生物工程專(zhuān)業(yè)生物反應(yīng)工程課程群構(gòu)建的探索

周磊,鄧丹丹,王亞月,裴冬麗

(商丘師范學(xué)院 生物與食品學(xué)院,河南 商丘 476000)

生物工程主要是利用生物催化劑大規(guī)模制造人類(lèi)所需產(chǎn)品的技術(shù)過(guò)程,廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域,涉及生物學(xué)、化學(xué)、電子電工、計(jì)算機(jī)等多門(mén)學(xué)科[1].目前,我國(guó)正處于工業(yè)科技高速發(fā)展階段,實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)向現(xiàn)代化工業(yè)制造國(guó)家的轉(zhuǎn)變.我校生物工程專(zhuān)業(yè)迎合國(guó)家政策要求,積極參與課程教學(xué)改革,打破課程界限,圍繞新型人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行了多門(mén)課程優(yōu)化整合.為了強(qiáng)化《生物反應(yīng)工程》課程在生物工程專(zhuān)業(yè)群課程中的地位,結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)定位,結(jié)合豫東地方發(fā)展特色,對(duì)生物反應(yīng)工程課程群進(jìn)行了構(gòu)建,為本科生在微生物制品、食品發(fā)酵、生物質(zhì)降解與利用領(lǐng)域相關(guān)工程的研究開(kāi)發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、企業(yè)管理等方面的培養(yǎng)提供新思路.

1 生物反應(yīng)工程課程群構(gòu)建思路

1.1 課程群構(gòu)建的必要性

生物工程專(zhuān)業(yè)主要目標(biāo)是以培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展,具備生物學(xué)與工程學(xué)基本知識(shí),能在生物工程領(lǐng)域從事相關(guān)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的高級(jí)工程技術(shù)人才.結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展特色,本專(zhuān)業(yè)主要培養(yǎng)應(yīng)用型人才,特別注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力.然而,生物工程專(zhuān)業(yè)在課程教學(xué)與專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐過(guò)程仍存在部分脫節(jié)現(xiàn)象,因此,必須對(duì)專(zhuān)業(yè)課程理論教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行整合構(gòu)建,從而滿(mǎn)足與培養(yǎng)目標(biāo)的符合度.

課程群建設(shè)屬于整體教學(xué)系統(tǒng),不是單獨(dú)幾門(mén)課程的相互拼湊,而是在課程上有著密切聯(lián)系、相承共同屬性的課程集群[2].《生物反應(yīng)工程》課程綜合性和應(yīng)用性比較強(qiáng),與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系緊密并指導(dǎo)實(shí)踐過(guò)程.作為生物工程專(zhuān)業(yè)上游課程,《生物反應(yīng)工程》與《發(fā)酵工程》《酶工程》《生物分離工程》等課程將生物工程課程綜合成為指導(dǎo)性、實(shí)踐性、設(shè)計(jì)性訓(xùn)練課程,各課程之間相互聯(lián)系、相互滲透,形成特色的群課程體系.從生物產(chǎn)出過(guò)程中來(lái)看,所有產(chǎn)品都需要經(jīng)過(guò)微生物代謝反應(yīng)過(guò)程才能形成產(chǎn)品,在整個(gè)生產(chǎn)中,微生物進(jìn)行的酶促反應(yīng)、微生物代謝、反應(yīng)器和操作都起著關(guān)鍵性作用.所以,為提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)在社會(huì)中需求,在《生物反應(yīng)工程》課程教學(xué)過(guò)程中必須加強(qiáng)大學(xué)生思想政治教育,提高專(zhuān)業(yè)能力素養(yǎng),強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),達(dá)成專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)[3].

1.2 課程群構(gòu)建的內(nèi)容整合

生物反應(yīng)工程是以生物學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)等多學(xué)科為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科,它將傳遞過(guò)程原理、設(shè)備工程學(xué)、過(guò)程動(dòng)力學(xué)及最優(yōu)化原理等化學(xué)工程學(xué)方法與生物反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)特性方面的知識(shí)相結(jié)合,進(jìn)行生物反應(yīng)過(guò)程的分析與開(kāi)發(fā)以及生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作和控制等.課程主要介紹生物反應(yīng)工程的基本概念,從酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、微生物反應(yīng)器操作、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)、生物反應(yīng)器等幾個(gè)方面,系統(tǒng)講述生物反應(yīng)工程的基本原理與方法,并對(duì)生物反應(yīng)工程領(lǐng)域最新進(jìn)展進(jìn)行講解.此外,《生物反應(yīng)工程》與《生物工程設(shè)備》課程同屬于生物工程專(zhuān)業(yè)中的上游課程,該課程是實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)如何轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?huì)生產(chǎn)力,從理論到實(shí)際應(yīng)用的重要環(huán)節(jié),要求學(xué)生掌握生物工廠(chǎng)中所涉及的一些設(shè)備結(jié)構(gòu)、種類(lèi)及原理等,了解反應(yīng)基礎(chǔ)計(jì)算及設(shè)備維修與維護(hù),懂得如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去解決工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中的具體問(wèn)題,改造創(chuàng)新生產(chǎn)設(shè)備、提升生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)最優(yōu)化,從而擴(kuò)大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[4].而作為生物工程專(zhuān)業(yè)的核心課程《發(fā)酵工程》著重講述生物產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的基本知識(shí),突出生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科在發(fā)酵過(guò)程中的相關(guān)原理.課程主要通過(guò)實(shí)際案例講述發(fā)酵過(guò)程中遇到的基本問(wèn)題、設(shè)備控制、產(chǎn)品分離提純等關(guān)鍵技術(shù),同時(shí)輔助其它課程介紹的工藝和方法,以點(diǎn)促面幫助學(xué)生理解工廠(chǎng)工程上的問(wèn)題.

《生物反應(yīng)工程》課程群的構(gòu)建使得專(zhuān)業(yè)內(nèi)課程間關(guān)系聯(lián)系緊密,整個(gè)課程體系安排和生產(chǎn)工藝過(guò)程統(tǒng)籌兼顧.根據(jù)人才培養(yǎng)方案,在第一、二學(xué)期主要安排本科生對(duì)專(zhuān)業(yè)集群課程,如《高等數(shù)學(xué)》《有機(jī)化學(xué)》《無(wú)機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)》《物理化學(xué)》《化工制圖》等課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生從基礎(chǔ)掌握基本數(shù)學(xué)計(jì)算和作圖分析能力,為以后專(zhuān)業(yè)課程中涉及計(jì)算和設(shè)備認(rèn)知學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).《生物儀器分析》安排在第三學(xué)期,讓學(xué)生對(duì)生物工程專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備進(jìn)行了解,再進(jìn)行后續(xù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的深入學(xué)習(xí).第四學(xué)期主要涉及工程專(zhuān)業(yè)的三大課程,即《發(fā)酵工程》《酶工程》《細(xì)胞工程》,而《基因工程》課程則安排在第六學(xué)期,是在《分子生物學(xué)》與《生物信息學(xué)》課程基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí).

《生物反應(yīng)工程》課程開(kāi)設(shè)在第五學(xué)期,內(nèi)容以生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)與應(yīng)用為主,同時(shí)輔以《生物工藝學(xué)》和《生物工程設(shè)備》課程開(kāi)設(shè),同時(shí)將《發(fā)酵工程》及《酶工程》課程中相關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)融入其中章節(jié).其主要區(qū)別在于：《生物反應(yīng)工程》中主要涉及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ),與《發(fā)酵工程》和《酶工程》課程交叉內(nèi)容比較少,并且在生物反應(yīng)器章節(jié)中重點(diǎn)介紹反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及放大和傳遞等共性問(wèn)題.在進(jìn)行課程群構(gòu)建時(shí),《生物工程設(shè)備》課程側(cè)重從設(shè)備功能結(jié)構(gòu)層面介紹,而《生物反應(yīng)工程》則在反應(yīng)器中物質(zhì)傳遞、能量換算、操作方式及理論模型角度進(jìn)行探討[5].《生物工程下游技術(shù)》講述工廠(chǎng)生產(chǎn)下游原理及相關(guān)技術(shù),因此安排在第六學(xué)期開(kāi)設(shè).此外,為了達(dá)成人才培養(yǎng)方案目標(biāo),滿(mǎn)足學(xué)生畢業(yè)要求,在專(zhuān)業(yè)限選課程設(shè)置中分別制定了微生物制品和食品發(fā)酵兩個(gè)方向,學(xué)生可以根據(jù)自身愛(ài)好和特長(zhǎng)在第三學(xué)期自由選擇.此外,在本科課程安排中融入了《食藥用菌生產(chǎn)工藝學(xué)》《生物精煉》等專(zhuān)業(yè)特色課程,進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)生物工程學(xué)科的認(rèn)知和理解.

1.3 課程群構(gòu)建的升華與應(yīng)用

從《生物反應(yīng)工程》課程群構(gòu)建基礎(chǔ)到生物工程專(zhuān)業(yè)整體課程設(shè)置體系上來(lái)看,在培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才過(guò)程中,相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)成為課程群構(gòu)建不可或缺的一部分,對(duì)學(xué)生提高工程實(shí)踐理念、發(fā)現(xiàn)和解決工廠(chǎng)問(wèn)題、理論聯(lián)系實(shí)際、提高綜合素質(zhì)起到關(guān)鍵作用[6].涉及專(zhuān)業(yè)理論課程都設(shè)有相關(guān)實(shí)驗(yàn)課,通過(guò)課堂學(xué)習(xí)進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn),對(duì)其基本原理、操作方法融會(huì)貫通,同時(shí)鍛煉動(dòng)手能力,收獲實(shí)驗(yàn)成功的喜悅感,增強(qiáng)對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)知、自信和理解.集中實(shí)踐教學(xué)是另一個(gè)重要環(huán)節(jié),從專(zhuān)業(yè)角度出發(fā),所有開(kāi)設(shè)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)均與未來(lái)學(xué)生發(fā)展和就業(yè)相銜接.集中實(shí)踐教學(xué)一共28個(gè)學(xué)分,保障了學(xué)生掌握生物工程專(zhuān)業(yè)中工藝技術(shù)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等工程性實(shí)踐要求.通過(guò)在企業(yè)的認(rèn)知實(shí)習(xí),對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝、車(chē)間布置、反應(yīng)器設(shè)計(jì)等有了初步了解,有利于將課本所學(xué)知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合起來(lái),學(xué)習(xí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái),加深對(duì)專(zhuān)業(yè)課程中重難點(diǎn)的理解[7].

畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科生畢業(yè)前最后一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),是學(xué)生對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)和技能掌握程度的體現(xiàn).培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作能力以及對(duì)生物工程領(lǐng)域相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和管理認(rèn)知能力,對(duì)于提高從事相關(guān)技術(shù)的高素質(zhì)人才培養(yǎng)具有重要意義[8].整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程由指導(dǎo)教師和6-8位學(xué)生共同完成,學(xué)生負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)選題、思路、內(nèi)容和答辯等環(huán)節(jié),導(dǎo)師負(fù)責(zé)全程進(jìn)行指導(dǎo)和提出建議.設(shè)計(jì)選題可以多元化,生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?生物產(chǎn)品種類(lèi)可多種多樣.設(shè)計(jì)選題是整個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵,其中涉及生產(chǎn)工藝、設(shè)備選型、原料衡算、水電人員消耗、產(chǎn)值利潤(rùn)等參數(shù),整個(gè)設(shè)計(jì)涉及《發(fā)酵工程》《生物反應(yīng)工程》《生物工程設(shè)備》《生物工廠(chǎng)設(shè)計(jì)概論》等相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)理論.答辯環(huán)節(jié)需要導(dǎo)師進(jìn)行精心組織,以小組為單位,每組派一名學(xué)生對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行講解,時(shí)間為20分鐘,然后由其他導(dǎo)師對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行提問(wèn),小組同學(xué)可以相互幫助補(bǔ)充和回答.答辯結(jié)束后,學(xué)生要提交畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告和相應(yīng)材料,最終由導(dǎo)師綜合評(píng)定選出優(yōu)秀小組及個(gè)人.從學(xué)生角度來(lái)看,畢業(yè)設(shè)計(jì)也是一次對(duì)生物工程認(rèn)知能力的提升,經(jīng)過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉,在以后工程設(shè)計(jì)及就業(yè)環(huán)節(jié)更能得心應(yīng)手,從容應(yīng)對(duì).

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)生物反應(yīng)工程課程群構(gòu)建的探索,提出了課程群構(gòu)建的必要性.內(nèi)容整合以及整體課程群構(gòu)建得到升華與應(yīng)用,基本解決了生物工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容重復(fù),發(fā)展不相適應(yīng)等矛盾,豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化了重難點(diǎn)知識(shí)的把握,教學(xué)效果顯著提高.近年來(lái),我校生物工程專(zhuān)業(yè)本著以學(xué)生為中心理念進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革,構(gòu)建了課程群體系以滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習(xí)要求,培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)興趣,提升創(chuàng)新和實(shí)踐能力.在全體教師和管理人員共同努力下取得了一定的成績(jī),進(jìn)行了系統(tǒng)的綜合分析,為以后課程群建設(shè)提供了參考.