工科院校生物制藥創新課程設計教學初探

周玉柏

[摘 要] 生物制藥是利用生命科學基礎理論研發生產用于預防、診斷和治療相關疾病生物制品的應用型學科，是當前國家重點發展的高新領域。為適應國家發展及市場的需求，更好地培養實用性生物制藥人才，本文嘗試從課程設置目的、課程內容優化以及教學方式等不同方面對生物制藥創新課程設計的教學進行探討，以期獲得更好的教學效果。

[關鍵詞] 生物制藥;創新課程設計;工科院校

隨著《“十三五”生物產業發展規劃》的正式發布，生物制藥已被國家確定為重點發展的高新領域，行業迎來了新的發展機遇。市場上從事各種生物醫藥研發的企業如雨后春筍般涌現出來，各種新藥研發的新聞不斷見諸于報端。然而，相對企業的快速發展，生物醫藥相關人才的培養則相對滯后，尤其是具有創新研發能力的高層次人才更是鳳毛麟角。這種困境也體現在我國生物制藥領域，比如，我國目前的生物醫藥大多還是以仿制藥為主，真正原創性的新藥還比較少。社會呼喚創新，“大眾創業、萬眾創新”已成為全社會的共識，為更好地服務于國家需求，滿足市場對生物醫藥創新人才的迫切需要，北京工業大學生命學院在生物技術專業本科階段開設了“生物制藥創新課程設計”這門課程。作為一門新開課程，能否結合本院專業特色，使學生初步掌握生物制藥領域創新研究的基本技能，達成教學目的是課程能否成功的關鍵。本文在筆者教學實踐的基礎上，從課程設置目的、課程內容優化及教學方式等幾個方面對課程的教學進行探討。

一、課程設置目的

科技是第一生產力，科技的發展離不開創新。在生物醫藥領域，創新顯得尤為重要，創新性生物藥物具有巨大的社會效應和經濟效應，也是體現一個國家生命科學研究綜合實力的重要指標。然而，目前國內生物制藥企業的創新研發能力還不強，生物醫藥創新研發人才還十分匱乏，而高校也未開設針對生物制藥領域的創新訓練課程。北京工業大學作為北京市屬高校，為培養生物醫藥創新研發人才，實現“立足北京，服務北京”的辦校宗旨，開設了“生物制藥創新課程設計”課程，其教學目的的重點在于“創新”。教學難點是如何通過系統學習使學生初步掌握生物制藥創新研究的思路和基本方法。因此，需要多方面結合已有的經驗，對課程進行仔細設計，打造適合高年級本科生知識體系水平、具有相當程度可操作性的創新實踐課程。

二、課程內容優化

創新課程設計的重點和難點在于“創新”二字，然而，怎樣做到創新，如何開展創新工作，不同人有不同的見解。我們結合兄弟院校以及不同學者對此問題的探索經驗并根據自身的教學條件，對課程內容進行了優化。課程教學內容按時間先后分為三個階段，分別為課題背景探究及知識獲取階段，明確課題實施方案階段以及最終的課題實驗驗證階段。第一階段重點講授如何開展課題背景知識的調研，如何進行全面的文獻檢索及獲取全文，如何進行文獻的管理及注釋。并初步學習如何尋找具有創新價值的新型藥物靶分子的方法，我們采取先易后難的原則，首先學習如何從文獻中進行創新分子的挖掘，掌握常用的文獻檢索數據庫的使用方法。比如，在向學生講解PubMed和Embase文獻數據庫檢索方法時，重點介紹MeSH檢索詞的應用，自定義篩選條件的建立以及如何應用搜索引擎的內置關鍵詞和邏輯詞進行全面檢索的技巧。同時，還向學生們介紹近年來國內涌現的優秀醫學文獻檢索網站GeenMedical，并介紹網站的內置工具的使用技巧。在掌握獲取文獻資料技能的基礎上，進一步講授了常用文獻管理軟件的使用，比如針對英文文獻的Endnote以及針對中文文獻的NoteExpress，重點講解如何進行文獻分類及文獻注釋，并介紹如何在論文撰寫過程中快速定位目標文獻從而進行引用的技巧。為獲得創新研究的功能分子，重點講授常見腫瘤疾病整合數據庫的使用，比如NCBI的GEO數據庫以及TCGA數據庫，重點講解數據庫的數據類型，數據組織形式以及下載的方法，并通過使用GEO網站在線工具GEO2R對生物芯片數據進行初步分析，并結合其他基于TCGA來源數據的在線網站工具以及文獻檢索結果對前期篩選的研究對象進行初步驗證。在開展具體實驗研究之前，還進一步向學生介紹如何利用含有各種疾病臨床信息的數據庫對篩選分子在實際患者中的預后價值進行分析，比如，我們講授了KM plot網站對非小細胞肺癌中的肺腺癌和肺鱗狀細胞癌這兩個病理亞型中相關差異表達基因的預后價值分析，獲得了一系列基于不同患者分組的生存曲線，使學生對于潛在研究的分子研究價值有了一個初步的評估。通過上述前期驗證，最終篩選出潛在的研究靶分子。在掌握上述移植性研究方法之后，我們進一步引入了生物信息學的方法，重點學習如何利用生物信息學的方法，比如借助R語言進行數據挖掘，從公開獲取的生物數據中尋找潛在的創新藥物靶分子，在這部分課程中，我們針對生物技術專業學生在編程能力上的欠缺，系統講解了R語言編程的基礎知識，比如R語言的數據類型、數據結構以及邏輯循環語句構成等相關知識，使學生對R語言編程有了一個框架性的認識。之后，我們重點介紹了在生物大數據處理過程中經常使用的數據操作函數的運行原理及參數設置技巧，使學生掌握如何生成向量、矩陣、數據框及列表的方法，掌握不同類型數據文件的子集提取和操作方法，掌握基因表達數據文件的讀取和輸出方法，并系統學習了通過ggplot2包進行數據繪圖的技能。此階段需要學生完成課題背景知識的總結和撰寫工作，要求學生能提交一份詳盡的文獻調研報告。在獲得了潛在研究對象之后，課程進入了第二階段。在此階段重點學習如何根據文獻信息，設計課題研究路線以及明確實驗流程和方法，并重點掌握常用分子生物學以及細胞生物學實驗的方法及具體操作步驟。我們在此階段綜合運用了PPT以及多媒體的技術手段，系統講授了主要實驗的原理及詳細的操作步驟，并結合視頻教程進一步加深學生對實驗操作的認識。

三、教學方式

本課程模擬生物醫藥公司項目開發小組的形式，采取小組教學的方式，每組6人，實行組長負責制。以學生為核心，教師為輔，充分發揮學生的主觀能動性，首先傳授基本的研究技能，然后鼓勵同學大膽應用所學知識去解決課題面臨的實際問題，在實踐中進一步發現問題，并在老師的指導下學習解決問題的方法和技能，如此進行不斷循環迭代，使學生能初步獲得進行生物制藥創新研究的技能，熟悉進行創新研究的流程以及面臨的風險。同時，在教學過程中，對因課時限制無法展開的內容也提供了相應深入學習的資源，以滿足一部分學有余力的同學的要求。

四、結語

生物制藥創新課程設計的開設豐富和革新了傳統的實驗教學內容，將創新元素融入了實驗教學中，使學生不僅提高了實驗操作技能，更重要的是使學生獲得了進行創新研究的思路和方法，我們希望通過課程的開設能培養具有一定創新研究能力的學生，為其日后進入相關工作崗位或進一步深造時提升個人的競爭力。

參考文獻

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