基于CDIO的生物制藥人才培養(yǎng)模式改革

吳鳳麟 張文峰 徐彬 李黃金

[摘 要] 以構思、設計、實施和運行為核心環(huán)節(jié)的CDIO模式代表了工程教育的系統(tǒng)性改革。廣東藥科大學生物制藥專業(yè)根據(jù)專業(yè)特色，在實踐教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中開展了系列CDIO模式改革。包括建立基于課程群的“跨課程綜合性實驗“培養(yǎng)系統(tǒng)集成能力;通過導師制《專業(yè)拓展訓練》強化創(chuàng)新思維培養(yǎng)，結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽塑造構思與設計能力;建立基于生物醫(yī)藥企業(yè)孵化器的“3+1”協(xié)同育人模式，讓學生在企業(yè)中了解項目實施、運行過程，并通過優(yōu)化重組核心課程群，建立多環(huán)節(jié)、多角度的教學質(zhì)量監(jiān)控體系，保障CDIO模式改革的順利實施。

[關鍵詞] CDIO;生物制藥;實踐教育;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

[基金項目] 2018年度廣東省高等教育教學改革項目“基于‘CDIO模式的生物制藥創(chuàng)業(yè)教育體系構建與創(chuàng)業(yè)項目孵化”

[作者簡介] 吳鳳麟（1979—），男，安徽銅陵人，博士，廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院生物制藥系副教授，主要從事生物制藥研究;張文峰（1981—），男，湖南婁底人，博士，廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院生物制藥系副教授，主要從事基因工程研究;徐 彬（1976—），女，四川眉山人，博士，廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院生物制藥系教授，主要從事生物技術藥物研究;李黃金（1964—），男，湖南岳陽人，博士，廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院生物制藥系教授，主要從事基因工程藥物研究與產(chǎn)業(yè)化、學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）42-0165-04? ?[收稿日期] 2021-05-24

一、CDIO工程教育的基本理念

CDIO模式產(chǎn)生于21世紀初，是由美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院等4所工程類大學發(fā)起的新型工程教育模式。CDIO模式包括構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate）四個核心環(huán)節(jié)，涵蓋了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構思、研發(fā)、制造、運行乃至終結(jié)廢棄的全生產(chǎn)過程。CDIO模式代表了工程教育理念和體系的全面、系統(tǒng)性改革[1，2]。

CDIO模式針對以往工程教育中重理論、輕實踐，強調(diào)個人學術能力、輕視團隊協(xié)作精神，重視知識學習、忽略創(chuàng)新拓展等突出問題。提出了一體化解決方案。CDIO模式包含了三個核心文件：1個愿景（為學生提供一種強調(diào)工程基礎的、建立于來自真實世界產(chǎn)品和系統(tǒng)的構思—設計—實現(xiàn)—運行過程基礎上的工程教育），1個大綱（3級、70條、400多款，將工程師必須具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力以逐級細化的方式表達出來）[3]，12條標準（涵蓋個人學習目標、學習方式、學生考核，教師能力與教學能力提升，工程導論、工程實踐場所、專業(yè)評估等多層次的分級評價標準）[4]。

生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)是當前發(fā)展最迅猛的行業(yè)之一，截至2020年，全球生物藥物市場規(guī)模已超過3000億美元，其中我國市場規(guī)模超過3500億元[5]。我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力的不斷提升、生物藥物從“仿制”到“創(chuàng)新”的跨越式發(fā)展都需要具備系統(tǒng)工程能力，與行業(yè)發(fā)展需要對接的生物制藥人才。而生物制藥專業(yè)屬于藥學類專業(yè)，具有較鮮明的工程教育特色，要求學生具備生物技術、藥學和工程學等多學科交叉知識背景。能夠從事生物藥物研制、生產(chǎn)、工藝設計、技術創(chuàng)新、質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理等相關工作。因此，無論從生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，還是從生物制藥專業(yè)建設目標來看。CDIO模式中強調(diào)工程基礎、強調(diào)產(chǎn)品全流程周期作為工程教育框架、強調(diào)團隊協(xié)作的核心理念都能為生物制藥人才培養(yǎng)模式改革提供全新思路。

二、廣東藥科大學生物制藥專業(yè)CDIO培養(yǎng)模式的主要探索

廣東藥科大學生物制藥專業(yè)與生物工程專業(yè)同屬生物工程大類招生，具備較為鮮明的工程教育特色。我們對實習基地和用人單位開展了廣泛調(diào)研，發(fā)現(xiàn)畢業(yè)生普遍存在創(chuàng)新意識和拓展能力滯后，掌握知識與技能碎片化、系統(tǒng)集成與綜合運用能力缺失等不足。針對上述問題，本專業(yè)近年來嘗試以CDIO的標準和大綱對實踐教學和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育進行重構和融合，建立了以CDIO理念為基礎的生物醫(yī)藥創(chuàng)新性應用型人才培養(yǎng)模式。主要包括以下舉措。

（一）在實驗教學中，以基于課程群的“跨課程綜合性實驗”培養(yǎng)系統(tǒng)集成能力

本專業(yè)依據(jù)認知規(guī)律，結(jié)合生物醫(yī)藥產(chǎn)品開發(fā)實踐，將具有上下游關聯(lián)課程的實驗內(nèi)容抽提出來組成綜合性實驗獨立開課。以《生物制造綜合性工程訓練》（72學時）和《生物技術藥物綜合性實驗》（108學時）為代表。綜合性實驗均以項目為載體，以生物醫(yī)藥產(chǎn)品開發(fā)流程為主線組織教學。

《生物制造綜合性工程訓練》以上游研究為主。以重組腸激酶為項目載體，以獲得高純度、有活性的生物大分子（重組蛋白）為最終目的。實驗項目包括工程菌構建、目的蛋白表達、蛋白產(chǎn)物純化三大模塊。從而以基因工程、發(fā)酵工程、生物分離工程三大技術為核心為學生建立生物工程的系統(tǒng)技能體系。

《生物技術藥物綜合性實驗》偏重下游研究。以重組堿性成纖維細胞生長因子和自殺基因質(zhì)粒pCDNA3.1-tk-EGFP為項目載體，以完成重組蛋白和重組DNA兩種主要生物技術藥物的藥理、藥效、制劑和毒理評價為最終目的。實驗項目包括生物技術藥物實驗基本技能與方法、基因工程藥物評價和重組DNA藥物評價三大模塊。最終以藥物研究、開發(fā)、生產(chǎn)各環(huán)節(jié)原理、工藝及評價體系再現(xiàn)生物藥物開發(fā)的完整流程。

通過跨課程綜合性實驗，學生的知識和技能綜合運用與集成的能力顯著提高，并初步認識了生物醫(yī)藥產(chǎn)品研究、開發(fā)與評價系統(tǒng)流程。為學生適應CDIO模式培養(yǎng)奠定了良好的理論與技能基礎。

（二）以導師制《專業(yè)拓展訓練》強化創(chuàng)新思維培養(yǎng)，結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽塑造構思（Conceive）與設計（Design）能力

針對本專業(yè)學生之前存在的創(chuàng)新意識和拓展能力滯后的弱點。以選修課的形式，開設了貫穿大三全學年的《專業(yè)拓展訓練》（72學時）。其核心特色是以“導師制”為教學形式，已經(jīng)完整構思與設計過程形成的兼具創(chuàng)新性和可行性的項目開發(fā)計劃為載體，并從中遴選創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項目。

在教學組織形式上。該課程面向生物制藥專業(yè)所有學生。而師資力量則不局限于本專業(yè)，而是將生科院各專業(yè)師資均納入導師隊伍，并可聘請校內(nèi)外合作導師。導師根據(jù)專業(yè)背景組成不同導師組，以團隊形式招募與指導學生。從而實現(xiàn)學生跨學科、跨專業(yè)流動，滿足學生個性化發(fā)展需要。

在教學載體上，要求通過教師指導—學生構思—教師評價—學生設計—教師評議考核的流程，以項目商業(yè)計劃書的形式提交結(jié)題報告。其中大三上學期末考核節(jié)點是形成可行性報告，重點考核項目的科學性。學生在導師指導下，以文獻調(diào)研為核心，提出原始方案。項目可結(jié)合導師組的研究特色和學生自身興趣做適當拓展。在大三下學期，最終考核指標是項目商業(yè)計劃書，重點考核項目市場前景與運營規(guī)劃。要求學生以市場調(diào)研和行業(yè)考察為核心，充分了解市場需求和企業(yè)運營規(guī)律。以標準的商業(yè)計劃書為格式，不斷完善包括項目與產(chǎn)品簡介、行業(yè)與市場分析、營銷策略與發(fā)展規(guī)劃、組織與團隊架構、財務與風險分析等主要內(nèi)容。

在完成可行性報告和商業(yè)計劃書的過程中，學生對產(chǎn)品的科學性和市場前景進行了深入調(diào)研和思考。以項目為載體，完成了構思—設計能力的塑造。本專業(yè)還鼓勵學生以《專業(yè)拓展訓練》項目為基礎參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。由于所遴選的項目經(jīng)過了導師和學生團隊的多輪評議與修改，在時間和質(zhì)量上有充分保證。并且通過嚴格的院內(nèi)初評進一步激發(fā)學生的競爭意識和協(xié)作精神。

（三）建立基于生物醫(yī)藥企業(yè)孵化器的“3+1”協(xié)同育人模式，在實踐中了解項目實施（Implement）、運行（Operate）過程。

在CDIO教育模式的四大核心環(huán)節(jié)中，項目的實施和運行是生物制藥專業(yè)的教學難點。本專業(yè)在大四學年中設置了遠超同專業(yè)平均長度的八個月實習期，并依托區(qū)位優(yōu)勢，建立了基于生物醫(yī)藥企業(yè)孵化器的“3+1”協(xié)同育人模式。讓學生在企業(yè)實戰(zhàn)中了解項目實施與運行過程。

由于生物醫(yī)藥行業(yè)的高風險、高投資特征，目前我國相關產(chǎn)業(yè)中以初創(chuàng)期和成長期企業(yè)為主[6]。特別是珠三角地區(qū)存在大量各級政府主辦的生物醫(yī)藥企業(yè)孵化器或產(chǎn)業(yè)園。廣東藥科大學與廣州大學城健康產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學研孵化基地（廣州市番禺區(qū)與廣東藥科大學聯(lián)合建立，累計引入企業(yè)281家）近在咫尺，與廣州國際生物島（生物技術企業(yè)逾兩百家，致力于打造完善的生物產(chǎn)業(yè)升級版孵化器）距離不到8公里，具有突出的區(qū)位優(yōu)勢。孵化器和初創(chuàng)企業(yè)能夠讓學生在最短時間內(nèi)認識創(chuàng)業(yè)項目的實施和運行全過程，在企業(yè)實戰(zhàn)中補齊CDIO模式的完整流程。

依托長期以來的校企合作關系，本專業(yè)從大三“專業(yè)拓展訓練”課程開始就鼓勵學生走進企業(yè)開展調(diào)研。已建立校外實踐基地30余家，并積極將企業(yè)引入校園，將實習招聘與就業(yè)招聘結(jié)合后舉辦雙選會。上述舉措讓學生、企業(yè)有更全面深入的了解，從而為大四實習實踐提供了廣闊空間。

三、廣東藥科大學生物制藥專業(yè)CDIO培養(yǎng)模式改革的保障措施

CDIO的12條標準中對課程體系、教師能力、和專業(yè)評估等方面提出了明確要求。為適應CDIO模式改革，本專業(yè)落實了以下保障措施。

（一）優(yōu)化重組了生命科學、生物工程和生物藥物等三大“核心課程群”

CDIO的核心標準中明確提出要建立一體化的教學計劃與課程體系。結(jié)合生物制藥專業(yè)理論知識與實驗技能體系，我們將專業(yè)課程優(yōu)化重組為三大核心課程群。

生命科學課程群：主要包括：基因和基因組的結(jié)構與功能、基因表達與調(diào)控、基因操作，蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構與功能，細胞的結(jié)構與功能、信號傳導。最終以基因、蛋白質(zhì)和細胞三個層次的結(jié)構、功能與信息傳遞貫穿生命科學基礎知識。

生物工程課程群：基因工程、發(fā)酵工程、生物分離工程等與生物制藥工藝和過程控制高度關聯(lián)的核心技術原理、方法和流程。最終建立生物工程基礎技能體系。

生物技術藥物課程群：生物技術藥物的制劑類型、處方設計原理與主要工藝，生物學指標相關檢測原理與方法，生物技術藥物有效性和安全性評價體系、研發(fā)流程、標準和法規(guī)。最終以藥物研發(fā)、生產(chǎn)各環(huán)節(jié)原理、工藝和評價體系再現(xiàn)生物藥物開發(fā)的完整流程。

（二）建立多環(huán)節(jié)、多角度的教學質(zhì)量監(jiān)控體系

為實現(xiàn)對教學進程的多環(huán)節(jié)、全流程監(jiān)督，對人才培養(yǎng)質(zhì)量的多角度、持續(xù)性評估與反饋。本專業(yè)建立了較為全面的教學質(zhì)量監(jiān)控體系。

以系統(tǒng)制度規(guī)范教學過程。建立了課程質(zhì)量、督導聽課、學生評教、同行評議等多環(huán)節(jié)教學質(zhì)量評價體系。制定了課堂教學、實驗教學、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、專業(yè)拓展、實習實踐的全流程教學質(zhì)量標準。如在跨課程綜合性實驗當中，以實驗原始記錄、現(xiàn)場技能考核和論文形式的實驗報告完成課程考核，較全面的覆蓋了教學內(nèi)容。在《專業(yè)拓展訓練》中，要求學生以開題報告、中期考核（以項目可行性報告的形式提交）和結(jié)題匯報（以項目商業(yè)計劃書的形式提交）完成各節(jié)點考核。以導師組的形式完成成績評議與反饋。并要求學生以專業(yè)拓展周志的形式記錄每周的集體教學活動。導師組根據(jù)上述構成項綜合評定學生成績，最終成績經(jīng)各系督導和教學副院長審核反饋后上報。

積極引入第三方評價，深入調(diào)研用人單位與畢業(yè)生，跟蹤反饋人才培養(yǎng)質(zhì)量。近四年來，本專業(yè)每年收集來源于第三方獨立機構（麥可思數(shù)據(jù)）調(diào)查的畢業(yè)生反饋信息和用人單位評價。數(shù)據(jù)全面反饋了人才培養(yǎng)質(zhì)量（包括關于學生就業(yè)情況、社會需求、用人單位評價、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育達成情況等）和教學質(zhì)量（包括教學建設效果、核心課程教學效果、實驗課程評價、教學改進、師生互動等）。此外，院系定期走訪實習單位、用人單位。并通過網(wǎng)絡問卷，組織返校座談等不同形式跟蹤調(diào)研畢業(yè)生反饋。最終根據(jù)以上反饋信息不斷改進人才培養(yǎng)方案和教學質(zhì)量。

四、廣東藥科大學生物制藥專業(yè)CDIO培養(yǎng)模式改革的成效

經(jīng)過四年多的探索和實踐，本專業(yè)的CDIO培養(yǎng)模式改革取得了初步成效，得到了考生，畢業(yè)生，企業(yè)的一致認可。本專業(yè)招生情況良好，近四年第一志愿錄取率均為100%，報到率100%;人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提高，近幾年學生的畢業(yè)率和學位授予率均為100%，畢業(yè)生考研錄取率在60%以上，畢業(yè)生升學率穩(wěn)定在20%以上;就業(yè)情況良好，學生滿意度高，學生的初次就業(yè)人數(shù)占比在98%～100%，畢業(yè)生對母校推薦率、深造率、現(xiàn)狀滿意度、教學滿意度等均居本校各專業(yè)排名前三;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育成果顯著，近三年來獲得學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目30項，其中國家級8項，省級22項;獲得“挑戰(zhàn)杯”等省級以上創(chuàng)新競賽獎19次。

參考文獻

[1]顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012（3）：24.

[2]顧佩華，胡文龍，陸小華，等.從CDIO在中國到中國的CDIO：發(fā)展路徑、產(chǎn)生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017（3）：24.

[3]Crawley，Malmqvist，Lucas，et al.The CDIO Syllabus v2.0 An Updated Statement of Goals for Engineering Education[S].Proceedings of the 7th Intenational CDIO Conference， Techinical University of Denmark， Copenhagen，June20-23，2011.

[4]Malmqvist， Edstr m， Rosén， et al. CDIO Standards 3.0 -Updates to the Core CDIO Standards[S].Proceedings of the 16th International CDIO Conference，hosted on-line by Chalmers University of Technology， Gothenburg， Sweden， June 8-11，2020.

[5]李菲，龍耀輝，趙勁松，等.我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及區(qū)域化發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國生物工程雜志，2020（8）：97.

[6]趙炎，栗錚.我國生物制藥企業(yè)聯(lián)盟的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].科研管理，2017（S1）：223.

Reform of Biopharmaceutical Personnel Training Model Based on CDIO： Exploration on the Integration of Practical Education with Mass Entrepreneurship and Innovation

WU Feng-lin， ZHANG Wen-feng， XU Bin， LI Huang-jin

（School of Life Sciences and Biopharmaceuticals， Guangdong Pharmaceutical University，? Guangdong， Guangzhou， 510006， China）

Abstract： The CDIO model， with conceiving， designing， implementing and operating as its core links， represents a systematic reform of engineering education. According to the characteristics of biopharmaceuticals， a series of reform based on CDIO were conducted in practical education and mass entrepreneurship and innovation in Guangdong Pharmaceutical University. Cross-courses comprehensive experiments were set up to cultivate system integration capability. Professional development training guided by tutor was designed to strengthen innovation ability， and the capabilities of conceiving and designing were developed by the mass entrepreneurship and innovation competitions. The “3 years+1year” cooperative education model based on bio-pharmaceutical enterprise incubator was established to make students understand the implementation and operation process in enterprises. The core curriculum group was reorganized and to establish a multi-link and multi-level teaching quality controlling system， so as to ensure the implementation of CDIO-based reform， which has achieved good results.

Key words： CDIO; biopharmaceuticals; practical education; mass entrepreneurship and innovation