工科院校生物制藥創(chuàng)新課程設(shè)計教學(xué)初探

周玉柏

[摘 要] 生物制藥是利用生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研發(fā)生產(chǎn)用于預(yù)防、診斷和治療相關(guān)疾病生物制品的應(yīng)用型學(xué)科，是當(dāng)前國家重點(diǎn)發(fā)展的高新領(lǐng)域。為適應(yīng)國家發(fā)展及市場的需求，更好地培養(yǎng)實(shí)用性生物制藥人才，本文嘗試從課程設(shè)置目的、課程內(nèi)容優(yōu)化以及教學(xué)方式等不同方面對生物制藥創(chuàng)新課程設(shè)計的教學(xué)進(jìn)行探討，以期獲得更好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 生物制藥;創(chuàng)新課程設(shè)計;工科院校

隨著《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的正式發(fā)布，生物制藥已被國家確定為重點(diǎn)發(fā)展的高新領(lǐng)域，行業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。市場上從事各種生物醫(yī)藥研發(fā)的企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，各種新藥研發(fā)的新聞不斷見諸于報端。然而，相對企業(yè)的快速發(fā)展，生物醫(yī)藥相關(guān)人才的培養(yǎng)則相對滯后，尤其是具有創(chuàng)新研發(fā)能力的高層次人才更是鳳毛麟角。這種困境也體現(xiàn)在我國生物制藥領(lǐng)域，比如，我國目前的生物醫(yī)藥大多還是以仿制藥為主，真正原創(chuàng)性的新藥還比較少。社會呼喚創(chuàng)新，“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”已成為全社會的共識，為更好地服務(wù)于國家需求，滿足市場對生物醫(yī)藥創(chuàng)新人才的迫切需要，北京工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院在生物技術(shù)專業(yè)本科階段開設(shè)了“生物制藥創(chuàng)新課程設(shè)計”這門課程。作為一門新開課程，能否結(jié)合本院專業(yè)特色，使學(xué)生初步掌握生物制藥領(lǐng)域創(chuàng)新研究的基本技能，達(dá)成教學(xué)目的是課程能否成功的關(guān)鍵。本文在筆者教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從課程設(shè)置目的、課程內(nèi)容優(yōu)化及教學(xué)方式等幾個方面對課程的教學(xué)進(jìn)行探討。

一、課程設(shè)置目的

科技是第一生產(chǎn)力，科技的發(fā)展離不開創(chuàng)新。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，創(chuàng)新顯得尤為重要，創(chuàng)新性生物藥物具有巨大的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，也是體現(xiàn)一個國家生命科學(xué)研究綜合實(shí)力的重要指標(biāo)。然而，目前國內(nèi)生物制藥企業(yè)的創(chuàng)新研發(fā)能力還不強(qiáng)，生物醫(yī)藥創(chuàng)新研發(fā)人才還十分匱乏，而高校也未開設(shè)針對生物制藥領(lǐng)域的創(chuàng)新訓(xùn)練課程。北京工業(yè)大學(xué)作為北京市屬高校，為培養(yǎng)生物醫(yī)藥創(chuàng)新研發(fā)人才，實(shí)現(xiàn)“立足北京，服務(wù)北京”的辦校宗旨，開設(shè)了“生物制藥創(chuàng)新課程設(shè)計”課程，其教學(xué)目的的重點(diǎn)在于“創(chuàng)新”。教學(xué)難點(diǎn)是如何通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)使學(xué)生初步掌握生物制藥創(chuàng)新研究的思路和基本方法。因此，需要多方面結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)，對課程進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計，打造適合高年級本科生知識體系水平、具有相當(dāng)程度可操作性的創(chuàng)新實(shí)踐課程。

二、課程內(nèi)容優(yōu)化

創(chuàng)新課程設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于“創(chuàng)新”二字，然而，怎樣做到創(chuàng)新，如何開展創(chuàng)新工作，不同人有不同的見解。我們結(jié)合兄弟院校以及不同學(xué)者對此問題的探索經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)自身的教學(xué)條件，對課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化。課程教學(xué)內(nèi)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(shí)施方案階段以及最終的課題實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。第一階段重點(diǎn)講授如何開展課題背景知識的調(diào)研，如何進(jìn)行全面的文獻(xiàn)檢索及獲取全文，如何進(jìn)行文獻(xiàn)的管理及注釋。并初步學(xué)習(xí)如何尋找具有創(chuàng)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(xué)習(xí)如何從文獻(xiàn)中進(jìn)行創(chuàng)新分子的挖掘，掌握常用的文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)庫的使用方法。比如，在向?qū)W生講解PubMed和Embase文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫檢索方法時，重點(diǎn)介紹MeSH檢索詞的應(yīng)用，自定義篩選條件的建立以及如何應(yīng)用搜索引擎的內(nèi)置關(guān)鍵詞和邏輯詞進(jìn)行全面檢索的技巧。同時，還向?qū)W生們介紹近年來國內(nèi)涌現(xiàn)的優(yōu)秀醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)檢索網(wǎng)站GeenMedical，并介紹網(wǎng)站的內(nèi)置工具的使用技巧。在掌握獲取文獻(xiàn)資料技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步講授了常用文獻(xiàn)管理軟件的使用，比如針對英文文獻(xiàn)的Endnote以及針對中文文獻(xiàn)的NoteExpress，重點(diǎn)講解如何進(jìn)行文獻(xiàn)分類及文獻(xiàn)注釋，并介紹如何在論文撰寫過程中快速定位目標(biāo)文獻(xiàn)從而進(jìn)行引用的技巧。為獲得創(chuàng)新研究的功能分子，重點(diǎn)講授常見腫瘤疾病整合數(shù)據(jù)庫的使用，比如NCBI的GEO數(shù)據(jù)庫以及TCGA數(shù)據(jù)庫，重點(diǎn)講解數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)組織形式以及下載的方法，并通過使用GEO網(wǎng)站在線工具GEO2R對生物芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，并結(jié)合其他基于TCGA來源數(shù)據(jù)的在線網(wǎng)站工具以及文獻(xiàn)檢索結(jié)果對前期篩選的研究對象進(jìn)行初步驗(yàn)證。在開展具體實(shí)驗(yàn)研究之前，還進(jìn)一步向?qū)W生介紹如何利用含有各種疾病臨床信息的數(shù)據(jù)庫對篩選分子在實(shí)際患者中的預(yù)后價值進(jìn)行分析，比如，我們講授了KM plot網(wǎng)站對非小細(xì)胞肺癌中的肺腺癌和肺鱗狀細(xì)胞癌這兩個病理亞型中相關(guān)差異表達(dá)基因的預(yù)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(xué)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(yàn)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(jìn)一步引入了生物信息學(xué)的方法，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何利用生物信息學(xué)的方法，比如借助R語言進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，從公開獲取的生物數(shù)據(jù)中尋找潛在的創(chuàng)新藥物靶分子，在這部分課程中，我們針對生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生在編程能力上的欠缺，系統(tǒng)講解了R語言編程的基礎(chǔ)知識，比如R語言的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及邏輯循環(huán)語句構(gòu)成等相關(guān)知識，使學(xué)生對R語言編程有了一個框架性的認(rèn)識。之后，我們重點(diǎn)介紹了在生物大數(shù)據(jù)處理過程中經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)操作函數(shù)的運(yùn)行原理及參數(shù)設(shè)置技巧，使學(xué)生掌握如何生成向量、矩陣、數(shù)據(jù)框及列表的方法，掌握不同類型數(shù)據(jù)文件的子集提取和操作方法，掌握基因表達(dá)數(shù)據(jù)文件的讀取和輸出方法，并系統(tǒng)學(xué)習(xí)了通過ggplot2包進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖的技能。此階段需要學(xué)生完成課題背景知識的總結(jié)和撰寫工作，要求學(xué)生能提交一份詳盡的文獻(xiàn)調(diào)研報告。在獲得了潛在研究對象之后，課程進(jìn)入了第二階段。在此階段重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何根據(jù)文獻(xiàn)信息，設(shè)計課題研究路線以及明確實(shí)驗(yàn)流程和方法，并重點(diǎn)掌握常用分子生物學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法及具體操作步驟。我們在此階段綜合運(yùn)用了PPT以及多媒體的技術(shù)手段，系統(tǒng)講授了主要實(shí)驗(yàn)的原理及詳細(xì)的操作步驟，并結(jié)合視頻教程進(jìn)一步加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的認(rèn)識。

三、教學(xué)方式

本課程模擬生物醫(yī)藥公司項(xiàng)目開發(fā)小組的形式，采取小組教學(xué)的方式，每組6人，實(shí)行組長負(fù)責(zé)制。以學(xué)生為核心，教師為輔，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，首先傳授基本的研究技能，然后鼓勵同學(xué)大膽應(yīng)用所學(xué)知識去解決課題面臨的實(shí)際問題，在實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題，并在老師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)解決問題的方法和技能，如此進(jìn)行不斷循環(huán)迭代，使學(xué)生能初步獲得進(jìn)行生物制藥創(chuàng)新研究的技能，熟悉進(jìn)行創(chuàng)新研究的流程以及面臨的風(fēng)險。同時，在教學(xué)過程中，對因課時限制無法展開的內(nèi)容也提供了相應(yīng)深入學(xué)習(xí)的資源，以滿足一部分學(xué)有余力的同學(xué)的要求。

四、結(jié)語

生物制藥創(chuàng)新課程設(shè)計的開設(shè)豐富和革新了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新元素融入了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使學(xué)生不僅提高了實(shí)驗(yàn)操作技能，更重要的是使學(xué)生獲得了進(jìn)行創(chuàng)新研究的思路和方法，我們希望通過課程的開設(shè)能培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新研究能力的學(xué)生，為其日后進(jìn)入相關(guān)工作崗位或進(jìn)一步深造時提升個人的競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]國家發(fā)展改革委印發(fā)《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》[J].中國醫(yī)藥生物技術(shù)，2017（1）：48.

[2]“十三五”新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃：醫(yī)藥創(chuàng)新成主旋律[J].中國醫(yī)院院長，2016（24）：18.

[3]張英，祝萬菊，逄大欣，等.“從分子設(shè)計到產(chǎn)品研發(fā)”整合型教學(xué)模式的應(yīng)用與實(shí)踐[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2019（15）：167-169，186.

[4]王亮，朱作斌，吳響，等.生物信息學(xué)教學(xué)中本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探討[J].繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育2019（7）：37-38.