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【关键词】生物制药实验 系统设计 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2015)19-0044-02
生物制药产业迅猛崛起,生物医药产业化发展急需应用型创新人才。我国目前的各类制药企业大多数是混合制药企业,既有生物制药,又有中药制药,江苏省制药企业的情况也类似,因此生产本身要求技术人员应该掌握生物制药技术,还需在天然药物制药技术、生物化工技术、微生物及酶工程等方面具有很好的知识结构,才能满足中国特色的生物制药产业对人才的需求。为此对本专业学生的培养目标是:使学生具备扎实的生物制药和制药工程专业理论知识和实践技能,能在生物技术制药、生物工程、化学制药及天然药物产品开发等领域从事科学研究、技术开发、工艺设计、产品质量控制、经营管理及药物营销等方面工作的应用型高级专门人才。所以一个合格的本科毕业生不仅要掌握理论知识,而且更要掌握一定的操作和创新技能。
生物制药实验是我院面向生物制药专业的一门重要的基础实验课。通过本门课程的教学,希望本专业的学生能了解掌握生物制药和制药工程相关的实践技能,具备能够利用现代生物技术从事药物研究的能力,为将来开展生物技术制药、化学制药及天然药物产品开发等领域方面的研究及工作打下良好的实验基础。同时基于南京林业大学的特点,本实验课程的开展将重点关注林源药物。为了实现这个目的,我们对该实验课程的教学内容、手段及方法进行了一些改革尝试。
一 根据实际选择合适的实验内容
结合生物制药专业的特点、本校的特色和实验室的基本条件,在大三第二学期开展了生物制药实验,具体包括了药用蛋白的重组表达、药用蛋白的分离纯化及检测、重组溶菌酶的制备、细胞培养、天然产物体外活性检测、真菌多糖的制备及鉴定、林源黄酮或挥发油的提取及测定等实验,涵盖了生物工程、药学、生化和生物学等方面。整个实验是按照教学计划分为两部分:第一部分为基础实验;第二部分为自主设计实验。在实验的第一阶段主要是依据教学计划开展基础实验,使学生获得生物制药的基本理论及基本实验操作技能,也为第二部分设计实验奠定技能操作基础。例如通过药用蛋白的重组表达,使学生们掌握基因表达所需要的元件、真核表达系统与原核表达系统的特点及区别、提高外源基因表达量的方法、包涵体复性的方法及重组菌发酵的要求等方面的内容。再如,通过开展药用蛋白的分离纯化及检测,使学生们掌握蛋白纯化的方法及各种方法的优缺点,药用蛋白所需达到的纯度及其检测方法等。基础实验的开展是基于传统实验教学模式,具有目的明确、容易上手等优点,通过完成不同的实验使学生获得开展生物制药实验的基本原理和实验技能,但也有其不足:(1)每次实验的内容和操作程序都是教师规定好的,学生按照规定的内容和程序进行实验,不能充分调动学生学习的积极性和主动性;(2)大部分实验结果明确,学生分析问题和解决实际问题的能力得不到充分发挥;(3)由于有些环节是教师准备的,学生只是熟悉了部分关键环节,缺乏对整个实验过程的全面了解。
针对开展基础实验的不足以及根据高等学校培养高素质人才的需要,结合南京林业大学的特色及实验室条件,为调动和激发学生的学习兴趣、积极性和主动性,培养学生自主创新能力及独立从事科研活动的能力,给学生一个充分展示能力的空间和舞台,我们开设了一些自主设计的综合性实验。主要开设真菌多糖的制备及鉴定和林源黄酮及挥发油的提取及测定两个自主设计实验。例如林源黄酮或挥发油的提取及测定,学生需要根据自己的兴趣,从校园里选择一种植物对其黄酮类物质或挥发油展开研究。这就要求学生首先进行文献查阅,其次根据文献设计实验方案,初步方案完成后,由指导老师根据实验室条件及实验方案的可行性提出修改意见,根据教师的修改意见,学生进行修改并完成实验方案。通过自主设计实验的完成,使学生的独立创新能力得到展示,初步体会到什么是科学研究,为其今后从事科学研究打下基础。
二 对学生的能力培养
1.生物制药相关知识点的学习和操作能力的训练
本科专业的学生通过理论学习,对生命科学的一些知识点有了初步的了解,但是对于具体是什么,却没有完整的认识。例如,植物活性物质的提取,在学生进行实验以前,都是课本上枯燥地介绍各种活性物质的性能,提取方法及如何检测,学生对其了解不深。但通过活性物质的提取实验,学生第一次看到自己提取的黄酮、生物碱等活性物质,就会对这些物质的结构和性质有直观的了解。总之,通过第一部分的实验训练,可以帮助学生加深对知识的理解和记忆,同时通过基本的操作,也获得了某方面的实验技能。
2.智能的培养
智能是心理和操作、实践与应用、过程与方法的综合体,实验是手脑并用的实践活动,是培养学生创造能力、观察能力的最有效途径。生物制药实验课的第一次课就把实验改革的总体思路告诉学生,让学生明确思想,做好准备。但由于学生刚刚接触制药实验,对生物制药的理论及应用还缺少认识,因此第一阶段部分主要是进行规定实验的内容,并通过这一阶段的学习,使学生获得生物制药基本知识、基本理论及基本实验操作技能。为设计实验奠定理论基础和技能操作基础。通过第二部分设计实验的完成,使学生的独立创新能力得到展示,初步体会到什么是科学研究,使学生分析问题和解决问题的能力得到较快的提高。
3.人格的培养
通过实验,学生能认识到科学研究的严谨和实事求是,在任何实验中,只有遵循正确的实验方法和步骤,才能达到既定的实验目的,任何侥幸心理都不会获得很好的实验结果。通过实验,学生还能正确地面对失败,科学研究不可能每次都成功,每次都能获得很好的结果,经常要面对失败,这就能锻炼学生不气馁的性格。另外,实验需要团队协作,所以需要学生有良好的团队意识。
三 改进实验教学中教师的角色
1.教师是实验的指导者
在实验教学前应设计好学生实验提纲,提供必要的实验资料,在实验教学中力求创设一种探索的情境,不断提供信息、点拨方法,帮助学生解决学习中的疑难。对学生提出的问题,教师可不先解答,而是鼓励学生进行思考,并鼓励学生相互讨论有关实验的问题,共同寻求解决方法。
2.教师是实验的合作者
教师要把自己放在和同学同样的心理与知识水平上,表现出强烈的好奇心和求知欲,参与到学生实验中,一起动手,一起讨论。
3.教师是探究情境的创设者
为学生营造自由的学术氛围,心理自由的氛围,使学生能结合实验进行想象,挖掘学生的创造潜能,所以教师要善于提问、质疑,抓住学生所关心的实验重点、难点和疑点。
4.教师是心理医生
在探索学验中,失败是经常的。要培养学生承受失败的能力,要让学生认识到每个科学实验都是经过无数次失败才成功的,培养学生正视失败、克服困难的精神。当学生实验失败时,要耐心地分析其失败原因,并利用失败对学生进行心理方面的指导。
四 严格考核制度
考核是教学过程的一个重要环节,同时实验课程成绩的评定方式对学生的学习情绪和认真程度有一定的影响。要明确实验教学目标,建立明确的当堂评价方案;重视课前检查;加强对实验过程的督导。主要考查学生的自学能力、观察能力、实验能力、思维能力和表达能力。课程的成绩以学生基本技能掌握的熟练程度、分析问题和解决问题的能力以及实验报告的质量等为主,要结合学习态度、纪律、协作精神等进行评价。在实验全部结束时,将考核内容如离心机的操作技术、植物提取设备的搭建、缓冲液的配置、蛋白浓度的测定、细胞的传代、天平操作技术、消毒与灭菌技术等编号,让学生抽签进行单人考核,并当场写出实验报告。
通过以上改革,应该能极大地调动学生学习的热情和主观能动性,使教学质量有较大的提高,也为后期实验课程的开展和将来毕业论文的顺利完成提供了保障。
参考文献
关键词:高职院校 信息化背景 生物制药 教学改革
课题:本文系校级教改课题,项目名称樾畔⒒视屏下生物制药专业教学攻略。
一、高职生物制药专业课程的特点
生物制药是医药产业与高新生物技术结合而形成的高技术产业。高职院校生物制药专业课程具有如下特点:知识面广、内容抽象复杂,学生理解有难度;课程涉及设备价格高、体积大、难维护;仪器设备型号多,通用性、兼容性差;实训过程涉及有毒、有害物质,产生废气、废水等;教师示范操作覆盖面小。长期以来,生物制药类课程大多以教师的理论讲授为主,学生被动学习。
二、高职生物制药信息化教学策略
信息化教学就是在信息化环境中,师生借助现代教育媒体、教育信息资源和教育技术方法进行的双边活动。信息化教学过程具体体现在教材多媒体化、教学个性化、教学资源全球化、学习自主化、教学环境虚拟化等方面。
1.教材多媒体化
生物制药专业教材多媒体化是指利用计算机多媒体使抽象的内容具体化、枯燥的理论趣味化、静止的事物动态化,变微观为宏观,化复杂为简捷。例如生物化学、微生物学、遗传学等专业课程大多从分子水平研究生物大分子的结构与功能,内容抽象,学生理解起来有一定的困难。传统教学大多通过语音描述、空间想象来讲授,无法直观展示。信息化教学逐步将教材多媒体化,呈现出声音、图像、视频、动画及三维模拟的景象,恰当地表现和揭示知识的内在规律,开拓了学生获取信息的视觉通道,丰富了学生的空间知觉表象,同时提供了多种记忆编码方式,有利于学生对生物制药知识的记忆。
例如,细胞工程中的细胞培养,传统教学中,教师通过挂图、教学模型等手段讲授知识,效率低、效果差。通过多媒体技术,可以将动物细胞或者组织的获得、培养过程、注意事项等生动形象地展示出来,并配有解说和动画,点击相应的操作步骤,电脑会语音提示并演示相应的操作。还可以动态的形式伴随动听的音乐,反复播放操作要点,抓住学生的注意力,促进学生对学习内容的理解和掌握。
2.教学个性化
教学个性化就是依据学生的认知水平、兴趣、能力及需要有针对性地施教,以达到个性发展、因材施教的目的。但现有的班级授课制使教师的因材施教很难落实到每位学生。目前,生物制药专业根据专业需要安排了几门必选的专业课程,除此之外,学生拥有很大的自由度,可以根据自己的情况选择一些相关课程,甚至跨学院选课。另外,在选课时,学生可上网浏览课程简介、授课内容、开课时间、授课教师等信息,教师的教学特点、教学方法、考核办法等都有详细的介绍,学长对该课程评价也可供选课参考。在课程学习上,学生可通过电脑或手机登录学校的网络平台,自学完成教师布置的习题,测评系统可以进行批改并反馈。对于答错的题目,如果学生不能自行解惑,可以在线交流讨论。教师、学生借助交流平台实现互动。教师还可根据反馈的学情,有针对性地录制微课,重点解决突出的疑难点。例如生理学实验课程,许多实验仪器的操作和动物解剖过程需要教师示范,但是由于学生数偏多及课时数有限,很难满足所有学生的学习。为了解决这个问题,教师可录制相应的微课,详细示范,在操作过程中讲清楚注意事项,并将微课上传至校园网络课程,在实验前让学生观看学习、领会掌握。教师在课堂上有针对性地帮助学生解决疑难问题。通过信息化网络技术,先学后教,学生从被动接收、理解、掌握知识转向主动获取、运用知识,每个学生都能获得个性化教学。
3.教学资源全球化
信息化的教育资源通过网络能够实现全球共享。网上的教育资源有许多类型,例如专业网站、公开课、电子书刊、虚拟图书馆等。网上教育资源虽然较多,但适合本专业的高职高专的中文信息资源严重不足,直接影响了教学效果。为此,笔者学校开发了各专业的专题网站,针对生物制药专业的实际教学情况,有目的性、有针对性地开发建立了微生物学、人体生理学等课程的网上学习资源。同时,注重吸收学科发展的前沿内容,用更直观、浅显的形式向学生介绍新内容。在教学中,要及时关注教学信息反馈,针对情况修改和完善相应的课件。开发网上教育资源,需要教师、社会部门,特别是教育部门的共同努力。
4.学习自主化
以学生为主体的教学思想,可以通过信息技术支持下的学生自主学习来实现,个性化、智能化的多媒体课件为学生由被动的知识接受者向学习主体转变提供了便利条件。在学生自主化学习过程中,教师的角色是“导演”,而不是“演员”。
教师要传授给学生借助网络平台自主学习的方法,要让学生明白他们不是孤军奋战,而是有团队同心协力在一起学习的。学生在遇到问题或困难时可通过请教教师、同学或小组互助学习等多种途径解决。通过这些教学环节,在信息化时代学生的自我更新与自身培养,最终会让学生认识到“鱼”与“渔”的区别。自主化教学对培养学生在实际工作中的学习能力和终身学习的意识都大有裨益。
5.教学环境虚拟化
传统教学受到空间、时间的限制,而信息化教学的重要特征是通过教育环境的虚拟化,为教学活动提供更广阔的空间和时间。在生物制药专业教学中,由于药物生产原理、工艺都不尽相同,生产设备型号多,通用性差、兼容性差,更新换代快,资金的相对紧缺使得学校很难投入巨额的仪器设备更新资金。一些实验实训原料、中间过程及终产物是有毒、有害物质,产生废气、废水等危害人体健康,教学中,教师示范操作覆盖面小,影响教学效果。在制药企业进行的实验实训,由于环境、卫生和安全等要求,学生能实操的机会较少,更多是听讲座或参观,很难对工程实践环节进行全面细致的了解。可见,生物制药专业理实一体的教学理念在实践中很难完全落实。仿真实验仪器和虚拟仿真实验室是将计算机技术、虚拟仪器技术相结合的一种全新的实验方式方法。仿真实验能替代部分实际实验项目。通过计算机软件系统对实验教学进行观察、分析,并且分析处理实验结果,特别是人机交互功能,几乎能够完全呈现出真实的实验氛围。这对生物制药专业提高教学质量、降低办学成本有着重要意义。例如,生理学实验课程中的许多实验操作要求和难度非常大,没有医学基础的高职学生很难做到。仿真软件可模拟一些高难实验,例如,蛙心灌流实验可以通过软件轻而易举地模拟蛙心的离体、引流管的插入、体液循环、各种药物的输入影响等。通过操作青霉素发酵仿真实习系统,土霉素发酵仿真实习系统,气相色谱仪、高效液相色谱、全自动小型发酵罐等模拟系统,学生学习了一般实验室中很难接触到的仪器设备,达到了教学目的和要求。模拟演示能够避免实际操作中的各种危险因素和环境,学生能够大胆探索,通过模拟能够有效提高学生的分析问题和处理问题的能力,并进一步解决实践环节教学资源短缺、实践经费不足、设备更新困难等问题。
关键词: 生物药物 生物技术 发展策略
一、生物药物概述
生物药物是借助于微生物培养技术或生物工程,生产出具有生物活性的蛋白质药物。生物药物与一般性药物的主要区别在于:生物药物包含生物遗传特性,将生物体的遗传差异性通过不同的核酸组成呈现出来,使得生物药物可以应用于治疗一些传统药物无法治愈的疾病,如心脏病、糖尿病、心脑血管疾病等。生物药物具备广泛的功能性,在对生物药物的有效性和安全性进行评估时,要根据药物本身的结构特征,建立科学、准确的生物药物安全管理制度,确保生物药物治疗疾病的效果。
二、生物药物的研究和发展现状
生物药物技术的本质就是利用生物基因信息学,构建具备药物功能性的细胞培养株,从而利用多种活性蛋白和酶对疑难病进行治疗,这是生物药物技术的研究目的。生物药物由于技术的创新性较强,同时具备较高的经济附加值,因此受到国内外医学领域的高度重视。生物药物不仅是能耗较低的绿色经济,还可以为国家带来长期经济增长点,因此,世界各个国家都将生物药物的研究和发展确定为国家高新技术扶植对象。
我国生物药物研究工作正处于快速发展时期,生物药物研发是一项结合基因工程、生物技术、计算机技术等多领域的综合性学科。我国政府将生物药物技术作为国家优先扶植的产业,鼓励技术创新,拓宽生物药物在医学领域的治疗范围,提升生物药物与现代医疗手段的协同作用水平,提高我国医疗服务质量。我国对于生物药物的发展战略主要是针对技术的自主研发能力进行重点突破,立足创新,加强市场需求导向,力争将我国生物药物研发与生产行业建立为我国重要的高新技术行业。
三、生物药物的研究与发展策略
生物药物的发展是将生物基因理论与制药工程相联系,利用生物基因工程对人体基因组的研究结果,使得生物药物可以应用于治疗疾病。人类基因组的破解为生物药物的发展提供可能,利用基因组中已经获得的功能型基因结构,运用生物克隆方式表达,从而获得生物基因的功能型蛋白或核酸,借助计算机技术对克隆出的生物蛋白结构和功能性进行分析,并对功能型蛋白进行结构修饰和排列组合,筛选出具备药物特性的蛋白结构。生物药物的研制就是将结构基因通过生物培养技术和蛋白质技术,对具有生物药用价值的基因进行克隆表达,从而获得可用于医学药物的功能型蛋白结构。
对于功能型基因结构的鉴别是生物药物的研制过程中的关键环节,是生物药物是否具备功能性和安全性的重要保障。目前,国内外对于生物功能基因结构的鉴别还缺乏相应技术,尤其是功能型基因靶点的确定是现代生物药物研究的关键课题。如果单纯运用生物技术很难获得准确结果,就要将生物信息学与基因学相结合,利用基因学中对人体基因组的研究成果和生物药物作用机制,准确定位功能型基因靶点。同时,可以结合计算机模拟结果,对功能型基因的药物作用效果进行预测,完成药物作用节点与基因结构的对接。当前,生物药物的研究策略主要可以包括四个方向:一是建立人类基因组信息库,从生物功能性入手对具备药物活性的蛋白或酶进行校对并且进行克隆,经过生物活性分析和功能筛选获得可用于生物药物的蛋白结构;二是应用生物活性分析、PCR技术、噬菌体展示技术克隆纯化功能性蛋白,将蛋白基因组成作为生物药物研制的主要依据;三是利用基因合成技术,设计能够阻碍治病基因合成过程的寡核苷酸;四是利用基因克隆技术合成能与致病基因相互作用的蛋白,通过药理作用研究筛选出可以用于制备生物药物的蛋白结构。
四、生物药物的研究与发展前景
生物蛋白工程技术的发展为生物研究提供新的发展方向,基因打靶技术与基因改组技术使功能性蛋白药物的种类和用途更广泛。通过基因工程技术可以增强生物药物的活性和稳定性,延长生物药物在病灶组织中的作用时间,降低药物与人体的免疫抗性。例如,天然胰岛素在注入人体后,由于胰岛素会在人体中进行酶化反应,生成多聚体后改变蛋白残基结构,延长胰岛素进入血液循环系统的时间,削弱注入胰岛素的治疗效果。如果采用生物基因激素对胰岛素中残基结构进行修复,就可以减少胰岛素的聚合反应从而促进胰岛素生成,有效增强治疗效果。
目前,生物药物技术的发展方向可以划分为五种,分别是功能性基因治疗剂、可溶性蛋白药物、抗体药物、单克隆抗体与疫苗。随着生物药物技术的发展,预期在2020年,单克隆抗体将成为治疗肿瘤疾病、皮肤疾病与神经系统疾病的有力措施,统计数据显示,截至2012年,世界单克隆抗体总销售额超过250亿美元,这个数据将随着单克隆抗体技术的发展进一步提高,由此可见,单克隆抗体技术已经成为生物药物领域最具代表性的技术。
值得注意的是,生物药物由于容易受到人体新陈代谢环境的影响,与人体多种消化酶相互作用导致药物活性下降,这就需要在治疗期间频繁注射药物,延长治疗周期,给患者身心带来不利影响。如何改善生物药物的半衰期是该技术的重要研究方向,可以通过增加药物的化学修饰,或添加酶抑制剂等方式减缓人体对生物药物的酶化作用,以增强药物的治疗效果。随着生物技术的快速发展,生物药物的研究与发展将在21世纪为人类提供更多的健康保障。
参考文献:
[1]吴梧桐,王友同,吴文俊.21世纪生物技术与生物制药[J].药物生物技术,2011,8(1):1-31.
关键词 生物技术 创新型 创业型 人才培养
中图分类号:G424 文献标识码:A
21世纪是生物的世纪,我国目前无论是生物技术的研究及产品开发人才,存在严重不足。在用人单位求贤若渴的同时,大量生物技术毕业生却不能找到合适的岗位,校园里以传统教学方法培养出来的应试人才不能满足企业对人才的要求。随着国家高等教育改革的不断深化和当今社会发展对人才的需求,高等院校培养人才的目标和模式也面临挑战。生物技术是应用型学科,与日常生活及生产实践联系密切,因此,如何培养学生的动手能力及创新意识,要在本科培养计划中扮演重要角色,同时要提供良好的条件和各种实践平台,让学生多接触社会,了解社会,为日后的创业撒下种子。近年来,我们结合湖北省“战略产业人才培养计划”,对生物技术创新创业型人才的培养模式进行了探索与实践,并取得一定的经验,现总结如下,供相关同行参考。
1 明确的目标定位
江汉大学生命科学院生物技术自成立以来就以服务武汉,立足湖北,面向全国为己任,并围绕“武汉国家生物产业基地”的建立和发展需求,培养符合武汉及周边地区生物技术企业要求的应用型创新创业人才。近年,我院生物技术专业成功申报了“湖北省战略产业人才培养计划”,更明确了“创新型”,“创业型”作为我院生物技术人才的培养目标。
2 弹性的学分制教学
科学合理的课程体系是实现培养目标,构建学生知识结构和综合素质的前提和保障。根据国家高等教育发展的趋势和要求,经湖北省教育厅批准,学校于2011年开始实行学分制改革,我们同步参考国家对生物技术专业的培养方针,结合本学院学科发展的特点,采用弹性学分制原则,学生按要求修满学分即可申请毕业,学习年限在3~5年弹性变动。同时,对以往教学计划中的理论课程进行了优化和整合,注重引导学生根据自身情况和特点,主动设计和选择主攻方向,给学生更大的自主选择空间。在专业课中,主干课程作为专业必修课程学分占全部学分的26%;专业选修课学分占总学分的22%,并根据学院师资队伍及科研特色,将设置的专业选修课分为生物农业技术、生物技术制品两个方向的模块课程供学生自主选择,同时保证每个模块中供学生选择的课程科目学分两倍于学分要求,每门课程选课人数超过专业人数1/3即开课。
3 过硬的教学质量
教学质量是人才培养的核心环节,我们每年都会结合学科发展趋势和学院特色,全面修订教学大纲,更新和调整教学内容。其别注意课程内容整合,明确每门课程的讲授内容和范围;同时注意相关课程之间内容的衔接,授课教师间的定期备课交流,避免出现一些学科交叉知识点的重复学习;每年要求教师修改讲授内容,努力做到当年学科新知识及前沿动态在课堂教学内容上有所体现。在课堂教学方法改革中,鼓励教师进行各种形式的探索,如“研讨式”“PBL式”等各种不同形式的教学方法被广泛用于课堂教学中,改变了过去传统的“填鸭式”“满堂灌”的教学方法。在很多专业课程的学习中,改变了期末考定成绩的传统方式,小组讨论,辩论赛,口试,专业综述写作,外文翻译等不同环节被引入最后成绩评定中,并占有一定比重;同时在期末考试中尝试开卷考试,注重考查学生根据已经掌握的知识及使用参考资料,发现,分析,并解决一些专业问题,同时提出自己的想法和设计相关实验,而不是简单地考几个需要死记硬背的知识点。通过近几年的实践,学生学习热情和兴趣被充分调动,课堂气氛活跃,对所学知识的把握能力也更强,在学习过程中发现问题,分析问题,想办法解决问题也成为一种学习习惯。
4 加强实验教学
所有实验项目进行整合和更新,制打破传统割裂式教学,起用模块式实验教学,构建新的实验教学体系,把教学实验分为基础性实验、综合性实验和研究性实验。注重各门相关学科专业知识之间的交叉渗透、而且有利于学生创新思维能力的培养,促进了实验教学方法的改进、实验设备的综合利用,进而推动实验室管理体制的进一步完善。其中基础性实验160多学时,包括微生物学,生物化学,遗传学等传统生物学实验。综合性实验包括2个,共140学时:一个为80学时的生物技术大实验,涵盖了生物信息学,基因工程,分子生物学,免疫学,等理学科目的知识,内容丰富,集众多学科知识交叉融合;一个为生物工程类大实验,共60学时,集合发酵工程,微生物遗传与育种,生物技术中下游技术,化工原理,生物制品工艺学等工科类学科知识。通过这2个综合性实验,使学生学会通过利用不同学科知识和实验的融合来完成某个具体实验任务,培养其对所学知识和实验操作能力的融会贯通能力;同时,学生可以通过第一个生物技术大实验体会类似企业和科研院校进行研发工作的过程,通过工程类实验,初步了解生产和研发部门工作的区别。研究性实验是以学院教师科研方向为依托,学生根据自己研究兴趣,选择相关实验项目,在教师指导下,完成相关实验。通过基础实验,综合实验和研究性实验三种不同层次和培养目的实验项目的开设,使实验教学实现既对学生进行实验技能的全面培养,又尊重其个性特点发展的目标。
5 增加实践环节比重
开展实践教学不仅有助于学生加深对本专业知识的理解,更重要的是可以让学生理论联系实际,在实践中应用和进一步把握专业技能,同时,开阔视野,了解在校园里学到的知识如何运用于生产中,为将来胜任本职工作打下基础。我们整个实践部分环节占总学分的30%。实践环节分为必修和选修两种,必修为集中性训练,包括以下几个实习环节:(1)野外实习,学生到野外实习基地两周,学习辨认各种植物和动物及制作标本,熟练使用植物检索表和动物图鉴,初步学会撰写调查报告;(2)科研训练,以教师科研团队为依托,学生自主选择实验室和导师,课余时间分组进入实验室,以小组为单位申报科学研究项目,完成开题,实验及答辩。旨在开阔科研视野,提高科研兴趣;同时培养学生动手能力,创新性意识、分析和解决问题的能力;(3)专业实习:分校内基地和校外基地分别进行,校内实习基地安排学生进行啤酒发酵、食用菌栽培、肥肝鹅养殖、试管苗的繁育等。校外实习基地安排学生进行生产劳动、顶岗实习、岗位技能训练等。培养学生认真负责的工作作风、良好的职业道德和素质。(4)生产实习:在校外实习基地进行。生物制药方向实习要求学生进入相关企业,熟悉部分生物制品的典型工艺流程和主要设备、参与主要工序的操作过程;生物农业方向要求学生能通过实习期间的学习和实践,熟悉动植物种苗的繁育技术、参与现代化、集约化、标准化的都市农业生产。(5)毕业实习:毕业实习与毕业论文相结合,在校外、内实习基地进行。培养学生综合应用所学知识和技能独立解决实际问题的工作能力、同时也是对本科四年所学习的知识和培养能力的一种综合检验。此外对于有余力的学生还设置了课外创新创业项目实践,学生通过参加开放性实验,学生科研创新项目,学生创新创业项目,教师科研项目等方式也可以获得一定选修学分。通过这一系列实践活动,使学生逐步了解自己所学知识和技能在社会上该如何找切入点,同时也培养了他们良好的沟通协调能力和团队精神。
6 加强院企合作办学
鉴于毕业生就业基本选择武汉地区相关企业,学院教师科研项目也与相关企业保持密切的合作关系,学院与多家企业建立战略合作关系。邀请企业中的工程师和专家共同开发和承担与企业生产实际密切相关的新课程,如GMP质量管理、食品卫生检验、农作物新品种选育与种子生产等,供学生选择学习;经常邀请企业家到学院进行相关讲座和交流,从企业的角度给予学生专业导引;院企双方积极共建实习实践基地,让学生有机会到企业进行生产实践、企业科研和岗位技能训练;通过与企业的深度合作,使学生能深入了解企业文化及对人才的需求,更加明确自己的发展方向,在学校和企业提供各种学习,实践机会中快速成长,将自己培养成符合企业要求的专业技术人才。
综上所述,地方本科院校培养的生物技术人才,应该在自己办学背景的条件下,充分发挥自己的特色,在本科四年的各个教学环节中培养学生创新能力和创业意识,使培养出来的学生不仅拥有扎实的学科知识,很强的动手能力和综合素质,同时还具备一定创新能力和创业热情。
本文受湖北省教育厅教学研究项目《生物技术专业产业人才培养体系的探索与实践》(2011248)项目资助
参考文献
[1] 韩新才.高校生物技术专业应用型人才培养机制创新.武汉工程大学学报,2010.32(10).
[2] 布日额.构建生物技术创新型人才培养模式的初步探索与实践.内蒙古民族大学学报,2010.16(5).
[3] 段德君.创建国家生命科学与技术人才培养试验区的探索与实践.高等农业教育,2010.3.
关键词:酶类药物,生物制药,治疗应用,研究进展
目前,酶作为药物的应用越来越广泛。供治疗用的酶通常指一组用于治疗疾病和改善医疗状况的生物催化剂。酶作为药物有两个突出的特点:(1)酶与底物具有高度亲和性和特异性;(2)酶可以把底物转化成所需的产物,且副作用较小。这两个特点使得酶区别于其他所有类型的药物,也使酶成为有价值的治疗工具,为治疗多种严重疾病提供了一个广阔的现代生物药物应用平台。
治疗用酶有利的动力学性质是低Km和高Vmax,这使其在非常低的浓度和底物浓度下即能达到最大效率。治疗用酶已在医学领域中得到了广泛的应用,药物研发及生物技术在过去20年的进步,极大地促进了治疗用酶在治疗一系列罕见和常见疾病上的应用。利用合成生物学、蛋白质组学和基因组学对酶进行改造,不仅能使其催化出我们想要的手性药物分子,还能极大地促进治疗用酶的开发[1-3]。目前,治疗用酶被广泛应用于遗传性疾病、心血管疾病、胃肠道疾病、癌症等疾病的治疗[4-7]。酶制剂药物被认为是一个不断增长的市场,到2020年预计将超过55亿美元。
图1介绍了治疗用酶的相关应用。
1治疗用酶的来源
治疗用酶广泛来源于动物、植物和微生物。早期研究中的酶是从动物和植物中提取而来。酶的来源决定了酶的方便性、成本和回收过程。由于受到经济可承受性和规模化制备可行性的影响,一般更倾向于对微生物来源的酶进行商业化开发。通过重组DNA(rDNA)技术,在遗传水平上对微生物进行操作可以获得更好的菌株,从而改善酶的质量或特性,并获得更高的产量[8-9]。在基因重组技术中,克隆所需蛋白质的cDNA,然后将克隆的cDNA插入到表达载体中,利用表达载体转化大肠杆菌,使其过表达,最后纯化表达的蛋白。其中,产量、质量、生产时间和提取方便是构建合适的重组酶表达载体的关键参数。目前,多种表达体系已经被建立,包括细菌、真菌、哺乳动物、植物或昆虫细胞等[10]。
在基因工程的图1治疗用酶的广泛用途及代表性酶[4-7]
Figure 1 Wide range of therapeutic enzymes and representative enzymes[4-7]
帮助下,理想的蛋白质可被大量生产出来,从而满足酶工业的需要。迄今为止,重组DNA技术已经产生了上百种具有治疗性的酶制剂[11]。
2酶作为治疗药物的应用
治疗用酶现在已经成为许多重大疾病的有效治疗药物,如先天性缺酶症的治疗、血栓与冠心病的治疗以及抗肿瘤治疗等。据不完全统计,已在临床使用的酶类药物已经超过近百种,而酶类药物的制剂品种已经超过700种,图2中介绍了部分治疗用酶的治疗作用机制。
2.1癌症治疗
治疗酶在癌症中的应用涉及两种主要类型:肿瘤所需氨基酸代谢酶和前体药物转化酶。代谢酶被用来消耗肿瘤细胞所必需的氨基酸,从而抑制肿瘤生长;转化酶被用于在肿瘤细胞中将前药转化为细胞毒性药物,进而杀死肿瘤细胞。
2.1.1L-天冬酰胺酶
L-天冬酰胺酶是一种四聚体酶,能催化氨基酸L-天冬酰胺的水解。大多数正常的人类细胞都能够合成L-天冬酰胺,但某些恶性肿瘤细胞却不能合成,必须通过血液获得。因此,利用L-天冬酰胺酶代谢L-天冬酰胺,使恶性肿瘤细胞无法获得生长必需的天冬酰胺,从而抑制其生长[12]。L-天冬酰胺酶可以从各种各样的微生物(酵母、真菌、细菌)中提取,其中细菌来源的L-天冬酰胺酶应用较多[13]。
L-天冬酰胺酶在临床上对急性淋巴细胞性白血病、淋巴肉瘤细胞性白血病及粒细胞性白血病的疗效比较好,对黑色素瘤也有一定作用[14]。其中,L-天冬酰胺酶对儿童的急性淋巴细胞性白血病效果较为突出,有效率为85.2%,完全缓解率为57.8%[15]。但使用L-天冬酰胺酶也存在一定的副作用,主要包括严重的过敏反应、恶心、呕吐、发烧、肾功能和肝功能受损等[16-17]。L-天冬酰胺酶与聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)偶联后可大大减少过敏反应,经少量梳状PEG衍生分子PM13和PM100修饰的L-天冬酰胺酶,在降低免疫反应的同时还能保持较高的酶活性[17-18]。此外,L-天冬酰胺酶还可与其他细胞毒药物合并应用,例如其可与长春新碱和皮质类固醇等药物联合来治疗急性淋巴细胞性白血病[18]。
2.1.2精氨酸脱亚胺酶
精氨酸脱亚胺酶(arginine deiminase,ADI)是一种能将精氨酸分解成瓜氨酸和氨的酶。正常情况下,体内精氨酸可由细胞自身的尿素循环酶即精氨酸代琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶合成[19],但具有代谢缺陷的某些恶性肿瘤,如黑色素瘤、肺癌、前列腺癌和肝细胞癌则经常缺乏这些酶[20-22]。由于上述肿瘤细胞的生长依赖于环境中的精氨酸,所以ADI可用于治疗这些精氨酸营养缺陷型肿瘤。ADI被认为是一种比L-天冬酰胺酶好的白血病治疗药物,因为ADI对精氨酸具有高度特异性,不转化其他氨基酸,而L-天冬酰胺酶则是以天冬酰胺和谷氨酰胺为底物,在降解谷氨酰胺时会产生一些导致副作用的有毒物质[23]。ADI可从化脓性链球菌、类链球菌和支原体中提取到。
ADI虽然有较好的肿瘤杀伤力,但由于其强抗原性和循环半衰期短(半衰期为4 h),在体内效果不明显[24]。经过20 kD聚乙二醇(PEG-20)修饰的ADI能够避开循环和驻留巨噬细胞,延长ADI半衰期并降低免疫原性。Feun等经研究指出,随着循环时间的增加,ADI-PEG-20在体内外均对精氨酸代琥珀酸合成酶阴性的癌细胞显示出了强大的抗肿瘤效果,Pheonix药物公司目前正在进行用ADI-PEG-20治疗晚期肝细胞性肝癌(II/III期)和黑色素瘤(I/II期)的临床试验,其中在肝癌治疗中已进入Ⅲ期临床[25]。此外,还有相关报道将ADI-PEG-20作为胰腺癌放射治疗的辅助手段,也可用于多形性胶质母细胞瘤及胸椎癌(间皮瘤和非小细胞肺癌)的治疗[23,26-30]。Cheng等通过蛋白质工程改变了PpADI(来自Pseudomonas plecoglossicida的ADI)突变体M31表面的氨基酸残基,将PpADI M31表面的4个精氨酸替换成赖氨酸,为其PEG图2部分治疗用酶的治疗作用机制
Figure 2 Therapeutic mechanism of partial therapeutic enzymes
注:A:L-天冬酰胺酶将L-天冬酰胺水解成L-天冬氨酸,从而阻止L-天冬酰胺供养肿瘤细胞;B:精氨酸脱亚胺酶将L-精氨酸水解成L-瓜氨酸,从而阻止L-精氨酸供养肿瘤细胞;C:谷氨酰胺酶将L-谷氨酰胺水解成L-谷氨酸,从而阻止L-谷氨酰胺供养肿瘤细胞;D:苯丙氨酸氨解酶将苯丙氨酸降解成反式肉桂酸,从而减少苯丙氨酸在体内的积累;E:葡糖糖氧化酶将葡萄糖氧化成葡萄糖酸和H2O2,从而达到杀死肿瘤细胞的目的;F:犬尿氨酸酶将犬尿氨酸水解成L-丙氨酸和邻氨基苯甲酸,从而激起人体免疫系统攻击肿瘤细胞;G:羧肽酶A将甲氨蝶呤-苯丙氨酸前药水解成甲氨蝶呤和L-苯丙氨酸,恢复甲氨蝶呤的细胞毒性.
Note:A:L-asparaginase hydrolyzes L-asparagine to L-aspartic acid,thus preventing feeding of L-asparagine to tumor cells;B:Arginine deiminase hydrolyzes L-arginine to L-citrulline,thus preventing feeding of L-arginine to tumor cells;C:Glutamine hydrolyzes L-glutamine to L-glutamic acid,thus preventing feeding of L-glutamine to tumor cells;D:Phenylalanine aminolyase degrades phenylalanine into trans-cinnamic acid,thus reducing the accumulation of phenylalanine in the body;E:Glucose oxidase oxidizes glucose into gluconic acid and H2O2,so as to kill tumor cells;F:Kynureninase hydrolyzes kynurenine into L-alanine and anthranilic acid,so as to stimulate the human immune system to attack tumor cells;G:Carboxypeptidase A hydrolyzes methotrexate phenylalanine prodrugs into methotrexate and L-phenylalanine,and restores the cytotoxicity of methotrexate.
修饰提供初级胺[31]。经研究得出通过将299和382位的精氨酸替换成赖氨酸(PpADI M36),使PpADI M31的聚乙二醇化位点的平均数量从大约12个上升至大约20个,经聚乙二醇修饰的PpADI M36在人血清中的半衰期得到显著提升(PEG-M31:3.2 d;PEG-M36:4.8 d)[31]。
2.1.3谷氨酰胺酶
谷氨酰胺是一种参与多种代谢和能量转换的关键氨基酸,是哺乳动物体内主要的氮转运体,在能量产生方面起主要作用[32]。对癌细胞代谢的研究发现,致癌基因或肿瘤抑制基因的许多突变增加了参与谷氨酰胺代谢和摄取蛋白的表达,表明谷氨酰胺供应与肿瘤增殖之间存在很强的相关性[33-34]。因此,在氨基酸耗竭疗法中,谷氨酰胺酶似乎是一种适合的药物。
由于谷氨酰胺酶的稳定性差和Km值高,单纯的谷氨酰胺酶在体内外对肿瘤的生长和增殖均无明显抑制作用,但是从假单胞菌(Pseudomonas)7A中分离的谷氨酰胺酶与天冬酰胺酶联用时能治疗对天冬酰胺酶产生耐药性的淋巴瘤,对各种白血病也有一定的疗效[35]。
2.1.4前体药物激活酶
抗体导向酶-前体药物疗法(antibody-directed enzyme prodrug therapy,ADEPT)是一种利用转化酶作为癌症治疗剂的策略。在这种方法中,前体药物激活酶与单克隆抗体偶联,携带着酶到达肿瘤细胞[36],无细胞毒性的前药在该酶的催化下将转化为细胞毒性药物,从而特异性地破坏癌细胞。这种方法正被用于发现和开发以激活前药的肿瘤靶向酶为基础的癌症治疗药物。有文献报道,经过修饰的羧肽酶A可以激活前药甲氨蝶呤-苯丙氨酸的活性,用于结肠癌的治疗[37]。人类β-葡萄糖醛酸酶也是一个有吸引力的酶类,其能激活前药葡萄糖苷酸[38]。
2.2先天性缺酶症的替代治疗
代谢途径中所涉及的酶的缺陷与许多病理条件有关。在这些情况下,为了弥补酶活性的损失,人们采取了各种策略,包括使用酶替代补充治疗(enzyme-replacement therapy,ERT)或药物分子伴侣作为结构稳定剂[39]。由表1可知,美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)已经批准了多种酶制品作为孤儿药物(用于预防、治疗、诊断罕见病的药品),用于治疗多种遗传性缺酶症。有关孤儿药物治疗缺酶症的应用研究,我国开展得不多,值得引起重视。
2.2.1苯丙酮尿症
食用菌味道鲜美,营养丰富,具有很高的食药用价值,被人们称为“保健食品”,为国内外消费者所青睐。随着社会的进步,经济和科技的发展,食用菌的生产和消费都得到了快速发展,食用菌产业呈现出显著的经济与社会效益。目前,高校生物类专业纷纷开设《食用菌栽培学》这门课程,面向农村培养既具有扎实理论知识又具有熟练操作技能的实用性科技人才。然而,传统的食用菌栽培学内容相对比较枯燥,实验内容比较单一,难以激发学生的兴趣和主观能动性,因此,食用菌栽培学教学改革势在必行。笔者在总结了相关院校教改的基础上[1-4],对本院食用菌栽培学进行了相关教学改革,旨在与同行交流,共同提高食用菌栽培学教学效果。
一、充分调动学生积极性,让学生参与到课堂当中
让学生了解到从事食用菌行业是很有前景的,我们国家资源丰富、农村闲散劳动力比较多,非常适合发展食用菌行业,尤其我们牡丹江地区生态条件优越,素有“林海雪原”和“天然植物基因库”之称,在发展食用菌产业上具有得天独厚的生态优势。
绪论的讲解对于培养学生兴趣非常重要,一定要充分调动学生的积极性。让学生了解到食用菌味道鲜美,营养丰富,除了可以炒着吃,拌着吃,还可以将提取出的多糖放入糖果和饮料中,从而发挥保健作用,食用菌还可以做出很多美味,国宴上也经常出现。除了具有食用价值外,食用菌还具有很重要的药用价值,在提高人体免疫力,预防和治疗肿瘤方面引起国内外学者广泛关注。
教师可以利用假期实践时间,带学生参观食用菌基地,让学生了解食用菌的种类,生长特性,培养学生兴趣,还可以将食用菌企业家、菇农做报告的经典视频播放给学生,培养学生的学习热情。牡丹江地区定期举办黑木耳节,可以带学生多参与这类活动中,让学生开阔眼界。
另外,教师要起到表率作用,教师上课一定要有激情,要言之有物,这就需要教师课后多查阅食用菌国内外相关文献,开阔思路,把握食用菌研究热点,这样才能吸引学生的注意力,带领学生积极参与到食用菌课堂当中,讲课内容应通俗、易懂,将教学与科研相结合,把从事的相关科研带入到课程讲解当中,培养学生兴趣,同时,积极针对课堂教学进行反思。实验课内容结合理论讲授内容进行,然后让同学们针对实验遇到的问题进行反思讨论。理论课内容比较枯燥,如果纯粹由教师讲授,学生容易走神,可以采用讨论式教学法,课前把要讲授的问题布置给同学们,让大家课后查阅相关资料,课上教师提问,然后针对学生的讲解情况,教师进行补充和概括总结,这样能保证学生全员参与课堂,确实能通过课堂有所收获。同时,教师应重视学生提出的问题,能解决的问题当堂解决,不能解决的问题,积极查阅资料,帮助同学解决,在这个过程中,教师自己的知识储备量也进行了扩充,并积极进行探索,有助于更好地把握课堂。
二、针对不同专业学生,授课内容有所区别
目前,生物类很多专业都开设了《食用菌栽培学》这门课程,我们应通过这门课程的讲授和实践操作,确实让学生掌握食用菌栽培技能,既对理论知识有所掌握,又要提高学生的动手能力,但授课内容根据专业不同又有所区别。
师范专业的学生,以后从事教师行业会比较多,所以还是应该注重培养其把握课堂的能力,运用讨论式教学法,课前给学生多布置思考题,让学生大量查阅资料,课上以学生讲授为主,教师进行引导和总结,并把其回答问题能力、课堂讲授清晰度作为平时成绩,鼓励所有的学生都参与到课堂当中。同时,让学生大量查阅食用菌相关资料,了解食用菌发展史,食用菌食药用价值、食用菌美食、食用菌典故等,每次课前10分钟时间,让学生进行PPT讲解,这对师范专业学生是一种锻炼。
生物技术专业的学生,主要培养其动手能力,让其全程参与到食用菌栽培和管理过程中,从菇房进行消毒处理,母种、原种、栽培种培养基制备及接种,野生食用菌驯化,及栽培过程温湿度管理,食用菌病虫害防治,以及食用菌子实体采收,让学生全程都参与其中,并对学生进行分组,3-4人一组,让学生根据自己的兴趣选择要栽培的食用菌种类,然后查阅文献,了解其生长所需的生理条件,以小组为单位撰写开题报告,教师通过后可以开始实验,整个过程要学生自己准备实验材料,教师全程参与指导,在这个过程中,既锻炼了学生动手能力,还培养了学生团队合作精神。
园林专业的学生除了要培养其动手能力外,可以结合其所学知识,让学生参与到灵芝等食用菌盆景制作当中,让其发挥想象力,做成不同形态的灵芝盆景,并为其取名字,既能美化环境还能帮助我院创收,除了灵芝以外,其他品种像金针菇、白灵菇、平菇、榆黄菇也可以制作盆景,把菌袋放入花盆中,食用菌盆景放在家里除了可以美化环境,还可以食用,只要每天注意喷水,注意温湿度,几天就可以种出一盆食用菌,可以采收食用,然后继续进行管理还可以多次采收食用。在进行小区绿化设计时,可以结合食用菌覆土栽培,将食用菌引入到小区部分规划当中,形成一个新的特色。
生物制药专业的学生除了培养其动手能力,让其学会栽培食用菌外,还要进行食用菌药用价值的研发,提取制备食用菌代谢物,如木耳多糖等,研究其在预防肿瘤、治疗高血压等疾病方面的应用。
生物检验专业的学生除了培养其动手能力,让其学会栽培食用菌外,还要进行食用菌子实体重金属残留,药物残留等检测分析,以及生物抑菌剂研发,解决药物残留的问题,确实保证食用菌无公害栽培。
三、开放实验室,鼓励有兴趣的学生课外参与食用菌科研活动
学校食用菌基地将不同食用菌分在不同区域内种植,这样可以对每种食用菌单独控制温湿度,让其在最适宜温度下生长,同时,可以实现反季节栽培,食用菌基地从菌种制作、病虫害防治、温湿度控制、出菇管理到后期食用菌子实体销售、子实体烘干压缩包装,以及多糖等代谢物提取制药,学生可以全过程参与,并给学生提供勤工助学的机会,这样学生不仅对专业知识进行了巩固,锻炼了动手能力,还赚取了生活费,尤其现在就业形势不好,如果学生掌握了食用菌栽培技能,对于以后自己创业也提供了一定条件。
鼓励学生参与到大学生创新创业活动中,对于考研的学生,鼓励其参与大学生创新活动,比如从食用菌发酵产物中提取抑菌物质,制作生物农药,或生物抑菌剂,在整个实验过程中,学生积极思考,既锻炼了动手能力,还查阅了文献,提高了分析问题的能力,对于考研,开展科研活动都是很好的锻炼。对于打算就业的学生,鼓励其参与到大学生创业活动中,让学生真正掌握食用菌栽培技术,并形成体系,从产到销,学生过程参与管理,老师可给予指导,这对于培养学生能力,及毕业后就业和创业都是一种锻炼。
四、改变考核方式,对学生进行全过程考核
考核方式变更为全过程考核,成绩分为几部分:课堂表现20%,根据学生参与课堂讨论,回答问题情况给分,不参加课堂活动的这项没有成绩,鼓励学生全员参与到课堂互动中。论文20%,给学生布置任务,查阅相关食用菌文献,尤其是英文文献,让学生自己撰写论文,老师帮助修改,如果能发表的话,对提高学生自信心,调动学生积极性都有很大的帮助。理论考试30%,根据理论课学习,教师布置试题,主要考查学生基础知识掌握情况。实验考核30%,对整个实验过程进行考核,先给学生分组,3-4人一个小组,以小组为单位,从查阅资料准备实验,开题报告,整个食用菌栽培管理环节到最后出菇采收,包括后期根据专业不同设置的不同实验。通过全过程考核,让学生真正学会栽培食用菌,并有所收获。
针对“学术型医学硕士研究生的招生规模日益扩大,学生的培养质量远远没有能够跟上数量发展”的现状,本文通过探索实践“政产学研”合作框架培养学术型医学硕士研究生的教育模式,为学生搭建了实践平台,提高学生对于参与市场实践的积极性,培养其创新思维与创新能力,有力地增强了学术型医学研究生的创新力和核心竞争力。
[关键词]
政产学研;合作教育;学术型医学研究生;创新教育
研究生教育属于高等教育的最高层次,随着我国研究生教育的快速发展以及人才强国理念的不断深入,对于研究生的培养质量问题也越来越成为社会关注的热点和焦点[1],因为其培养的质量直接关系到国家科学研究的发展、知识结构的创新以及学术水平的提升[2-4]。因此,在研究生教育过程中,将研究生的培养质量作为重中之重,努力为我国社会主义建设事业培养出更多的高素质人才,这是研究生教育工作者应当着力解决的主要问题[5]。但随着社会的发展,硕士研究生的招生规模也日益增大,学生的培养质量远远没有能够跟上数量的发展,因此研究生的教育也面临着前所未有的挑战[6],那么,如何保障并进一步提高硕士研究生的培养质量,是现阶段教育工作者亟需解决的难题[7,8]。从2010年6月国务院所颁布的《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》中可以看出国家已经开始了对于产学研合作培养教育的重视,可以说,经过这些年产学研合作教育的发展,其理念和实践已经逐步获得了国家高等院校的广泛认可[9]。而“政产学研”合作教育是在“产学研”合作教育的基础上,又加入了政府和相关政策调控,政府、企业、高校、科研机构等不同部门在功能和资源上优势协同互补,以企业为主体市场为导向,围绕人才市场的需求,形成资源上的强强联合,从而有效的改善高等院校研究生教育,形成科学研究成果和当今实际社会需要之间的联系和互动[9-11]。对于学术型医学硕士研究生来说,基于政产学研合作教育框架培养有着特殊的时代意义,为学生搭建了良好的实践平台,不仅能够有效的提高了学生对于参与市场实践的积极性,也培养了学生创新思维与创新能力,有力地增强了学术型医学研究生的创新力和核心竞争力。本研究依托于牡丹江医学院的医药研究中心,利用此研究平台进行科学研究、技术研发以及社会实践等,探索政产学研合作框架培养学术型医学硕士研究生的教育模式。现报道如下。
1教育模式开展方式
1.1建立政产学研联合培养基地
在牡丹江市主管部门的领导下,与牡丹江友搏药业有限责任公司、黑龙江黑宝药业股份有限公司、牡丹江灵泰药业股份有限公司等合作,在牡丹江医学院医药研究中心建立政产学研联合培养基地。牡丹江医学院医药研究中心是黑龙江省抗纤维化生物治疗重点实验室、黑龙江省北药工程技术研发中心、黑龙江省高校组织损伤与修复重点实验室、黑龙江省生物制药技术创新服务平台所在基地,以此平台为载体,培养研究生的科研能力、创新意识以及医学、生物等相关实验技能,着重解决生物技术药物科研成果转化瓶颈,对基础研究成果进行优化和工程化,加速科研成果转化效率。
1.2研究生到药厂锻炼
自2012年开始每年挑选5~8名优秀硕士研究生到合作药厂实习锻炼,反响较好。这些研究生不仅参与了生产车间、质检等方面的工作,还参与企业申请了多项基金项目及国家专利,使研究生的综合素质的到进一步提高,主要获益包括一下几个方面:第一,强化研究生创新精神和创业能力。在参与药厂的实际工作中,接触到大量技术和管理实际问题,锻炼了研究生的发现问题、分析问题、解决问题的能力,使学习学习意识、创新意识进一步提高。第二,使学生认识到学校培养与进入工作单位之后的区别,通过具体的工作,适应了团队合作、不同部门协作以及上下级之间的沟通等,拉近了研究生与社会现实的距离,真切感受到自身的不足与差距,增强了学习动力。
2优势与不足
2.1政产学研联合培养的优势
我国目前的研究生教育存在一个很大的问题是许多研究生在毕业参加工作后发现自己在研究生阶段所从事的学习或者是研究与实际工作脱节,因而产生读研无用的看法[12,13]。开展政产学研合作教育的根本目的为了寻找各个领域对于人才培养的一致性需求,形成一个互惠互利、优势互补的合作基础,让学生的培养工作从理论到实践、由单纯的人才培养到社会实践应用的一体化的培养模式,以期达到互利互赢的效果[14]。学术型医学类研究生的就业方向通常为高校、研究所、药厂等,因此为增强学生就业的竞争力,开展政产学研合作教育是十分必要的。开展政产学研合作教育模式,将学生知识资源的获取的渠道,不仅仅是来源于课堂,更可以通过政府、科研单位、药厂企业等多个部门来获取,避免了教学方法和手段局限性。在校内外优势资源整合的合作教育中,学生可以直接接触并参与到研究所、药厂企业的产品开发、行业管理、生产经营等一系列社会实践过程中,及时了解当前行业中最新的技术、工艺方法以及相关的理论知识信息,将在校内学习的教学内容与社会实际应用相结合,以便更好地学以致用。政府方面主要发挥自身指导作用,为医学院校、研究所、药厂以及其它研发机构或用人单位提供培养和合作的良好的政策环境;研究所、药厂方面提供最新的人才需求方向的信息,为医学院校在研究生培养计划、课程设置、教学内容和方法等提供咨询,并选派一些企业中高、精、尖的技术人才参与到指导研究生学习的过程;研究所和药厂与医学院校还可以积极开发合作项目,并让研究生直接或间接参与标书的撰写、项目的开展等工作,在此过程中研究所和药厂等相关用人单位应及时向学校反馈研究生参与的科学研究的实际情况,并对学生本人知识结构、创新能力以及综合素质等方面给予综合评价,使学校可以不断改进和提升创新合作教育的方式、方法与内容,有力的促进了教学改革。研究生培养与社会需求的有机对接,有利于大力发展学生的对社会适应的能力、开发学生的创新潜能。基于政产学研合作框架的学术型医学研究生教育有着特殊的时代意义,为学生搭建了实践平台,提高学生对于参与市场实践的积极性,培养其创新思维与创新能力,有力地增强了学术型医学研究生的创新力和核心竞争力。将这些具备实践经验和研发能力的研究人员充实到企业或科研院所,可极大地加速科研成果转化效率及节约生产企业生产成本,提升科研成果及产品的市场竞争力。
2.2政产学研联合培养存在的问题及反思
近年来我国的研究生教育发展很快,无论是招生规模还是在校学生人数都迅速增加[15,16],但也因为研究生人数的快速增加伴随而来许多问题,如培养经费和科研经费的短缺、教学资源逐年减少以及毕业生的就业率逐年降低等,使研究生教育的发展空间愈来愈小[17]。同时,教育方式、方法及目标比较单一、学生适应能力不强等问题也日益突出。目前,尽管各个部门、领域都已经认识到了“政产学研”联合共同培养研究生的重要意义,但是具体的合作方法或模式仍处于探索阶段[17],虽然在既有的实践工作中取得了一定的经验[18],但仍存在许多问题:第一,各领域在合作过程中的职权划分不明确,由于市场经济体制还不完善、针对医学研究生政产学研合作的起步较晚等原因,到目前为止还未形成一套成熟的能够长期、稳定、完善、制度化的运行机制;第二,合作单位对于培养学术型医学研究生的培养目标存在差异性,并且相对应的培养方案、课程设置以及评价体系也未完整建立。第三,合作单位性质构成不合理,尤其是在经济欠发达的地区,科研院所、药厂等机构企业单位较少,使这种合作教育模式开展并不顺利。当今世界经济发展迅猛,我国的研究生教育也正面临着新一轮的挑战和发展机遇[19]。政产学研合作教育已成为我国高等教育中适应信息化社会发展的需要,以及推动研究生教育信息化建设的客观要求[20]。如何将“政产学研”教育与学术型医学硕士生的培养结合起来,如何将其纳入学术型医学研究生的培养体系,应当作为一个整体系统给予重视和研究,是学术型医学研究生培养体系需要拓展和反思的空白点,也是一个值得尝试和探索的创新点。
作者:武艳 袁晓环 刘洁婷 郭艳芹 张春雷 初彦辉 单位:牡丹江医学院
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[关键词]区域知识战略 跨组织知识转移 因果模糊性 契约关系
[分类号]G350
马歇尔1890年在《经济学原理》一书中讨论了区域集聚的三点正面效应:信息和知识溢出、劳动力市场外部效应和亚当斯密专业分工。Henderson(2001)介绍了其理论和实证延伸,认为知识溢出在知识经济的时代背景下影响愈发重要。在区域知识战略框架中研究知识溢出,特别是能显著加强区域架构知识的跨组织知识转移,分析组织间知识转移的模式,可以为区域决策者提供分析和操作工具,影响知识流转,进而影响知识创造、获取的动机和能力,从整体上优化区域知识系统。
1、区域知识战略
Tallman等(2004)将集群视为能产生和保持竞争优势的超级“企业”,其中的组织在分享优势资源的同时,又具有差别化的个体资源;Henderson和Clark(1990)将(个体)成分知识和(整体)架构知识的区别从企业层面推广到区域层面。与成分知识相比,架构知识更为系统化、更具内生性、因果关系更为模糊、路径依赖性更强、可转移性更弱,是区域内各层次和各类主体间的游戏规则,形成于长期的互动与影响之中。区域架构知识与跨组织知识转移互为因果,对知识向区域外流动产生过滤作用。
知识溢出等外部效应是对区域知识进行战略管理的理论基础之一。Cooke(1999)将知识溢出效应总结为企业间、员工问和社区内在共同知识基础上形成的快速的正式和非正式沟通。“惯例社区”概念就是为了彰显同一环境的社会氛围(Brown和Duguid,2001)。区域知识管理者的角色是将外部收益内部化,使创造外部收益的主体能够受益。内部化可能是静态的,也可能是动态和跨期的(Rauch 1993)。更明确地说,区域知识管理者针对市场失灵,适度运用政策、财税、平台等干预手段,优化资源配置,形成区域内知识创建、获取和分享的良性系统,构建区域知识体系和知识品牌,提升区域竞争优势。
2、区域内的跨组织知识转移与区域知识战略
“经济地理学者认识到知识交换(通过技术溢出、非正式交流、人员流动等)对区域集群的竞争优势至关重要”(Tallman等,2004)。区域集群存在的重要基础就是知识创造和使用能力的群体性加强,这种能力一旦步人良性循环,就会吸引新的进入者,从而进一步加强区域集群的知识基础,通过网络效应回馈区域内的原有主体(Maskell,2001)。在信息通讯技术发达的今天,地域性因素仍然具有不可替代的作用,面对面交流是因果模糊的核心知识转移的关键途径。
在区域战略运作中,知识战略的切人角度为知识经济、创新、创意产业、研发、专业服务业等,通过知识互动交流产生的区域知识体系,是建立和保持区域竞争力的关键一环。区域管理者的思路是多元化的,如建立系统的区域创新体系,设立科学园区和孵化中心(Lambooy,2005)。其中,跨组织知识转移是核心变量,比如根据Lehrer(2005)的观察,科学驱动型的高科技行业中(如生物技术),主要的知识转移方向是从学院到企业,而市场开拓型的高科技行业中(如计算技术),知识转移主要发生在企业之间。忽视组织间知识转移的特性,区域集群政策会造成资源配置次优,甚至影响市场机制的正常运转。
3、区域内跨组织知识转移的影响因素――因果模糊性和契约关系
影响组织间知识转移的因素是认知能力和行为动机的衍生变量,粘性(stickiness)概念在文献中有时反映的是两者,有时只反映前者,本文中粘性概念排除动机因素。在知识管理和厂商理论的相关文献中,可以找到两个概念对应认知和动机,即因果模糊性和契约关系。本文中采用这两个概念的主要原因是考虑了区域因素,由于地理相近性,区域内跨组织知识转移主要受面对面交流、专业人员的高度流动性和专业化分工形成的组织间复杂契约关系等因素影响,面对面交流和人员流动主要是对因果模糊性知识转移产生和驱动作用,而区域内分工、竞争、联盟、外包等组织间契约关系使得知识转移结构复杂化。
3.1 跨组织知识转移中的知识因果模糊性
根据Joshi和Sarker(2003),粘性问题可从知而不言性、特异性和复杂性三个维度理解。知而不言性来自于Nonaka等对知识分类中某些不明确领域的描述,资产特异性取自于交易成本理论,复杂性则源于系统论。Reed和DeFillipi(1990)在分析企业竞争优势时,认为知而不言性、复杂性和特异性所产生的因果模糊型企业能力,能够有效阻止竞争者模仿。如果在知识转移与模仿间形成对应关系,知识转移中的粘性问题也就可以归结为因果模糊性。Simonin(1999)列举了知识因果模糊性与诸多变量问的包含和关联关系,比如知而不言性、特异性、复杂性、经验问题、合作方的保护性、文化距离、组织距离、知识惰性等,但其将知识的因果模糊性归结为知而不言性的看法忽略了群体性。根据Collins(1993)对组织知识的划分(见图1),复杂性和特异性可理解为群体问题,因果模糊性可以与嵌入化知识形成对应,后者所涉及的是组织的经验共识、企业文化、企业运作流程习惯等因素;这种架构性的、知而不言的知识难以实现转移(Henderson和Clark 1990),通常的知识转移形式,如人员流动、社会资本、咨询公司、观察分析(竞争情报)等都不能对这种知识形成有效的识别和获取。
3.2 跨组织知识转移中的契约关系
跨组织知识转移发生系统中的各参与方,在缺乏有效刺激和约束机制的情况下,会缺乏知识的创造、提供、接受、吸收、保护、整合、应用和延伸的动机。我们可以参考Inkpen和Tsang(2005)对组织间联系网络类型的分析,将区域内组织间知识转移发生的关系根据结构性递减排列,包括公司内网络、特许经营、战略联盟、研发联盟、上下游行业(供应商与采购商)、同工业园区、同行业协会、一般竞争关系、高度竞争关系。这些契约形式约束了区域内组织问知识转移发生的强度。
组织间实现知识转移对区域管理者具有重要价值。通过交易机制与组织形式的安排,可以实现交易成本的优化。购并、联盟、授权等正式的对价性知识转移形式并不普遍,组织间知识转移往往通过区域纽带或社会资本,以降低经济体系运转的交易成本(storper1995)。各种契约关系的更深层次,是交易成本的
考量和契约方式的选择问题。
3.3 双重视角下对跨组织知识转移的认识
在区域知识发展战略中,促进区域内组织间的知识转移,增强区域架构知识的竞争力,表现为降低交易成本。在本文的跨组织知识转移分析中,我们以组织间的整体契约关系和知识因果模糊性程度为框架,来分析知识转移过程中所形成的交易契约、转移模式和运行机制,在统一的框架中分类解释问题,为区域知识战略中实现知识转移优化的管理建立基础,如图2所示:
3.3.1 市场机制 在图2左下角区域,所转移的知识主要是脑化知识或因果模糊性不强的体化/记录化知识,组织问竞争多于合作,知识转移主要通过市场(含复杂市场结构),是基于公共知识的对价交换行为,比如:
・几乎无因果模糊性的部分大多已成为公共知识,存在于公开文献、报告、专业网站、政府部门可供查阅的文档、非政府机构和大型企业的公开信息、低付费的数据库等。
・其中尚未经过标准化处理的知识的潜在整理组织面临一个难题,即如果进行整理,该组织虽然可以使用这些知识,但由于数据公开,某些专业数据库、大型或专业网站、政府、行业协会、专业人士、个人爱好者会在未来某个时点进行整理;如果某个组织自行完成整理,实际是基于该组织的成本收益分析,而不是区域性的或更广范围的,当然组织决策者需要考虑自行整理与他方整理的时滞成本以及期间直接或问接售卖的司能。
・对于一些尚未公开的、因果模糊性略强的知识,在无合作情况下,组织间知识转移往往采取知识产权转让形式,如特许经营、专利使用、版权许可等。
・因果模糊性略强的知识在松散型合作组织之间的转移,重要形式是松散型的人员交流,如专题会议等形式,通过这种渠道转移知识中的部分因果模糊性。
应该说明的是即使是此类相对明确、较少地域性的知识,其跨组织知识转移的特性仍然受制于当地的知识产权环境、制度、文化以及社会资本网络,这些因素决定了知识转移的强度、对价支付等,进而决定了知识创新和传播的动力,影响着知识经济的规模。
3.3.2 合作机制 在图2的左上角区域,组织间转移的知识仍是脑化知识或因果模糊性不强的体化/记录化知识,但知识转移各方合作多于竞争。从成本角度考虑,在简单市场交换机制之外,可以通过两种方式实现此类知识的跨组织转移:
・一是较为间接的,即多个组织将知识创造或整理外包给某个(些)专业公司,专业公司在数据库等知识资源的建设和服务上,结合这些组织的知识基础和特性,提供部分标准化的知识服务。专业公司通过获取某些组织的部分知识,自身得到发展,之后可以向其他付费组织提供知识服务,形成间接知识转移。这类专业组织也可能以行业协会、非政府组织等形式存在。
・二是组织与合作伙伴和战略联盟间的知识共享。某些因果模糊性不强的知识成为组织网络内经常使用的知识,效率原则会促生组织间知识转移机制,使得这些通常不作为企业核心能力但能够影响企业成本的知识在一定范围内快速流转,成为组织网络的共有知识,最终在一定程度上成为公共知识。当然,知识资产创造和使用方面的合作,同样也会影响组织网络或组织联盟的形成和发展。
与市场机制相比,这类知识转移的根本动力是在合作前提之下的成本压缩。无论是关系紧密的研发联盟和企业联盟,还是行业协会或共用外部服务等松散结构,知识创造和转移需要考虑组织间业已存在的正式和非正式契约以及由此带来的经常性资产交换、信任关系、契合度等,因而与单纯市场机制相比,基于合作关系的知识转移将优化范围由单个组织向组织联盟和网络延伸,从区域管理者的角度来看,提升了区域架构知识的范围和稳定性。
3.3.3 联盟机制 这类知识转移可由图2右上角部分加以演示,所转移的主要是嵌入化知识,知识转移各方具有比较紧密的合作关系。Simonin(1999)对因果模糊的知识在战略联盟之间的转移进行了系统分析,较多强调知识特性,较少涉及动机问题。而事实上由于涉及组织核心能力,所以必然会存在动机问题。
・动机问题。跨组织转移的嵌入化知识往往代表组织核心能力,在一定程度上保持这种核心能力的因果模糊性是组织保持竞争力的重要手段。这部分知识的转移意味着其显性化和可转移化,因此,即使在紧密合作的条件下,这部分知识的跨组织转移始终是受限的。组织始终面临将群体隐性知识显性化的困境,要转移就需要一定程度的显性化,这样就会部分失去核心能力;因果模糊性意味着模仿和转移的难度,这会进一步作用于动机;需要慎重考虑知识转出方与转入方之间的关系,不同的联盟关系和交易成本条件下需要选择不同的知识转移模式和尺度。
这里有四点需要指出:①信息化的标准化作用,一些软件如CRM/ERP的使用和微调,将部分嵌入化知识显性化,在一定程度上提高了跨组织嵌入化知识转移的可能,这在使用相同和相似技术支持的组织间尤为明显;②核心人物的流动可以在最佳惯例转移和高效模式重建方面发挥核心作用,良性的经理人市场会促进嵌入化知识流转,组织联盟网络内和区域内经理人市场的流动性促进效果更为明显;③适度散播自身核心知识也是某些组织确立行业领导力和组织网络领导力的重要方式;④组织间合作过程中的学习竞赛(Khanna等1998)同时具有正面和负面效应,而区域和联盟文化规范的形成是获得正面效应的关键因素。
・认知问题。因果模糊性知识导致了标准化和学习上的难度。在合作和联盟条件下,这主要体现在网络内最佳实践和高效模式复制的难度上,或者更明确地说,体现在嵌入化知识的显性化及其传播上。除了通过各层面人员交流和流动来知识转移之外,还可以通过隐性知识与显性知识相结合的数据库和流程软件来解决问题,这构成了群体隐性知识部分显性化和跨组织交流的备选方案。当然还可以通过录制和分析专家及资深员工的谈话、理顺企业文化等途径。
3.3.4 竞争机制 在图2的右下角,所转移的主要是嵌入化知识,组织间为竞争关系。与联盟机制中隐含的保护性思维不同,这里是非常明确地保护和获取知识的竞争关系,了解对手竞争优势的因果模糊性,保持、强化和动态化自身的竞争优势。主要涉及三个概念,即竞争情报、(非联盟)学习竞赛和动态能力。
・竞争情报系统作为学习型组织知识获取的代表性方式之一,从某种程度上可以理解为将对手的核心竞争力显性化并加以研究和学习。正是由于这种特征,即使竞争情报专家否认,在法律和伦理方面还是存在着灰色地带,这充分体现在竞争情报专业机构、协会(如Competitive Intelligence Foundation)等的各类研究和讨论之中。区域决策者的角色主要体现在公共情报的搜集整理和服务平台建设上。
・竞争对手间的学习竞赛。组织为了拓展知识目录,建立比对手更具竞争力的嵌入化知识系统,就需要从处于同样市场环境之中的竞争对手处学习,学习
的重要表现形式就是因果模糊性知识的跨组织转移。基于学习竞赛的转移与联盟机制之下有所不同,更多地表现为间接形式,如通过咨询公司、掌握关键知识的人才流动等。
・另外一个重要议题是动态知识转移和动态组织学习,Teece等的动态能力概念在某种程度上体现了这一思想。在竞争环境下,被动的保护机制是不够的,高效组织对因果模糊性知识的转移往往持积极防御态度,有效过滤知识转移,并确保在合理的嵌入化知识转移条件下动态保持组织核心竞争力。组织通过嵌入化知识的不断扩展和更新,部分解决了有效转移因果模糊知识(如向系统开发方或实行跟随战略的组织)和可能失去某些战略性知识资源的两难问题。区域决策者的重要作用在于完善竞争环境,通过良性的知识创造和转移环境提升区域主体的动态发展能力和动机。
4、区域内跨组织知识转移的相关政策
Foss(1996)认为某一地理区域的竞争优势有两个前提,即区域特异性和不易模仿性。抛开某些传统的资源因素不淡,这两个前提直接涉及的就是区域群体隐性知识。群体性使得优势不易随着少数知识个体的流动而消失或转移,隐性使得知识因果模糊,难以模仿。区域和集群架构知识的发展、维护和更新是其竞争力的体现,这种架构知识的形成需要组织间长期、经常和多层次的知识转移和互动。区域管理者应以带来知识溢出效应和区域品牌的区域架构知识为重点,以组织问的良性知识转移为出发点。
根据Lambooy(2005)的观点,关于知识战略的政策主要包括三类:①放松管制,降低交易成本和简化规则,发挥市场的作用;②建立和完善创新系统,施加更多的管理,比如集群政策、区域创新系统、高科技园区、孵化器等,强调沟通渠道及传播,在这方面,可以深入研究组织间知识转移在区域知识体系中的作用;③某些特殊行业和角度的刺激政策,如发展生物制药产业、信息化等。某一区域内优化知识系统的政策,在于促进组织间知识的良性转移,建立区域架构知识,形成区域主体共有的品牌,增加区域的竞争力。区域决策者相关的政策点可以通过这些基本目标,结合图2中的分类加以整理。
・针对市场机制类别,建立良性的知识转移市场规范与文化,促进因果模糊性不强的知识在区域内和区域外市场流转。即便区域外市场可能存在知识产权保护不佳的问题,本地也应该根据具体情况,为培养区域组织主体的知识创新能力,通过政府采购等形式予以适当的纠正。特别是区域决策者应建立区域特性的公共知识网络,作为区域知识创新和转移的“基础设施”。
・针对合作机制类别,区域决策者需要完善区域内合作组织、服务平台、知识产权区域市场、公共服务机构等,为介于区域和组织层面之间的合作网络(如园区)提供知识共建和共享的规范和服务保证,在市场机制的基础之上,完善小范围的公共知识子体系,并通过适度打通子体系之间的隔阂,进一步扩大公共知识体系优化的空间。
・针对联盟机制类别,区域决策者的主要角色是便利作为因果模糊性知识载体的各种要素自由流动,比如企业间的兼并、重组、联盟,高效的劳动力市场和经理人市场,形成最佳惯例和高效模式的传播与复制。另外可以在集群建设、研发联盟形成等问题上提供区域层面的支持,但需要考虑组织运转和区域发展的规律。如Carrincazeaux等(2001)的研究表明基于新兴技术和复合技术的创新活动学习难度较大,尤其要求地理上的集聚。再如Baptista和Swarm(1998)认为技术的编码化程度越低,创新主体的地理集聚要求就越高。这些群体隐性知识的重要性缓冲了信息技术对空间集聚的冲击,为区域政策的干预提供了空间。
・针对竞争机制类别,保持区域市场的竞争性,促进高效模式的产生和传播,在基本的行业/区域情报和服务平台方面实行区域公共政策支持,通过网络关系、社会资本、知识产权等,加强组织间的知识转移和互动,构建区域的架构知识。通过专业机构、教育培训机构等知识间接转移的载体,解决双赢情况下的不作为问题;同时可以发挥主导组织的作用,利用组织文化传播和主导的需求,通过确认其行业领导力,实现最佳惯例和高效模型的传播。