生物工程本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與體系建設(shè)

黃訓(xùn)端

(安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 合肥 230601)

生物工程是以生物科學(xué)與生物技術(shù)為基礎(chǔ)，由細(xì)胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)以及生物化學(xué)工程學(xué)等多學(xué)科相互交叉滲透、融合、發(fā)展而成的新興的工程技術(shù)學(xué)科，是21世紀(jì)前沿學(xué)科之一。生物工程是生物高新技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，是實(shí)驗(yàn)室研究通向大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的紐帶。1998年中國教育部對(duì)高等學(xué)校的本科專業(yè)目錄進(jìn)行了大規(guī)模調(diào)整修訂，將發(fā)酵工程、生化工程、微生物工程等專業(yè)合并建立了生物工程專業(yè)[1-3]。安徽大學(xué)2002年獲批設(shè)置生物工程本科專業(yè)，次年開始招生，經(jīng)過10年的發(fā)展，建設(shè)成為校級(jí)重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，形成了有自身特色的人才培養(yǎng)體系，特別是在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，構(gòu)建了系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，形成了完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

1 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系的內(nèi)在特征

生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，是需要長期實(shí)踐而不斷完善的[4-8]。從一般意義上說，生物工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為：掌握生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的科學(xué)原理、工藝技術(shù)過程和工程設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)理論與基本技能，能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的工程技術(shù)人才[3]。生物工程作為一個(gè)新興的工科專業(yè)，學(xué)科專業(yè)交叉性強(qiáng)、涉及領(lǐng)域多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與項(xiàng)目可選擇余地大，這在一定程度上導(dǎo)致了對(duì)生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系理解的差異，有的以偏概全不能深入核心，有的甚至與生物技術(shù)專業(yè)混為一談。分析生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系建設(shè)，需要圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，理解核心知識(shí)體系和內(nèi)在結(jié)構(gòu)，按照卓越工程師要求，培養(yǎng)工程技術(shù)人才。一般而言，生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系需把握以下內(nèi)在特征和要求：

第一、培養(yǎng)目標(biāo)工程化。中國生物工程辦學(xué)歷史較短，縱觀生物工程專業(yè)的辦學(xué)背景，除部分建立在化學(xué)工程及相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)之上外，絕大多數(shù)都是在生物學(xué)及其應(yīng)用學(xué)科基礎(chǔ)之上拓展衍生的。由于生物學(xué)為理學(xué)學(xué)科，與工學(xué)學(xué)科相比，在課程設(shè)置、內(nèi)容安排、教學(xué)體系等方面存在差異。不可否認(rèn)，以生物學(xué)為基礎(chǔ)起家的生物工程專業(yè)，生物學(xué)背景過于濃郁，工程實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐較為薄弱。這種現(xiàn)象必須扭轉(zhuǎn)，特別是在專業(yè)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練方面，工程化訓(xùn)練應(yīng)放在重中之重的位置。

第二、教學(xué)過程系統(tǒng)化。生物工程是生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的學(xué)科，在人才培養(yǎng)方案中，應(yīng)設(shè)計(jì)完備的知識(shí)體系，在生物工程上游的菌種選育改造、基因工程、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等，中游的微生物發(fā)酵、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)、海洋生物培養(yǎng)等，下游的生物分離、純化、濃縮、干燥等，統(tǒng)籌兼顧生物工程的上、中、下游技術(shù)安排，不可偏頗，使學(xué)生受到系統(tǒng)化訓(xùn)練。

第三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容專屬化。生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該專門化，具備特有性，以區(qū)別于生物技術(shù)或化學(xué)工程等鄰近專業(yè)屬性。緊緊圍繞細(xì)胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程的核心內(nèi)容體系，設(shè)置與拓展教學(xué)內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生掌握生物工程原理，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與研發(fā)生物產(chǎn)品的能力，突出產(chǎn)業(yè)化思維。

2 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)緊緊抓住專業(yè)內(nèi)涵和要求，圍繞專業(yè)核心內(nèi)容體系，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為載體，采用模塊化的設(shè)計(jì)模式，突出創(chuàng)新思維，促進(jìn)學(xué)生能力培養(yǎng)。

2.1 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)

2.1.1 專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K

設(shè)立基因工程系列實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生掌握基因克隆、載體構(gòu)建、轉(zhuǎn)化篩選、蛋白表達(dá)、分離鑒定等技能。

設(shè)立細(xì)胞工程系列實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生掌握動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)、原生質(zhì)體制備、細(xì)胞融合、細(xì)胞拆合、細(xì)胞破碎、產(chǎn)物提取等技能。

酶工程系列實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生掌握酶的生產(chǎn)、酶的分離純化、酶的固定化、生物反應(yīng)器等技能。

發(fā)酵工程系列實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生掌握菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)、接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等等技能。

2.1.2 拓展實(shí)驗(yàn)?zāi)K

設(shè)立生物工藝學(xué)系列實(shí)驗(yàn)；

設(shè)立生化分離工程系列實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K

結(jié)合學(xué)院教師科研課題，在抗生素、甾體化合物、工業(yè)用酶、生物技術(shù)在醫(yī)藥及環(huán)境中應(yīng)用等方面教學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃。

2.2 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)置

生物工程專業(yè)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作能力，學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中的實(shí)驗(yàn)較多，表1羅列了該專業(yè)學(xué)生需完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱

2.3 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目

課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的重要形式。本著“以人為本、整合培養(yǎng)，求是創(chuàng)新、追求卓越”的教學(xué)理念，以實(shí)驗(yàn)理論為先導(dǎo)、以知識(shí)綜合應(yīng)用和技能訓(xùn)練為基礎(chǔ)、以研究創(chuàng)新實(shí)踐為核心，創(chuàng)設(shè)組織細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)計(jì)、基因工程藥物生產(chǎn)設(shè)計(jì)、工業(yè)發(fā)酵設(shè)計(jì)、生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)、生化工程與設(shè)備設(shè)計(jì)、生物工程工廠設(shè)計(jì)等訓(xùn)練項(xiàng)目，綜合細(xì)胞工程、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、發(fā)酵工程、基因工程等理論和實(shí)驗(yàn)方法技術(shù)，以生物工程學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)專題講座為導(dǎo)向，在設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)要求、預(yù)期結(jié)果、進(jìn)度安排等方面給予學(xué)生具體指導(dǎo)，學(xué)生自行選題和教師指導(dǎo)選題，由學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并加以研究創(chuàng)新，使之成為生物工程教育創(chuàng)新體系的有機(jī)組成部分。

3 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)

生物工程具有工程學(xué)科屬性，賦予了工科人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)涵，專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為工程實(shí)踐重要的、基礎(chǔ)性的組成部分，在人才培養(yǎng)理念中給予高度重視，優(yōu)先發(fā)展，重點(diǎn)建設(shè)。將生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，分設(shè)《生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)(上)》和《生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)(下)》，列入培養(yǎng)計(jì)劃的第五、第六學(xué)期實(shí)施。聘請(qǐng)有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的老師擔(dān)任實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師，并采取委派年輕教師分批到企業(yè)進(jìn)行合作研究和生產(chǎn)實(shí)踐的方式，提高教師工程實(shí)踐能力，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入工程化氣息。

改革實(shí)驗(yàn)室管理體制，采用實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員主管、學(xué)生助管配合的方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開放。改革教學(xué)方法，對(duì)于生物工程綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，通過循序啟發(fā)，增強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容較多、難度變大、儀器相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，明確實(shí)驗(yàn)課題的工程背景，逐步啟發(fā)引導(dǎo)，讓學(xué)生開動(dòng)腦筋，樹立自信，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力。對(duì)于設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)行專題開放式教學(xué)，除上述實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所、時(shí)間開放外，還實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)方式開放，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)咨詢、修訂方案等工作，具體的實(shí)驗(yàn)步驟、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)采集與處理分析等過程均由學(xué)生獨(dú)立完成，賦予了學(xué)生更多的主動(dòng)權(quán)，給學(xué)生創(chuàng)造了獨(dú)立處理問題的環(huán)境，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考，勇于探索、敢于實(shí)踐、不斷創(chuàng)新的精神。充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科研訓(xùn)練計(jì)劃、課程設(shè)計(jì)、挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽等活動(dòng)，配置小型儀器和設(shè)備，設(shè)置大型儀器共享平臺(tái)，近3年為生物工程本科生開放性研究課題近20項(xiàng)，使一批同學(xué)收到良好地訓(xùn)練。建立多元化的實(shí)驗(yàn)考核辦法，采取過程考核和最終考核相結(jié)合的方法，對(duì)不同課程和不同類型的實(shí)驗(yàn)采用不同的考核方法；在考核中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)與要求，以基本理論、基本知識(shí)、基本技能為要求，重點(diǎn)考查知識(shí)綜合運(yùn)用能力，以可靠的方法檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

編制的實(shí)驗(yàn)講義，供學(xué)生參考使用。講義內(nèi)容主要包括：基因工程藥物的生產(chǎn)，從重組質(zhì)粒的構(gòu)建、工程菌的構(gòu)建、工程菌的發(fā)酵，到表達(dá)活性蛋白的分離、純化、提取技術(shù)，形成完整的基因工程藥物生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)體系；發(fā)酵工程技術(shù)，傳統(tǒng)的酒精、啤酒等厭氧食品發(fā)酵技術(shù)；通氣攪拌液體深層抗生素發(fā)酵技術(shù)，液體靜置啤酒發(fā)酵，固體酶制劑發(fā)酵技術(shù)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋以食品、抗生素、酶制劑為產(chǎn)品的發(fā)酵，發(fā)酵類型涵蓋好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、液體發(fā)酵、固體發(fā)酵；產(chǎn)物分離技術(shù)，包括酒精的蒸餾法提??；抗生素的提取、純化、加工技術(shù)；酶制劑的分離、提取技術(shù)。編制的實(shí)驗(yàn)講義內(nèi)容突出生物工程核心技術(shù)體系，有利于提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，有利于提高生物工程專業(yè)學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)和多媒體技術(shù)的日趨成熟，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前沿化、手段的現(xiàn)代化提供了基礎(chǔ)。開展計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，運(yùn)用多媒體手段如PPT、動(dòng)畫等展示復(fù)雜的理論與技術(shù)，以直觀的形式加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理信息平臺(tái)，開設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)，利用網(wǎng)絡(luò)習(xí)題、課件更新與網(wǎng)絡(luò)專題講座等交流形式，拓展教學(xué)空間，有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

21世紀(jì)是生命科學(xué)世紀(jì)，生物經(jīng)濟(jì)將會(huì)引領(lǐng)時(shí)代潮流。國家和地方都已經(jīng)將生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化列入發(fā)展規(guī)劃。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)生物工程專業(yè)的人才數(shù)量需求大，對(duì)生物工程人才培養(yǎng)質(zhì)量期望高。生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程實(shí)踐的啟蒙訓(xùn)練，在人才培養(yǎng)具有重要地位和作用。但實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及因素多，體系復(fù)雜，需要在教學(xué)理念、資源配置、運(yùn)行機(jī)制、質(zhì)量管理等方面給予足夠的支撐。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是高等教育改革的難點(diǎn)和重點(diǎn)[9,10]。我校在教育教學(xué)實(shí)踐中，將生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立社課，緊扣工程化人才培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目體系，完善教學(xué)體系建設(shè)，保證培養(yǎng)規(guī)格，取得了顯著的教育教學(xué)效果。為進(jìn)一步加強(qiáng)生物工程專業(yè)建設(shè)，還需要瞄準(zhǔn)學(xué)科前沿、市場(chǎng)需求，突出地方特有生物資源開發(fā)利用，加大投入和改革力度，將生物工程專業(yè)辦出特色、辦出水平，為社會(huì)輸送卓越工程人才。

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