應(yīng)用性本科高校生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程模塊化的探索與實(shí)踐

何曉梅　陳存武　陳乃富

摘 要：皖西學(xué)院生物工程專業(yè)是省級特色專業(yè)，國家級專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)。近年來，根據(jù)應(yīng)用性本科高校的要求，該院加大了生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革力度，將生物工程綜合實(shí)驗(yàn)分模塊實(shí)施，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：生物工程；綜合實(shí)驗(yàn)；模塊化實(shí)施；探索

中圖分類號 G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）08-175-03

Abstract：Biology Engineering of West Anhui University is the provincial characteristic and national comprehensive trial reform specialty. In recent years，in according with the demand of demand-oriented applied undergraduates，the practical teaching of experiment for bioengineering major is greatly enforced and comprehensive experiment is modularized with nice teaching effects.

Key words：Bioengineering；Comprehensive experiment；Modularization；Exploration

短短幾年，生物工程專業(yè)發(fā)展所取得的成績是有目共睹的，它已是當(dāng)今世界發(fā)展最快的專業(yè)之一，是生命科學(xué)通向應(yīng)用領(lǐng)域的橋梁學(xué)科。生物工程專業(yè)專門培養(yǎng)掌握生物化學(xué)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的科學(xué)原理，掌握現(xiàn)代生物學(xué)、生化反應(yīng)工程、酶工程、基因工程、發(fā)酵工程等生物工程技術(shù)，具有研究和開發(fā)生物化工產(chǎn)品、生物保健品、生物藥品的能力，能夠在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)、新產(chǎn)品研制開發(fā)等工作的高級科技人才。皖西學(xué)院生物工程專業(yè)于2007年開始正式招生，是省級特色專業(yè)，國家級“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”專業(yè)。我校結(jié)合生物工程專業(yè)應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，更新相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)、條件，對生物工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革，初步構(gòu)建了包括植物生物技術(shù)、蛋白質(zhì)分離純化技術(shù)、植物天然產(chǎn)物分離技術(shù)、微生物發(fā)酵技術(shù)以及生物質(zhì)煉制技術(shù)等5個(gè)模塊組成的生物工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并應(yīng)用于生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。

1 皖西學(xué)院生物工程專業(yè)的課程體系

皖西學(xué)院生物工程專業(yè)的培養(yǎng)方案規(guī)定，本專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生具有合理的知識結(jié)構(gòu)、良好的人文素質(zhì)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，能夠在植物細(xì)胞工程與技術(shù)、生物質(zhì)能源工程、植物天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)、蛋白質(zhì)與酶工程、微生物發(fā)酵工程以及其它生物技術(shù)與生物工程類企業(yè)的管理、生產(chǎn)、質(zhì)檢、銷售崗位就業(yè)的應(yīng)用型人才。為了使該培養(yǎng)方案得到實(shí)施，相應(yīng)的課程體系組成為：公共基礎(chǔ)課程、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)。學(xué)科基礎(chǔ)課程：專業(yè)概論（導(dǎo)論）、無機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析、工程制圖、化工原理、化工原理實(shí)驗(yàn)、普通生物學(xué)（分動(dòng)植物部分和細(xì)胞分子遺傳部分）、普通生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、微生物學(xué)、微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)檢索與科技論文寫作。專業(yè)核心課程：植物生物技術(shù)、植物天然產(chǎn)物開發(fā)、微生物發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)與酶工程、生物質(zhì)能源工程、生物工程綜合實(shí)驗(yàn)[1]。

2 生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程模塊化設(shè)置

生物工程綜合實(shí)驗(yàn)根據(jù)專業(yè)核心課程的設(shè)置分為5個(gè)模塊，即植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、植物天然產(chǎn)物開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、微生物發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K、蛋白質(zhì)與酶工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K、生物質(zhì)煉制實(shí)驗(yàn)?zāi)K。根據(jù)上述5個(gè)模塊，遴選相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，編寫特色明顯的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。

2.1 植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K 植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)具體安排如下6個(gè)項(xiàng)目：（1）植物組培實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)用品認(rèn)知；（2）MS培養(yǎng)基母液的配制；（3）MS培養(yǎng)基配制、滅菌與分裝；（4）外植體分化生長的誘導(dǎo)培養(yǎng)；（5）外植體脫分化生長的誘導(dǎo)培養(yǎng)（6）組培苗的煉苗。教學(xué)目的：掌握母液的配制方法；掌握培養(yǎng)基配制的步驟和滅菌方法；掌握不同材料（外植體）的消毒和接種方法；掌握獲取愈傷組織的方法；通過本實(shí)驗(yàn)加深對幾個(gè)基本概念（植物細(xì)胞全能性、分化、脫分化、再分化、愈傷組織、煉苗等）的理解?？蓤?zhí)行性分析：依托“植物細(xì)胞工程安徽省工程技術(shù)研究中心”和“安徽省植物生物技術(shù)實(shí)訓(xùn)中心”兩個(gè)平臺，借助一整套成熟的植物組培技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)以及諸多的產(chǎn)學(xué)研合作基地，能夠很好地將植物組織培養(yǎng)技術(shù)傳授給學(xué)生，并付諸于實(shí)踐。

2.2 微生物發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K 微生物發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)具體安排如下4個(gè)項(xiàng)目：（1）固定化酵母細(xì)胞的制備；（2）固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵制酒及其影響因素分析；（3）蠟狀桿菌液體發(fā)酵產(chǎn)果膠酶；（4）啤酒生產(chǎn)。教學(xué)目的：學(xué)會(huì)制備固定化酵母細(xì)胞，并利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵；了解菌種的制備及其質(zhì)量檢測，學(xué)會(huì)使用二聯(lián)發(fā)酵系統(tǒng)并進(jìn)行規(guī)模發(fā)酵；學(xué)會(huì)使用圓柱露天錐形發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)啤酒?？蓤?zhí)行性分析：項(xiàng)目（1）、（2）屬于研究性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和文獻(xiàn)資料的查閱，學(xué)生們能獨(dú)立完成；項(xiàng)目（3）、（4）屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用性極強(qiáng)，能激發(fā)同學(xué)們的興趣，學(xué)生們通過課前查閱資料，帶著問題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在老師的指導(dǎo)下，自己動(dòng)手操作，以期達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.3 蛋白質(zhì)與酶工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K 蛋白質(zhì)與酶工程實(shí)驗(yàn)具體安排如下5個(gè)項(xiàng)目：（1）SDS-PAGE；（2）5-12%SDS-PAGE；（3）抗血清制備；（4）Western blot；（5）豬血中超氧化物歧化酶（SOD）的分離純化及活力測定。教學(xué)目的：學(xué)習(xí)SDS-PAGE測定蛋白質(zhì)分子量的原理；掌握SDS-PAGE電泳的操作方法；了解抗血清制備的基本原理；掌握抗血清制備的操作步驟及方法；掌握應(yīng)用Western blot檢測抗原及蛋白水平表達(dá)等；掌握SOD的分離純化及活力測定?？蓤?zhí)行性分析：5個(gè)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)不僅讓學(xué)生們掌握了基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，而且為學(xué)生們更高層次的深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也推動(dòng)了“皖西學(xué)院抗體制備及其質(zhì)量檢測中心”的可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)了產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目的深入合作，師生共贏，校企共贏。endprint

2.4 植物天然產(chǎn)物開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)K 植物天然產(chǎn)物開發(fā)實(shí)驗(yàn)具體安排如下4個(gè)項(xiàng)目：（1）植物色素的提取、性質(zhì)及穩(wěn)定性：（2）黃酮類物質(zhì)的提取、分離和性質(zhì)；（3）植物多糖的提取、分離和性質(zhì)；（4）油料作物中油脂的提取、精制和有關(guān)性質(zhì)。教學(xué)目的：了解植物色素、黃酮類物質(zhì)、植物多糖和油料作物中油脂等物質(zhì)的提取方法、提取過程，學(xué)會(huì)運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)、正交實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化目標(biāo)物質(zhì)提取的最優(yōu)條件，并通過提純目標(biāo)物質(zhì)，研究其理化性質(zhì)或生物活性。可執(zhí)行性分析：植物天然產(chǎn)物開發(fā)涉及的范圍較廣，生物工程教研組根據(jù)實(shí)際情況開設(shè)了以上4個(gè)項(xiàng)目，其中第1個(gè)項(xiàng)目是我們開設(shè)的傳統(tǒng)項(xiàng)目，后3個(gè)項(xiàng)目與我們教師的科研課題密切相關(guān)，是我校研究的優(yōu)勢項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)越，儀器設(shè)備齊全，能夠達(dá)到教學(xué)和科研的優(yōu)勢互補(bǔ)，教學(xué)相長。

2.5 生物質(zhì)煉制實(shí)驗(yàn)?zāi)K 生物質(zhì)煉制實(shí)驗(yàn)具體安排如下4個(gè)項(xiàng)目：（1）了解生物工程企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)技術(shù)原理；（2）比較不同生物工程行業(yè)廢水檢測方法；（3）熟練掌握廢水BOD和COD的檢測原理與方法；（4）利用農(nóng)林廢棄物進(jìn)行生物質(zhì)煉制提取木質(zhì)素。教學(xué)目的：使學(xué)生了解相關(guān)生物工程企業(yè)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)技術(shù)原理、下游廢水排放達(dá)標(biāo)要求以及最重要的排放物生產(chǎn)過程檢測方法，加強(qiáng)對生物生產(chǎn)和管理的達(dá)標(biāo)排放的認(rèn)識，同時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)檢測方法?？蓤?zhí)行性分析：我校生物工程專業(yè)在第五學(xué)期有2個(gè)月的企業(yè)實(shí)習(xí)，學(xué)生們根據(jù)興趣進(jìn)入相關(guān)企業(yè)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，學(xué)生們有選擇的進(jìn)行實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)，了解生物工程行業(yè)的進(jìn)展和前景；另外借助校級“生物質(zhì)煉制科技創(chuàng)新平臺”，學(xué)生們能掌握廢水BOD和COD的檢測原理與方法，初步利用農(nóng)林廢棄物進(jìn)行生物質(zhì)煉制提取木質(zhì)素等實(shí)驗(yàn)技能。

3 生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施

3.1 開設(shè)開放式實(shí)驗(yàn) 改大班集中實(shí)驗(yàn)為小組分散循環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于發(fā)酵罐、啤酒發(fā)酵系統(tǒng)、氣質(zhì)聯(lián)用儀、液相色譜儀、原子吸收光譜儀等實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)少以及組培室等實(shí)驗(yàn)場地的限制，又由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的需要，在操作上要求連續(xù)，在實(shí)際教學(xué)時(shí)就必須改變原來大班上課狀況，只有將學(xué)生分散，以小組的形式進(jìn)行訓(xùn)練，采取學(xué)生循環(huán)而實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定的循環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，才能最大限度地提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場所的利用率。同時(shí)，建立生物工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練的音視頻、試題庫等，完善實(shí)驗(yàn)用多媒體教室以及仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。

3.2 開設(shè)自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 高等教育的目標(biāo)是培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強(qiáng)的創(chuàng)新人才，如何實(shí)現(xiàn)“能力為重”的戰(zhàn)略主題對高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出新的要求。提高本科生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主題。在自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，老師給出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱，學(xué)生們查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后與指導(dǎo)老師討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性，對無法實(shí)施的方案，老師給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)后重新設(shè)計(jì)，對可行方案進(jìn)行討論修改。在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)可行的情況下，學(xué)生們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對結(jié)果給予分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，準(zhǔn)備ppt進(jìn)行實(shí)驗(yàn)匯報(bào)。經(jīng)過近3a的自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，學(xué)生們獨(dú)立動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力得到了培養(yǎng)和提高，也大大激發(fā)了同學(xué)們自主學(xué)習(xí)的興趣[2]。

3.3 開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn) 充分發(fā)揮我院教師科研能力強(qiáng)的優(yōu)勢，將教師的科研成果[3]引入教學(xué)，將科研課題轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，把科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將科研設(shè)備開放于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。既能讓學(xué)生參與到教師的科研中去，培養(yǎng)學(xué)生科研的興趣，又能在教師的帶動(dòng)下培養(yǎng)科研的思維[4-5]。

3.4 走進(jìn)工廠，實(shí)地參觀學(xué)習(xí) 諸如啤酒發(fā)酵實(shí)驗(yàn)、植物組培實(shí)驗(yàn)等，我們帶學(xué)生深入企業(yè)，深入一線，實(shí)地參觀學(xué)習(xí)。不僅加強(qiáng)了學(xué)生們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，同時(shí)讓學(xué)生們了解實(shí)驗(yàn)開設(shè)的必要性和實(shí)用性，增強(qiáng)學(xué)生們實(shí)驗(yàn)的目的性。

生物工程綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K化的實(shí)施賦予了本實(shí)驗(yàn)課程新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們不僅獲得系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，培養(yǎng)了獨(dú)立動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力，而且也對相關(guān)專業(yè)方向有了系統(tǒng)性的認(rèn)識，減少了學(xué)習(xí)理論知識的盲目性。

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（責(zé)編：張長青）endprint