文,并以PPT的形式进行课堂汇报,通过小组答辩、教师点评的形式予以评价。此种方式不仅极大地巩固了相应的知识点,充分调动了学生学习的主动性。也提高了学生的语言表达能力和沟通组织能力。
实验课的教学则可融合药学相关的理论知识和操作技能,把药学各专业课程的独立实验相结合,设计成综合性实验。例如,阿司匹林肠溶片的制备,通过分组,分别完成药物化学部分合成阿司匹林原料药、药物制剂部分制备阿司匹林片剂;药物分析部分检测阿司匹林原料及片剂的质量、药理学部分进行药效学和毒理学研究、生物药剂学部分开展药代动力学和稳定性研究等。这种模式有利于学生将理论知识与专业技能相衔接,优化他们的知识结构,提升知识的综合运用能力,从而提高人才培养的质量。同时,教师的教学内容得以丰富,学生也对每一门课程的研究方向有了进一步的了解,不仅激发了他们的学习热情,也为他们步入社会、更好地开展岗位工作奠定了良好的基础。
三、药学专升本毕业论文导师制的开展
由于目前大多数药学高等院校往往提前一年甚至一年半进行毕业论文的导师选报工作,而此时专升本学生刚刚入校,在校时间较短,不知道导师的专业方向,导师也不清楚学生各方面的情况,相互间缺乏了解,造成了专升本学生难以找到适宜的毕业论文指导老师。
因此,学校在专升本学生进校后应给予学生与导师充分交流的机会,通过在网站上导师的相关信息、与导师的见面会等方式,使学生与导师间相互熟悉,在双方相互了解的基础上,首先由学生自愿选择导师,导师再对学生进行一定的考核,合格后开展论文指导。学生在导师的指导下,自选课题或参与导师的科研课题,进行文献查阅、方案设计、实验开展、论文撰写等一系列工作。由于此时专升本学生也正在药学专业课程的学习过程中,学生也可结合毕业论文工作的实施过程中遇到的问题,在理论课堂上寻求解决的方法,从而形成理论与实践相互促进的良性循环。而导师也应结合学生的个性差异因材施教,依据毕业论文计划表,要求学生完成开题报告、文献综述、外文翻译等任务后进入实验室;同时指导学生在毕业环节合理安排好毕业课题、实习、考研等的时间,协助解决在实验过程中出现的问题,引导学生开展毕业论文工作,顺利地完成学业和就业。
参考文献:
[1]邵海燕,蒯丽萍.药学专升本课程设置的改革与实践[J].药学实践杂志,2006,24(6):375-376.
[2]姜远英,孙华君,曹永兵.药学专业本科生的知识结构[J].药学教育,2008,24(5):9-10.
论文摘要:本文主要叙述了生物无机化学的研究进展。主要从对含有微量元素的蛋白的突变、结构及性质的研究;酶的模拟;无机药物化学;金属元素中毒的研究等四个方面来介绍现在生物无机化学的进展。
论文关键词:生物无机化学;蛋白质;螯合剂;酶;无机药物化学
生物无机化学是无机化学和生物化学交叉的领域。它的任务是研究金属与生物配体之间的相互作用,它有赖于无机化学和生物化学两门学科水平的发展。由于研究方法的进展,使得揭示生命过程中的生物无机化学成为可能。生物无机化学主要分为两部分:一是研究生物体本身微量元素的作用,二是研究外界微量元素对机体的影响。
一、研究生物体本身微量元素的作用
(一)含有微量元素的蛋白的研究
含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象,做此项研究主要依靠生物化学技术。含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物,与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性,但却有其他的重要功能。现在的研究在于发现新的蛋白,确定其结构、性质。
现在热门的蛋白有硒蛋白,因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。硒的作用,主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面,但结论不统一。现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。
另外,也有对细胞色素进行研究。如官墨蓝等对细胞色素b5的突变体做了研究。为了深入了解细胞色素b5的64位氨基酸对血红素辅基微环境及蛋白性质的影响,对细胞色素b5第64位氨基酸残基进行保守性和非保守性突变。研究表明,细胞色素b5第64位氨基酸残基对稳定血红素辅基和维持蛋白的结构有重要的作用,在64位引入其他氨基酸残基使蛋白结构不太稳定。
(二)酶的模拟
酶的模拟就是从酶中挑选出起主导作用的因素来设计合成一些能表现生物功能的、比天然酶简单得多的非蛋白分子,通过研究它们来模拟酶的催化过程,找到控制生化过程的因素,从而得到更好的催化剂。
如硒酶的研究。通过对硒酶结构与功能的模拟,人们不仅可以了解硒酶结构与功能的关系,还可以进一步开发与硒酶相关的药物。对于硒酶的合成主要有三种方法,一是对硒酶进行化学模拟,二是对硒酶进行化学修饰,三是用基因工程方法生产含硒酶。对硒酶化学模拟主要集中在硒酶活性中心催化三联体Se-N的相互作用的模拟中。在这个方面主要有合成含有Se-N键的硒酶模拟物和在硒原子的附近引入氮原子,用分子内的螯合作用间接形成分子内螯合物,达到Se-N键的作用。对硒酶化学修饰主要方面有:1、将天然酶改造为含硒酶;2、设计含硒生物印迹酶;3、设计含硒抗体酶。硒蛋白模拟物在理解硒酶的生化作用中起着非常重要的作用。硒蛋白模拟物在抗氧化、抗癌及抗滤过性病原体等范围具有治疗潜能。
又如刘海洋等对核酸酶的化学模拟。核酸酶的化学模拟对于生物技术和分子生物学研究具有重要意义,Corrole是具有共轭电子结构的大环化合物,其结构上导致其配位化学行为易与金属形成配合物,其形成的配合物在许多反应中均有催化活性。该科研组研究了单羟基Corrole锰配合物对DNA的催化氧化断裂作用。结果表明,锰Corrole配合物可催化DNA的氧化断裂,而且断裂程度随着反应时间的增加而增加。宋玉民等研究了全反式维甲酸合钇配合物对DNA的切割和键合作用。实验表明,该配合物在生理条件下比配体和金属离子能更有效地切割质粒DNA。岳蕾等研究了铬配合物切割DNA的活性。研究表明,在H2O2存在条件下,Cr的配合物[Cr(bzimpy)2]+具有氧化切割DNA的活性,但被切割的DNA可被大肠杆菌修复。
对于固氮酶模拟的报道比较多。模拟固氮酶的目的主要是在温和的条件下将空气中的氮分子转化成有机化合物,从而加以利用。对固氮酶的活性中心模拟主要是钼铁硫原子簇,另外还有钼-硫醇等等的研究报道。
二、研究外界微量元素对机体的影响
(一)无机药物化学
无机药物的发展在生物无机领域中有很重要的地位。顺铂的抗肿瘤作用的发现开辟了无机药物化学的新领域。在抗癌药物应用中,顺铂药物目前仍在临床上使用,主要有四种铂配合物:顺铂、卡铂、顺糖氨铂、奥沙利铂。从1980年发现二烃基锡衍生物具有抗癌活性以来,人们先后合成了具有顺铂结构的二烃基二卤化锡配合物,与卡铂结构类似的有机锡化合物,以及有机锡羧酸衍生物等等。在锗化合物方面,从发现1971年合成的β-羧基乙基锗倍半氧化物具有抗癌活性以来,人们先后合成了许多有机的锗化合物。此外还有茂钛衍生物和稀土配合物。因为癌症是人类健康寿命最主要的杀手,所以在抗癌药物的研究开发方面将有很大的发展前景。除了合成新的药物外,在原有的药物基础上对原有的药物进行改良也是未来的科研方向,因为原有的药物具有较高的毒副作用,且抗癌范围较小。所以在无机抗癌药物这一方面,合成具有广谱高效抗癌活性且有较低的毒副作用和较长的持续时候的抗癌药物是主要发展方向;另外,对于无机金属药物的抗癌机理尚没有统一的理论,因此研究无机抗癌药物的作用机理也是主要研究方向。
无机药物在其他方面也有重要的应用。如金配合物在抗类风湿方面的应用,应用治疗类风湿关节炎有金Au的硫醇盐。在治疗胃病的过程中,铝盐也是主要依赖的药物,含铋的化合物是治疗胃溃疡的的主要药物。在无机药物的研究中,尚不清楚各种药物对机体疾病的治疗机理,所以研究无机药物的作用机理具有较大的前景。
放射照影药物的发展也是无机药物的发展方向。由于放射示踪、核磁共振在医学上的应用,使得各种造影剂的成为医生临床应用不可或缺的一个方面,如钡的造影剂。
(二)金属元素中毒的治疗
在外界的金属元素超过机体所需的浓度后,该元素就会对机体产生负面效应,引起疾病。元素的毒性主要因为它与机体基团的强配合性。对金属元素中毒的治疗主要是研究具有更强螯合能力的的螯合剂,使其跟有毒的金属离子结合形成更加稳定配合物,然后排出体外。理想的螯合剂须满足以下的条件:1、水溶性,且在生理的pH条件下有足够的螯合能力;2、分子大小和结构必须合适;3、必须专一迅速结合金属元素;4、很容易从体内排出;5、没有明显的毒性。如用EDTA来排出多余的离子,EDTA螯合性虽然很强,却选择性不强,在排出有害的金属离子的同时,同时也会损失一些有益的离子。如用去铁草胺B去除多余的铁,但是它不能去除血红素或运铁蛋白中的铁。现在的医用螯合物的研究方向主要是研究新的药剂,因为现在的螯合剂无论是在种类还是排出金属中毒的效率都不能满足医学的需要。
三、生物无机化学的发展趋势
生物无机化学以后的发展趋势是生命科学与技术进行有机紧密的融合。
专业建设初期,我们一直思考农业院校生物工程应办出怎样的特色?我们认为只有因地制宜,利用现有的学科优势,根据全省的实际需求,才能有效地确定专业特点。我校是农业部与地方共建的农业院校,有传统的优势学科,例如,作物学、植物学是湖南省重点建设学科。生物学基础强,是生物学博士点一级学科。但工科基础弱,贮备的工科背景老师少,如何体现农业院校的生物工程特色,确实需要动脑筋,利用已有资源学科优势,丰满教师的工科知识,并结合湖南农业经济特点才能办出农业生物工程专业特色,办好生物工程专业。首先,根据湖南经济发展特点分析,湖南是农业大省,正在向新型产业转变,要发展成农业强省;其次,湖南农产品如水稻、茶叶、柑桔、苎麻等产量居全国前列;植物资源丰富,特别是药用植物资源在湘西、湘南地带分布广泛;农副产品和废弃物很多没得到增值利用,或直接排到环境或直接燃烧,严重影响了生态环境,农民增产不增收。如果利用生物技术加工、改造农副产品,不但增加农副产品的附加值,节能环保,还能促进新型产业的快速发展,加速农业大省农业强省的跨越。农业生物工程培养的人才应该既掌握生物技术又具有良好的工程技能,有能力将生物技术的成果转变为生产力。那么,落实到我校生物工程人才掌握的知识点上,我们确定以发酵工程和天然功能产物提取和制药应用为核心的知识群为抓手,建设我校生物工程专业特色。
2课程设置与课程建设要体现培养目标
生物工程课程设置分为公共必修课,专业基础课,专业主干课,选修课(必选课和自修课)。公共课程英语、体育、计算机、数学等外。生物工程专业基础课程群包括生物化学、分子生物学、生化与分子生物学实验技术、微生物学、化工原理、机械制图、基因工程等专业基础课。生物学师资力量雄厚,依托生物化学与分子生物学学位点进行课程建设。生物工程专业主干课程群包括发酵工程、酶工程、生物制药工程、生物分离工程和相应的实践教学等课程。依托生物工程与技术硕士学位点进行课程建设。生物工程专业基础课有深厚的生物学学科作为建设后盾。“生物化学、分子生物学”已建成湖南省精品课程,“细胞工程”以及“基因工程”已建设成校级精品课程;“微生物学”得到学校教学改革课题和多媒体制作经费资助,多媒体制作获得“优秀奖”。
“分子生物学概论”和“生物化学与分子生物学实验技术”已分别成为全校本科生和硕士研究生的热门公选课。生物工程专业主干课程设置我们体现两个模块:以发酵工程为技术核心课程模块和以生物制药为核心的课程模块,以两个模块方向的理论知识要求和技能实践要求制定其他课程,并依托学科建设课程。该课程群是生物工程专业重点建设内容,也是最能体现专业特色的课程群。虽然师资年青,但力量较强、思维活跃,充满创造力,教师大多来自外校,学缘丰富。课程建设卓有成效,专业特色明显。为加强专业特点,专业发挥教师学术特长,根据发酵工程技术和天然产物开发与综合利用两个科学研究分向,建设了专业发酵工程与生物制药工程两个专业方向的课程体系,进行专业实验内容和生产实践内容的建设,将两个方向的理论课程进行整理和更新。以发酵工程为核心的课程群包括发酵工程、酶工程、微生物育种与变异、氨基酸发酵等;以天然产物开发与利用的课程群包括生物工程制药实验技术、药理学、药物分析和天然产物化学。现在发酵工程、酶工程、生物制药工程、微生物实验技术已建成校极精品课程,生物分离工程、药理学同样得到院级的课题资助。围绕发酵工程和生物制药的课程群体系的相应建立,其目的是扩展学生的在微生物应用和药学方面基本知识和技能,扩大其就业范围。延伸功能已扩展到研究生与自考生的教学和实践活动。在选修课的设定中,结合农业学科专业拓展知识面,培养学生的创新能力,主动适应人才市场的需要,鼓励学生选修其他相关专业的选修课。如食品科学院开设的食品营养学、农产品加工与贮藏;资源与环境学院开设的环境工程等课程都添置在生物工程专业选修课内;为了适应部分学生考研要求,我们也将遗传学、细胞生物学、免疫学等设置在选修课内。学生通过自己就业或学业定位,可以有多门课程选择。
3重视实践教学,并围绕两模块课程群实践课程体系建设
我们采用理论教学实习教学生物工程设计教学“三段式”教学模式组织实施实践教学。在此模式中,特别注重后两个环节,按小试验大试验生产实习工程设计教学的循序渐进的办法培养学生的实践能力。小试验设计针对性强,每个试验都有考核技能的重点,旨在规范学生的操作技能培养模式,对学生实践能力和创新能力的培养,取得了实效。通过理论——实践——理论——实践的反复学习过程,可使学生理论掌握扎实,实验操作规范,分析问题和解决问题能力增强。对于综合大实验,根据学科的内在联系,将专业主干课程综合大实验重新组合,将原来零散实践环节组合成相对独立于理论教学体系又与之相衔接的实践教学体系。例如,我们把原来的发酵工程、酶工程、生物制药工程和分离工程四门课程的综合技术课合并在一门生物工程实践课中,集中在4周进行实践训练,例如,发酵工程环节学生自己利用菌种优化条件生产酶制剂,在酶工程环节利用酶制剂催化反应,并同时研究酶的催化特性。分离工程环节通过提取植物功能产物,在生物制药工程环节利用包埋技术等制成药胶囊并研究药理作用。这样,使同学们对实践工艺有直观的感受,同时也综合运用了理论知识。对于一些重要的选修课,适当设计10个小时左右的实验课,例如,把药理学、药物分析实验纳入在生物制药实验中开设。生产实习教学中,以熟悉大规模生产流程和设备为主,将理论与生产实际结合,在实际生产中发现问题和思考解决问题。
2010年,我校生物工程专业得到国家支持,建设生物工程实训基地,基地建设的的模拟生产线仍然根据发酵工程和天然产物提取和药物制造两条工艺路线设计。这样,从课程群到实验基本培顺再到生产实习都可归纳在这两条主线上。专业建立了稳定的校内外实习基地,湖南红鹰翔生物工程有限公司、湖南泰古生物技术有限公司、株洲千金制药有限公司等为校外教学实习提供了良好的条件。毕业实习是学生专业实践的重要环节,根据学生考研要求和就业去向,分别进行毕业论文和毕业设计。专业充分利用校内外良好的科研平台提供毕业生实习机会。除开一些生物技术公司外,湖南作物种质创新与资源利用国家重点实验室培育基地、作物生理与分子生物学省部共建教育部重点实验室、食品科学与生物工程重点实验室、烟草工程技术实验室、国家柑橘改良中心长沙分中心、中国烟草中南农业试验站、湖南省农业生物工程研究所、湖南省棉花科学研究所、湖南省畜牧研究所等研究机构每年提供生物工程专业毕业实习岗位。北京大学生命科学院、华南农业大学生命科学学院、中国科学院亚热带农业研究所、国家杂交水稻工程中心都接纳过我专业学生的毕业实习。
4积极推进“产学研”联合开发,大力提升生物工程本科教学创新平台,促进教学质量的提高
本专业在本校建立了与企业合作的产学研型“湖南农业生物工程研究所”,还与科研单位合作联合培养研究生,这些措施为培养学生专业能力、提高实践水平、优化人才培养环境提供了良好的条件。通过“产学研”合作,有大批的企业横向课题与生物工程本科教学直接相连,在专业教师指导下,在大三学生中成立了“酶制剂研究小组、抗生素研究小组、天然产物研究小组、酿酒小组”等课外兴趣小组。另外,专业建设还通过湖南农业大学校级平台、以及生物科学技术学院院级平台资助生物工程专业学生广泛进行创新项目研究;从2006级以来,每年立项6~10项创新项目。学生都有机会参加工程实践训练和工程项目课题研究,提高了实践教学水平和科研能力,根据学生在科研活动中的表现,从根据创新能力、实验技术、书写研究报告或情况,给与学生以学选修课学分。
5以学科建设带动专业建设
我校生物工程所依托的学科为生物学一级学科博士点下自主设置的生物技术与工程博士点和硕士点。根据国内外该学科现状和发展趋势,结合我校多年来建设生物技术、生物工程专业的经验以及生物工程技术领域相关产业发展对人才的需求,我校生物技术与工程博士点设置三个研究方向:(1)转基因与生物反应器工程方向;(2)细胞培养、酶与发酵工程方向;(3)生物转化与生物分离工程方向。科学研究从师资队伍、教材建设、教学模式、教学内容改革和教学实践等多层面带动了专业建设。专业建设水平提高,学生质量优秀,也促进了学科研究的进步和教师从事科学研究的积极性。
6师资队伍的建设
作者:马超 蒋一婷 徐桂娟 郑彩霞 单位:北京林业大学生物科学与技术学院
经过十几年的不断探索,北京林业大学生物技术专业形成了“一主两翼,两渠相融,三位一体”的人才培养模式,即以“学生获取知识、增强能力、素质养成”为主线,以理论与实践为两翼,以第1课堂教学为主渠道,实现第1课堂与第2课堂2个渠道的融合,以及集理论教学、实践教学和综合教育3个层次为一体。目前,北京林业大学生物技术专业每年招生2个班,在校生人数维持在每年260人左右;在人才培养和科学研究方面均取得了优异成绩,尤其是在生物技术专业招生质量逐渐下滑、毕业生就业压力不断增加的大环境下,仍然保持了招生录取分数位居全校前3名和95%以上的就业率。但是,面对新的机遇和挑战,深化北京林业大学生物技术专业人才培养体系的改革,突出人才培养的专业特色和行业特色,增加所培养专业人才的竞争力,仍应成为生物技术专业下一步发展的重点之一。因此,笔者在与生物技术专业学生、社会用人单位充分沟通的基础上,结合自己近年来的教学体会,提出以下建议,以期对生物技术专业人才培养体系的完善有所帮助。进一步明确、细化生物技术专业人才培养的特色大学的办学特色是学校生存和发展的核心竞争力,是一所大学的比较优势和核心价值的体现[2]。加强办学特色建设是林业高校生存和发展的需要,也是林业高校提升核心竞争力的需要。大学的学科建设是大学工作的龙头,是最能体现办学特色的因素,建设特色学科是林业高等院校加强办学特色建设的关键;而建设有林业特色的学科就要突出重点,整合资源,抢占学科制高点,注重建设特色鲜明、优势突出的学科群[3]。目前,全国开设生物技术专业的高等院校有几百所,如果各高校的生物技术专业缺乏自己的特色、人才培养没有自己的侧重点,那么所培养的毕业生就难以在众多的相同的专业人才中占得就业先机。北京林业大学生物技术专业设置的专业课程主要以生物学、生物化学、分子生物学、细胞生物学、微生物学、基因工程、细胞工程等为主,另外还设置了一些专业选修课。这种课程设置模式基本上是全国各高校生物技术专业普遍采用的模式,没有体现出林业行业高校自己的专业特色和人才培养特点。同时,北京林业大学的生物技术专业与学校的生物科学专业相比,在课程体系、教学计划、教学环节等方面,均大同小异,差异不超过15%。因此,建设体现林业行业特色和专业自身特色的课程体系应是北京林业大学生物技术特色专业建设的重点之一。目前,北京林业大学生物科学与技术学院拥有林木花卉遗传育种教育部重点实验室、树木花卉育种生物工程国家林业局重点实验室、北京林业大学毛白杨研究所、林木花卉良种繁育研究中心和北京林业大学中国林地资源利用研究中心;同时还拥有植物学、林木遗传育种、野生动植物保护与利用、生物化学与分子生物学、微生物学5个博士学位授予权学科,以及农产品加工与贮藏工程和细胞生物学2个硕士学位授予权学科。可见,北京林业大学生物科学与技术学院在林地资源的培育、开发和利用领域具有自己的资源优势和学科优势,并有多年的科研积累和人才培养经验。因此,把“林地资源的培育、开发和利用”作为生物技术专业的人才培养特色和专业培养方向能够充分反映北京林业大学生物科学与技术学院的科研特色和行业特色。在具体的人才培养过程中,可以将生物技术专业细分为“林地资源培育”和“林地资源开发与利用”2个专业方向,其中“林地资源培育”专业方向开设的课程以与遗传育种相关的课程为主,侧重于培养具有林地资源培育实用技术的专门人才;“林地资源开发和利用”专业方向开设的课程以与林地食用和药用资源的开发和利用相关的课程为主,如开设药用植物学、天然产物化学、生物药剂学、生物药物学、中药新药的研究与开发、药物分析化学等,侧重于培养具有林地资源开发实用技术的专门人才。在此基础上,再围绕特色人才培养的要求开设选修课程,并尽可能使生物技术专业的课程体系系统化,切实体现行业特色,加强学生专业技能的培养。例如,可以借鉴复旦大学生物技术专业的选修课体系,其系统地开设了天然产物化学、生物制药、药物分析方法与应用、新药研发概论、药物遗传学、药事管理学、药学文献检索、药用微生物学等30多门与药学相关的选修课,充分体现了其生物技术人才培养的“药学”特色。
精简生物技术专业的课程体系,突出重点课程目前,北京林业大学生物技术专业的课程体系包括人文社科类基础课、自然科学类基础课、专业必修课和专业选修课4部分。人文社科类基础课、自然科学类基础课、专业必修课主要是依据教育部的生物技术专业规范而设定的,各个高校基本大同小异,所以专业选修课的设置成为体现专业培养特色的重要环节。北京林业大学生物技术专业由于没有确立明确的特色培养方向,所以在课程设置过程中一度根据就业市场的变化而不断地调整专业培养方向,且不断地增加选修课的数量,希望课程体系能够涵盖本科毕业生就业、考研可能需要的所有专业课程。例如,由于生物制药领域就业前景较为乐观,所以为学生开设了生物制药、药理学、药用植物学、药用植物化学分析技术、药政学等专业课程。这些课程的教学大纲主要参考药学院开设的相关课程的教学大纲制定,对“如何与北京林业大学生物技术专业的知识背景相融合”“如何体现出与药学院本科毕业生的专业区别”等问题缺乏深入的思考。显然,单纯地开设生物制药方面的课程,尤其是完全照搬药学院等其他院校相同课程的教学大纲,是不可取的,也无法体现北京林业大学生物技术专业的特色。目前,林业系统,尤其是林业基层单位,对林地药用资源方面的专业人才需求巨大,尤其缺乏具有林业知识背景、熟悉林地药用资源、具有林地资源开发利用技术和制药专业技术技能的人才。因此,笔者认为,只有将生物制药技术方面的课程,如生物技术制药、药理学、药用植物学、药用植物化学等课程,与“林地资源开发和利用”这一专业方向紧密结合,将北京林业大学生物科学与技术学院在林地资源的培育、开发和利用领域所具有的资源优势和学科优势与生物制药技术相结合,才能使生物制药技术落到实处,并使北京林业大学生物技术专业充分体现自己的人才培养特色。除了精简生物技术专业的课程体系之外,还要突出重点课程。选修课程数量的不断增加使学生的课业负担加重,而思考和创新的空间被压缩。以北京林业大学生物技术专业为例,大学3年级上学期的必修课学时就达414学时,再加上选修课的学时,总学时可达500学时。这意味着1个学期的开课数量超过10门,学生每天至少要进行6学时的课程学习,由此学生的学习压力可想而知。另一方面,所开课程往往存在内容重复或相互重叠的现象。例如,生物制药课程与基因工程、细胞工程、微生物工程、蛋白质与酶工程等课程就存在部分内容的重复,基因工程课程与分子生物学课程、细胞工程课程与细胞生物学课程之间也存在部分内容的重复。因此,笔者建议,要精简课程体系,协调各门课程的授课内容,突出重点课程和课程重点内容,强调课程特色,以降低课时总量、减轻学生的学习负担、激发学生的学习兴趣,为鼓励学生进行创新提供空间和创造条件。
加强自然科学类基础课程与生物技术专业内容的衔接为了强调化学、数学、物理、计算机等自然科学类基础课程对生物技术专业的重要性,教育部颁布的《高等学校本科生物技术专业规范》对这类课程的修读学分做了硬性规定,如化学类课程不少于13学分,数学、物理不少于8学分,计算机类不少于6学分。在具体的实施过程中,各高校的生物技术专业更是进一步强化了对自然基础学科尤其是化学类课程的重视程度。例如,北京大学生物技术专业规定学生需修读20学分的化学类课程(含实验)、8学分的数学类课程;清华大学生物技术专业规定学生需修读14学分的化学类课程、12学分的数学类课程。而北京林业大学生物技术专业规定学生需修读18学分的化学类课程、11.5学分的数学类课程,且学生修读数理化和计算机等自然科学类基础课程的全部学分需达到37.5分,占全部培养计划总学分的24%。这使生物技术专业学生大学第1、2学年的绝大部分时间都用于课程学习了。但是,遗憾的是自然科学类基础课程似乎正成为专业课程改革的死角。由于这部分课程均由理学院等外院教师负责讲授,而授课教师对生物技术专业课程的需求缺乏了解,教学内容大多拘泥于讲“试题”和“公式推导”,侧重于推理、原理讲解和逻辑分析,缺乏案例分析和应用,更缺乏与生物技术专业相关的案例分析和实际应用。例如,北京林业大学生物技术专业开设了高等数学和数理统计学课程(共计11.5学分),学习时间分别安排在3个学期,但最后的结果是当在专业试验课程中面对简单的试验数据时,却鲜有学生有意识地运用统计学知识;有的学生甚至连起码的t检验和F检验都不知如何运用。因此,笔者认为,生物技术专业应该加强数理化和计算机等自然科学类基础课程的改革,特别是要加强这些课程与生物技术专业内容的联系,使学生能够将基础理论知识学习与专业技能应用紧密地联系起来。进一步优化生物技术专业的课程布局由于人文社科类课程和自然科学类基础课程的修读学分占本科人才培养计划全部学分的一半左右,所以很多高校将这2类课程放在大学第1、2学年集中开设,而把专业课主要安排在大学第3、4学年。然而,在大学第3、4学年,学生面临着来自考研、出国深造、英语等级考试以及就业、毕业设计和科研实践等方面的压力,难以把全部精力放在专业课程的学习上。因此,笔者建议,高校的生物技术专业要打破目前的这种条块化课程分配格局,将人文社科类课程适当分散安排在大学的4个学年里;将动物学、植物学、微生物学、生态学以及专业引导性课程尽可能安排在大学的第1学年,将生物化学、分子生物学等专业基础课程尽可能安排在大学第2学年;同时将免疫学、遗传学、细胞生物学等课程尽可能安排在其他选修课之前。这样,学生既可以尽早接触专业课程、掌握专业基础知识、了解专业未来的发展方向,又可以提高学习基础课程的兴趣;更为重要的是能有效地缓解大学第3学年专业课学习的压力,提高对专业知识尤其是其他选修课程内容的消化、吸收和创新能力。此外,在课程安排的细节上,应该认真考虑专业课程之间知识的衔接性。例如,目前生物技术专业将有机化学、生物化学课程安排在同一学期就有些不妥,应予以适当调整。加强生物技术专业工程类课程的“工”科内容北京林业大学生物技术专业是以理科为主、工科为辅的理工科复合型专业,人才培养目标是培养应用研究型人才。为此,北京林业大学生物技术专业开设了基因工程、微生物工程、细胞工程等工程类必修课以及蛋白质与酶工程、生物制药等选修课程。然而从课程教学大纲来看,这些课程仍是以理论教学为主,适当搭配了一定课时的实验教学,但几乎没有工科方面的教学内容。这势必造成学生对生产设备缺乏必要的了解,在中试和生产车间实际操作环节中缺乏相应的生产设备维护、维修的基本知识。因此,笔者建议,对现有的工程类课程,要适当调整课程教学大纲,增加工艺学、设备、化工原理等方面教学内容的讲授比例;同时开设1~2门工科类基础课程,让学生了解一些工科基础知识。
加强生物技术专业学生科研素质的培养,规范学术道德培养学生的科研能力和创新能力,是新形势下生物技术专业人才培养面临的挑战。因此,在传授专业基础知识和实验技能的基础上,培养学生文献检索、实验设计、数据分析和论文写作等科研素质是实现创新型人才培养的重要环节。现在,很多课程的考核均采用撰写论文或者综述的方式,相对于传统的闭卷考试来说,是一种有益的尝试。但是,如何查阅文献、引用文献、撰写论文,有些学生到毕业都没有真正了解和掌握。在很多学生头脑里,撰写论文似乎就是百度、谷歌搜索外加复制、粘贴的过程;有的学生甚至认为只要不是全文照搬,经过适当拼凑加工就不算论文抄袭,更谈不上对论文所引用、参考的文献进行认真的选择和甄别了。因此,笔者认为,在大学生入校之初,高校就应该开设“文献检索”必修课程,使学生掌握查阅中英文专业文献的方法、了解文献的引用规则以及撰写科技论文的专业规范和学术道德。例如,浙江大学开设的“生物文献检索与论文写作”、复旦大学开设的“科学研究方法与论文写作”都颇有实用价值,值得借鉴。这些课程不仅有利于学生拓宽视野、培养查阅文献的技能,更有利于提高学生对学术道德的认识。为此,笔者建议,北京林业大学生物技术专业可以尝试将文献检索、实验设计、生物统计、科技论文写作等课程集合为一个模块,作为学生的选修课,在大学第2学年开设。这将有利于提高学生的科研素质和学术道德。近年来,我国高等教育体制发生了巨大的变革,从20世纪90年代开始,合并、联合办学、共建等已成为高校体制改革的主题。过去条块分割的高等教育管理体制正在被条块结合的体制所取代,高等教育综合化趋势日益明显。作为林业行业性高校,做好行业性与综合性的融合工作将有利于丰富林业高等院校的内涵、增强学校的科研创新能力、提升学校对社会的贡献力、提高林业院校毕业生的社会竞争力[4]。2010年,北京林业大学生物技术专业应届毕业生(2006级)考研率达41.82%、就业率达94.55%,应该说又是成绩卓著的一年。但是,挑战依然存在,形势依旧严峻。因此,加强生物技术专业的人才培养和课程体系改革仍不容忽视。通过明确、细化专业培养特色,调整课程体系,优化课程布局,加强课程间的衔接,适度调整理科、工科类课程的比例,以及加强学生科研素质的培养和学术道德的规范,可以使现有的专业人才培养体系更为科学、特色更为突出;可以进一步突出北京林业大学生物技术专业在“林地资源的培育、开发和利用”领域的专业特色,增强毕业生的社会竞争力,从而为我国林业领域培养一批既具有扎实的生物学基础知识又具有较强的生物技术实践技能的林业生物技术专业人才。