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教學(xué)內(nèi)容的與時俱進(jìn)和不斷更新是“概論”課程生命力的體現(xiàn)。每學(xué)期都要開設(shè)的“概論”課,一方面建立起相對穩(wěn)定的教學(xué)大綱,是保證穩(wěn)定教學(xué)質(zhì)量的要求;另一方面,課程的教學(xué)內(nèi)容卻是需要“流動”的,不斷有所增減。這是因為無論從學(xué)科的發(fā)展還是從課程的屬性來看,都要求課程在教學(xué)過程中與時俱進(jìn)地更新教學(xué)內(nèi)容。(一)生命科學(xué)與生物技術(shù)飛速發(fā)展日新月異的必然要求日本學(xué)者伊東光在20世紀(jì)曾經(jīng)預(yù)言:生命科學(xué)在20世紀(jì)90年代會取得創(chuàng)造性的突破,21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)。如今這個預(yù)言應(yīng)驗了。從20世紀(jì)50年代到最近的諾貝爾獎獲得者中可以看出,這個公認(rèn)的最高科學(xué)獎項越來越青睞于生命科學(xué)領(lǐng)域。即便是化學(xué)獎的獲得者,許多也是因為選擇了與生命活動相關(guān)的研究對象或研究領(lǐng)域,才取得了突破性的成就。[4]進(jìn)入21世紀(jì)以來,生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了黃金時代,給人類的生活和生產(chǎn)帶來了天翻地覆的變化,依靠生命科學(xué)的新興研究領(lǐng)域特別是分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué),以及合成生物學(xué)而發(fā)展起來的認(rèn)識生命、改變自然生物為人工生物的高技術(shù)方法,正越來越顯著地提高著人們的生活質(zhì)量和工作效率。隨著生命科學(xué)與生物技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)有的教材及教學(xué)大綱的知識點已難以跟上科技發(fā)展的腳步,這也對該課程的教學(xué)方式提出了新的要求。[5,6](二)體現(xiàn)選修課傳播先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和最新科學(xué)成果的必然要求高校開設(shè)選修課的目的之一,是介紹先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和最新科學(xué)成果,以培養(yǎng)大學(xué)生的綜合素質(zhì),并提高他們的創(chuàng)新能力。這就要求“概論”在教學(xué)中必須緊跟學(xué)科發(fā)展前沿,密切關(guān)注學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的前沿技術(shù)和研究成果,及時地將其更新到教學(xué)內(nèi)容中,這樣才能體現(xiàn)選修課的課程屬性,有助于拓寬學(xué)生的知識面,優(yōu)化其知識結(jié)構(gòu),培養(yǎng)復(fù)合型的人才。
二、“概論”課程教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)的探索與實踐
(一)密切關(guān)注學(xué)科發(fā)展前沿目前,生命科學(xué)已經(jīng)成為世界科學(xué)前沿最活躍的學(xué)科,也是代表科學(xué)發(fā)展方向的學(xué)科之一。隨著新理論、新技術(shù)和新方法不斷涌現(xiàn),“概論”課程的設(shè)置及內(nèi)容顯著落后于科學(xué)發(fā)展的速度,許多前沿知識難以及時走進(jìn)課堂,學(xué)生缺乏對“高、新、尖”科技知識及發(fā)展歷程的基本了解,缺乏對該領(lǐng)域發(fā)展對社會進(jìn)步影響的認(rèn)識,從而影響了他們的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)價值觀的形成。這種局面對“概論”課程的講授內(nèi)容和方式提出了新的要求。基于此,在遵循教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上,有選擇性地穿插講授部分與大綱內(nèi)容相關(guān)的前沿技術(shù),一方面能夠加深學(xué)生對講授知識點的理解,同時也使最新的科技進(jìn)展進(jìn)入課堂,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并促進(jìn)他們修讀該課程的學(xué)習(xí)熱情。例如,在講授“克隆技術(shù)”這一知識點時,我們一方面按照教學(xué)大綱內(nèi)容,講授“多利羊”的克隆過程及其中涉及的相關(guān)生物學(xué)原理;與此同時,結(jié)合最近剛剛興起的合成生物學(xué)技術(shù),選擇其標(biāo)志性事件作為講授素材:即2010年,美國科學(xué)家克雷格·文特爾(Craig Venter)在其實驗室用化學(xué)合成的基因組成功構(gòu)建了一個細(xì)菌細(xì)胞,命名為“辛西婭”,從此宣告“人造生命”成為可能。[7]針對這一最新的生命科學(xué)前沿事件,講授其誕生背景,相關(guān)技術(shù)水平,應(yīng)用前景及輿論評價等方面的最新進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,采用啟發(fā)式的教學(xué)方法,提出疑問。即:以“多利羊”誕生為代表的克隆技術(shù)和以“辛西婭”誕生為代表的合成生物技術(shù)有何區(qū)別與聯(lián)系?通過讓學(xué)生課后查閱資料及后續(xù)課程的及時跟進(jìn),我們將這一問題的答案貫穿在整個課程涉及克隆技術(shù)的內(nèi)容中,使學(xué)生們深刻體會這二者之間的區(qū)別和聯(lián)系。這二者的效果是類似的,均是通過無性繁殖的手段獲得目標(biāo)性狀的生物個體;但克隆技術(shù)獲得的“多利羊”只是一個母體的復(fù)制,也就是說它的遺傳物質(zhì)是來至于自然復(fù)制,而采用合成生物學(xué)人工合成的生命“辛西婭”的遺傳物質(zhì)來源于人工化學(xué)合成,這是二者的不同之處。(二)積極反映科技最新動態(tài)及時展示相關(guān)領(lǐng)域的最新科研成果是選修課程的基本屬性之一,這就要求“概論”在講授過程中,要突破傳統(tǒng)按照教學(xué)大綱的思路,及時地補(bǔ)充生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域的科技最新動態(tài),全面提高學(xué)生修讀該課程的學(xué)習(xí)興趣并拓寬其知識面。如每年10月份諾貝爾獎評選結(jié)果公布,每年年底世界主流媒體評出當(dāng)年科技十大進(jìn)展之際,我們通常會把其中反映生命科學(xué)和生物技術(shù)最新進(jìn)展的內(nèi)容及時移植到教學(xué)中去。非典和禽流感的到來,威脅人們健康,引起了全社會關(guān)注。于是,有關(guān)病毒、細(xì)菌等病原物及流行疾病的新內(nèi)容被拿到“概論”課堂上來了,這些“時尚”的新內(nèi)容很受學(xué)生歡迎。學(xué)生從中感受到熱點前沿貼近自己,學(xué)習(xí)到對科研成果的評價,也更理解科技進(jìn)展的人文涵義。例如,在講授生命起源這一知識點時,針對“生命起源于地球之外的宇宙”這一假設(shè),課堂內(nèi)容中引入了最新的科技報道:火星上曾有生命?“藍(lán)莓”狀物質(zhì)成為有力證據(jù)(2012年9月17日中國日報網(wǎng))!學(xué)生在感受有關(guān)生命起源探索是在不斷進(jìn)行的同時,獲悉了最新的科技進(jìn)展。再比如,講授“微生物基礎(chǔ)”章節(jié)中關(guān)于“病毒”的知識點時,我們結(jié)合當(dāng)時在我國長三角地區(qū)爆發(fā)的H7N9禽流感疫情,詳細(xì)講解禽流感病毒的不同亞型,以及H7N9亞型病毒的演變歷程與其生物學(xué)特點、致病力、傳播力;據(jù)此,再進(jìn)一步詳細(xì)介紹禽流感流感病毒的表面結(jié)構(gòu)特征,以及其不同亞型的分類依據(jù);并結(jié)合其不耐高溫的屬性,介紹在平時日常生活中應(yīng)該如何防治,以及我國科學(xué)家如何及時進(jìn)行針對性的研究,加快防治該病毒的疫苗研制的進(jìn)展。(三)聚焦產(chǎn)業(yè)最新研究進(jìn)展隨著生命科學(xué)逐漸成為世界科學(xué)前沿最活躍的部分,作為與人類健康和自身發(fā)展密切相關(guān)的領(lǐng)域,在世界范圍內(nèi),人們逐漸形成了這樣一個認(rèn)識:生物技術(shù)所主導(dǎo)的BT產(chǎn)業(yè),與計算機(jī)技術(shù)所主導(dǎo)的IT產(chǎn)業(yè)一起,將成為21世紀(jì)主導(dǎo)社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。這意味著生物產(chǎn)業(yè)已成為全球各國關(guān)注的焦點。講授“生物技術(shù)實踐”這一章節(jié)時,我們向?qū)W生們解讀我國基于對生物產(chǎn)業(yè)研發(fā)重視而頒布的《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》和《“十二五”生物技術(shù)發(fā)展專項規(guī)劃》等最新規(guī)劃文件,使學(xué)生們及時地了解到我國在該領(lǐng)域的戰(zhàn)略部署。及時地跟進(jìn)產(chǎn)業(yè)的最新研究進(jìn)展,有望使學(xué)生們在領(lǐng)悟中學(xué)習(xí),在實踐中求知。每年6月份公布的美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎中都會有涉及生物技術(shù)應(yīng)用于綠色化學(xué)過程的實例。這些應(yīng)用實例的穿插講授,不僅可以使學(xué)生們領(lǐng)悟到生物技術(shù)的強(qiáng)大功能,而且可以使他們切身感受到生命科學(xué)和生物技術(shù)其實就在我們的日常生活中。再比如,講授“生物能源”這一知識點時,在介紹最新的第二代燃料乙醇研發(fā)進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化動態(tài)的同時,我們結(jié)合南京工業(yè)大學(xué)在另一種重要的生物能源———生物甲烷方面形成的研究方向和標(biāo)志性成果進(jìn)行講解,包括主持的兩項與生物甲烷相關(guān)的國家973項目“新一代生物催化與生物轉(zhuǎn)化的科學(xué)基礎(chǔ)”和“生物甲烷系統(tǒng)中若干過程高效轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)研究”,以及面向電動汽車的甲烷燃料電池的研發(fā)新進(jìn)展。[8]通過這些內(nèi)容的介紹,學(xué)生們在領(lǐng)悟到生物甲烷的優(yōu)越性及其生產(chǎn)流程,以及其中亟須解決的關(guān)鍵科學(xué)問題的同時,可以獲得這樣一種體驗:其實生物能源研究就在我們周圍。在此基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步以南京工業(yè)大學(xué)的生物甲烷示范工程項目作為講授素材,詳細(xì)講解生物甲烷的生產(chǎn)流程及其廣泛應(yīng)用和對節(jié)能減排的貢獻(xiàn)。
三、教學(xué)改革的效果
據(jù)統(tǒng)計,2006年第三季度,美國生命科學(xué)類風(fēng)險投資總額首次超過了IT行業(yè),成為第一大投資行業(yè)。而普華永道的分析則顯示,2007年第一季度,美國生物科技行業(yè)的投資在各行業(yè)中名列第一,在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的投資則達(dá)到有史以來的新高。
相比之下,中國市場才剛剛起步。比起互聯(lián)網(wǎng)行業(yè),生物技術(shù)和新藥研發(fā)仍然是目前一個很少資金涉入的領(lǐng)域。
今年1月,國家發(fā)改委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)司聯(lián)合中國生物工程學(xué)會《中國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2006》。該報告表明,自2002年以來,生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)吸引創(chuàng)業(yè)投資的能力急劇下降。近5年我國共有1080家企業(yè)吸引創(chuàng)業(yè)投資50億美元,但生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)只占融資總額的5.2%。
在我國,生物產(chǎn)業(yè)猶如一座待掘的金礦,等待尋寶人的到來。
生物經(jīng)濟(jì)將10倍于信息經(jīng)濟(jì)
美國《時代》周刊預(yù)言:2020年世界將進(jìn)入生物經(jīng)濟(jì)時代,革命性的市場投放階段預(yù)計將在2025年后到來,到21世紀(jì)中葉,當(dāng)生物經(jīng)濟(jì)進(jìn)入成熟階段時,生物應(yīng)用技術(shù)將滲透到我們生活中許多與生物無關(guān)的角落。不久的將來,生物經(jīng)濟(jì)將10倍于信息經(jīng)濟(jì)。
由于各國政府的高度重視和生物技術(shù)的飛速發(fā)展,生物產(chǎn)業(yè)正在全世界范圍內(nèi)迅速成長。
據(jù)統(tǒng)計,2003年世界生物產(chǎn)業(yè)市場約894億美元,預(yù)計到2007年,其市場將達(dá)1296.5億美元。全球生物技術(shù)藥品市場銷售額保持12%的年均增長速度。全球生物藥品市場規(guī)模1997年為150億美元,2000年為300億美元,2003年達(dá)到600億美元,占同期世界藥品市場的10%以上。
生物技術(shù)制藥產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前世界醫(yī)藥市場上新的增長點。隨著人類基因組圖譜的破譯,將有力地促進(jìn)生物藥物的研發(fā)。到2020年,利用生物技術(shù)研制的新藥可能達(dá)到3000種左右。到2010年全球僅生物芯片的市場就將達(dá)到600億美元。有關(guān)統(tǒng)計表明,全球生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的銷售額約每5年翻一番,增長率高達(dá)25%-30%,是世界經(jīng)濟(jì)增長率的10倍左右。
北京聚焦高端生物產(chǎn)業(yè)
2007年4月,我國《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》出臺,并把發(fā)展生物醫(yī)藥作為重頭戲,力爭在重大疾?。ㄈ鐞盒阅[瘤、心腦血管疾病和艾滋病等)的治療和預(yù)防用藥方面取得突破,爭取有5到10個自主創(chuàng)新的重要新藥品進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),培育5家左右年銷售收入超過百億元的生物醫(yī)藥大企業(yè),并在稅收政策、投融資等方面加大扶持力度,加快做大做強(qiáng)一批優(yōu)勢品牌、品種和企業(yè)。
我國生物產(chǎn)業(yè)將因此迎來快速發(fā)展的全新時代。
2007年6月16日,首屆全國生物產(chǎn)業(yè)大會在石家莊召開。國家發(fā)展改革委在這次大會上向北京等9省市新認(rèn)定的國家級生物產(chǎn)業(yè)基地授牌。
北京、上海、天津、廣州……目前全國得到生物產(chǎn)業(yè)基地授牌的城市已經(jīng)增加到12個。
生物產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最活躍的部分,將帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展。
在這次大會上,北京市發(fā)展改革委張燕友委員率由中關(guān)村生命園、北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)醫(yī)藥園、大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地三個生物產(chǎn)業(yè)基地核心區(qū)及部分骨干企業(yè)參加了大會,并在會上集中展示了北京國家生物產(chǎn)業(yè)基地的發(fā)展和具有國際一流水平的創(chuàng)新成果。
張燕友委員指出:近年來北京市緊抓機(jī)遇,加快規(guī)劃并建設(shè)國家生物產(chǎn)業(yè)基地,立足自主創(chuàng)新,聚焦高端產(chǎn)業(yè),促進(jìn)了生物工程和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展。2006年北京生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)銷售收入200億元,利潤22.6億元,產(chǎn)業(yè)盈利能力連續(xù)四年國內(nèi)領(lǐng)先。北京發(fā)展生物產(chǎn)業(yè)具有創(chuàng)新能力全國領(lǐng)先、產(chǎn)業(yè)高端優(yōu)勢凸顯和發(fā)展環(huán)境完善的三大比較優(yōu)勢。
今年4月,北京市發(fā)改委披露了2008年之前北京市重點扶持的六大產(chǎn)業(yè),生物工程和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)作為六大產(chǎn)業(yè)之一,將成為未來5年內(nèi)北京市重點扶持的目標(biāo)。今后,北京市將通過部分政策的調(diào)整,吸引社會資金向目前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對薄弱的生物制藥等領(lǐng)域投資,以構(gòu)筑均衡穩(wěn)固的投資體系。
基地核心區(qū)三足鼎立
北京國家生物產(chǎn)業(yè)基地由中關(guān)村生命科學(xué)園、大興北京生物工程和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地、北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(亦莊)醫(yī)藥園三個核心區(qū)組成。三個核心區(qū)所處的發(fā)展階段不同,所具備的資源稟賦不同,將充分發(fā)揮各自優(yōu)勢,共同加快北京生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
中關(guān)村生命科學(xué)園是中關(guān)村科技園區(qū)的重要組成部分,北京市政府于2000年6月批準(zhǔn)建設(shè)中關(guān)村生命科學(xué)園。在2000年,國內(nèi)當(dāng)時還少有生物產(chǎn)業(yè)的概念,更談不上生物產(chǎn)業(yè)專業(yè)園區(qū)。作為全國領(lǐng)先的科技園區(qū),中關(guān)村科技園區(qū)能夠預(yù)見生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,及時組織啟動建設(shè)中關(guān)村生命科學(xué)園,為國家在京大型生物技術(shù)項目和各類生物技術(shù)企業(yè)提供了發(fā)展的新空間。
到2007年7月,入駐生命園的各類企業(yè)已達(dá)60家,其中獨立自建研發(fā)生產(chǎn)中心的企業(yè)17家,入駐創(chuàng)新大廈的科技創(chuàng)新型企業(yè)43家。生命園已初步構(gòu)建起較完整的生物產(chǎn)業(yè)鏈條,并在源頭創(chuàng)新、技術(shù)支撐、產(chǎn)業(yè)資源、臨床資源上形成了獨特優(yōu)勢。
大興北京生物工程和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃面積9.63平方公里,一期3.55平方公里的土地開發(fā)工作和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本完成,目前二期、三期及配套區(qū)的道路、管網(wǎng)正在建設(shè)中。產(chǎn)業(yè)基地已引進(jìn)項目共計50家,投資總額約100億元,其中投資8000萬以上的項目37個,占77.1%。
大興基地以中國藥品生物制品檢定所為核心建設(shè)國家級生物醫(yī)藥技術(shù)檢測、藥品審評中心;依托國家新型疫苗工程中心以及北京天壇生物制品股份有限公司、民海生物科技有限公司等大型疫苗研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè),建立國家級疫苗研發(fā)生產(chǎn)基地;依托同仁堂、以嶺集團(tuán)、德國貝朗、九州通等入?yún)^(qū)的醫(yī)藥主導(dǎo)企業(yè),構(gòu)建現(xiàn)代中藥及天然藥物、現(xiàn)代醫(yī)療器械及新型制劑等多元化的產(chǎn)業(yè)格局。
關(guān)鍵詞:生命科技產(chǎn)業(yè);國際發(fā)展分析;政策建議
一、 引言
21世紀(jì)是生命科學(xué)的時代,生命科技產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展,目前已發(fā)展成為全球四大高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。生物技術(shù)在醫(yī)療保健、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、輕化工、食品等方面發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用,成為現(xiàn)代科技研究和開發(fā)的重點。生命科技產(chǎn)業(yè)正在全世界范圍內(nèi)迅速成長,成為許多主要國家新的經(jīng)濟(jì)增長點。
近年來我國政府也開始積極部署,推動生命科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。2010年,國務(wù)院的《關(guān)于加快培育及發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中從戰(zhàn)略高度上強(qiáng)化了發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的重要性,并將生命科技產(chǎn)業(yè)列為一項重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。此外,國務(wù)院于2012年的《醫(yī)藥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,提出了生命科技產(chǎn)業(yè)至2015年的相關(guān)重大工程與配套政策,并明確了生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)。當(dāng)前我國生命科技產(chǎn)業(yè)在空間上已廣泛分布于全國各大區(qū)域,主要集聚于珠三角、長江三角和環(huán)渤海3個生命科技產(chǎn)業(yè)帶內(nèi)。在這一歷史時期,如何抓住技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命的契機(jī),推動生命科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,成為各國關(guān)注的焦點。本文旨在考察近年來全球生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r,從而為決策提供參考。本文首先分析國際生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程和特征并歸納美國、歐洲、日本、印度、以色列等主要國家生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況,然后在國外推動該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措的基礎(chǔ)上,提出了對我國發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè)的建議。
二、 國際生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r
1. 發(fā)展歷程。根據(jù)生物技術(shù)在生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況,國際生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以劃分為四個階段:
1917年,匈牙利工程師卡爾·弗雷克第一次提出了“生物技術(shù)”,然而當(dāng)時的生物技術(shù)與現(xiàn)代意義上的生物技術(shù)不盡相同。直至1953年,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn),才奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ),并重新定義了生物技術(shù),由此生物技術(shù)步入穩(wěn)步發(fā)展階段。1978年,人類胰島素的合成,標(biāo)志著生物技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段。據(jù)預(yù)測,世界將于2020年全面跨入生命科技時代,此時生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度將達(dá)到信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的十倍,成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)力量。
近年來生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,年均增長速度達(dá)到20%~30%,在過去的二十幾年里,生命科技產(chǎn)業(yè)的市值增長了五十多倍。2006年~2010年間,世界范圍內(nèi)生命科技產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出較快發(fā)展態(tài)勢,但同樣出現(xiàn)了較大波動:2006年~2007年間,全球生物醫(yī)藥投入與需求增加,以及油價上漲所引發(fā)的生命科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的投資狂熱,推動生命科技產(chǎn)業(yè)快速成長;2008年~2009年,全球金融危機(jī)對生命科技產(chǎn)業(yè)形成了巨大的沖擊,與此同時生物醫(yī)藥的市場需求也因油價的降低而有所下降;2009年~2010年,生命科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,一方面要歸功于全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、生命科技產(chǎn)品市場需求增長強(qiáng)勁,另一方面是由生物環(huán)保、生物制造等產(chǎn)業(yè)與技術(shù)不斷融合推動形成的。
2. 發(fā)展特征。
(1)發(fā)展動力:知識密集,創(chuàng)新驅(qū)動。近年來,生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯示出更加旺盛的生命力和活力。隨著人類基因組測序工作的完成,生命科技領(lǐng)域研究再次獲得重大突破,基因治療、干細(xì)胞及體細(xì)胞克隆等新技術(shù)及產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),新興生命科技產(chǎn)業(yè)群迅猛發(fā)展。國內(nèi)外每年評選出的十大科技成果中,生命科學(xué)領(lǐng)域占到40%~50%左右。生命科技產(chǎn)業(yè)正在以以前所未有的速度迅速發(fā)展,新產(chǎn)品不斷推出,新專利也不斷涌現(xiàn)。生命科技產(chǎn)業(yè)正以其無可限量的發(fā)展前景,日益吸引著眾多高級人才加入生命科技領(lǐng)域的研發(fā)及創(chuàng)新隊伍中來,不斷推動生命科技產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。
(2)發(fā)展模式:集群化趨勢明顯。近年來,生命科技產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出明顯的集群化趨勢。如在美國51個大都市圈中,舊金山、波士頓、洛杉機(jī)、紐約、圣地亞哥、費城、西雅圖、羅利·達(dá)拉姆地區(qū)、華盛頓-巴爾的摩地區(qū)9個都市圈,集中了3/4以上的現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)資源,其中舊金山、洛杉磯、圣地亞哥三個城市位于加州境內(nèi)。歐洲也涌現(xiàn)出了許多典型的生命科技產(chǎn)業(yè)集群,如專注于研發(fā)的倫敦生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)集群以及研發(fā)創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)化和服務(wù)水平都十分卓越的丹麥、瑞典的藥谷。產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)活躍的并購與創(chuàng)業(yè)活動,廣泛的人員流動以及優(yōu)秀的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境,不斷改變著生命科技產(chǎn)業(yè)的競爭及合作形式。
(3)發(fā)展格局:發(fā)達(dá)國家主導(dǎo),新興國家快速崛起。當(dāng)前,世界生命科技產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出集聚化發(fā)展態(tài)勢,主要分布在美、歐、日、印度、中國等國家,而發(fā)達(dá)國家占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來,全球研發(fā)及創(chuàng)新資源不斷向新興國家流動,新興經(jīng)濟(jì)體不斷加大對生命科技產(chǎn)業(yè)的投入。盡管目前生物醫(yī)藥市場仍然由發(fā)達(dá)國家主導(dǎo),但未來幾年內(nèi)亞洲、澳大利亞以及拉美地區(qū)的生物醫(yī)藥市場增速將會迅速趕超歐美等發(fā)達(dá)國家。從2010年全球主要生物醫(yī)藥市場的發(fā)展情況來看,北美增長1.9%,歐洲增長1.4%,日本增長0.1%,而亞洲國家和澳大利亞的增長已經(jīng)達(dá)到14%。預(yù)計到2015年,美國和歐盟五國(英、德、法、意大利和西班牙)生物醫(yī)藥市場銷售額占全球的比例將下降到44%,而以中國、巴西和印度為代表的新興經(jīng)濟(jì)體市場份額占全球的重將上升到28%。新興國家生命科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展正在深刻變革全球生命科技產(chǎn)業(yè)的競爭格局。
3. 世界主要國家生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。目前,世界生命科技產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出集聚化發(fā)展態(tài)勢,主要分布在美國、歐洲、日本、中國、印度等地區(qū),其中美國、歐洲、日本、以色列等發(fā)達(dá)國家占據(jù)著主導(dǎo)地位,美國和歐洲一直處于世界領(lǐng)先地位。作為現(xiàn)代生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地,美國一直主導(dǎo)著生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,目前美國在轉(zhuǎn)基因作物、生物能源、生物醫(yī)藥等相關(guān)領(lǐng)域均處于世界領(lǐng)先地位。作為僅次于美國的生命科技研發(fā)強(qiáng)國,英國在該研究領(lǐng)域已經(jīng)獲得了30余項諾貝爾獎。近年來,英國在人類基因測序、克隆技術(shù)以及基因治療等方面都有突出表現(xiàn)。德國專注于研發(fā),發(fā)展勢頭強(qiáng)勁,但與美、英相比還有不小的差距。日本生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起步晚于歐美國家,但由于國內(nèi)政策的大力推動,其生命科技產(chǎn)業(yè)后發(fā)優(yōu)勢明顯,發(fā)展迅猛。以色列非常重視生命科技產(chǎn)業(yè),目前產(chǎn)業(yè)綜合實力全球領(lǐng)先。
目前,新興國家由于缺乏資金,且技術(shù)水平相對薄弱,則重點專注少數(shù)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,并有所突破。例如印度憑借其豐富的生物多樣性資源,從20世紀(jì)80年代開始注重生命科技研發(fā),并出臺了多種相關(guān)優(yōu)惠政策,吸引國內(nèi)外的投資。目前,印度生物信息學(xué)世界領(lǐng)先,正逐步成為全球新藥臨床試驗外包中心。
三、 發(fā)達(dá)國家發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略舉措
基于提升國家整體競爭力以及引領(lǐng)未來全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略意義,各主要國家都從戰(zhàn)略高度上對生命科技產(chǎn)業(yè)進(jìn)行積極部署,制定發(fā)展規(guī)劃、出臺相關(guān)政策措施,以推動生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
1. 政府積極引導(dǎo)。綜觀全球,各主要國家都從戰(zhàn)略高度上強(qiáng)化了生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展對經(jīng)濟(jì)增長的重要性,并積極出臺相關(guān)政策引導(dǎo)、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
為了實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,提高就業(yè)水平及推動經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,美國于2009年和2011年兩度推出《國家創(chuàng)新戰(zhàn)略》,其主要目的是構(gòu)建研發(fā)及創(chuàng)新平臺,即以健康醫(yī)療、生命科技等為重點,催化國家生命科技領(lǐng)域的突破。此外,為了推動生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,美國還出臺了優(yōu)化融資渠道、完善產(chǎn)業(yè)立法、加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)等多項政策和措施。為了走出經(jīng)濟(jì)衰退及增強(qiáng)國際競爭力,2010年3月歐盟出臺的《歐洲2020戰(zhàn)略》中確定了以消除貧困、提高就業(yè)水平為目標(biāo)的包容性發(fā)展,基于知識和研發(fā)創(chuàng)新的智慧型發(fā)展,以發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、提升競爭力、提高資源利用率為內(nèi)容的可持續(xù)發(fā)展三大戰(zhàn)略重點,并確立了新能源、信息技術(shù)、生命科技等優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。
日本提出了“生物技術(shù)立國”的戰(zhàn)略思想,強(qiáng)調(diào)把“科研重點轉(zhuǎn)向生命科學(xué)和生物技術(shù)”,并通過提高生命科技產(chǎn)業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新水平、構(gòu)建促進(jìn)生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)制、優(yōu)化生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展環(huán)境等一系列政策措施,來推動生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。以色列于1984年制定了《鼓勵工業(yè)研究和發(fā)展法》,鼓勵公司投資研發(fā)項目,政府同時分擔(dān)部分風(fēng)險。2001年又對該項法律進(jìn)行了修訂,增加了鼓勵外國投資部分。同時以色列工貿(mào)部、科技部、農(nóng)業(yè)部和財政部均設(shè)有負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)的專門機(jī)構(gòu)。以色列政府還對部分生物技術(shù)項目采取減免稅收的優(yōu)惠政策,并堅持推動政府職能調(diào)整,不斷消除制約生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的管理體制問題。
印度等新興國家基于本國優(yōu)勢和特殊資源稟賦,采取重點趕超戰(zhàn)略,加強(qiáng)政府引導(dǎo),力爭在世界新興產(chǎn)業(yè)競爭中搶占一席之地。印度很早就認(rèn)識到生命科技產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要意義,從20世紀(jì)80年代中期開始十分重視生命科技領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新;1993年,印度科技部了《新技術(shù)政策》,其中將生物技術(shù)列為一項關(guān)鍵性突破技術(shù),并積極采取相關(guān)政策措施推動其發(fā)展。近年來,印度進(jìn)一步確立了“生命科技產(chǎn)業(yè)大國”的發(fā)展目標(biāo),力爭通過加速生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升綜合國力,于2020年成為第四經(jīng)濟(jì)大國。
2. 提升研發(fā)與創(chuàng)新能力。提升研發(fā)與創(chuàng)新能力的政策措施,主要包括加強(qiáng)人才培養(yǎng)及政府資助研發(fā)創(chuàng)新等。美國一直重視培育與發(fā)展研發(fā)創(chuàng)新能力,在新推出的《國家創(chuàng)新戰(zhàn)略》中提出將GDP的3%以上用于支持國內(nèi)的研發(fā)創(chuàng)新活動,并對研發(fā)創(chuàng)新活動推行永久化稅收減免政策,同時進(jìn)一步提高能源部科學(xué)辦公室、國家科學(xué)基金會、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所3家研發(fā)資助機(jī)構(gòu)的預(yù)算水平。歐盟在出臺的《歐洲2020戰(zhàn)略》中提出將GDP的3%用于研發(fā)創(chuàng)新支出,以降低與美、日在研發(fā)投資上的明顯差距。
3. 擴(kuò)大市場需求。擴(kuò)大市場需求的政策措施,主要有加大立法支持、稅收減免、財政補(bǔ)貼等。為了擴(kuò)大生物醫(yī)藥產(chǎn)品及服務(wù)的市場需求,美國政府積極改革醫(yī)療衛(wèi)生制度,以推動生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;美國政府的醫(yī)療衛(wèi)生制度為生物醫(yī)藥產(chǎn)品價格居高不下情況下,生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)勁的市場需求。英國政府對中小型高新技術(shù)企業(yè)投資減免20%的公司稅,以鼓勵風(fēng)險投資。印度為了拓展國際市場,為國內(nèi)外向型生命科技企業(yè)提供了允許企業(yè)向國外借款、允許外資企業(yè)全資控股、提供低息出口貸款、免除出口收入全部所得稅等一系列相關(guān)優(yōu)惠政策。
4. 營造良好的市場環(huán)境。營造良好的市場環(huán)境政策,主要有改革監(jiān)管制度、拓寬融資渠道、完善知識產(chǎn)權(quán)制度等等。美國通過拜杜法案為生物醫(yī)藥研發(fā)的成果轉(zhuǎn)化提供了產(chǎn)權(quán)激勵,并提出將專利平均審批周期從35個月縮短至20個月。英國為了支持英國生物技術(shù)等高技術(shù)中小企業(yè)發(fā)展,組建了多個支持中小型高科技企業(yè)發(fā)展的風(fēng)險資金。在德國,專利法為科技成果產(chǎn)業(yè)化提供法律保護(hù)的時間長達(dá)20年;同時在專利的有效期內(nèi),第三方可以與專利的所有權(quán)人商議以許可證的形式使用其專利。為了加快生物藥審批,日本修訂了《藥品事務(wù)法》,允許制藥公司將制造外包給符合條件的制造商;此外,日本還修訂《日本商業(yè)法》以促進(jìn)企業(yè)的并購活動。
四、 對我國的啟示與政策建議
作為提升國家整體競爭力和引領(lǐng)未來發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),生命科技產(chǎn)業(yè)在我國新一輪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中將起到至關(guān)重要的作用。全球生命科技產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展及一些主要國家采取的相關(guān)政策措施,對我國發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè)具有重要的借鑒意義。
1. 準(zhǔn)確定位,加大政府投入。生命科技產(chǎn)業(yè)對于帶動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展,提升國家競爭實力具有重大意義,并且已成為影響中國乃至全球發(fā)展的重大戰(zhàn)略技術(shù)和科技前沿問題,生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將極大地促進(jìn)社會進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)增長,只有對生命科技產(chǎn)業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,才能確定政府投入和支持力度,并指導(dǎo)及推動相關(guān)工作全面展開。我國要對生命科技產(chǎn)業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,并樹立把握重大發(fā)展機(jī)遇的戰(zhàn)略意識,把發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè)作為引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)增長及提升國家整體競爭力的戰(zhàn)略選擇,加大政府投入力度,明確長期的發(fā)展目標(biāo)和戰(zhàn)略規(guī)劃,推動生命科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
2. 注重人才培養(yǎng),提高創(chuàng)新能力。生命科技產(chǎn)業(yè)具有技術(shù)快速演進(jìn)、知識高度密集的特征。積極提高創(chuàng)新能力、培養(yǎng)優(yōu)秀人才是推動生命科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速發(fā)展的關(guān)鍵,且目前已經(jīng)成為一項重要而緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)。為此,一方面由于生命科技產(chǎn)業(yè)具有多學(xué)科交叉的特點,因此要積極培養(yǎng)多學(xué)科基礎(chǔ)研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊、不斷完善人才培養(yǎng)機(jī)制,把普通教育、繼續(xù)教育和其他相關(guān)教育結(jié)合起來;另一方面,積極鼓勵海外留學(xué)人員回國發(fā)展及創(chuàng)業(yè),進(jìn)一步完善收入分配激勵機(jī)制和人才評價標(biāo)準(zhǔn),從而營造有利于生命科技產(chǎn)業(yè)人才不斷涌現(xiàn)的有利環(huán)境。
3. 營造良好的市場環(huán)境。生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,首先在研發(fā)創(chuàng)新階段需要充分的資金支持,更需要良好的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展環(huán)境。為此,政府部門應(yīng)積極做好三方面的工作。首先,要積極消除壟斷及不正當(dāng)競爭行為,為各市場參與主體提供公平競爭的市場環(huán)境。其次,逐步加強(qiáng)制度創(chuàng)新,并積極放松相關(guān)方面的管制,以優(yōu)化生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間,營造有利的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。第三,要積極擴(kuò)大生命科技產(chǎn)品的市場需求?;趪抑卮髣?chuàng)新藥物專項,促進(jìn)自主創(chuàng)新藥物市場優(yōu)先準(zhǔn)入機(jī)制的形成;進(jìn)一步擴(kuò)大計劃免疫、醫(yī)療保險等覆蓋范圍,從而擴(kuò)大生物醫(yī)藥產(chǎn)品需求。
4. 加深國際交流,取長補(bǔ)短。目前,經(jīng)濟(jì)全球化日益加深,資源跨國流動加快且成本不斷下降,積極整合全球資源進(jìn)行發(fā)展、創(chuàng)造,已經(jīng)成為眾多國家發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè)的主要模式。我國要發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè),應(yīng)該積極整合全球要素資源,拓展國際合作渠道,走開放式發(fā)展道路。為此,可以鼓勵大型跨國公司、知名科研機(jī)構(gòu)在國內(nèi)設(shè)立研發(fā)機(jī)構(gòu),積極引進(jìn)國外生命科技產(chǎn)業(yè)的相關(guān)重大產(chǎn)業(yè)項目,并支持有條件的生命科技企業(yè)通過國際合作、兼并、收購等形式,在海外設(shè)立研發(fā)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)基地等,提高國際競爭力。
五、 結(jié)語
生命科技產(chǎn)業(yè)正在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展,且已成為許多主要國家新的經(jīng)濟(jì)增長點,據(jù)預(yù)測,2020年世界將進(jìn)入生物經(jīng)濟(jì)時代,成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。本文首先回顧了國際生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程,在此基礎(chǔ)上對各國主要國家生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況進(jìn)行總結(jié)。在借鑒國外推動該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措的基礎(chǔ)上,提出了我國發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè)的政策建議。作為提升國家整體競爭力和引領(lǐng)未來世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),生命科技產(chǎn)業(yè)在我國新一輪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中將起到至關(guān)重要的作用。此外,大力發(fā)展生命科技產(chǎn)業(yè),有助于提升我國的綜合實力,占領(lǐng)國際制高點。因此,我國需要采取積極有效的政策促進(jìn)生命科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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基金項目:江蘇省科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目(項目號:BM2009855)。
如何推動實踐教學(xué)
以北方民族大學(xué)為例,該校設(shè)置的7個實驗板塊中,設(shè)計性和綜合性本科實驗項目的來源,均圍繞教師的科研項目或科研成果而設(shè)置。例如:在微生物學(xué)板塊中,部分實驗教學(xué)項目是根據(jù)基金項目“蝦青素高產(chǎn)酵母菌的選育及其產(chǎn)物功能研究”等課題而設(shè)置。再以福建師范大學(xué)為例,生命科學(xué)學(xué)院工業(yè)微生物教育部工程研究中心,投入建設(shè)經(jīng)費2000余萬元,建成省屬高校領(lǐng)先水平的發(fā)酵工程中試車間[2]。目前該車間配備有多臺10~1000L全自動發(fā)酵罐及其配套的輔助設(shè)備和下游工程設(shè)備,如空壓機(jī)、空氣凈化系統(tǒng)、電鍋爐、制冷裝置、管式離心機(jī)、三足離心機(jī)、微濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)、噴霧干燥器等先進(jìn)的儀器分析系統(tǒng),完全可以滿足該院師生進(jìn)行相關(guān)實踐性教學(xué)的需要。江南大學(xué)生物工程學(xué)院,在學(xué)生畢業(yè)實習(xí)之前,由學(xué)院下屬的5個研究中心根據(jù)自身特色,各負(fù)責(zé)1個本中心課題組特色教學(xué)訓(xùn)練項目。將學(xué)生分為5個大組,輪流進(jìn)行互動實驗,每個項目安排4~5天,整個教學(xué)訓(xùn)練項目在短期內(nèi)完成[3]。天津科技大學(xué)認(rèn)為上述做法實質(zhì)上相當(dāng)于工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中的中試環(huán)節(jié),具有連續(xù)或半連續(xù)的生產(chǎn)方式,并可以全面監(jiān)測產(chǎn)品過程,從中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。因此,它是學(xué)生將知識從理論上升到實踐的一個重要環(huán)節(jié)。例如湖南人文科技學(xué)院,與婁底百雄堂高科技農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司建立校企產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系,合作內(nèi)容是:(1)開展科研合作。(2)每年接收生命科學(xué)系學(xué)生實習(xí)。(3)共享資源。例如公司提供臘八豆菌種和腐乳菌種等現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù),作為科研合作的起點和生命科學(xué)系實驗課的內(nèi)容;生命科學(xué)系提供氣相色譜儀、液相色譜儀、原子吸收光譜儀等設(shè)備供公司產(chǎn)品質(zhì)量分析使用。此舉可供其他高校借鑒。2009年以前,生物工程與生物技術(shù)實驗裝備中多數(shù)涉及上游技術(shù)的設(shè)備已經(jīng)基本配置到位(如基因工程操作設(shè)備,萃取、離子交換、吸附、層析、蒸餾、結(jié)晶干燥等實驗室級別的代謝產(chǎn)物分離設(shè)備),缺乏的是下游生產(chǎn)級別的設(shè)備,所以要重點考慮配置實訓(xùn)車間設(shè)備。在高等教育裝備博覽會上,同樣可以看到國家對高等教育實驗室裝備的一些新理念,以及設(shè)備制造業(yè)滿足市場新需求的動向。浙江天煌公司的實驗室設(shè)備,以典型工業(yè)產(chǎn)品范例和個案研究開發(fā),作為高校實驗實訓(xùn)的裝備依據(jù)。涉及生物技術(shù)的實訓(xùn)系統(tǒng),就有啤酒自動化生產(chǎn)線過程控制(工程型)系統(tǒng)(含5器和4發(fā)酵罐)等。高校還需建設(shè)固體制劑生產(chǎn)線實訓(xùn)車間(含30萬級潔凈水平操作間)和分離制備生產(chǎn)線(包括發(fā)酵罐、多功能動態(tài)提取罐、旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器、結(jié)晶罐、迭片式離心機(jī)、板框壓濾機(jī)等),適合各類食品或藥品的生產(chǎn)操作訓(xùn)練。校內(nèi)小型實訓(xùn)車間,其生產(chǎn)過程完全與工業(yè)化生產(chǎn)過程相同,使學(xué)生能夠從生產(chǎn)原料預(yù)處理、培養(yǎng)基制備、菌種擴(kuò)培、發(fā)酵罐滅菌、接種及發(fā)酵過程中工藝參數(shù)的控制、產(chǎn)品分離提取等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行實際操作和系統(tǒng)分析。不過,各校對實訓(xùn)車間的投入還是普遍偏少。天津科技大學(xué)生物工程校內(nèi)實踐基地,設(shè)備總價值近500萬元,包括好氧發(fā)酵、果酒釀造、啤酒生產(chǎn)、分離提取、精制純化等中試系統(tǒng),涵蓋了生物工程產(chǎn)業(yè)上中下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)[4]。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)從2000年起分3期,建成生物工程專業(yè)教學(xué)實驗室1000m2,包括有通風(fēng)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵、生物工程下游技術(shù)、啤酒加工等實驗室及儀器分析室和準(zhǔn)備室等。在引進(jìn)現(xiàn)酵控制系統(tǒng)、發(fā)酵后處理設(shè)備的同時,成立了生物工程設(shè)計室,通過工程軟件AutoCAD電腦繪制,進(jìn)行發(fā)酵工藝和設(shè)備流程設(shè)計等操作。
實踐教學(xué)中新手段、新體系的運用與推廣
對于和實際生產(chǎn)聯(lián)系最緊密的課程,如化工原理、發(fā)酵工程、生物工程設(shè)備、生物發(fā)酵工藝等,吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院考慮到設(shè)備的限制問題,增加了模擬教學(xué),從專業(yè)教學(xué)仿真軟件開發(fā)公司購置了仿真教學(xué)模擬軟件,保證一人一機(jī)的實踐演習(xí)。這些軟件的仿真性強(qiáng),尤其是配備的實踐操作演練,能讓學(xué)生真正達(dá)到工廠模擬化的操作練習(xí)。煙臺大學(xué)生物工程系將計算機(jī)模擬仿真引入實踐教學(xué)[6]。這種仿真系統(tǒng)能逼真地模擬工廠運行和各種事故狀態(tài)的現(xiàn)象,大大縮短培訓(xùn)時間。在計算機(jī)仿真環(huán)節(jié),該校選用了北京東方仿真公司開發(fā)的青霉素發(fā)酵工藝仿真軟件,以單元操作的形式進(jìn)行仿真模擬。青霉素發(fā)酵工藝仿真包括青霉素發(fā)酵生產(chǎn)、青霉素的精制和提純等內(nèi)容。同時,教師可以通過計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng),全程跟蹤每組學(xué)生的操作,真正達(dá)到實踐訓(xùn)練教學(xué)的目的。傳統(tǒng)實驗項目普遍存在反應(yīng)體系大、樣品處理量多和處理時間長等特點,也使微量移液器、微量與狹縫分光光度計等現(xiàn)代科教儀器不能充分發(fā)揮其先進(jìn)性。微型化實驗于1988年末開始引入我國,關(guān)于微型實驗已有文獻(xiàn)報道[7]。微型化實驗的研究,是著眼于環(huán)境保護(hù)和實驗安全的需要,體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的要求。微型化實驗具有現(xiàn)象明顯、操作簡便快速、節(jié)省經(jīng)費、減少污染、安全和便于攜帶等優(yōu)點。
本文作者:余多慰工作單位:南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院
我國生物大數(shù)據(jù)還處于發(fā)展的初期階段,發(fā)達(dá)國家在生物大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的技術(shù)和應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我國。美國政府在2014財年已就充分利用生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù),啟動了Big Data to Knowledge計劃,這是繼2012年美國國家大數(shù)據(jù)計劃實施后新一輪面向生物大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)研究計劃。如何以最快的速度趕上先進(jìn)國家生物大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,如何從國家層面對生物大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的保護(hù)和管理,如何在基礎(chǔ)研究和技術(shù)市場應(yīng)用上與世界同步,已成為不可回避且應(yīng)當(dāng)深入思考的問題。
我國生物大數(shù)據(jù)技術(shù)與發(fā)達(dá)國家差距較大
高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展,使生命科學(xué)研究獲得了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)產(chǎn)生能力。
20世紀(jì)90年代,科學(xué)家花費10年時間、近30億美元才獲得第一個人類基因組圖譜;而今天,完成一個個人基因組測序不到一天時間,費用低于1000美元。
自人類基因組計劃完成以來,以美國為代表的世界主要發(fā)達(dá)國家紛紛啟動了生命科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃,如國際千人基因組計劃、DNA百科全書計劃、英國10萬人基因組計劃等。這些計劃使得生物數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長趨勢。隨著測序技術(shù)在醫(yī)療、健康、醫(yī)藥、環(huán)境、能源等相關(guān)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,人類將面臨生物數(shù)據(jù)的大海,而這些將成為相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新的源泉。目前,全球每年產(chǎn)生的生物數(shù)據(jù)總量已達(dá)EB級,生命科學(xué)在某種程度上已經(jīng)成為大數(shù)據(jù)科學(xué)。對這些數(shù)據(jù)創(chuàng)新性的管理和應(yīng)用,將為生命科學(xué)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來一次新的革命。
與全球來勢洶涌的生物大數(shù)據(jù)創(chuàng)新發(fā)展熱潮相比,我國的研發(fā)及應(yīng)用才剛剛開始,與國際前沿技術(shù)水平至少相差30年,差距主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理和與臨床的應(yīng)用對接上。有關(guān)人士認(rèn)為,我國在四大方面非常欠缺:其一,國內(nèi)現(xiàn)有的生物大數(shù)據(jù)分析能力雖然與歐美相差不大,但是在數(shù)據(jù)分析構(gòu)架、軟件系統(tǒng)與先進(jìn)的IT技術(shù)接軌上有待提升。其二,國外在生物大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的領(lǐng)先人才多,盡管我國也有國際頂級刊物上發(fā)表的論文和成果,但總體而言,國內(nèi)高水準(zhǔn)團(tuán)隊還比較少。其三,歐美講求成果應(yīng)用,層出不窮的分析軟件可被實驗室、臨床、產(chǎn)業(yè)多方應(yīng)用。其四,在生物大數(shù)據(jù)理論研究、標(biāo)準(zhǔn)制定和廣泛應(yīng)用上,中國都亟待全面跟進(jìn)。
對生物大數(shù)據(jù)應(yīng)用的市場和資源的激烈爭奪
為了對生物大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和利用,發(fā)達(dá)國家很早就開始了競爭。早在20世紀(jì)80―90年代,美國、歐洲和日本即已分別建立起世界三大生物數(shù)據(jù)中心:美國國家生物技術(shù)信息中心(NCBI)、歐洲生物信息研究所(EBI)和日本DNA數(shù)據(jù)庫(DDBJ)。這三大生物數(shù)據(jù)中心掌握和管理著全世界的生物數(shù)據(jù)和知識資源,并處于壟斷地位。
美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)建立了八個國家級生物數(shù)據(jù)技術(shù)研究中心,旨在長期發(fā)展生物大數(shù)據(jù)分析技術(shù),提高生物大數(shù)據(jù)利用和轉(zhuǎn)化能力,并保持其領(lǐng)先地位。美國政府于近兩年兩次啟動生物大數(shù)據(jù)研究計劃,目的是有針對性地研究生物大數(shù)據(jù)管理、分析、共享等生物領(lǐng)域迫切需要的核心技術(shù),從根本上提升美國利用生物大數(shù)據(jù)的水平,并以此帶動生物領(lǐng)域研究與產(chǎn)業(yè) 發(fā)展。
在商業(yè)領(lǐng)域,生物大數(shù)據(jù)的應(yīng)用市場也紛紛涌現(xiàn)。目前,一些公司已開始提供生物大數(shù)據(jù)服務(wù)。例如,谷歌投資DNANexus公司,提供生物大數(shù)據(jù)管理和分析服務(wù),并于2011年接管NCBI數(shù)據(jù);早在2006年,23AndMe公司就開始提供個人基因組數(shù)據(jù)分析服務(wù),目前受益者總數(shù)已超過50萬人;英國衛(wèi)生部于2013年專門建立了Gel公司,管理和分析英國10萬人基因組計劃產(chǎn)生的基因組數(shù)據(jù)。
BCC報告指出:“至2018年,生物大數(shù)據(jù)的市場總額將增長至76億美元,年復(fù)合增長率達(dá)到71.6%?!丙溈襄a公司報告指出:“如果美國醫(yī)療保健行業(yè)有效利用大數(shù)據(jù),就能把成本降低8%左右,從而每年創(chuàng)造出超過3000億美元的產(chǎn)值。”
必須掌控我國生物大數(shù)據(jù)
對于國家而言,重要領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)已成為戰(zhàn)略資源,擁有數(shù)據(jù)的規(guī)模和運用數(shù)據(jù)的能力將成為一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。
我國人口為世界第一,生物樣本資源豐富,這將使我國很快成為生物數(shù)據(jù)產(chǎn)出大國,但重要的是,我們應(yīng)當(dāng)成為利用生物大數(shù)據(jù)的強(qiáng)國。國際上生物數(shù)據(jù)資源一直由歐美的幾大數(shù)據(jù)中心掌握,我國產(chǎn)生的許多生物數(shù)據(jù)資源不得不提交給這些數(shù)據(jù)中心,導(dǎo)致我國投入大量資金與人力產(chǎn)生的生物數(shù)據(jù)嚴(yán)重流失。
在生物大數(shù)據(jù)領(lǐng)域,我國缺乏國家層面的對生物大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理與利用的體制、機(jī)制和環(huán)境,這已經(jīng)使中國的生物數(shù)據(jù)受到嚴(yán)重威脅?,F(xiàn)在國際上的三大生物數(shù)據(jù)中心都是歐美從國家層面建立的,并免費向國際開放。我國的相關(guān)科學(xué)研究和市場應(yīng)用發(fā)展受益于這些數(shù)據(jù)中心,同時也嚴(yán)重依賴和受制于此。
我國尚未建立面向生物大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的國家級技術(shù)研究中心,技術(shù)研發(fā)缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo),技術(shù)產(chǎn)出較少,難以建立完善的生物大數(shù)據(jù)技術(shù)體系,不能滿足生物大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的數(shù)據(jù)管理和服務(wù)需求。同時,人才缺口較大。
大數(shù)據(jù)的使用已經(jīng)成為一個國家各領(lǐng)域提高生產(chǎn)力、創(chuàng)新能力以及競爭力的關(guān)鍵要素。
企業(yè)只有尋求到一種不受固有產(chǎn)業(yè)鏈變化影響的商業(yè)模式才能夠立于不敗之地,吉列靠賣刀片而不是剃須刀賺錢,惠普打印機(jī)的利潤來自于墨盒而非打印機(jī)本身,汽車4S店不是靠賣汽車掙錢而是售后的延伸服務(wù),而凱晟生物科技有限公司(ProGenTech,以下簡稱凱晟生物)就是通過其研發(fā)的檢測平臺帶來了源源不斷的耗材需求?!叭绻獮閯P晟生物定位,它們是屬于設(shè)備加耗材的行業(yè)?!钡峦Y本合伙人田立新表示,“他們銷售檢測平臺只是一次易,但是帶來的卻是后續(xù)長時間的耗材需求?!闭怯捎趧P晟生物這種與眾不同的盈利模式使得德同資本與Bay City Capital(以下簡稱BCC)在2008年4月3日正式為其注資2100萬美元,完成了凱晟生物的第三輪融資。
從NASA到生命科學(xué)
也許凱晟生物的創(chuàng)始人、現(xiàn)任總裁兼首席運營管余家昌(Steve Yu)從來沒有想到一則報道會對他產(chǎn)生如此大的改變。曾在美國國家航空航天局(NASA)工作過的余家昌在2001年通過電視上的報道得知美國郵局遭受到了炭疽熱病毒的攻擊,而美國有些公司所研發(fā)的產(chǎn)品能夠在半小時之內(nèi)將生化武器中具有危害性的物質(zhì)檢測出來?!爱?dāng)時我就對自己說,這就是我想要做的產(chǎn)品。”余家昌告訴本刊記者,“生命科學(xué)是為了人類的健康和安全服務(wù)的,這比高科技更加有意義。”于是余家昌一頭扎入了完全陌生的生命科學(xué)領(lǐng)域,并于2005年3月與其合伙人Jesus Ching共同創(chuàng)建了凱晟生物。同年5月余家昌單槍匹馬回到中國,開始他在中國創(chuàng)業(yè)的道路。
盡管凱晟生物是一個生物技術(shù)公司,但是其所研發(fā)的產(chǎn)品涵蓋了化學(xué)試劑研制、電子控制、軟件應(yīng)用、人機(jī)界面、嵌入式軟硬件開發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計等與工程自動化相關(guān)的技術(shù),想要找到能夠同時具備這么多門類知識的研發(fā)人員相當(dāng)困難,于是余家昌決定將每種工作按照不同知識領(lǐng)域劃分開,尋找每個領(lǐng)域中的專業(yè)技術(shù)人員,在技術(shù)團(tuán)隊組建完善之后,余家昌帶領(lǐng)其團(tuán)隊用了將近一年的時間就將初期的產(chǎn)品研發(fā)出來?;叵氘?dāng)初的創(chuàng)業(yè)過程,余家昌感慨萬千,“盡管我們的研發(fā)團(tuán)隊在每一個領(lǐng)域中都是精英,但是核酸提取對于他們來說是一個完全陌生的概念,直到他們真正看到我們初期的產(chǎn)品才明白了這個產(chǎn)品的概念,了解了這個產(chǎn)品的實際應(yīng)用原理?!?/p>
眾所周知,美國在生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展比中國要發(fā)達(dá)幾十年,試驗經(jīng)費上百倍的差距、研究人員數(shù)目的缺乏,以及實驗儀器和試劑的落后造成了生命科學(xué)技術(shù)在中國的發(fā)展步履維艱,然而余家昌卻依舊選擇了中國,是為了利用全球不同地域的不同優(yōu)勢而調(diào)整戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)?!拔覀冊谥袊虾Ec美國加州都建立了公司,這樣我們就可以一方面應(yīng)用國外優(yōu)秀的技術(shù)進(jìn)行扶持,另一方面也可利用國內(nèi)低成本生產(chǎn)的優(yōu)勢?!庇嗉也硎荆澳壳爸袊袌鲆?guī)模大約為6000萬美元,僅僅占到全球整個行業(yè)市場的10%,因此占領(lǐng)了90%左右市場份額的國外市場是我們的銷售主戰(zhàn)場?!眲P晟生物在加州的公司主要負(fù)責(zé)其在銷售、專利申請以及客戶開發(fā)的規(guī)模,而上海的總部匯集了所有的核心研發(fā)團(tuán)隊進(jìn)行研發(fā)和國內(nèi)市場銷售工作,2006年底在蘇州建成的工廠則是為凱晟生物的耗材及儀器進(jìn)行組裝。
選擇中國市場除了降低研發(fā)、生產(chǎn)成本之外,資本也是相當(dāng)重要的一個原因。據(jù)了解,凱晟生物在接受此次投資之前,曾經(jīng)獲得兩輪天使投資,然而天使投資的資金比較有限,而高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)又需要大量資金,因此,將有限的資金帶到中國就能夠創(chuàng)造更多的價值?!霸诿绹囊辉X到中國可以當(dāng)作八元錢用,所以我們的資金在中國可以做更多的事?!庇嗉也硎?。“另外,中國有很多優(yōu)秀的工程師,他們工作的努力程度是你所無法想象的?!痹趪?,很多機(jī)構(gòu)為了開發(fā)一個產(chǎn)品要開三個月的會議;在凱晟生物,一個新方案在出臺之后只需要經(jīng)過幾個小時的討論就可以開始啟動,開發(fā)的速度是海外機(jī)構(gòu)所不能比擬的。
最Top的技術(shù)
生命科學(xué)領(lǐng)域的“瓶頸”問題就在于技術(shù),只有擁有了先進(jìn)的技術(shù)核心才能夠擁有至高的“門檻”,讓競爭對手無法望其項背?!拔覀兪紫瓤粗氐木褪莿P晟生物在技術(shù)上的優(yōu)勢。”田立新表示,“這項技術(shù)在中國沒有,在全世界范圍內(nèi)也是非常先進(jìn)的?!眲P晟生物專注于核酸(蛋白)的純化及分析技術(shù),而這些技術(shù)最關(guān)鍵的就是核酸(蛋白)提取純化。核酸主要包括脫氧核糖核酸DNA、核糖核酸RNA以及部分蛋白,而核酸因為能夠自我復(fù)制被認(rèn)為是最本質(zhì)的生命物質(zhì),而要獲得任何一個事物的信息都要從基因提取系統(tǒng)開始,基因的提取關(guān)鍵就在于核酸(蛋白)的提取。這項技術(shù)幾乎伴隨著整個分子生物學(xué)研究過程,從最初的目的基因提取到PCR產(chǎn)物純化或“膠回收”,以及基因克隆中質(zhì)粒的提取等實驗過程都離不開核酸(蛋白)提取純化。
傳統(tǒng)應(yīng)用的核酸提取方法主要包括沉淀法、螯合樹脂、玻璃粉吸附法。盡管這些方法能夠?qū)怂徇M(jìn)行不同程度的提取,但是卻存在操作繁瑣、耗時效、環(huán)境污染、提取純度不高等缺點。而凱晟生物在進(jìn)行核酸提取時所采用的則是磁珠法,“這是自動化領(lǐng)域中非常實用的技術(shù),我們就是利用這項技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)?!庇嗉也硎?。磁珠的主要原料為鐵氧體,有很高的電阻率和磁導(dǎo)率,等效于電阻和電感串聯(lián),具有更好的高頻率波特性,并在高頻時呈現(xiàn)阻性,利用微性微粒及偶聯(lián)技術(shù)能夠快速將DNA提取出來,可應(yīng)用于蛋白純化、免疫學(xué)檢測、核酸純化和核酸雜交檢測等領(lǐng)域。
凱晟生物的產(chǎn)品所具備的最大優(yōu)勢有兩點。首先,精簡操作的步驟及檢測的時間。傳統(tǒng)的實驗操作普遍是通過手工或半自動化完成,利用移植箱對試劑盒進(jìn)行手動操作,根據(jù)不同的樣品,整個提取過程在兩至三個小時左右;而凱晟生物的智能盒根據(jù)不同的實驗要求,已經(jīng)預(yù)先灌裝好所用的試劑,因此,操作人員只需要將樣品放入智能盒,再將智能盒放置到檢測系統(tǒng)上即可以操作。其次,能夠避免樣品之間及樣品與操作人員之間的交叉感染。現(xiàn)在最常見的“集中式”儀器是一種開放式檢測儀器,采用這種儀器進(jìn)行實驗檢測的最大問題就是樣品會被污染,智能盒是完全密封的,因此,只要放入樣品就可以在盒子外部進(jìn)行操作。“凱晟生物的產(chǎn)品的主要優(yōu)點就是能夠消除用戶遭遇無保護(hù)和樣品交叉污染的可能性?!碧锪⑿卤硎?。以病人驗血為例,醫(yī)院采用的是48孔或者96孔板的開放性設(shè)施,而檢測操作的第一步就是加熱樣品,加熱所產(chǎn)生的揮發(fā)勢必使得樣品之間產(chǎn)生交叉污染。如果檢驗樣品含有SARS或者禽流感病毒,對于在開放式環(huán)境中進(jìn)行操作的檢測人員來說是一個相當(dāng)大的危險。因此,凱晟生物能夠解決該問題的技術(shù)和產(chǎn)品真正吸引了投資者的目光。
打印機(jī)模式
擁有了領(lǐng)先的專利技術(shù),開發(fā)出競爭力十足的產(chǎn)品,盈利模式就成為了投資人最為關(guān)注的焦點問題?!皠P晟生物的商業(yè)模式并不算新穎,但是用在生命科學(xué)領(lǐng)域卻是十分巧妙的?!碧锪⑿抡J(rèn)為,“通常來說,產(chǎn)品的硬件賣掉一件就是一單生意的結(jié)束,但是凱晟生物在賣掉一件基礎(chǔ)檢測平臺之后,卻能夠帶來若干年穩(wěn)定的耗材需求?!?/p>
這種商業(yè)模式完全復(fù)制了惠普打印機(jī)“機(jī)器為餌,耗材釣魚”的盈利模式,將其打印機(jī)以極低的利潤甚至是虧本賣給使用者,但是用戶在后續(xù)階段所使用的墨粉才是真正為廠商帶來巨大利潤的關(guān)鍵?!皠P晟生物的模式甚至比惠普的模式更好,他們的墨粉要用完之后才需要更換,但是我們的智能盒卻是一次性的,不可能再循環(huán)利用,我們的耗材更換周期更短。”余家昌說。據(jù)介紹,凱晟生物每臺儀器的使用壽命在5-20年不等,如果第一年銷售100臺,第二年依舊銷售100臺,那么第二年的耗材需求量就是200臺儀器的消耗量,如果第三年再銷售100臺,則耗材用量就增加到300臺,以此類推,耗材的用量將會逐年增長。另外,隨著市場的快速發(fā)展,凱晟生物的儀器銷售量必定是呈上升狀態(tài)而不是水平狀態(tài),因此耗材的需求量就更大了。據(jù)統(tǒng)計,目前這個行業(yè)在國外每年需求量的增長率大約為20%,而中國市場需求量的增長率卻高達(dá)40%,所以這個領(lǐng)域的發(fā)展空間將是非常大的。
雖然許多高校購買了一些先進(jìn)的儀器設(shè)備,但大部分儀器都較昂貴,且套數(shù)有限,基本只能滿足基本的科研需要,尚無法針對學(xué)生單獨開展實驗。此外生物技術(shù)儀器分析的課時,也限制了單獨進(jìn)行實驗教學(xué)的可能。盡管實驗教學(xué)困難,但通過有效的新型實驗教學(xué)手段消弭學(xué)生難以將理論和實踐相結(jié)合的實際問題,是非常有必要的。
2生物儀器分析教學(xué)改革對策
針對生物技術(shù)儀器課程本身的特點,欲解決教學(xué)過程中實際遇到的問題,首先得明確生物儀器分析課程的教學(xué)目標(biāo):通過對常見的分析儀器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的講解,使學(xué)生在掌握分析原理的基礎(chǔ)上理解相應(yīng)儀器的用途,了解儀器的基本結(jié)構(gòu),能在具體的儀器操作教學(xué)過程領(lǐng)會儀器的使用方法。針對這一教學(xué)目標(biāo),可從如下幾個方面進(jìn)行教學(xué)改革。
2.1理清主線,點、線、面有效整合針對生物技術(shù)儀器分析教學(xué)內(nèi)容繁雜的問題,應(yīng)該首先明確本課程主線,將課堂教學(xué)的有限的具體點有效串聯(lián),并啟發(fā)學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容向更廣闊的面進(jìn)行擴(kuò)展。譬如我們從一個細(xì)胞的解析為例。其中描述細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)可作為主線之一,則包含的內(nèi)容包括普通光學(xué)顯微鏡、倒置顯微鏡、熒光顯微鏡、掃描共聚焦顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等諸多儀器,在課堂教學(xué)中不可能面面俱到,但可重點介紹普通顯微鏡這一點,在點上將原理、儀器結(jié)構(gòu)、使用方法、應(yīng)用實例等詳細(xì)介紹,通過啟發(fā)思維引導(dǎo)學(xué)生思考如何在更小的尺度上描述細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu),在學(xué)生自己有興趣的情況下,即可通過同樣的方法自學(xué)其它顯微鏡的內(nèi)容,將描述細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的內(nèi)容可擴(kuò)展到更豐富的面。再比如測定有機(jī)物分子的結(jié)構(gòu)作為主線,則包括紫外、熒光、紅外、核磁共振和質(zhì)譜等。兼具分離和分析特點的儀器,如電泳和色譜??傊欢ㄒ幸粭l線將相應(yīng)的儀器串聯(lián)起來,選擇具體的儀器作點上的介紹,通過問題啟發(fā)學(xué)生作面上的擴(kuò)展。
2.2引入多媒體,加強(qiáng)教學(xué)資源建設(shè)高校的儀器分析教材多為分析化學(xué)方向的指導(dǎo)教材,專門用于生命科學(xué)領(lǐng)域的生物儀器分析理論和實驗教材并不多?;瘜W(xué)類的儀器分析教材更偏重于化合物結(jié)構(gòu)的解析,并不能完全適用于生物科學(xué)研究的特點,其直接作為生物儀器分析教材實用性受到限制,因此有必要編寫通用的生物儀器分析教材。生物儀器分析教材應(yīng)介紹生物分析儀器的構(gòu)造、工作原理、分析方法等相關(guān)的理論知識。這些分析方法的原理抽象,難以理解,使用傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難講述清楚,應(yīng)該運用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段,將大型生物儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及操作技術(shù)以動畫形式模擬出來,學(xué)生可以運用電腦、手機(jī)等多媒體終端直接觀看,甚至可以采取游戲的方式提高學(xué)生的參與度,增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)質(zhì)量。這樣既節(jié)約了課時,又使教師有充足的時間用于重點和難點的講授。作為課堂理論教學(xué)的延伸,生物儀器分析的實驗教學(xué)更應(yīng)加強(qiáng)多媒體教學(xué),在學(xué)生提前觀看多媒體的情況下再進(jìn)行試驗操作的現(xiàn)場演示,必會有更好的效果。多媒體的制作應(yīng)是實驗室儀器分管人員針對自己分管儀器的基本工作,應(yīng)避免多媒體上所演示的儀器與實際操作儀器的脫節(jié)問題。
2.3大班理論教學(xué),實驗教學(xué)循環(huán)開課生物儀器分析課與其他課程不同,內(nèi)容包含理論教學(xué)和實驗教學(xué),因此要求教師不但要有專業(yè)理論知識,更要有豐富的儀器分析經(jīng)驗,只有這樣才能保證理論與實踐的有機(jī)結(jié)合,收到良好的教學(xué)效果。生物儀器分析課程理論教學(xué)可采用大班開課的方式,緊密結(jié)合生物科學(xué)生產(chǎn)研究的實際,介紹具體儀器的相關(guān)理論知識。實驗教學(xué)應(yīng)采取小班或小組教學(xué)的方式,以實際操作為核心,選取在生產(chǎn)和科研中具有先進(jìn)性和實用性的生物分析儀器作為該課程的主要內(nèi)容,應(yīng)使每個學(xué)生都能參與具體實驗操作。對于不具備操作條件的實驗,演示過程可通過多媒體讓學(xué)生自行學(xué)習(xí)。理論課老師與實驗室負(fù)責(zé)儀器管理的實驗技術(shù)人員共同商討每臺儀器需要講授的內(nèi)容,按時進(jìn)行備課,編寫教案,由實驗室統(tǒng)一檢查備課效果,以充分確保備課教案的質(zhì)量和實用性。根據(jù)每臺儀器的實際使用情況,具體安排講課人員名單,讓精通每種儀器的教師、研究生和儀器技術(shù)管理人員擔(dān)任實驗室儀器的實驗教學(xué)任務(wù)。每臺儀器可根據(jù)實際需要,每周或每月開課1-2次,循環(huán)教授,讓學(xué)生通過預(yù)約的方式,根據(jù)自己的安排選擇上課時間。
2.4引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注熱點,知用合一生命科學(xué)儀器的種類及儀器分析方法繁多、學(xué)科跨度大,往往會讓學(xué)生感覺難以抓住重點,提不起興趣。因此在講解各種儀器的分析使用方法之前,必須做一個引導(dǎo)性的介紹,通過社會熱點事件(如新的研究發(fā)現(xiàn)、食品安全等)或日?,F(xiàn)實生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外,通過各種渠道介紹學(xué)院教師使用該儀器及分析方法取得的最新科研成果,并展示教師科研成果的圖片或結(jié)果給學(xué)生,使學(xué)生感受到科學(xué)研究就在身邊,儀器分析無處不在,從而激發(fā)他們的親近感。最后,也可以聘請相關(guān)專家、儀器廠家的工程師、學(xué)術(shù)專家、本院教師等以專題或?qū)W術(shù)講座的形式介紹實驗室擁有的儀器及生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)儀器發(fā)展的前沿知識,激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的熱情。
3結(jié)束語
生物醫(yī)學(xué)工程(biomedicalengineering,BME)是20世紀(jì)50年代形成的一門獨立的邊緣科學(xué),現(xiàn)代醫(yī)療器械則是這一新興學(xué)科的產(chǎn)品形式。它是工程技術(shù)向醫(yī)學(xué)科學(xué)滲透的必然結(jié)果。20世紀(jì)50年代以來,心腦血管疾病、癌癥、糖尿病等現(xiàn)代文明流行病開始威脅人類健康。因此,醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)一步完善和發(fā)展不是以定性觀察、現(xiàn)象歸納為方法學(xué)特征的醫(yī)學(xué)本身所能解決的,它必須和以定量觀測、系統(tǒng)分析為方法學(xué)特征的工程科學(xué)相結(jié)合,并綜合運用各種已有的和正在發(fā)展的高新技術(shù),才有可能逐步解決這些問題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)運而生。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程已成為生命科學(xué)的重要支柱,是21世紀(jì)最具有潛在發(fā)展優(yōu)勢的領(lǐng)先科技之一[1]。
1、什么是生物醫(yī)學(xué)工程?
1.1含義
生物醫(yī)學(xué)工程是一個新興的多學(xué)科交叉領(lǐng)域,其內(nèi)涵是:工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合以認(rèn)識生命運動的“定量”規(guī)律,并用以維持、改善、促進(jìn)人的健康。“生物醫(yī)學(xué)工程”這個詞匯蘊(yùn)含了三個專業(yè)領(lǐng)域的相互影響:生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程是綜合生命科學(xué)和工程技術(shù)的理論、方法、手段,研究人類及其他生命現(xiàn)象結(jié)構(gòu)功能的理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科,是多種工程技術(shù)學(xué)科向生命科學(xué)滲透和相互交叉的結(jié)果,并已成為生命科學(xué)的重要支柱。生物醫(yī)學(xué)工程是應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué),主要服務(wù)于人類疾病的診斷、預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療及保健、康復(fù)等方面;生物醫(yī)學(xué)工程的主要研究任務(wù)是利用工程技術(shù)手段解決醫(yī)學(xué)診斷、治療和信息化管理等問題,為醫(yī)學(xué)提供高技術(shù)含量的現(xiàn)代醫(yī)療裝備。
1.2內(nèi)容與領(lǐng)域
生物醫(yī)學(xué)工程的研究內(nèi)容可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個方面?;A(chǔ)研究,包括生物力學(xué)、生物控制、生物效應(yīng)、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞、生物醫(yī)學(xué)信息的提取與處理、生物材料學(xué)、生物系統(tǒng)的建模與仿真、各種物理因子的生物效應(yīng)等;應(yīng)用研究,直接為醫(yī)學(xué)服務(wù),包括生物醫(yī)學(xué)信號檢測與傳感技術(shù),生物醫(yī)學(xué)信息處理技術(shù),醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù),人工器官、醫(yī)用制品和儀器,康復(fù)與治療工程技術(shù)等。后者是醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域中最主要的內(nèi)容之一,它的成果直接推動醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展,效果最明顯、最迅速,所以特別受醫(yī)學(xué)工程人員和醫(yī)生的重視。
2課程安排
根據(jù)我國《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》,生物醫(yī)學(xué)工程高技術(shù)專項將按照當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向,重點發(fā)展醫(yī)療影像設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備、腫瘤物理治療設(shè)備等11大類產(chǎn)品,強(qiáng)化新型醫(yī)用植入器械和人工器官、數(shù)字化與智能化醫(yī)療裝備、可生物降解醫(yī)用高分子及藥物控釋載體、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。針對這一方向,我們將設(shè)定14次課,分別介紹各項技術(shù)產(chǎn)品或領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展,讓學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科有個整體的了解和認(rèn)識。課程設(shè)置如下[2]:
1.生物醫(yī)學(xué)工程概況:介紹生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科概況、發(fā)展歷程、學(xué)科內(nèi)容、工程分支,以及國內(nèi)外高校建設(shè)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的情況。
2.組織工程學(xué):應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理,吸收現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、材料與工程學(xué)等學(xué)科的科研精華,在體內(nèi)或體外構(gòu)建組織和器官,以維持、修復(fù)、再生或改善損傷組織和器官功能,是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后,生命科學(xué)發(fā)展史上又一新的里程碑,標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出器官移植的范疇,步入制造組織和器官的新時代。目前組織工程已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)研究和發(fā)展的核心與主要方向。
3.生物材料學(xué):研究與生物體(特別是人體)組織、血液、體液相接觸或作用時,不凝血、不溶血、不引起細(xì)胞突變、畸變和癌變,不引起免疫排異和過敏反應(yīng),無毒、無不良反應(yīng)的特殊功能材料。許多重點院校和科研單位都成立了相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu),從事生物材料及制品的開發(fā)研究,在天然高分子和合成高分子、無機(jī)和金屬生物材料研究方面均取得了舉世公認(rèn)的成果。
4.人工器官:主要研究人體組織與器官的再生、修復(fù)與替代。人工器官在臨床上的應(yīng)用,挽救了不少垂危的生命,為臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展開拓了新途徑。目前人工器官的研究和應(yīng)用已基本遍及人體全身。
5.生物傳感器技術(shù):使用固定化的生物分子結(jié)合換能器,用來偵測生物體內(nèi)或體外的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)或與之起特異互作用后產(chǎn)生響應(yīng)的技術(shù)。目前,生物傳感器正朝著以下幾個方面發(fā)展:①向高性能、微型化、一體化方向發(fā)展;②生化檢測的智能化系統(tǒng);③仿生生物學(xué)的發(fā)展。
6.生物系統(tǒng)的建模與仿真:對生物體在細(xì)胞、器官和整體等各層面的參數(shù)及其相互關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型,并用計算機(jī)求解該模型以分析和預(yù)測各種條件下生物系統(tǒng)運行的機(jī)制和狀態(tài)。研究領(lǐng)域涵蓋生物力學(xué)、復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的建模與仿真等領(lǐng)域,主要采用計算力學(xué)、圖形圖像分析和數(shù)學(xué)建模等方法,對生物醫(yī)學(xué)中的科學(xué)問題進(jìn)行計算機(jī)建模和分析。
7.生物醫(yī)學(xué)信號檢測與處理技術(shù):生物醫(yī)學(xué)信號的檢測與處理幾乎成為了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科共同的研究方向。從生物體中獲取各種生物醫(yī)學(xué)信息,并將其轉(zhuǎn)換為易于檢測和處理的電信號。
8.醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù):研究如何將人體有關(guān)生理、病理的信息提取出來并顯示為直觀的圖像、圖形方式,或?qū)σ延械尼t(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析處理,為疾病的早期診斷和治療提供了可能性,也為臨床診斷引入了新的概念。
9.數(shù)字化X射線影像技術(shù)及設(shè)備:數(shù)字化X射線影像技術(shù)現(xiàn)已成為臨床診斷的最主要手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括:直接數(shù)字化平面X射線影像技術(shù);數(shù)字化X射線三維影像技術(shù);低劑量CT、容積CT等。
10.磁共振影像技術(shù)及設(shè)備:磁共振影像是檢測人體解剖、生理和心理信息的多因素、多層面和多對比度成像設(shè)備。
11.核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)及設(shè)備:核醫(yī)學(xué)成像是對放射性核素標(biāo)記化合物的體內(nèi)生化過程成像的裝備,是目前能夠在臨床應(yīng)用的最主要的分子成像手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù):單光子斷層成像(SPECT)技術(shù)和系統(tǒng)、正電子發(fā)射(PET)影像技術(shù)和系統(tǒng)、PET與CT融合技術(shù)等。
12.數(shù)字化超聲波成像技術(shù)及設(shè)備:超聲成像設(shè)備在四大影像設(shè)備中使用最為廣泛。目前重點發(fā)展技術(shù)包括:多波束成像技術(shù)、諧波成像技術(shù)、多角度復(fù)合成像技術(shù)、三維成像技術(shù)、電容式微機(jī)械超聲換能器、彩色超聲成像設(shè)備系統(tǒng)、數(shù)字黑白超聲影像設(shè)備等。#p#分頁標(biāo)題#e#
13.醫(yī)學(xué)納米技術(shù)和納米材料:可運載腫瘤標(biāo)志物分子的特異性抗體、腫瘤治療藥物以及造影劑等新的高效藥物(基因)載體;發(fā)展納米尺度的顯微探針成像技術(shù);發(fā)展用于組織再生修復(fù)的納米生物材料;建立用于納米材料健康與安全評價的技術(shù)與方法,都是當(dāng)前重點發(fā)展方向。
14.康復(fù)工程技術(shù):重點發(fā)展假肢仿生智能控制技術(shù)、低成本假肢矯形、適應(yīng)不同功能障礙者工作和學(xué)習(xí)的環(huán)境控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程交流、認(rèn)知功能康復(fù)、人工電子耳蝸漢語識別、電子助視、老年人室內(nèi)安全監(jiān)護(hù)等技術(shù)。
3教學(xué)模式的探索
針對課程本身的特點和學(xué)生認(rèn)知的特點,設(shè)想從以下幾個方面探索課程的教學(xué):
3.1多媒體教學(xué)
多媒體教學(xué)具有直觀、生動、易于理解的特點,并可節(jié)約教學(xué)時間,提高效率。由于每次課針對的是某項技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論知識和行業(yè)動態(tài)的介紹,涉及的知識點多且泛,采用多媒體教學(xué)課件進(jìn)行教學(xué),形象直觀,趣味性強(qiáng),可以使學(xué)生印象深刻,降低了抽象知識的理解難度和記憶難度,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3.2優(yōu)化課程內(nèi)容,加強(qiáng)實踐教學(xué)
在教學(xué)中注意把握課程的整體體系,強(qiáng)調(diào)課程知識點和適用性。教學(xué)重點清晰,適當(dāng)補(bǔ)充行業(yè)最新動態(tài)作為課外知識。課堂授課的重點應(yīng)放在概念的理解和相關(guān)模型的建立。同時,應(yīng)創(chuàng)造條件充實參觀和實驗內(nèi)容,讓復(fù)雜的理論實物化、形象化、簡單化。跟有教學(xué)合作基礎(chǔ)的醫(yī)院聯(lián)系,安排學(xué)生到相應(yīng)科室參觀相關(guān)設(shè)備和操作系統(tǒng),開展現(xiàn)場教學(xué)和盡可能多的實驗課,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果條件允許,還可以讓學(xué)生參與到實際操作中。通過這種實踐教學(xué),使學(xué)生覺得取得臨床上的應(yīng)用成就并不是遙不可及,從而增強(qiáng)他們對理論知識學(xué)習(xí)的興趣。
摘要:根據(jù)21世紀(jì)對生物統(tǒng)計學(xué)課程的重新定位,在生物統(tǒng)計學(xué)精品課程建設(shè)中重點突出了教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革,強(qiáng)化了學(xué)生能力的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞:生物統(tǒng)計學(xué);精品課程;教學(xué)改革
一、引言
隨著生物科學(xué)的發(fā)展,只有定性的結(jié)論已不能滿足實踐的需要,實現(xiàn)生物科學(xué)結(jié)論定量化是人們長期追求探索的目標(biāo);生物統(tǒng)計學(xué)是生物學(xué)科定量化的重要分析理論與方法,生物統(tǒng)計學(xué)是生物學(xué)科應(yīng)具備的基本知識和素質(zhì),與生命活動有關(guān)的各種現(xiàn)象中普遍存在著隨機(jī)現(xiàn)象,大到森林陸地生態(tài)系統(tǒng),小至分子水平,均受到許多隨機(jī)因素的影響,表現(xiàn)為各種各樣的隨機(jī)現(xiàn)象,而生物統(tǒng)計學(xué)正是從數(shù)量方面揭示大量隨機(jī)現(xiàn)象中存在的必然規(guī)律的學(xué)科。因此,生物統(tǒng)計學(xué)是一門在實踐中應(yīng)用十分廣泛的工具學(xué)科,它是生命科學(xué)各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,對后續(xù)生命科學(xué)課程學(xué)習(xí)和生物科研有重要作用。
同時,生物統(tǒng)計作為數(shù)理統(tǒng)計在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,是教學(xué)難度較大的一門課程。因此,在生物統(tǒng)計學(xué)精品課程建設(shè)過程中,針對各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的定位,因材施教,更新教育理念,加強(qiáng)實踐訓(xùn)練,在教學(xué)方法和教學(xué)手段上進(jìn)行改革和大膽探索。
二、二十一世紀(jì)對生物統(tǒng)計學(xué)課程的重新定位。
(一)新世紀(jì)對生物統(tǒng)計學(xué)課程提出的新要求。
二十世紀(jì)上半葉農(nóng)業(yè)和遺傳統(tǒng)計學(xué)首先獲得了發(fā)展,在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的生物統(tǒng)計學(xué)、統(tǒng)計流行病學(xué)、隨機(jī)化臨床試驗學(xué)已經(jīng)成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀(jì)里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀(jì)人類基因組,基因芯片等實驗科學(xué)產(chǎn)生出的巨量數(shù)據(jù),需要新工具來組織和提取重要信息。
將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息需要統(tǒng)計理論和實踐方面的洞察力、技術(shù)和訓(xùn)練。
未來的生物統(tǒng)計學(xué)將會與信息技術(shù)密切結(jié)合,較少側(cè)重傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計,而會更多注意數(shù)據(jù)分析,尤其是大型數(shù)據(jù)庫的處理。生物統(tǒng)計學(xué)越來越不同于其它數(shù)學(xué)領(lǐng)域,計算機(jī)和信息科學(xué)工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統(tǒng)計學(xué)對大學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的作用。
生物統(tǒng)計學(xué)的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結(jié)論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統(tǒng)計分析的基本特點,因此在生物統(tǒng)計課程的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學(xué)試驗的結(jié)果。
生物統(tǒng)計學(xué)是通過個別的試驗研究得出其一般性結(jié)論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學(xué)歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學(xué)的研究中絕大多數(shù)涉及到的是隨機(jī)事件,因此,生物統(tǒng)計學(xué)不僅是試驗設(shè)計與統(tǒng)計方法的教學(xué),更重要的還是大學(xué)生思維方式的培養(yǎng),這對提高大學(xué)生的素質(zhì)很有必要。
生物統(tǒng)計學(xué)包括試驗設(shè)計和統(tǒng)計方法兩個有機(jī)聯(lián)系的組成部分。通過試驗設(shè)計的教學(xué)可提高大學(xué)生設(shè)計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設(shè)計方法等方面的內(nèi)容。通過統(tǒng)計方法的教學(xué)除讓學(xué)生弄清各種統(tǒng)計方法的內(nèi)涵外,還需要使學(xué)生能夠正確地選擇最適合的統(tǒng)計方法,以揭示資料潛在的信息,達(dá)到研究的最終目的,從而提高大學(xué)生科學(xué)研究素質(zhì)。
三、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革。
(一)加強(qiáng)電子課件及網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)。
生物統(tǒng)計學(xué)是應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計原理研究生物界數(shù)量變化的學(xué)科,而概率統(tǒng)計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學(xué)時的減少(由原來的60-70學(xué)時,降到現(xiàn)在的40學(xué)時左右),如何深入淺出地引導(dǎo)學(xué)生入門,并使學(xué)生在了解概率統(tǒng)計思想的基礎(chǔ)上,掌握常用統(tǒng)計分析方法的應(yīng)用及使用條件是課程的教學(xué)難點。為此,我們利用多媒體技術(shù),制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內(nèi)容形象化與直觀化,收到了良好教學(xué)效果。建設(shè)了一個生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)支撐平臺,現(xiàn)有課程簡介、教學(xué)大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統(tǒng)計學(xué)》教材、課程錄像、實習(xí)指導(dǎo)、在線測試題、參考文獻(xiàn)、其它教學(xué)資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學(xué)優(yōu)勢與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律有機(jī)結(jié)合,用較少的學(xué)時得到良好的教學(xué)效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律相結(jié)合,多媒體教學(xué)就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內(nèi)容多,幻燈片變換快,由照本宣科變?yōu)檎掌列?,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內(nèi)容以展示為主,缺乏啟發(fā)性;(3)教學(xué)內(nèi)容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內(nèi)容給學(xué)生講解,失去了傳統(tǒng)教學(xué)方法,老師邊講邊板書能給學(xué)生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學(xué)中只能充當(dāng)工具的角色,在教學(xué)過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律緊密結(jié)合在一起。在制作課件時,采用啟發(fā)式教學(xué)方式,精煉教學(xué)內(nèi)容,模仿傳統(tǒng)教學(xué)書寫板書的過程,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學(xué)內(nèi)容的動畫方式。在課堂教學(xué)中,老師仍然保持傳統(tǒng)教學(xué)方法的教姿教態(tài),在授課的過程中與學(xué)生保持互動,根據(jù)學(xué)生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內(nèi)容的速度,必要時輔以板書進(jìn)行講解。這樣做既發(fā)揮了多媒體教學(xué)的特點,又充分照顧到學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,在內(nèi)容沒有縮減,學(xué)時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學(xué)效果。
(三)長期堅持教育教學(xué)方法及教學(xué)規(guī)律的研究。
生物統(tǒng)計學(xué)的理論基礎(chǔ)是概率論與數(shù)理統(tǒng)計,從這個層面上講,它有非常濃的數(shù)學(xué)味道,但是它又有別于概率論與數(shù)理統(tǒng)計,生物統(tǒng)計學(xué)更主要強(qiáng)調(diào)的是概率論及數(shù)理統(tǒng)計的思想和方法在解決生命科學(xué)中一些具體問題的應(yīng)用。因此在教學(xué)過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數(shù)理統(tǒng)計的原理講得太多,一是學(xué)時不允許,二是學(xué)生難以消化,得不到好的教學(xué)效果;如果只注重方法的講解,學(xué)生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經(jīng)過將教學(xué)的重點放在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生重點掌握統(tǒng)計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導(dǎo)。在教學(xué)內(nèi)容的安排上采用“保干削枝”,即在學(xué)時減少很多的情況下,將一些次要的統(tǒng)計方法去掉,也要保證有足夠的學(xué)時講授理論分布與抽樣分布、統(tǒng)計假設(shè)測驗等方面的內(nèi)容,讓學(xué)生掌握生物統(tǒng)計學(xué)中所蘊(yùn)含的概率論及數(shù)理統(tǒng)計的思想精髓,從而避免學(xué)生亂套統(tǒng)計公式。
(四)密切跟蹤生命科學(xué)發(fā)展的前沿動向,探索生物統(tǒng)計學(xué)解決前沿問題的理論與方法。
統(tǒng)計學(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用已有長遠(yuǎn)的歷史,許多統(tǒng)計的理論與方法也是自生物上的應(yīng)用發(fā)展而來,而且生物統(tǒng)計是一個極重要的跨生命科學(xué)各研究領(lǐng)域的平臺?,F(xiàn)在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與生物信息學(xué)的蓬勃發(fā)展,使得生物統(tǒng)計在這些突破性生物科技領(lǐng)域上扮演著不可或缺的角色。在課程建設(shè)中,隨時注意納入生物統(tǒng)計學(xué)在前沿領(lǐng)域研究應(yīng)用的內(nèi)容,增強(qiáng)課程的活力,提高教師和學(xué)生面向生物產(chǎn)業(yè)主戰(zhàn)場解決實際問題的能力。
四、加強(qiáng)實踐教學(xué),注重學(xué)生能力培養(yǎng)。
生物統(tǒng)計學(xué)要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認(rèn)為生物統(tǒng)計學(xué)不僅應(yīng)該開設(shè)實驗課,而且還要將實踐教學(xué)的重點放在計算機(jī)技術(shù)和統(tǒng)計軟件的應(yīng)用上,讓學(xué)生不僅掌握統(tǒng)計方法,而且加深對原理的認(rèn)識,獲得就業(yè)或升學(xué)的必備計算機(jī)統(tǒng)計技能,提高解決復(fù)雜問題的能力。
(一)開展統(tǒng)計軟件的實習(xí),擴(kuò)大學(xué)生的視野,提高學(xué)生素質(zhì)。
20世紀(jì)20年展起來的多元統(tǒng)計方法雖然對于處理多變量的種類數(shù)據(jù)問題具有很大的優(yōu)越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統(tǒng)計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機(jī)技術(shù)的誕生與發(fā)展,使得復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作變得非常容易,所以充分利用現(xiàn)代計算技術(shù),通過計算機(jī)軟件將統(tǒng)計方法中復(fù)雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統(tǒng)計輸出結(jié)果與有關(guān)解釋,從而使統(tǒng)計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學(xué)時數(shù)與達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)所需完成的教學(xué)內(nèi)容相比還是不足的。為此,可以通過標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計軟件的教學(xué)實習(xí)來達(dá)到以點帶面,擴(kuò)大學(xué)生視野,提高學(xué)生素質(zhì)。
為此我們建立了一個專用于實習(xí)教學(xué)的生物統(tǒng)計電腦實驗室。現(xiàn)共有50余臺電腦,并連接到校園網(wǎng)。實驗室配備有指導(dǎo)教師,負(fù)責(zé)對上機(jī)的學(xué)生答疑。除按教學(xué)計劃進(jìn)行的正常實習(xí)教學(xué)外,實驗室還對優(yōu)秀學(xué)生免費開放,鼓勵他們結(jié)合教師的科研活動,應(yīng)用所學(xué)生物統(tǒng)計學(xué)知識,學(xué)習(xí)新的生物統(tǒng)計學(xué)知識,掌握應(yīng)用計算機(jī)解決生物統(tǒng)計學(xué)問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學(xué)。
為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,必須將本課程的實踐教學(xué)活動延伸到課堂教學(xué)外,開展全方位、多層次的實踐教學(xué)。
在原綿陽農(nóng)專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養(yǎng)等課程實驗與實習(xí)中,根據(jù)相關(guān)內(nèi)容加入了試驗設(shè)計方法以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的相關(guān)內(nèi)容。
組建了西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院以后,由原來的單一農(nóng)科專業(yè)變成了理、工、農(nóng)三大學(xué)科均有專業(yè)的格局。雖然專業(yè)的學(xué)科歸屬不同,但有一點是相通的,其內(nèi)涵均屬于生命科學(xué)的范疇。以科學(xué)研究的方法進(jìn)行劃分,均屬于實驗科學(xué)。
掌握正確的實驗設(shè)計方法,從不確定性數(shù)據(jù)中挖掘事物的客觀規(guī)律,是實驗科學(xué)工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農(nóng)科專業(yè)上延伸實踐教學(xué)的作法推廣到全院的所有專業(yè),結(jié)合實驗課教學(xué)的改革,對發(fā)酵工藝學(xué)實驗、植物細(xì)胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學(xué)實驗等課程的內(nèi)容全部或部分改為用生物統(tǒng)計學(xué)指導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行實驗設(shè)計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變?yōu)樵囼灄l件的優(yōu)化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設(shè)計、單因素試驗設(shè)計、多因素試驗設(shè)計、正交試驗設(shè)計、均勻試驗設(shè)計,對試驗結(jié)果要求學(xué)生使用統(tǒng)計學(xué)的方法對進(jìn)行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學(xué)改革起到了一箭雙雕的作用,從專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課的角度看,改驗證性實驗為設(shè)計型、綜合性實驗,增強(qiáng)了學(xué)生解決實際問題的能力,培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維的能力;從生物統(tǒng)計學(xué)角度看,將課程的教學(xué)實踐延伸到課程外,彌補(bǔ)了學(xué)時的不足,更重要的是學(xué)生將自己學(xué)到的統(tǒng)計學(xué)知識,轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內(nèi)化。
此外,在學(xué)生課外科技活動中指導(dǎo)學(xué)生選用正確的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業(yè)論文(設(shè)計)中要求學(xué)生采用恰當(dāng)?shù)纳锝y(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計與分析,寫出高質(zhì)量的畢業(yè)論文(設(shè)計)。
通過這樣的教學(xué)實踐,訓(xùn)練了學(xué)生的統(tǒng)計思維能力,使學(xué)生充分認(rèn)識到掌握生物統(tǒng)計學(xué)這一工具的重要性和必要性,增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好用好這門工具的信心,提高了學(xué)生從復(fù)雜的生命現(xiàn)象中挖掘事物客觀發(fā)展規(guī)律的能力。
精品課程是集科學(xué)性、先進(jìn)性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優(yōu)秀課程。作為精品課程的載體,應(yīng)具有一流的教師隊伍、一流的教學(xué)內(nèi)容、一流的教學(xué)方法、一流的教材、一流的教學(xué)管理等特點。與之相比,我們在生物統(tǒng)計學(xué)精品課程的建設(shè)上,才剛剛起步,今后還要在教材建設(shè)、師資隊伍建設(shè)、科學(xué)研究等方面加大力度,將生物統(tǒng)計學(xué)建設(shè)成體現(xiàn)現(xiàn)代教育教學(xué)思想、符合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和適應(yīng)社會發(fā)展進(jìn)步的需要、能夠促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展而深受學(xué)生歡迎的一門課程。
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