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关键词: 高中生物 “生物科学与社会”模块 大学教学
为提高学生的科学素养,中学新课改已在全国相继开展,这不仅要求中学教师要适应课改,同时也要求高校培养出胜任中学课改教学的教师。但是,目前高校的教育与中学的教学常存在脱节现象,为适应高中生物教学需要,必须对大学的生物学教学进行适当的调整,以使高校“生物科学”专业培养的学生能够更加适应中学教学的要求。
在新课标中,高中生物课程包括必修和选修两大部分。必修部分体现了生物学的核心基础,又反映了生物学迅速发展的领域。选修部分是在修完必修教材的基础上进行选修的[1-2]。选修部分包括“生物技术实践”、“生物科学与社会”和“现代生物科技专题”3个模块,其中“生物科学与社会”涉猎的范围最广,并且与现实生活联系紧密。“生物科学与社会”模块共包括4个专题:生物科学与健康、生物科学与农业、生物科学与工业、生物科学与环境保护[2]。大学教学内容与其适应方面出现的问题也较多,它对大学课程设置和课程内容提出了新的要求。
1 生物科学与健康
生物科学与健康专题中,新课标要求是:简述基因诊断和基因治疗;举例说明器官移植;简述避孕的原理和方法;举例说明人工受精、试管婴儿等生殖技术;简述抗生素的合理使用。
这一章的内容属于医学领域,它贴近生活,直接关系人的身体健康和生殖问题,内容涉及大学的现代分子生物学、细胞工程,基因工程等课程,对这些问题的了解将有助于人们生活质量的提高。首先,在大学的基因工程和现代分子生物学这两门课程里,详细阐述基因诊断、基因芯片技术在诊断中的应用。从总的内容来看,大学的课程基本涵盖了中学的内容,并且介绍得更为深入。第二,在大学的细胞工程课程中,基于干细胞培养的技术与原理阐述了组织工程方法,组织工程化皮肤、骨骼、血管等组织工程器官。组织工程是传统器官移植治疗方式的革命。但是,大学的课程只涉及器官移植的未来发展方向,而对人体的器官移植的发展历史和发展现状却没涉及。第三,在大学的细胞工程课程中,还详细阐述了动物的体外受精的概念、历史和技术。但对人类的试管婴儿并未独立列出和阐述。所以人体的器官移植的发展历史和现状以及试管婴儿的内容应该在适当课程中增补。
上述中学课标还要求简述抗生素的合理使用,简述避孕的原理和方法。但这些医学卫生知识在大学的课程里却显得相当匮乏,几乎没有一个课程(包括人体解剖生理)涉及这些问题,所以在大学的教学里应积极补充这方面的内容。
2 生物科学与农业
在生物科学与健康专题中,新课标要求是:概述农业生产中的繁殖控制技术;列举现代生物技术在育种中的应用;简述植物病虫害的防治原理和技术;关注动物疫病的控制;描述绿色食品的生产;举例说明设施农业。
这一章的内容在大学里涉及了动物、植物的遗传育种,动物医学,植物生产学等的基本知识。首先,就大学的遗传与育种教学来说,主要偏重于遗传学基础知识,其中只介绍少部分的常规育种技术,而对非常规育种介绍得非常少。中学课本涉及农业生产的繁殖技术(包括植物微型繁殖技术,人工受精技术,胚胎分割技术,克隆哺乳动物技术)和现代生物技术在育种上的应用(包括转基因技术育种、细胞杂交育种、转基因生物的安全性)。传统的遗传与育种课程已不能满足这些需求,但细胞工程这门课程包括上述内容,可以满足我们未来教师的需要。第二,就植物生产或相关课程来说,虽然包括病虫害的防治原理和方法,但缺少病虫害预测的常用方法、性信息素的作用,同时也没有强调转基因技术在生物防治中的作用,因此需加强以上内容阐述,把病虫害的防治当作课程的重点。不过大学的生态学相关课程,在生态系统的信息传递里对阐述性信息激素概念和作用也做了阐述。另外,在现在的植物生产类的相关教材,关于智能农业的内容这一方面还相当弱,也应该给予强化。其它关于绿色食品的生产和设施农业的内容可以完全满足需要。第三,就动物养殖的相关课程来说,同植物生产的相关课程类似,应加强或补充动物疫病方面的内容,尤其是动物疫病的类型与防治。总之,无论对动物或植物来说相关的病害或虫害都是生产中的关键问题,在课堂教学中应突出这一点。
3 生物科学与工业
在“生物科学与工业”专题中,新课标要求是:举例说出发酵与食品生产;举例说明酶在工业生产中的应用;举例说明生物工程技术药物和疫苗的生产原理。
在大学的课程里这一章内容涉及微生物与发酵,酶工程、生物制药三门课程。首先,就大学的微生物与发酵课程来说,中学课本提到的发酵工程发展历史和发酵的生产过程是其基本的内容,不需要强化或补充。但关于现代生物技术――基因工程在生产中的应用方面的信息及发酵过程的一些细节问题还比较匮乏。对于这些不足,在大学的酶工程这一门的课程能够等到补充和完善。因为在酶工程中,关于酶发酵生产的工艺控制对上述内容讲解是非常详尽的。另外,酶工程对酶在食品、轻工业等方面的应用介绍也非常详尽,能够完成培养生物教师的任务。第二,对生物制药这门课来说,主要介绍用基因工程制药、细胞工程制药、酶工程制药等制药的基本原理、方法和应用。经过这些方面的学习,学生对基因工程制药、细胞工程制药的基本知识的掌握就比较全面了,但关于生物技术疫苗内容比较薄弱,这些内容只在教材中附带的被提出来,没有被当作一个专门问题来阐述,应在今后的教学过程给予强化或补充,或者增加免疫学课程。
4 生物科学与环境保护
在生物科学与环境保护专题中,新课标要求是:识别生物性污染;概述生物净化的原理和方法;认同有利于环境保护的消费行为;关注生物资源的合理利用,列举生物资源面临的危机及原因;倡导绿色消费。
这一章的内容属于基础生态学方面的内容。基础生态学主要介绍生态学的基本概念、基本原理及基本应用,但比较偏重于基本原理。中学课本里关于生物污染与预防、生物净化的原理和方法属于基本原理内容,在大学的课程被当作重点内容详细阐述,所以并不需要强化与补充。关注生物资源的合理利用、列举生物资源面临的危机及原因,绿色消费属于应用生态学方面的内容。从中学课标看出,生态学基本原理和应用生态知识拥有同样的重要地位,在中学教材各占一半篇幅。现代生态学研究已从理论研究转向应用研究,中学课本很好地把握了这一趋势。但大学基础生态学课程里,应用生态学内容比较少,信息量少,比较笼统,就生物资源的合理利用里的生物资源危机来说,缺乏具体事例和数据,也没有具体阐述生物资源的合理利用办法,同时也没有提到绿色消费的相关内容。这些应用生态方面的知识在大学生态学教学中应着力补充。
从以上分析我们可以看出,生物科学与社会这册书包括的范围广,介绍了生物科学在工业、农业、医疗保健、环境保护等方面的应用,涉及大学的众多课程,包括现代分子生物学、细胞工程、基因工程、酶工程、生物技术与制药、微生物与发酵、遗传与育种、生态学、植物生产、动物养殖、医药卫生。尤其医药卫生相关课程最为薄弱。所以大学的课程建设应关注这个问题,积极建立一门介绍基本医药卫生知识的课程或者把相关知识融入到相近课程,让我们的未来教师把更多的医疗保健知识传播给学生,提高学生的自我保健能力。另外,对于一些课程内容并不需要探究太深,其中的一些课程可以整合成一门课程。比如植物生产和动物养殖整合为一门课程,既节省学时,又使学生对农业有所了解。
面对高中课程改革,我们要做的不仅是大学专业课课程设置的调整,同时要强调讲授内容要与现代生活的应用方面相联系,要反映生物学发展的前沿。只有这样,我们的毕业生才能适应高中生物的教学工作。
参考文献:
关键词:生物技术制药;网络教学;现代化教育
网络对于当今世界越来越重要,网络教学在高等教育现代化建设中也正发挥着越来越重要的作用。通过网络教学,使学生能在数字化的学习环境下提高学习效率,同时还能够促进高校教师教学观念、教学方法方式的变革,这样才能提高高校学生社会文化与价值的层次,提高他们的学习能力和在信息社会中生存和发展的能力。生物技术(biotechnology)也叫生物工程,是生物学与分子生物学交叉而成而产生的一门新的学科,同时也为当今世界科学的发展产生重大影响的科学领域。生物技术制药课程是把生物技术(包括基因工程,细胞工程,蛋白质工程,酶工程,发酵工程)在药学中的应用相融合的一门专业基础课,其着重研究包括基因工程制药、抗体工程制药、酶工程制药、发酵工程制药在内前沿技术研制新药的原理、方法、技术路线及应用前景等。课程涉及的知识面广、内容多、技术新,而且更新速度快。网络教学平台建设会成为高校教研教改的一项重要内容,本文主要探讨了为适应现代化教育的发展要求,利用生物技术知识面广、更新快等特点,将生物技术制药课程进行网络课程平台建设同时初步探讨网络建设的必要性,希望以此加快学校信息化建设的步伐。
一、网络教学平台建设的重要性
所谓网络教学,是指通过网络数据库及相关教学软件系统,为教学提供全面支持服务;学生只要在网络存在的环境,就可以进行相关学科的学习甚至考试。网络教学的整体功能支持以及资源环境是网络资源得以体现的前提和必要性,它直接影响到学生能否在其所构建的网络数据环境中顺利的进行学习及测试。构建优秀的网络教学可以消减老师及学生使用时的条件障碍,将更多的精力专注于学习过程中。对网络教学进行实用性、快捷性、功能性评估,可以发现其存在的某些障碍性问题,有利于界面及功能改进,同时改善师生的用户体验效率,从而提高学生学习的效率。目前,网络技术在生活的各个方面都在不断深入,在教育中更是的应用广泛。传统的教育模式由于教师和学生在空间上的距离,产生了以教师教学为中心学生被动学习的教学模式,这样学习的效果并不好;新的教学模式必须以学生为中心,教师教学方法、教学内容、教学手段等所有的教学资源与活动都必须围绕学生学习来进行优化配置,教师不仅仅是知识的唯一源泉,学生可以通过网络获得知识;但是,也不能抹杀教师的教导作用,教师的任务是指导学生如何从网络获取正确的信息,以及帮助学生解决学习过程中出现的技术性问题,最终培养学生养成一套有效的学习方法和解决实际问题的方法。
二、生物技术制药的特点
1.多学科交叉的综合课程生物技术制药的发展经历的漫长的时间,从最早的发酵工程、酶工程到本世纪新兴学科蛋白质工程、基因工程,其覆盖面很广,应用更为广泛。生物技术制药通过生物体、生物组织、细胞、体液等,综合利用微生物学、物理化学、药学等科学的基本原理和方法构成进行新型生物药物的制造,对于当代药学专业学生是必备课程。但是,各高校的药学专业开设时间较短,生物技术制药相关课程的设置上相对薄弱,以作者学校为例,仅开设了药学基因组学、药学分子生物学、生物化学、微生物药物学等少数相关课程,还有很多相关学科课程则根本没有涉及。因此,我们需要在教学过程中补充与生物技术制药相关课程的理论知识,这就要求教师在教学过程中既要阐述生物技术相关原理,更要强调制药学的相关内容。因此学生在进行学习的过程中可能分不清重点,同时因为基础薄弱,知识面窄而学习困难。通过网络平台,学生可以学习相关的基础学科,可以温习之前学过的相关学科,从而提高学习生物技术制药课程的兴趣,降低学习难度。2.课程涉及的知识面广、内容多、技术新,而且更新速度快由于生物制药技术的急速发展,教学内容不断更新,为了让学生能及时了解本学科的前沿知识,教师应把最新的知识、技术等内容每年都要加入教学中。作者在教学过程中,在以高等教育出版社出版的《生物技术制药》为教材的基础上,查阅文献便于扩展补充新知识。如在网络教学内容中补充了转基因动物制药、海洋生物技术制药、生物技术研发靶向药物、人类基因组学、代谢基因组学和药物基因组学等专题。在网络教学中不断补充前沿知识,让学生拓展知识面,同时也加深了学生对学科重要性的认识,从而调动了学生的学习兴趣并培养了学生的创新能力。
三、生物技术制药课程网络教学平台的建设
1.做好网络课程课件和素材的充分准备。搞好课程网络教学的前提和基础是优秀课件和素材的准备,因此,一方面,要购置一些研制好的生物技术制药课程优秀课件,另一方面,要结合教学实际自行开发研制相关课件。要根据生物技术制药课程内容特点研制、使用视频课件和素材课件。网络课程的主讲教师负责课程的设计和开发工作。另外,网络课程要有一支结构合理的教学梯队及其辅导队伍。鼓励和支持在校研究生从事本科教学和实验辅导工作。2.以分类指导的方式,对生物技术制药课程教师进行网络教学培训。一方面,对网络课程教师进行思想上的动员,帮助他们树立现代教育理念,转变观念,提高认识,积极研究和运用现代教育技术和手段;另一方面,组织有条件、有积极性的教师进行专门培训,学习相关教学课件的制作和网络教学平台的使用。3.要合理安排网络课程,充分利用现有网络资源和电脑资源,为准备学习生物技术相关内容的学生创造充足和便利的上网条件。4.建立网络教学评估考核体系,对生物技术制药教师教学和学生学习都能够有效监控和评估。通过在线测试,以及考试结果来了解学生对学习材料的掌握情况。5.加大生物技术制药网络课程数据库和网页资源建设。我们可以通过在学校网站主页的相关位置,设置网络连接,使学生只要有网络就可学习、测试,这样就不拘泥于空间和时间的限制。学生在网络教学的同时,也可以通过网络进行相关知识的查询学习,学生的学习空间、时间概念大变,网络教学是立体多维的。
四、展望
【摘 要】高中生物教学应当拓展空间,强化与生活的联系,这一途径具有较强的可行性,教师可以通过三个方面强化高中生物教学与课堂教学的联系:一是教学内容中增加生活化信息;二是课堂上创设生活化模拟环境;三是课外拓展活动强化生活联系,让学生更快乐地学习生物,提高学习成效。
关键词 高中生物教学;生活化模式;分析研究
在高中生物教学工作中,许多教师将生活化作为提高教学成效的重要抓手,对于学生的全面发展发挥了重要作用,这与新课程改革的理念一脉相承,较好地体现了“促进学生综合能力提升”的目标,促进了高中生物教学成效提升。笔者长期从事高中生物教学,针对这一方面进行了初步探索,本文将做简要论述。
一、高中生物生活化教学可行性分析
1.从现代教育理念角度分析,高中生物教学中运用生活化模式,能够营造更为轻松、和谐的教学氛围,给予学生更为广泛的学习空间,鼓励他们将课本所学内容与实际运用分析结合起来,从而有效培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,有助于学生综合素养的提升。
2.从生物学科特点角度分析,生物科学与生活的联系更为紧密,在人类社会发展进程中发挥了积极的促进作用,尤其是在当前化学、制药、食品以及环保等领域的运用更为广泛,生物教学中能够搜集到丰富的生活化运用信息内容,能够让教学活动更为生动丰富。
3.从现行教材编辑特点分析,本地区运用的是人教版高中生物教材,教学内容中有许多与生活联系较为紧密的内容,教师在教学中能够较为便捷地与生活内容衔接,引导学生在掌握生物学科知识、概念与规律的基础上,较好地发展解决问题的实践能力。
二、高中生物教学与生活紧密结合的途径
1.教学内容中增加生活化信息。生物是一门来自于生活的科学,教师在教学活动中要将生活化内容有机融合在教学活动之中,提高教学的生动形象程度,从而激发学生的生物学习兴趣,提高学生理解与掌握效果。笔者在教学中注重将生活化内容融合其中,让学生在学习生物知识点的同时,更多地贴近社会生活,让学生的思维突破课堂空间与时间的限制,实现生物教学与生活实践的紧密结合。例如在教学《细胞的衰老和凋亡》时,笔者将教学知识点与人体年龄增长所发生的各种变化结合起来进行教学,学生的学习兴趣得到了激发,他们研究的学习内容与自己以及身边人身上发生的变化息息相关,较好地提高了学生的兴趣爱好。笔者引导学生进行想象:50年之后组织同学聚会,结合细胞的衰老与凋亡所学内容,大家想象一下自己会是什么样子。这样的话题打开了学生想象的空间,学生从头发、皮肤、身材以及脏器等方面进行了详细探究,在此基础上笔者引导学生巩固细胞衰老的特点:水分减少,体积变小,新陈代谢速度减慢;细胞内酶的活性降低;细胞的呼吸速度减慢,细胞核体积增大,线粒体数量减少,体积增大;色素会积累;细胞的通透性有所改变,使物质的运输功能下降。有效深化了学生对这一部分教学内容的理解。
2.课堂上创设生活化模拟环境。在生物教学课堂上,教师可以通过问题引导和分析探究的方式,体现探究性学习对学生思维能力提升的促进作用。这样的思维探究活动可以与生活化原则紧密结合起来,借助于和学生生活相关的内容进行发问,或者引导学生分析研究,将学生的所学知识迁移和运用到实际问题的解决中,或是帮助深化对生活问题的理解。例如在教学蛋白质相关内容时,教师可以结合生活问题创设教学情境,向学生进行提问:你在购买食品时关注过蛋白质含量吗?列举出集中富含蛋白质的食品。说一说蛋白质在人体生命运动中的作用,并分析为什么要在食品中添加氨基酸。通过这样的生活化情境的分析研究,学生对于蛋白质的作用和意义具有了更为深刻的理解。在此基础上,笔者还与学生进行了食品安全等方面的探讨,帮助学生掌握了更多的食品安全知识,对于发挥生物学科提高学生生活质量方面的作用,起到了较好的辅助功能。再比如教学《基因工程及其应用》内容时,教师可以选取基因工程在社会生活以及生产中的广泛运用和最新成果进行阐述,让学生加深对基因工程意义、作用的认识,并明白基因工程就在我们的身边,和我们的生活息息相关。也可以要求学生在课前搜集与基因工程运用相关的内容,组织学生在课堂上进行交流汇报,增加学生对基因工程相关知识的了解程度,尤其是在生活中的广泛运用,提高学生的思想认识。
3.课外拓展活动强化生活联系。高中生物教学应当将课外延伸活动的作用发挥出来,将教学内容与生活实际之间建立起紧密的联系,让学生在课外自主探究活动中增长知识,提高能力,促进综合素养提升。笔者在高中生物教学中强化了这一方面的工作,将教学知识点以及规律和生活实际联系起来,帮助学生加深理解和提高能力。例如在教学《人口增长对生态环境的影响》之后,笔者要求学生上网搜集本地区30年来人口增长的情况,并走访社区干部、退休老干部,了解人口增长对生态环境方面造成的影响。学生通过走访了解和上网查询,尤其是了解本地区不同基数人口背景下生态环境发展状况,经过对比分析,加深了对人口增长与生态环境发展之间的内在联系,关注我国人口增长过快带来的相关问题,了解人口增长过快给当地生态环境带来的影响,增强了环境保护从我做起的意识。
综上所述,生活化是提高生物教学成效、提升学生综合能力的重要措施,广大生物教师应当在教学中强化这一方面工作,推进教学活动深入发展。
参考文献
[1]尚庆梅.高中生物生活化教学探析[J].科学大众(科学教育).2009(12)
[2]楼佳萍.关注科学课教学方法,凸现生活化课堂空间[J].教师.2010(03)
关键词 动物生物技术;课程建设;教学改革
中图分类号 G642;G420 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)01-0326-02
21世纪是生命科学的世纪。生物技术是人类科学技术发展历史中最悠久、对人类社会具有重大贡献的学科之一。随着分子生物学前沿学科的不断进步,生物技术也得到了突飞猛进的发展。动物生物技术是一门现代生物科学理论和技术相结合的综合性学科,主要涉及动物基因工程、动物细胞工程、动物胚胎工程等几大领域,在诸多行业都得到了广泛的应用,如农业、食品业、医学行业等[1]。生物技术这门学科在各大高校中都占有很重要的地位,可见该门学科的重要性,因此学好生物技术这门学科对今后的就业至关重要。笔者在介绍生物技术的概念的基础上,总结了动物生物技术课程的建设与改革措施,以期为学生的就业打下坚实的基础[1]。
1 生物技术的概念
生物技术是指在现代生命科学的基础上,利用各种先进的技术手段和其他类科学的原理和技术来对生物体或生物原料等进行加工或改造等,目的是生产出人类所需的产品。先进的工程技术包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等新技术。对生物体的改造是指按照人类的需要,改造或加工生物包括植物、动物、微生物等,使其能够生产出对人类有利的产品[1-2]。
2 教学现状与分析
内蒙古农业大学生命科学学院生物技术专业自1996年开始招生,2006年成为品牌专业,经过了16年的专业建设,首先于2003级生物技术专业学生中开设36学时的动物胚胎工程课程(专业选修课),随着现代生物技术的迅猛发展,36学时的理论讲授明显不足,于2005级学生中更改教学大纲,内容上增加了动物组织、细胞的培养技术、基因工程技术等,理论教学增加到54学时,并增加18学时实验教学,课程性质首次转为专业必修课,并创新性地更名为动物生物技术,当时整个生物领域还未出现命名为动物生物技术的课程,直到2009年5月1日,科学出版社出版了普通高等教育十一五规划教材《动物生物技术》,至此这一新课程有了正式出版的教材可参考。笔者调查了部分农林院校生物技术专业开设的主干课程,主要有11门(动物学,植物学,微生物学,生物化学,遗传学,细胞生物学,分子生物学,基因工程,细胞工程,发酵工程和酶工程),在调查的农林院校中(安徽农业大学,西北农林科技大学,山东农业大学,湖南农业大学,吉林农业大学,东北林业大学,青岛农业大学,江西农业大学,福建农业大学,华中农业大学,华南农业大学,云南农业大学),都开设《细胞工程》课程,目前只有内蒙古农业大学生命科学学院生物技术专业开设与《细胞工程》相近课程《动物生物技术》和《植物生物技术》课程。
3 动物生物技术课程建设与改革
3.1 教学思想与目标改革
落实科学发展观,逐步树立“以学生为中心”、“一切为了学生”的意识。教师要改变传统的教学观念[3],正确处理传授知识与提高学生学习能力之间的关系,使学生在学习一些课程基础知识的情况下,掌握一种主动学习课程相关知识的能力,成为富有知识和具有学习知识能力的复合型人才。
3.2 师资队伍建设
组建教学团队,将教学内容分为不同的教学模块,打破传统的一人一课的教学模式,每一模块由具有相应专业背景的教师承担,业务上要精益求精,力争紧跟各教学内容的学科前沿。定期开展教学研讨,督导组专家听课、评课,同时不定期开展自评和互评及学生评教,以促进整体教学水平的提高。
3.3 教材建设与改革
根据调研,笔者选用了科学出版社出版的普通高等教育十一五规划教材――蒋思文教授主编的《动物生物技术》作为教材,该书比较全面系统地介绍了动物生物技术的概况、基本原理、技术方法和最新发展。同时,由于课时的限制,在教学过程中,不可能做到面面俱到,且课程知识更新速度较快,一些最新热点在教材中没有体现的,自行编写部分讲义,以文本形式拷贝给学生,并推荐其阅读中外文的优秀参考书。
3.4 课程内容改革
动物生物技术属于多学科交叉课程,也是各国科研工作者研究的热点领域,大量的研究成果层出不穷,也在不断地更新和充实着这一新兴学科的知识。无论是教师的教,还是学生的学都具有一定的难度,这就要求在授课内容的选择上,既要注意授课内容的完整性,又要保证实用性和先进性,同时做好与其他课程交叉内容的增、减和衔接。在课程内容上,首先介绍绪论,动物胚胎工程技术概述,体外受精,胚胎移植,性别控制,胚胎分割,嵌合体;其次,介绍分子生物学及基因工程基础;最后重点介绍细胞核移植技术、干细胞技术、转基因技术、动物生物反应器、动物细胞培养技术,动物细胞融合技术,杂交瘤技术和单克隆抗体技术。通过精心的安排,使学生能在有限的时间内,全面系统地了解动物生物技术课程体系的基本内容。
3.5 教学方法改革
3.5.1 利用重大科研成果,激发学生学习的兴趣,提高其学习的主动性。如美国科学家马里奥・卡佩基、奥利弗・史密斯和英国科学家马丁・埃文斯,利用“基因靶向”技术让小鼠体内的特定基因失去活性,培养出研究价值极高的“基因敲除”小鼠,为人类遗传病研究提供了药物试验的动物模型。有了这些动物模型后,人类就能更有效地找到治疗各种遗传病的新疗法,彻底攻克遗传病就为时不远了,这一成果使得他们一起获得2007年诺贝尔生理学或医学奖。罗伯特・杰弗里・爱德华兹爵士,英国生理学家,生殖医学的先驱者,因创建了“体外受精技术”,被授予2010年诺贝尔生理学或医学奖。一门课程的讲授,不但要使学生掌握和了解课程相关的一些基础知识,更重要的是要教会学生如何通过有效途径尽可能的获取更多的、更丰富的相关知识,特别是对于像动物生物技术这样一门新兴的学科领域,许多知识都处于动态更新和完善的过程中[1]。
3.5.2 跟踪学科科研动态,开拓学生视野,培养创新思维。本科生的课堂教学过程不仅仅是传授书本知识,更重要的是启发学生的开拓性思维能力和创新意识,培养和提高其发现问题、分析问题和解决问题的能力[3-5]。因此,在应用范围广、知识更新快的动物生物技术教学过程中,介绍学科研究的新动态和新进展,有意识地拓宽学生视野,打开学生思路,培养学生创新性思维是十分必要的。例如诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cell,IPS cell),由日本的2位科学家于2006年发表于世界顶级杂志《Cell》上。通俗地讲,就是通过某种方法,把高度分化的成体细胞去分化,使之成为多能干细胞,重新获得分化成多种细胞的能力。IPS技术是干细胞研究领域的一项重大突破,它回避了历来已久的伦理争议,解决了干细胞移植医学上的免疫排斥问题,使干细胞向临床应用又迈进了一大步,该成果的研究者获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。随着IPS技术的不断发展以及技术水平的不断更新,它在生命科学基础研究和医学领域的优势也已日趋明显[6]。
3.5.3 创新教学形式,提高教学效果。在课堂教学过程中,要认真倾听学生意见,像朋友一样对待学生,拉进教师与学生的距离,让学生感受课堂文化,使其融入其中,积极思考,成为课堂的主体。同时可适当增加专题讨论会,通过学生准备ppt演讲等形式,一改以往整节课教师讲、学生记,缺乏沟通的模式,使学生处于主动学习的状态[7]。
3.5.4 优化多媒体教学,引入现代信息技术。利用有限的课时,着重讲授课程的重点、难点、关键点、知识点间的联系,引导学生自觉地去思考,对于容易掌握的部分课程内容可安排学生自学。利用计算机和Internet等手段,从国外引进和下载原版图书和动感图像,进行多媒体教学,可以有效提高教学组织效率,充实教学内容。不仅可以多层次、多角度地向学生提供丰富多彩的教学信息,还可以提供更加生动形象的人机交互界面,充分调动学生学习的积极性[8]。例如,细胞融合,精卵受精,细胞核移植等内容。在多媒体教学中,坚持适度运用原则和有机结合原则,留出足够的时间给学生理解、思考,且结合使用板书、实物等各种教学媒体,取长补短,将教学内容化繁为简,增强教学的生动性和创造性,使学生喜欢学习[2]。
3.6 考核方法改革
首先,改变以往的考核方法,将重视课本上的知识转变成重视实践、将重视成绩转变成重视课堂教学,今后不以单一的考试成绩为总成绩,而要加上一定比例的实践考核成绩,让教师、学生都能重视实践;其次,增减考核方式的多样性,以平时成绩、实验成绩、期中成绩和期末考试等作为综合考查学生学习成绩的考核体系,即20%平时成绩、20%实验成绩、20%期中成绩和40%期末成绩[9]。
4 结语
随着科学技术的快速发展,动物生物技术方面的研究也会更加深入,因此各个高校要建设好动物生物技术专业已迫在眉睫。课程组立足于内蒙古农业大学生命科学学院自身特色,通过分析生物工程、生物技术、制药工程3个专业之间的内在联系,准确把握动物生物技术课程的教学地位,注重该门课程特点,围绕课程内容,加强教学建设,创新教学形式及考核体系,逐步完善优化动物生物技术多媒体教学,提高教学质量,达到人才培养的目的和要求[10]。
5 参考文献
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[8] 张一春.现代教育技术实用教程[M].南京:南京师范大学出版社,2005.
【关键词】免疫学;教学改革;教学与科研结合
随着生物技术的不断发展,以基因工程产品、抗体工程产品和细胞工程产品等现代生物技术为主要代表的生物制药产业是发展最快的高技术产业之一。我校开设生物制药、生物技术专业,进而成立生命科学与生物制药学院已有十年,取得了一定的成绩,但也暴露出在教学过程中与专业切合度不够,学生学习兴趣有待提高的局面,尤其免疫学在内容上具有很强的内在联系和严谨的逻辑性,使得大多数初次接触免疫学的生物专业学生不容易理解和掌握,学生常反映听不太懂。近些年我们通过一系列的教学改革,取得不错的成绩并积累了一定的经验,现将教学中的一些措施归纳如下。
一、讲好绪论,通览免疫学全貌
免疫学本科教学中一直以“老师难教”、“学生难学”为著称的课程,讲好绪论,提高学生学习兴趣至关重要。免疫学教学改革的首要任务就是解放思想,树立新的教育观念以学生的全面发展为目标,以学生的创新与实践能力培养为重点,全面推进素质教育。在此思想指导下,授课教师重新定位了教学目的,提出“理论结合实践,教与学并重,让学生在掌握免疫学基本概念、基本理论以及常用实验技术的基础上,能够创新性地提出问题,并能独立地分析和解决问题,为生物医药的相关课程奠定基础”。授课教师在第一堂课就设计了思考题――你将来想从事什么工作,你认为免疫学与你将从事的工作有什么联系。这个问题引起了强烈的反响。多数学生认为今后将从事的药物开发、生物试剂开发、营养师等工作与免疫密切相关,学好免疫学将有重要的帮助。
二、调整教学内容,与生物学、药学紧密结合
根据生物本科专业的特点和培养要求,授课教师对教学内容进行了合理的安排和调整。例如:着重介绍免疫应答等基础免疫的内容,临床免疫则选取与生物专业相关性较高的肿瘤免疫,免疫缺陷等内容讲授; 根据知识的关联性,将固有免疫应答细胞与固有免疫应答,T、B细胞与适应性免疫应答结合介绍。此外,还补充了理论研究和实验技术的新进展。如:除了造血干细胞,还为学生介绍干细胞分类、成体干细胞“可塑性”、胚胎干细胞克隆等。同时,利用本院研究所的软硬件支持,给学生开设目前应用广泛的流式细胞术等实验技术。经过精心安排和组织,免疫学的教学内容既突出了重点、难点,又保持了时代性、先进性和前沿性。
三、利用多种教学手段,加强讨论式、启发式教学,提高学生学习兴趣
现代教育理念认为,真正的教育应当是以人为本的教育,把人作为发展的主体、发展的动力,把发掘人的潜能、开发人的聪明才智作为出发点和落脚点。结合近年来发生的社会普遍关注的重要事件,如SARS、禽流感的流行等,教师还进一步强调了免疫学的重要性和实用性,大大提高了学生的学习兴趣和动力。教学过程中,注重充分发挥教师和学生的主观能动性,开展了多种形式的互动教学。例如,将学生分组,按照“自学―自制P盯并讲课―教师点评”的方式学习细胞免疫应答。
学生不仅在课前认真预习了相关章节的内容,还查阅了书籍和网络,并制作了精美的PPT。经过教师对知识点、PPT制作及授课技巧的点评,学生普遍反映既扎实地掌握了知识,又学到了其它东西,对自己综合能力的提高有较大的帮助。
又如:在学习抗原分类、补体激活途径及抗原提呈等知识时,让学生对异同点进行比较和讨论,让学生通过自己的思考牢固地掌握知识。还利用现代化的教学手段,通过声音、图像、动画等多种形式,将抗原抗体反应、补体激活、T 细胞杀伤靶细胞等抽象的概念和知识点形象、直观地讲述出来,既吸引了学生的注意力,又促进了知识的理解,更为学生想象力和抽象理解能力的发展提供了帮助。
四、改革实验教学内容,适应专业发展需要
免疫学实验是通过实验教学环节,促进学生对课堂理论知识的理解,在动手操作专业基本技能训练之中培养学生严谨的科学态度、分析问题和解决问题的能力与创新思维。免疫学实验教学的质量直接影响学生对免疫学基本理论的理解与掌握,也间接影响学生将免疫学知识运用到工作实践的能力与水平,实验教学是培养学生创新能力的重要环节。以往开设的经典免疫学实验多为单个验证性实验,如E花环沉淀这些实验很大程度上落后于迅速发展的现代免疫学理论和技术,在方法和水平上都显陈旧,不利于学生科研思维和创新能力的培养。授课教师经过讨论和设计,将淋巴细胞分离培养、ELISA 法测定IL-2、免疫组化SP法测定肿瘤组织VEGF以及流式细胞术检测T细胞亚群等实验有机结合,开设了免疫学综合性实验,让学生了解科学研究的基本过程,培养他们的科研设计能力。借鉴生物技术专业开设跨课程基因工程综合性大实验的成功经验,授课教师还设计将生物信息学、分子生物学、免疫学联合起来开设“单抗制备”的综合性大实验,让学生能够真正地运用所学的知识及实验技能。
关键词:协同视角 生物医药产业 发展研究
在发展中国家,我国生物医药产业居于领先水平,但与国际水平相比,处于第二方阵(欧美等发达国家处于第一方阵)。为了应对剧烈的市场竞争,降低环境的不确定性,弥补技术创新能力不足,通过技术协同创新进行产品的创新是解决我国生物医药产业发展的必然选择,对具有协同创新关系的生物医药企业更好地利用技术协同创新以实现对产业创新资源的整合,增强相关企业的技术协同创新能力,提高产业创新能力,对我国生物医药产业发展具有重要的现实意义。
一、我国生物医药产业发展现状
近年来,我国生物医药产业保持高速增长。2010年生物医药产业完成总产值11934亿元,占全国GDP比重达到3%;在“十一五”期间产值年均增长23.8%,市场规模从全球第九位上升到第三位。“十二五”期间,我国生物医药产业将进入以“量的规模扩张和质的起步追赶”为核心内容的整体提升阶段。
1.高速发展的生物医药产业
作为全球老龄人口最多、经济发展最快的发展中国家,我国医疗卫生领域拥有广大的市场需求和前景。近20年来我国医药行业一直保持着高速的增长,年均增长率保持在15%~30%,远远超出于全球医药行业年均不到10%的增长率。2011年全国医药制造业市场规模为15708亿元,较2010年的12192亿元同比增长约29%,增速为近10年来的最高水平,整个行业呈现高速发展的态势(图1)。
2.行业子领域药品种类相比国际较少
中国生物医药产业结构为:基因工程药物占44.9%,诊断试剂占19.6%,抗体占15.6%,疫苗占11.9%,血液制品占8.0%。可见,我国生物医药产业结构布局与世界生物医药产业结构布局基本一致,产业子领域中以基因工程药物为主体,但所占总体比重比世界产业结构低5个百分点左右,而诊断试剂、抗体及疫苗领域所占比重要略高于世界生物医药产业的整体水平。
二、我国生物医药产业化发展的启示
Nelson & Winter(2005)基于进化的角度认为,创新不是一个纯技术概念,它具有技术与经济的复合属性,它不仅包括纯技术范畴的变革和创造,而且要有相协调的制度提供支持,只有技术和制度两者很好地协调配合才能促使创新得到可持续的进化和发展。
1.提高协同创新的基础条件
有力度的产业化资金投入,是实现高端生物医药自主知识产权的重要保障。应该通过加大政策支持力度和资金投入力度方式,为相关企业奠定协同创新的基础条件,扶持相关企业的合作与发展,实现我国生物医药产业在某些领域的创新突破。
2.协同创新以实现选择性重点突破
国家应大力支持以人源化抗体、治疗性疫苗、多肽、核酸药物及干细胞为主的生物治疗品种等新型生物技术药的协同研究开发。在生物医药产业发展极其重要的阶段,我国应该抓住难得机遇,瞄准生物医药领域的发展需求,构建系列的生物医药研发方法和关键技术模式,积累完全自主的知识产权,破除国际厂商在生物医药产业中构筑的知识产权壁垒,联合我国相关企业,在技术协同创新理念下,实现我国生物制药产业的跨越式发展。
三、总结
决定创新成功的关键在于技术与众多非技术要素之间的协同发展,若其中存在某些短板,那么组织创新的效率或绩效将受到负面的影响。我国在世界生物医药市场中的竞争力,不单取决于个别企业的竞争优势,更取决于我国生物医药产业的整体竞争实力。因此,协同创新是生物医药产业发展的重要路径,相关政府部门应进一步制定和采取相应措施以促进我国生物医药产业化的协同发展,以推动我国生物医药的产业化进程。
参考文献
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[关键词]生物强化技术 污水处理 应用探索
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)20-0323-01
前言:我国生产和生活用水量巨大,水资源在人们的生活和生产中发挥了巨大的作用。但是,目前我国的水资源非常的紧缺,这也成为了我国亟待解决的环境问题。在经济发展新常态的背景下,如何实现我国水资源的最大化利用是国家管理以及技术开发部门应该探讨的问题。运用生物强化技术对污水进行处理能够很好地让我国的污水处理现状得到改善,也将是污水处理的重要发展趋势。相关部门都应当对其进行研究,让生物强化技术在污水处理方面发挥更大的价值。
一、生物强化技术作用原理
1.直接作用
要想成功地去除水中的各类污染物,使生物强化技术发挥其功能,离不开生物强化技术作用机制。生物强化技术作用机制是生物强化技术作用原理之一,降解菌在分离、筛选的过程中得到降解特定污染物的菌株,发挥降解污染物的功效。质粒育种是直接作用所使用的菌株的常用方法之一,多种微生物借助细胞融合的方式,得以培育出多种功能的新菌种;其次,基因工程构建也能够直接作用所使用的菌株,利用人工手段提取供体DNA,然后再导入受体细胞之中。
2.共同代谢作用
生物强化技术中的菌株能够将废水中的有害物质降解,并且降低其有害性,这就是共同代谢作用的过程。共代谢的类型主要有三种:一是菌株在新陈代谢中发生氧化,产生的酶补充微生物需要的碳源;二是不同微生物之间作用互相补充,协同合作。有时微生物在降解有害物质过程中发挥的功能十分单一,微生物功能互补彻底地完成了污染物的降解;三是处于休眠状态的微生物其细胞会对污染物继续降解。[1]
二、生物强化技术在污水处理中的应用研究
1.生物强化技术在工业废水处理方面的应用现状
生物强化技术是建立在原有的生物污水处理系统之中,通过将带有特殊以及特定功能的微生物等近似物投入其中,生物处理系统在这些物质的催化下其降解速率以及吸附有毒物质等化学生物能力极大增强,达到处理难降解、有毒废水等特定水污染物的目的。生物强化技术率先应用到对工业废水的处理中,并且取得了良好的效果,才推广应用到城市污水处理以及其他方面。工业废水是一个笼统的概念,针对不同的废水类型要采取特定的处理工艺和手段,以下即是笔者结合相关的文献资料以及实地调查对于生物强化技术在工业废水处理方面的应用现状的具体列举。
石化废水,一般采用SBR亦或者是UASB工艺来处理,效果较为明显,提高了COD的去除率,污泥沉降性能得到了大大的改善,加快系统启动速度;焦化废水,采用A/O明显提高了对喹啉的去除效果;造纸废水,采用SBR氧化塘水工艺会发现树脂酸的去除效果明显提高了,而且会发现生物处理系统的PH波动能力得到了大大的增强;还有较常见的印染废水,则需要结合SBR和A/O工艺,达到提高溴氨酸的降解效果,提高废水的脱色效果;针对制药废水,则需要采用厌氧流动床传统活性污泥法,这一技术的运用,不仅有效地提高了COD的去除速率,而且改善了处理效果、提高抗冲击负荷能力。[2]
2.生物强化技术在城市污水处理方面的应用现状
相比化学物质、有毒物质较难以处理的工业废水处理而言,城市污水处理难度较低,可实现污水处理再利用的数量较大,是我国污水处理部门应该加大力度开展生物强化技术的重要环节。但是,近年来,由于居民化妆品、洗洁精、洁厕灵以及洗衣粉等富含重金属以及有毒化学物质的物品使用频率增加,直接造成城市下水道的污水越来越难以降解,甚至含有有毒化学物质的城市污水污染了城市地面,更严重的是,根据相关部门统计,我国城市污水排放总量已经远远超过工业废水排放总量。
生物强化技术在城市污水处理中的应用,实现了将活性污泥技术改造为EBPR(强化生物除磷反应器的简称),而且生物强化技术能够在短短的十四秒内可以将活性污泥系统中的污泥转换为特定的EBPR污泥,而且这种污泥在去除COD、氮的过程中不会受到纯菌的影响。另外,生物强化技术在城市污水处理中的应用,大大增强了传统生物系统中某些难以降解物质的降解速率,改善了降解效果。除此之外,生物强化技术可以节省城市用地面积,新工艺新手段提高了城市居民用水的质量。
3.低温环境下生物强化技术的应用
传统的生物处理方法对污水温度有一定的要求,因为在低温环境下活性污泥的活力降低难以保证污水处理的效果,而生物强化技术即使在低温环境下也能够实现功能。大量实验证明:生物强化技术在低温环境下,能够分离、筛选具有高效降解能力的菌株,增强了对COD、氮等的去除率,强化了生物处理系统,无论是对城市污水还是工业废水等污水处理等具有极为显著的效果,克服了温度因子对生物处理方法对污水处理的缺陷。
三、生物强化技术的未来发展
1.针对生物降解菌的研究
笔者在上述简要介绍了高效降解菌直接作用,那么该如何获取生物高效降解菌?目前获取的方法主要有以下几种:(1)基因工程构造,该方法针对性较好,高效且稳定,并可以针对污染物类型、环境条件构造所需菌株;但是其仍存在一些缺点限制了它的应用,如目前对构造工程研究尚且不足,缺少可靠的资料库,存在生物安全性方面的争议等;(2)水平基因转移,该方法在处理系统中处于优势地位,可以保持高数量和高活性,但是也存在生物安全性问题;(3)常规微生物手段分离菌株,技术成熟,运用范围广,但是其在低温、含毒性组分等不利条件下的耐受力不足。
2.对生物安全问题的关注
一直以来,生物强化技术的安全问题一直是该领域被热议的话题,尤其基因改造技术更是备受争议。基因改造技术会对生态系统以及人类生活健康等产生影响,为了克制基因工程技术对人类的不利影响,相关部门要高度关注一系列生物强化技术的生物安全问题。为了避免基因改造技术引发社会敏感,相关部门要降解污染物质的同时,务必要关注微生物的安全,同时在处理系统中,减少高效微生物的流失也至关重要。
3.高效菌群的停留
现阶段,高效菌群的停留经常依赖连续或间歇性投加、细胞固定化、生物自固定化等方式来实现,在实际运行过程中,其处理效果通常会受到温度、湿度、PH值以及营养物质的毒性、水利条件等实际因素的影响。如何利用生物强化技术在生物处理系统中分离筛选出优质、高效的菌落,增强处理系统的活性。目前促使高效菌落停留的有效方法,一是结合生物刺激方法和生物强化方法在处理系统中发挥活性,二是通过细胞固定化技术抵御水环境的冲刷。
结语:
生物强化技术在未来必然会对污水处理工作做出更大的贡献,而这需要相关部门以及工作人员要不断学习国内外先进理论,坚持实践第一,牢牢把握生物强化技术的发展趋势和方向。相信不久的将来,生物强化技术必然会发挥其更为重要的作用。
参考文献
生物化工学科作为一门交叉学科,其大力发展,将为解决人类面临的能源、食品、健康,环境等重大问题起到积极作用。生物工程与医药产业更是知识经济时代的主导产业之一。早在2002年,北京市政府就出台了《北京生物工程与医药产业发展振兴纲要》,明确提出要促进生物制药产业化。2003年,生物工程和新医药产业被列为北京“率先基本实现现代化”的四大支柱产业之一。其中,天然活性药物的提取分离技术,新型制剂技术、中成药控缓释技术、现代给药技术等更是生物医药发展的重中之重。
北京联合大学(简称联大)重点学科――生物化工学科,以及制药工程研究所的建设,正是联大抓住北京发展生物医药产业的机遇,自主调整学科专业的成功范例。其中功不可没的,是联大生物化工学院副院长、生物化工学科专业带头人、制药工程研究所所长林强教授。林强教授和他的研究团队瞄准北京生物医药发展的重点领域,注重利用高新技术开展中药现代化研究,着力于制药技术产业化,在生物制药及天然药物工业化,尤其是新型分离技术和制剂技术应用研究方面卓有成效。
学科特色:中药现代化
联大生物化工学院的前身是化学工程学院。20世纪90年代,林强教授作为联大生物化工学科带头人,提出将化工相关专业向处于朝阳产业的生物工程和新医药方向转化。他认为,北京正处于生物工程和新医药产业蓬勃发展的上升期,学院应抓住这个机遇,形成以生物化工技术为主的发展方向,打造特色学科专业。
明确了发展思路,林强教授白手起家,创立了制药工程专业,逐步形成了以现代中药生产工艺为特色的技术应用性本科专业。在此基础上,他还创建了制药工程实验室、药剂实训室、生物分离实训室,经批准成立了制药工程研究所,逐步形成了生物化工学科的雏形。
2004年,生物化工学科成为联大首批校级重点建设学科。2006年,制药工程研究所成为联大校级研究所。林强教授作为生物化工学科和制药工程专业带头人,和其他教师一起完成了学科专业规划,确立了学科发展方向。制药研究所依托生物化工学科,以天然药物的提取分离及中药新型制剂为主要研究内容,结合中药应用研究,将高新技术用于中药现代化研究,逐渐形成以中药制剂工程为特色的研究所。
目前,研究所已形成了三大特色研究方向。
首先是天然药物活性物质分离工程
当前,我国天然药物活性成分的提取分离工业化程度低,基本上处于实验室阶段,没有实现产业化应用。分离技术的落后是阻碍天然药物活性成分提取的主要因素。
该研究方向以中草药、农副产品等天然物质为原料,利用不同提取分离技术的耦合,研究天然活性成分的大规模提取分离过程,解决天然活性成分提取分离过程中的传质、传热及过程控制等工程技术问题,研究开发出一系列高效、低能耗、低成本的提取分离工艺及装置。
研究人员利用双水相分离、超临界萃取、大孔吸附树脂,膜分离、酶降解生物技术等现代提取分离技术的组合使用,在中药有效成分提取分离、真菌多糖分离纯化、壳寡糖制备工艺等方面做了大量卓有成效的研究,旨在解决天然中草药中活性物质提取分离工业化生产过程中的关键性技术问题,促进新型提取分离技术的工业化应用。
林强教授等人提出采用复合酶结合氧化法与酶催化法,制备出低聚壳聚糖,反应时间缩短25%,分子量分布大大变窄。用于中药材的种植、生长,可将有效成分含量提高75%左右。在此基础上实现了反应与分离一体化,使反应程度超过95%,低聚壳聚糖纯度大于95%。采用复合酶比传统的单一性酶技术生产成本降低了50%。在壳寡糖的应用研究方面也取得较大进展,特别是促进农作物生长和提高抗逆性等方面取得较好效果。该发明于2009年5月6日获得专利授权。
利用膜分离技术,研究人员还分离纯化姬松茸多糖、虫草多糖等食用菌多糖。设计出新的分离膜结构,实现了不同分子量区段的精确切割,将不同分子量段的产物用于不同疾病的治疗。
其次,药物载体与生物材料
新型药物给药系统和相关药物载体材料的研究,有助于推动药物、生物制剂、功能性食品、新型添加剂等人类健康重大相关物质的理论发展和实际应用,具有极高的价值。
该研究方向以缓控释及靶向给药系统的载体及材料为研究对象,研究、设计、制备微胶囊、脂质体、微乳等载药系统及材料,研究新型药物载体的结构与药物释放、生物相容性等的关系,以提高药物的稳定性、生物利用度,达到高效长效、降低毒副作用、改善病人用药顺应性等目的。
该研究方向采用溶剂蒸发相分离法,成功制备了SOD微胶囊、免疫球蛋白微胶囊、蜂胶微胶囊、番茄红素微胶囊、蜂花粉微胶囊、阿莫西林微胶囊、盐酸酚苄明微胶囊等。对各类物质微囊化的最佳配方、反应时间、温度,搅拌速率等重要工艺参数,实现了优化。
该研究采用逆向蒸发结合高压均质的新工艺制备了高稳定性的纳米级脂质体,并设计了新型脂质体中试设备。采用不同合成方法制备的热敏水凝胶不仅可用于缓释材料,也可以用于活性物质的分离,为进一步开发及应用奠定了研究基础。
最后,基因与酶工程
该研究方向以基因技术和基因工程为手段,研究核糖核酸酶及其他天然活性酶的基因表达、重组蛋白和基因改造等,以提高酶的活性,并研究酶在生物转化、生物医药及其他工业方面的应用。
三大研究方向鼎足而立,支撑起了生物化工学科与制药研究所。研究团队侧重于天然药物生产的下游技术,重在解决生物制药、天然药物由实验室小试到工业化放大过程中的关键技术问题,尤其是新型分离技术和制剂技术在中药现代化生产中的应用研究,这是基于林强教授等人理论与应用并重的科研理念。生物化工学科本身就在生物技术产业化过程中起着关键作用,而林强教授从促进首都生物工程与新医药产业发展的高度出发,一向强调科研成果产业化,在科技成果转化与校企合作等方面做出了很好的示范。
成果转化:多领域应用
林强教授长期从事天然产物分离工程与技术的研究,并注重将科技成果产业化,最典型的莫过于壳聚糖及壳寡糖的研究开发与应用。
壳聚糖及壳寡糖对普通人而言是极其陌生的概念。但事实上,作为近年来国际上迅速发展的高科技产品,已被国外科学家誉为与蛋白质,脂肪、糖类、维生素、矿物质并列誉为人体第六生命要素。壳聚糖是用虾壳、蟹壳等原料制备的天然无毒高分子材料,经过酶降解后可以制备低分子量壳寡糖。壳聚糖可广泛应用于农业、医药、造纸、日
化,食品,保健等领域,还可用于生产膜材料、吸附剂、水处理剂、纺织助剂等。壳寡糖更被誉为“软黄金”和“人体清道夫”,可以降血脂、降血压、抗癌,排除体内自由基,提高机体免疫力,减肥美肤,延缓衰老,对现代文明病有着惊人的防治作用。
林强教授长期从事壳聚糖及其衍生物的研究制备,发明了纤维素酶一双氧水法制备低聚壳聚糖及纤维素酶降解结合膜法制备低聚壳寡糖工艺,已获得两项国家发明专利。目前,该项研究已进入产业化阶段,被列为北京市教委科技成果转化专项――壳寡糖生产工艺中试及应用推广,将重点在保健食品和植物生长促进剂方面进行应用推广。这一项目符合首都生物新医药产业发展规划,可以促进首都高科技农业和环保型绿化的需求,发展前景广阔。
以分离工程与技术为中心,林强教授并没有固步自封,而是以开阔的研究视野,在相关领域取得了一系列成就,并最终落实到应用推广和产业化过程中,取得了良好的经济效益和社会效益。
2008年,林强教授主持的另一项目――可生物降解的绿色复合缓蚀阻垢水处理剂及制备方法再次被列为北京市教委产业化支持项目。水处理剂用于石油、化工、电力等部门大量使用的循环冷却水系统中,但传统的含氮、磷水处理剂存在着严重的结垢、腐蚀等问题,不仅效率低下,而且造成水体富营养化和水环境的极大破坏。因此,推广使用无磷、无氮或低磷、低氮的绿色水处理剂是必然趋势。林强教授主持的该项目在原有发明专利“一种可生物降解的绿色复合缓蚀阻垢水处理剂及其制备方法”的基础上,进一步优化水处理剂的制备工艺,促进项目推广应用,不仅对节水、节能降耗、保证工业生产安全发挥了重要作用,有着显著的经济效益而且为建设绿色北京、和谐环境做出了重要贡献,具有良好的社会效益。
近几年来,林强教授还主持了北京市教委“利用分子蒸馏技术从大豆脚油中分离纯化植物甾醇”、彩虹工程“停车保护用绿色缓蚀剂研究”等项目,参与“十一五”国家科技支撑计划重点项目――“全生物分解塑料的产业化关键技术”课题五――“食品包装用生物分解塑料的成型加工和应用技术”的开发研究。
特别需要指出的是,林强教授将科研与人才培养结合起来。在北京市教委倡导的高校人才强教计划――创新人才建设项目中,林强教授通过两个重点科研项目――“乌头总碱脂质体的制备及其稳定性研究”与“壳聚糖对中草药次生代谢过程的影响”,很好地锻炼了青年骨干教师,为建设梯队合理的师资队伍、培养青年科研人员做出了重要贡献。
加强校企合作,也是生物化工学科建立伊始就确立的产业化传统。多年来,林强教授带领研究所先后与河北九派药业公司、河北天下康药业有限公司、武警总医院、天势生物波研究所等企业密切合作开展多种新药及工艺研究。研究所与河北九派药业公司合作开发了钆喷酸葡胺新制剂项目的研究;与河北天下康药业有限公司合作,改进附桂骨痛片的生产工艺,开展了绿原酸提取纯化及中药材指纹图谱标准化的研究;与武警总医院中西医结合科、天势生物波研究所等研究单位合作,开展新型治疗糖尿病、新型抗癌天然药物研究等。
林强教授领导下的生物化工学科,注重理论与应用的紧密结合,形成了一些具有较大应用价值的发明专利。目前,除壳寡糖及绿色水处理剂制备工艺外,已经获得的授权发明专利还有:外科用液体敷料、峰胶微囊的制备方法、牛初乳免疫球蛋白微囊化的制备方法、低甲醛释放量脲醛树脂制备方法,另有盐酸酚苄明-乙基纤维素缓释微囊制备方法、超氧化物歧化酶微胶囊制备方法等发明专利处于公告期。
多年来,林强教授还完成了“NIPA/SPAPS共聚水凝胶的合成与性能”、“多孔性热敏水凝胶P(NIPA-co-SMA)的合成及性质”,“玉米须多糖提取方法的比较研究”、“SP825大孔吸附树脂分离提取苦参碱研究”、“熊果苷脂质体制备研究”、“无机陶瓷微滤膜处理虫草菌丝体粗多糖溶液研究”等科研项目,这些成果多是与生产中亟需解决的重大问题相关。
林强教授对科研成果产业化的重视不仅体现在研究过程中,更体现在对学生的培养中,期望在更广远的层次上贯彻理论与应用并重的科研理念,可谓用心良苦。
体制创新:立体式教学
多年来,林强教授不仅在科研领域取得了卓越的成绩,还多次获得“三育人”先进教师、北京市优秀青年骨干教师等称号。在多年的教学实践中,形成了独特的教学理念。根据制药工程专业的特点,在理论教学中,他注重采用启发式教学方法,培养学生独立思考问题和解决问题的能力;在实践教学中,他制定了一套中药制药工艺实训教学方案,并编写了部分实训教材及教学大纲,开创了具有一定创新性的制药工程专业教学模式――立体式教学。
这一教学模式的建立,既是林强教授自身理论与应用并重的科研理念的体现,也与北京联合大学的办学宗旨――“发展应用性教育、培养应用性人才、创办应用型大学”相一致。作为立体式教学支撑的,是联大的两大教学改革亮点工程――“百草园”与生物化工实践教学中心。
林强教授认为,要培养技术应用型人才,就要突出学生实践能力的培养,因此需要加大各种实践课程的比例。他积极倡导建立了与教学相结合的中药“百草园”,为教师的教学提供了中药材实物照片和标本,为学生提供了野外中药实习机会,使学生在实践中掌握专业知识,使课堂教学生动形象。如今,“百草园”已成为融校园绿化、教学、科研和生产于一体的综合性园地,成为著名的联大一景。
“百草园”是制药工程专业的校内实习基地,同时,林强教授还联系建立了五个校外野外实习基地一天津蓟县九山顶、北京雾灵山、河北安国中药材种植场,安国长安药行、安国中药材GMP提取车间。实习基地的建立融教学,科研、交流、实验、实训于一体,并在此基础上建立了教学互动网络数据库,尤其是其中的实践教学图片库,使制药工程专业的教与学进入了一个全新的模式。
“百草园”是制药工程专业的校内实习基地,同时,林强教授还联系建立了五个校外野外实习基地――天津蓟县九山顶、北京雾灵山、河北安国中药材种植场、安国长安药行、安国中药材GMP提取车间。实习基地的建立融教学、科研、交流、实验、实训于一体,并在此基础上建立了教学互动网络数据库,尤其是其中的实践教学图片库,使制药工程专业的教与学进入了一个全新的模式。
生物化工实践教学中心是联大生物化工学院的另亮点。近年来,先后建成制药工程实验室、生物工程实验室、化学与分析实验室和中试实训基地。其中,实训基地包括精细化工柔性系统、制药工艺系统、药物提取系统、仿真中心等,能部分满足首都八个行业――生化、制药、石油、化工、冶金、轻工、日化、食品――的培训要求。集教学、科研为一体的GMP固体制剂车间与“百草园”齐名,给学生创造了良好的实训、实验条件,同时还吸引了北京化工大学、首都医科大学、北京中医药大学等学校制药工程专业的学生到该车间进行实习,在北京地区产生了较大的影响。
可以说,林强教授开创的立体式教学模式创造性地完成了三个教学走向――从封闭走向开放、从单科走向综合、从校内走向校外,突出了制药工程专业的实践性、应用性,使学生具有较强的超前适应能力,已发展成为一门系统,独立的实践性教学体系。这一模式对于我国高等教育具有一定的借鉴意义和很好的示范作用。
关键词 生物工程专业;实习基地;产学研合作
中图分类号 G420;G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)22-0334-01
生物工程是利用生物体系、应用生物学、化学和工程技术相结合的方法,按照人类的需要改造和设计生物的结构与功能,以便更经济、更有效地为人类提供所需产品或达到某种目的的技术,是生命科学从实验室研究通向工业生产的桥梁。生物工程专业就是要培养具有生命科学基本知识,掌握生物技术及其产业化科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论、基本技能,能在生物技术与工程领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。而实习则是专业培养过程中的一个极其重要的必备环节,是将基础理论、专业技术知识和实际应用相结合,实现学生理论与实践能力提升的必经之路。因此,如何设计配置一批结构合理、稳定高效的实习实践基地,构建基于浙江大学宁波理工学院特色的实习教学体系是顺利做好这一环节,实现专业培养目标的关键所在,也是摆在每所高校面前的一项重要课题。
1 实习基地建设现状及存在的主要问题
目前,大多数院校生物工程专业实习主要分为认识实习、生产实习和毕业实习3个子环节,认识实习主要以到生产企业实地考察为主,主要目的是熟悉设备、生产线、工厂布置、仓储物流、“三废”处理等,对相关产业有一个直观认识;生产实习主要是深入企业生产或研发一线,具体参与到岗位中,实现理论与实践的结合;毕业实习以设计或者实验研究为主,以一定的任务为目标,通过综合的、系统的、细致的设计、研究或操作达到学以致用、锻炼提高的目的。认识实习和生产实习主要在实习基地完成,毕业实习主要在校内完成[1-2]。
为了做好这一环节,浙江大学宁波理工学院进行了广泛调研,发现目前生物工程专业实习基地建设中主要存在以下几个问题:一是学校与实习单位缺乏长效的合作利益机制,企业参与积极性不高。企业通常以生产任务紧、环境条件要求高、技术保密、有安全隐患等理由拒绝接受学生实习,造成学生实习基地不稳定、实习流于形式等。二是校内实习基地建设严重滞后,学生培养过分依赖外部基地条件,实习安排被动。主要是领导重视不够、费时费力、教师参与积极性不高等原因造成的。三是经费不足。学校通常会按人头拨款,总体标准相对较低,难以满足实习需要的开支如交通费、讲课费等,影响了实习单位、实习时间和实习地点选择,往往难以达到预期效果。四是学生参与热情不够。主要由于实习单位与学生预期有反差,实习浮于形式难以深入,内容及形式过于陈旧、实用性不强、吸引力不高等。
2 以产学研为依托的专业实习基地构建
浙江大学宁波理工学院创建于2001年,现建有省重点学科、市重点实验室、校企联合实验室、分析测试中心、生物化学实验室、微生物实验室等专业实验室,总面积约2 000 m2,设备价值近5 000万元。生物工程专业已有12年的办学历史,拥有较好的师资和办学基础,建有发酵工程、酶工程、细胞与基因工程、生物分离工程、生物制药工程、生物材料等涵盖生物工程上、中、下游技术的各创新实验室,先后获批市重点专业和省重点专业,负责实施了多项校企合作项目,近3年科研经费1 000余万元,产学研基础较好,与宁波天邦股份有限公司、宁波海通股份有限公司、宁波立华制药有限公司、宁波市海洋与渔业研究院、宁波市环境监测中心、杭州娃哈哈集团等数十家企事业单位建立了较好的产学研合作基础[3]。
为破解制约实习基地建设的瓶颈,课题组进行了认真调研分析,立足学院特色,提出了构建以产学研为依托的专业实习基地的建设思路,逐步构建了依托产学研合作的生物工程专业实习教学体系。
2.1 校内实习基地建设
以生物工程创新实验、专业实验室、生物化学实验室、微生物实验室等为主要依托,建立生物工程专业校内实习基地。一是选定20~30种生物工程实验常用仪器设备,由指导教师带领分组介绍,作为低年级学生专业实习第1课,要求学生熟悉并掌握每一种仪器的用途、原理、使用方法,并形成一份完整的《实验室常用仪器设备认知报告》。二是将生物工程专业学生分成若干小组,进入生物化学等实验室协助教师进行实验准备工作,整理维护实验室仪器设备,进行药品分类和预备性实验等,为期1个月,之后进行有序轮换,使学生对四大实验室仪器设备使用及教学内容有一个较深入的认识,为学生实验技能提升和今后从事相关工作奠定基础。三是以小组的形式,将生物工程专业学生分散到各专业教师研究室,协助教师开展科研和产学研合作项目,让学生与教师之间进行双向自主选择,以提高学生学习兴趣,增强实践动手能力和分析问题、解决问题的能力。四是以“导师制”为基础开展毕业实习,学生在导师指导下,相对独立地完成既定任务。五是校内实习基地向有关企业开放,开展交流合作和人员培训等。
2.2 校外实习实践基地建设
以市内外生物工程企业和相关科研机构为依托,构建生物工程专业校外实习实训基地。首先制订科学合理的专业实习计划,在产学研合作紧密的单位中选择工艺典型成熟、内容丰富、生产运行稳定、重视研发、交通食宿方便的优秀企业,遵循“专业对口、互惠互利、稳固发展”的原则,建立长期稳定的合作关系,签订校外实习基地合作协议书。然后根据生物工程专业特点,建立起涵盖生物产业上中下游的,涉及细胞工程、发酵工程、蛋白质工程、基因工程、酶工程等领域的原料生产、环节控制、品质管理、“三废”处理的实习流程。为学生提供形式多样的认识实习、生产实习、毕业实习的实践教学,充分调动学生的学习兴趣。在实习中,改变过去教师讲、学生练的传统方式,实行“传、帮、带”在岗技能训练。通过认识实习,了解实习单位基本概况、产品分类和产品用途,主要设备的原理、结构和作用,生产的安全知识和管理等相关知识;通过生产实习,建立工程概念,让学生在整体了解企业的基础上,进入到企业主要生产线的各个工段,进行现场实习,学习掌握企业生产原理、生产工艺、生产流程、生产组织、生产设备和操作控制知识等,建立起市场、信息、质量、成本、效益、安全、环保等意识,培养劳动观念,树立爱岗敬业的精神[4]。
2.3 完善与拓展实习基地功能
2.3.1 加强基地实习实训机制建设。建立负责人和技术人员的沟通机制,定期进行基地回访,了解实习基地生产运行状况;建立企业人员兼职从教机制,从企业聘请资深技术人员作为兼职教师,除正常授课外,还可以参与专业发展规划、教学计划的编制等,与实习基地共同编制实习教学大纲和建立稳定的实习内容实施体系,包括内容实习、分组跟班、提高效果的措施等;建立校外实习反馈机制,校外实习基地及时把学生实习中存在的问题反馈给项目小组,便于进行实践教学改革,提高教学质量;与基地企业建立起深层次的合作关系,双方在人才培养、科学研究、技术革新、技术开发与推广、设备支持、学生就业等各领域深入合作,建立责任共担、利益共享的合作模式,明确企业与学校之间在课题选择、实验研究、生产过程、学生工作中的责任与利益关系。
2.3.2 依托实习基地,构建毕业实习和毕业论文新模式。以产学研合作课题为切入点,安排一定数量的同学走出校门进入企业和研究部门,完成毕业论文;通过深入基地,进行完全现场环境的实践训练,建立校内校外“双导师”的培养机制,在老师和基地技术人员的共同指导下完成毕业设计,切实达到理论与实践相结合的目的[5]。
2.3.3 利用实习基地资源,加强“双师型”教师的培养。把实践基地建设和宁波市青年教师培训计划结合起来,有意识地安排青年教师到实习实训基地亲自参与企业生产与管理,以增进他们对生产现场和生产过程的了解,强化工程意识和实践经验,培养出兼具理论水平和工程实践能力的“双师型”人才。
3 结语
专业实习是一个涉及面广、环节复杂的过程。以产学研为依托构建专业实习基地和实习教学体系,是基于该学院特色的一种行之有效的模式,是一种多方共赢的人才培养途径。在这一模式中,良好的产学研合作为专业实习提供了适合的场地、先进的生产线、充足的课题来源、优秀的指导教师,还能在一定程度上弥补实习经费的不足,提高学生参与实习的兴趣。校企的合作得到了加强,相互的交流得到了提升。高校发挥了技术和人才优势,内部资源得到了充分的挖掘和利用,获得了长期稳定的实习基地;实习单位通过高校的科研和培训平台,提升了新产品、新工艺开发的能实力,挑选了符合自身发展的苗子;学生开拓了视野,深入到科研与生产的一线学习锻炼,提高了专业技能。
4 参考文献
[1] 吴兰,陈明华,薛喜文.生物工程专业本科生生产实习的改革与实践[J].实验室研究与探索,2008,27(11):125-126,132.
[2] 余旭亚,李涛,纳海莺.提高生物工程专业生产实习质量的实践和思考[J].化工高等教育,2006(3):62-64.
[3] 杨洋,韦小英,白先放,等.建立生物工程专业“工学集合”实习基地的实践[J].实验室研究与探索,2009,28(3):128-130.