基于CDIO的生物制药人才培养模式改革

吴凤麟 张文峰 徐彬 李黄金

[摘 要] 以构思、设计、实施和运行为核心环节的CDIO模式代表了工程教育的系统性改革。广东药科大学生物制药专业根据专业特色，在实践教育和创新创业教育中开展了系列CDIO模式改革。包括建立基于课程群的“跨课程综合性实验“培养系统集成能力;通过导师制《专业拓展训练》强化创新思维培养，结合创新创业竞赛塑造构思与设计能力;建立基于生物医药企业孵化器的“3+1”协同育人模式，让学生在企业中了解项目实施、运行过程，并通过优化重组核心课程群，建立多环节、多角度的教学质量监控体系，保障CDIO模式改革的顺利实施。

[关键词] CDIO;生物制药;实践教育;创新创业教育

[基金项目] 2018年度广东省高等教育教学改革项目“基于‘CDIO模式的生物制药创业教育体系构建与创业项目孵化”

[作者简介] 吴凤麟（1979—），男，安徽铜陵人，博士，广东药科大学生命科学与生物制药学院生物制药系副教授，主要从事生物制药研究;张文峰（1981—），男，湖南娄底人，博士，广东药科大学生命科学与生物制药学院生物制药系副教授，主要从事基因工程研究;徐 彬（1976—），女，四川眉山人，博士，广东药科大学生命科学与生物制药学院生物制药系教授，主要从事生物技术药物研究;李黄金（1964—），男，湖南岳阳人，博士，广东药科大学生命科学与生物制药学院生物制药系教授，主要从事基因工程药物研究与产业化、学生创新创业教育研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 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模式产生于21世纪初，是由美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院等4所工程类大学发起的新型工程教育模式。CDIO模式包括构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate）四个核心环节，涵盖了现代工业产品从构思、研发、制造、运行乃至终结废弃的全生产过程。CDIO模式代表了工程教育理念和体系的全面、系统性改革[1，2]。

CDIO模式针对以往工程教育中重理论、轻实践，强调个人学术能力、轻视团队协作精神，重视知识学习、忽略创新拓展等突出问题。提出了一体化解决方案。CDIO模式包含了三个核心文件：1个愿景（为学生提供一种强调工程基础的、建立于来自真实世界产品和系统的构思—设计—实现—运行过程基础上的工程教育），1个大纲（3级、70条、400多款，将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来）[3]，12条标准（涵盖个人学习目标、学习方式、学生考核，教师能力与教学能力提升，工程导论、工程实践场所、专业评估等多层次的分级评价标准）[4]。

生物医药产业是当前发展最迅猛的行业之一，截至2020年，全球生物药物市场规模已超过3000亿美元，其中我国市场规模超过3500亿元[5]。我国生物医药产业创新能力的不断提升、生物药物从“仿制”到“创新”的跨越式发展都需要具备系统工程能力，与行业发展需要对接的生物制药人才。而生物制药专业属于药学类专业，具有较鲜明的工程教育特色，要求学生具备生物技术、药学和工程学等多学科交叉知识背景。能够从事生物药物研制、生产、工艺设计、技术创新、质量控制和生产管理等相关工作。因此，无论从生物医药产业发展需要，还是从生物制药专业建设目标来看。CDIO模式中强调工程基础、强调产品全流程周期作为工程教育框架、强调团队协作的核心理念都能为生物制药人才培养模式改革提供全新思路。

二、广东药科大学生物制药专业CDIO培养模式的主要探索

广东药科大学生物制药专业与生物工程专业同属生物工程大类招生，具备较为鲜明的工程教育特色。我们对实习基地和用人单位开展了广泛调研，发现毕业生普遍存在创新意识和拓展能力滞后，掌握知识与技能碎片化、系统集成与综合运用能力缺失等不足。针对上述问题，本专业近年来尝试以CDIO的标准和大纲对实践教学和创新创业教育进行重构和融合，建立了以CDIO理念为基础的生物医药创新性应用型人才培养模式。主要包括以下举措。

（一）在实验教学中，以基于课程群的“跨课程综合性实验”培养系统集成能力

本专业依据认知规律，结合生物医药产品开发实践，将具有上下游关联课程的实验内容抽提出来组成综合性实验独立开课。以《生物制造综合性工程训练》（72学时）和《生物技术药物综合性实验》（108学时）为代表。综合性实验均以项目为载体，以生物医药产品开发流程为主线组织教学。

《生物制造综合性工程训练》以上游研究为主。以重组肠激酶为项目载体，以获得高纯度、有活性的生物大分子（重組蛋白）为最终目的。实验项目包括工程菌构建、目的蛋白表达、蛋白产物纯化三大模块。从而以基因工程、发酵工程、生物分离工程三大技术为核心为学生建立生物工程的系统技能体系。

《生物技术药物综合性实验》偏重下游研究。以重组碱性成纤维细胞生长因子和自杀基因质粒pCDNA3.1-tk-EGFP为项目载体，以完成重组蛋白和重组DNA两种主要生物技术药物的药理、药效、制剂和毒理评价为最终目的。实验项目包括生物技术药物实验基本技能与方法、基因工程药物评价和重组DNA药物评价三大模块。最终以药物研究、开发、生产各环节原理、工艺及评价体系再现生物药物开发的完整流程。

通过跨课程综合性实验，学生的知识和技能综合运用与集成的能力显著提高，并初步认识了生物医药产品研究、开发与评价系统流程。为学生适应CDIO模式培养奠定了良好的理论与技能基础。

（二）以导师制《专业拓展训练》强化创新思维培养，结合创新创业竞赛塑造构思（Conceive）与设计（Design）能力

针对本专业学生之前存在的创新意识和拓展能力滞后的弱点。以选修课的形式，开设了贯穿大三全学年的《专业拓展训练》（72学时）。其核心特色是以“导师制”为教学形式，已经完整构思与设计过程形成的兼具创新性和可行性的项目开发计划为载体，并从中遴选创新创业竞赛项目。

在教学组织形式上。该课程面向生物制药专业所有学生。而师资力量则不局限于本专业，而是将生科院各专业师资均纳入导师队伍，并可聘请校内外合作导师。导师根据专业背景组成不同导师组，以团队形式招募与指导学生。从而实现学生跨学科、跨专业流动，满足学生个性化发展需要。

在教学载体上，要求通过教师指导—学生构思—教师评价—学生设计—教师评议考核的流程，以项目商业计划书的形式提交结题报告。其中大三上学期末考核节点是形成可行性报告，重点考核项目的科学性。学生在导师指导下，以文献调研为核心，提出原始方案。项目可结合导师组的研究特色和学生自身兴趣做适当拓展。在大三下学期，最终考核指标是项目商业计划书，重点考核项目市场前景与运营规划。要求学生以市场调研和行业考察为核心，充分了解市场需求和企业运营规律。以标准的商业计划书为格式，不断完善包括项目与产品简介、行业与市场分析、营销策略与发展规划、组织与团队架构、财务与风险分析等主要内容。

在完成可行性报告和商业计划书的过程中，学生对产品的科学性和市场前景进行了深入调研和思考。以项目为载体，完成了构思—设计能力的塑造。本专业还鼓励学生以《专业拓展训练》项目为基础参加各类创新创业竞赛。由于所遴选的项目经过了导师和学生团队的多轮评议与修改，在时间和质量上有充分保证。并且通过严格的院内初评进一步激发学生的竞争意识和协作精神。

（三）建立基于生物医药企业孵化器的“3+1”协同育人模式，在实践中了解项目实施（Implement）、运行（Operate）过程。

在CDIO教育模式的四大核心环节中，项目的实施和运行是生物制药专业的教学难点。本专业在大四学年中设置了远超同专业平均长度的八个月实习期，并依托区位优势，建立了基于生物医药企业孵化器的“3+1”协同育人模式。让学生在企业实战中了解项目实施与运行过程。

由于生物医药行业的高风险、高投资特征，目前我国相关产业中以初创期和成长期企业为主[6]。特别是珠三角地区存在大量各级政府主办的生物医药企业孵化器或产业园。广东药科大学与广州大学城健康产业产学研孵化基地（广州市番禺区与广东药科大学联合建立，累计引入企业281家）近在咫尺，与广州国际生物岛（生物技术企业逾两百家，致力于打造完善的生物产业升级版孵化器）距离不到8公里，具有突出的区位优势。孵化器和初创企业能够让学生在最短时间内认识创业项目的实施和运行全过程，在企业实战中补齐CDIO模式的完整流程。

依托长期以来的校企合作关系，本专业从大三“专业拓展训练”课程开始就鼓励学生走进企业开展调研。已建立校外实践基地30余家，并积极将企业引入校园，将实习招聘与就业招聘结合后举办双选会。上述举措让学生、企业有更全面深入的了解，从而为大四实习实践提供了广阔空间。

三、广东药科大学生物制药专业CDIO培养模式改革的保障措施

CDIO的12条标准中对课程体系、教师能力、和专业评估等方面提出了明确要求。为适应CDIO模式改革，本专业落实了以下保障措施。

（一）优化重组了生命科学、生物工程和生物药物等三大“核心课程群”

CDIO的核心标准中明确提出要建立一体化的教学计划与课程体系。结合生物制药专业理论知识与实验技能体系，我们将专业课程优化重组为三大核心课程群。

生命科学课程群：主要包括：基因和基因组的结构与功能、基因表达与调控、基因操作，蛋白质和酶的结构与功能，细胞的结构与功能、信号传导。最终以基因、蛋白质和细胞三个层次的结构、功能与信息传递贯穿生命科学基础知识。

生物工程课程群：基因工程、发酵工程、生物分离工程等与生物制药工艺和过程控制高度关联的核心技术原理、方法和流程。最终建立生物工程基础技能体系。

生物技术药物课程群：生物技术药物的制剂类型、处方设计原理与主要工艺，生物学指标相关检测原理与方法，生物技术药物有效性和安全性评价体系、研发流程、标准和法规。最终以药物研发、生产各环节原理、工艺和评价体系再现生物药物开发的完整流程。

（二）建立多环节、多角度的教学质量监控体系

为实现对教学进程的多环节、全流程监督，对人才培养质量的多角度、持续性评估与反馈。本专业建立了较为全面的教学质量监控体系。

以系统制度规范教学过程。建立了课程质量、督导听课、学生评教、同行评议等多环节教学质量评价体系。制定了课堂教学、实验教学、创新创业教育、专业拓展、实习实践的全流程教学质量标准。如在跨课程综合性實验当中，以实验原始记录、现场技能考核和论文形式的实验报告完成课程考核，较全面的覆盖了教学内容。在《专业拓展训练》中，要求学生以开题报告、中期考核（以项目可行性报告的形式提交）和结题汇报（以项目商业计划书的形式提交）完成各节点考核。以导师组的形式完成成绩评议与反馈。并要求学生以专业拓展周志的形式记录每周的集体教学活动。导师组根据上述构成项综合评定学生成绩，最终成绩经各系督导和教学副院长审核反馈后上报。

积极引入第三方评价，深入调研用人单位与毕业生，跟踪反馈人才培养质量。近四年来，本专业每年收集来源于第三方独立机构（麦可思数据）调查的毕业生反馈信息和用人单位评价。数据全面反馈了人才培养质量（包括关于学生就业情况、社会需求、用人单位评价、创新创业教育达成情况等）和教学质量（包括教学建设效果、核心课程教学效果、实验课程评价、教学改进、师生互动等）。此外，院系定期走访实习单位、用人单位。并通过网络问卷，组织返校座谈等不同形式跟踪调研毕业生反馈。最终根据以上反馈信息不断改进人才培养方案和教学质量。

四、廣东药科大学生物制药专业CDIO培养模式改革的成效

经过四年多的探索和实践，本专业的CDIO培养模式改革取得了初步成效，得到了考生，毕业生，企业的一致认可。本专业招生情况良好，近四年第一志愿录取率均为100%，报到率100%;人才培养质量显著提高，近几年学生的毕业率和学位授予率均为100%，毕业生考研录取率在60%以上，毕业生升学率稳定在20%以上;就业情况良好，学生满意度高，学生的初次就业人数占比在98%～100%，毕业生对母校推荐率、深造率、现状满意度、教学满意度等均居本校各专业排名前三;创新创业教育成果显著，近三年来获得学生创新创业项目30项，其中国家级8项，省级22项;获得“挑战杯”等省级以上创新竞赛奖19次。

参考文献

[1]顾佩华，包能胜，康全礼，等.CDIO在中国（上）[J].高等工程教育研究，2012（3）：24.

[2]顾佩华，胡文龙，陆小华，等.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[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，龙耀辉，赵劲松，等.我国生物医药产业现状及区域化发展战略[J].中国生物工程杂志，2020（8）：97.

[6]赵炎，栗铮.我国生物制药企业联盟的发展现状分析[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