黃訓端

(安徽大學生命科學學院， 合肥 230601)

生物工程是以生物科學與生物技術為基礎，由細胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、微生物學、遺傳學、分子生物學以及生物化學工程學等多學科相互交叉滲透、融合、發(fā)展而成的新興的工程技術學科，是21世紀前沿學科之一。生物工程是生物高新技術成果產業(yè)化的基礎，是實驗室研究通向大規(guī)模工業(yè)生產的紐帶。1998年中國教育部對高等學校的本科專業(yè)目錄進行了大規(guī)模調整修訂，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2002年獲批設置生物工程本科專業(yè)，次年開始招生，經過10年的發(fā)展，建設成為校級重點建設專業(yè)，形成了有自身特色的人才培養(yǎng)體系，特別是在專業(yè)實驗教學方面，構建了系統(tǒng)化的實驗教學內容，形成了完善的實驗教學體系。

1 生物工程專業(yè)實驗教學內容體系的內在特征

生物工程專業(yè)實驗教學內容的設置，是需要長期實踐而不斷完善的[4-8]。從一般意義上說，生物工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標為：掌握生物技術及其產業(yè)化的科學原理、工藝技術過程和工程設計等基礎理論與基本技能，能在生物技術與工程領域從事設計、生產管理和新技術研究、新產品開發(fā)的工程技術人才[3]。生物工程作為一個新興的工科專業(yè)，學科專業(yè)交叉性強、涉及領域多，實驗教學內容與項目可選擇余地大，這在一定程度上導致了對生物工程專業(yè)實驗教學內容體系理解的差異，有的以偏概全不能深入核心，有的甚至與生物技術專業(yè)混為一談。分析生物工程專業(yè)實驗教學內容體系建設，需要圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標，理解核心知識體系和內在結構，按照卓越工程師要求，培養(yǎng)工程技術人才。一般而言，生物工程專業(yè)實驗教學內容體系需把握以下內在特征和要求：

第一、培養(yǎng)目標工程化。中國生物工程辦學歷史較短，縱觀生物工程專業(yè)的辦學背景，除部分建立在化學工程及相關學科基礎之上外，絕大多數(shù)都是在生物學及其應用學科基礎之上拓展衍生的。由于生物學為理學學科，與工學學科相比，在課程設置、內容安排、教學體系等方面存在差異。不可否認，以生物學為基礎起家的生物工程專業(yè)，生物學背景過于濃郁，工程實驗與實踐較為薄弱。這種現(xiàn)象必須扭轉，特別是在專業(yè)實驗訓練方面，工程化訓練應放在重中之重的位置。

第二、教學過程系統(tǒng)化。生物工程是生物技術及其產業(yè)化的學科，在人才培養(yǎng)方案中，應設計完備的知識體系，在生物工程上游的菌種選育改造、基因工程、分子生物學、遺傳學等，中游的微生物發(fā)酵、動物細胞培養(yǎng)、植物細胞培養(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、下游技術安排，不可偏頗，使學生受到系統(tǒng)化訓練。

第三、實驗內容專屬化。生物工程專業(yè)實驗教學內容應該專門化，具備特有性，以區(qū)別于生物技術或化學工程等鄰近專業(yè)屬性。緊緊圍繞細胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程的核心內容體系，設置與拓展教學內容，訓練學生掌握生物工程原理，培養(yǎng)學生設計與研發(fā)生物產品的能力，突出產業(yè)化思維。

2 生物工程專業(yè)實驗教學內容設計

在生物工程專業(yè)實驗教學實踐中，應緊緊抓住專業(yè)內涵和要求，圍繞專業(yè)核心內容體系，以實驗項目為載體，采用模塊化的設計模式，突出創(chuàng)新思維，促進學生能力培養(yǎng)。

2.1 生物工程專業(yè)實驗教學內容模塊化設計

2.1.1 專業(yè)實驗模塊

設立基因工程系列實驗，系統(tǒng)訓練學生掌握基因克隆、載體構建、轉化篩選、蛋白表達、分離鑒定等技能。

設立細胞工程系列實驗，系統(tǒng)訓練學生掌握動植物細胞培養(yǎng)、原生質體制備、細胞融合、細胞拆合、細胞破碎、產物提取等技能。

酶工程系列實驗，系統(tǒng)訓練學生掌握酶的生產、酶的分離純化、酶的固定化、生物反應器等技能。

發(fā)酵工程系列實驗，系統(tǒng)訓練學生掌握菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)、接種、發(fā)酵過程和產品的分離提純等等技能。

2.1.2 拓展實驗模塊

設立生物工藝學系列實驗；

設立生化分離工程系列實驗。

2.1.3 創(chuàng)新實驗模塊

結合學院教師科研課題，在抗生素、甾體化合物、工業(yè)用酶、生物技術在醫(yī)藥及環(huán)境中應用等方面教學大學生科研訓練計劃。

2.2 生物工程專業(yè)實驗教學項目設置

生物工程專業(yè)要求學生具有較強的實驗操作能力，學生在專業(yè)學習過程中的實驗較多，表1羅列了該專業(yè)學生需完成的實驗任務。

表1 實驗項目名稱

2.3 創(chuàng)設實驗課程設計項目

課程設計是培養(yǎng)學生自主學習能力的重要形式。本著“以人為本、整合培養(yǎng)，求是創(chuàng)新、追求卓越”的教學理念，以實驗理論為先導、以知識綜合應用和技能訓練為基礎、以研究創(chuàng)新實踐為核心，創(chuàng)設組織細胞培養(yǎng)設計、基因工程藥物生產設計、工業(yè)發(fā)酵設計、生物反應器設計、生化工程與設備設計、生物工程工廠設計等訓練項目，綜合細胞工程、微生物學、遺傳學、發(fā)酵工程、基因工程等理論和實驗方法技術，以生物工程學科發(fā)展動態(tài)專題講座為導向，在設計目的、設計內容、設計方法、設計要求、預期結果、進度安排等方面給予學生具體指導，學生自行選題和教師指導選題，由學生自行實驗設計并加以研究創(chuàng)新，使之成為生物工程教育創(chuàng)新體系的有機組成部分。

3 生物工程專業(yè)實驗教學體系建設

生物工程具有工程學科屬性，賦予了工科人才培養(yǎng)目標和教學內涵，專業(yè)實驗教學作為工程實踐重要的、基礎性的組成部分，在人才培養(yǎng)理念中給予高度重視，優(yōu)先發(fā)展，重點建設。將生物工程專業(yè)實驗獨立設課，分設《生物工程專業(yè)實驗(上)》和《生物工程專業(yè)實驗(下)》，列入培養(yǎng)計劃的第五、第六學期實施。聘請有豐富實踐經驗的老師擔任實驗指導老師，并采取委派年輕教師分批到企業(yè)進行合作研究和生產實踐的方式，提高教師工程實踐能力，為實驗教學注入工程化氣息。

改革實驗室管理體制，采用實驗技術人員主管、學生助管配合的方式，實現(xiàn)了實驗場所、實驗時間的開放。改革教學方法，對于生物工程綜合設計型實驗，通過循序啟發(fā)，增強學生的獨立思考能力。綜合設計型實驗的內容較多、難度變大、儀器相對復雜，運用啟發(fā)式教學，明確實驗課題的工程背景，逐步啟發(fā)引導，讓學生開動腦筋，樹立自信，主動發(fā)現(xiàn)和解決問題，培養(yǎng)學生獨立工作能力。對于設計研究性實驗，實行專題開放式教學，除上述實驗場所、時間開放外，還實現(xiàn)了實驗方式開放，教師負責指導咨詢、修訂方案等工作，具體的實驗步驟、測試方法、數(shù)據(jù)采集與處理分析等過程均由學生獨立完成，賦予了學生更多的主動權，給學生創(chuàng)造了獨立處理問題的環(huán)境，培養(yǎng)了學生獨立思考，勇于探索、敢于實踐、不斷創(chuàng)新的精神。充分利用實驗室資源，對學生創(chuàng)新實驗、科研訓練計劃、課程設計、挑戰(zhàn)杯競賽等活動，配置小型儀器和設備，設置大型儀器共享平臺，近3年為生物工程本科生開放性研究課題近20項，使一批同學收到良好地訓練。建立多元化的實驗考核辦法，采取過程考核和最終考核相結合的方法，對不同課程和不同類型的實驗采用不同的考核方法；在考核中，結合實驗特點與要求，以基本理論、基本知識、基本技能為要求，重點考查知識綜合運用能力，以可靠的方法檢驗實驗教學的效果。

編制的實驗講義，供學生參考使用。講義內容主要包括：基因工程藥物的生產，從重組質粒的構建、工程菌的構建、工程菌的發(fā)酵，到表達活性蛋白的分離、純化、提取技術，形成完整的基因工程藥物生產實驗體系；發(fā)酵工程技術，傳統(tǒng)的酒精、啤酒等厭氧食品發(fā)酵技術；通氣攪拌液體深層抗生素發(fā)酵技術，液體靜置啤酒發(fā)酵，固體酶制劑發(fā)酵技術；實驗內容涵蓋以食品、抗生素、酶制劑為產品的發(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；產物分離技術，包括酒精的蒸餾法提??；抗生素的提取、純化、加工技術；酶制劑的分離、提取技術。編制的實驗講義內容突出生物工程核心技術體系，有利于提高學生的綜合實驗能力，有利于提高生物工程專業(yè)學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。

新型實驗技術和多媒體技術的日趨成熟，為實驗教學的前沿化、手段的現(xiàn)代化提供了基礎。開展計算機輔助教學，運用多媒體手段如PPT、動畫等展示復雜的理論與技術，以直觀的形式加深學生對知識點的理解；建設網絡教學管理信息平臺，開設網絡教學環(huán)節(jié)，利用網絡習題、課件更新與網絡專題講座等交流形式，拓展教學空間，有效提高實驗教學質量。

4 結束語

21世紀是生命科學世紀，生物經濟將會引領時代潮流。國家和地方都已經將生物技術產業(yè)化列入發(fā)展規(guī)劃。隨著社會經濟的快速發(fā)展，對生物工程專業(yè)的人才數(shù)量需求大，對生物工程人才培養(yǎng)質量期望高。生物工程專業(yè)實驗教學是工程實踐的啟蒙訓練，在人才培養(yǎng)具有重要地位和作用。但實驗教學涉及因素多，體系復雜，需要在教學理念、資源配置、運行機制、質量管理等方面給予足夠的支撐。因此，實驗教學改革是高等教育改革的難點和重點[9,10]。我校在教育教學實踐中，將生物工程專業(yè)實驗獨立社課，緊扣工程化人才培養(yǎng)目標，設計了專業(yè)實驗教學內容和項目體系，完善教學體系建設，保證培養(yǎng)規(guī)格，取得了顯著的教育教學效果。為進一步加強生物工程專業(yè)建設，還需要瞄準學科前沿、市場需求，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，為社會輸送卓越工程人才。

[1]段德君,梁運祥,陳守文. 生物工程實驗教學體系改革與實踐[J].實驗室研究與探索2011,30(7):111-114.

[2]張麗靖,靳 挺,雷引林,等. 生物工程專業(yè)綜合性實驗的實踐探索[J].實驗科學與技術,2010,8(4):111-113.

[3]陽小成,雷濘菲,李 凜,等. 理工大學生物工程專業(yè)課程體系建設與教學改革的思考[J].教育與教學研究2010,24(5):76-78.

[4]賈建波,趙玉萍,孔 晶. 生物工程專業(yè)本科生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的建立與實踐[J].高校實驗室工作研究,2011,2:1-2,25.

[5]康小虎,田永強,謝 放,等. 生物工程專業(yè)實踐教學改革探討[J]. 實驗科學與技術,2011,9(5):86-87,135.

[6]陳劍鋒,陳 菁,謝 航,等. 構建生物工程學科創(chuàng)新實驗教學體系提高學生的動手實踐能力[J]. 實驗技術與管理,2010，27(3):22-24.

[7]邵文堯,陳成泉,王海濤,等. 生物工程專業(yè)實驗教學改革與實踐[J]. 化工高等教育,2010,27(1)34-36,48.

[8]郭學武,陳葉福,肖冬光. 生物工程專業(yè)開放實驗教學探討[J]. 中國輕工教育,2010,3:79-80.

[9]王劍鋒,黃訓端,孔小衛(wèi). 基礎生物化學實驗教學對學生技能的培養(yǎng)[J]. 生物學雜志,2009,26(2):88-90.

[10]黃訓端,何家慶,李能樹,等.淺議基礎生物學實驗教學的困境、困因與對策[J]. 生物學雜志,2005,22(1):40-42.