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)模制造人類所需產(chǎn)品的技術(shù)過程,廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境等多個領(lǐng)域,涉及生物學(xué)、化學(xué)、電子電工、計算機(jī)等多門學(xué)科[1].目前,我國正處于工業(yè)科技高速發(fā)展階段,實現(xiàn)了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國向現(xiàn)代化工業(yè)制造國家的轉(zhuǎn)變.我校生物工程專業(yè)迎合國家政策要求,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,能在生物工程領(lǐng)域從事相關(guān)工藝設(shè)計、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的高級工程技術(shù)人才.結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展特色,本專業(yè)主要培養(yǎng)應(yīng)用型人才,特別注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力.然而,生物工程專業(yè)在課程教學(xué)與專業(yè)實習(xí)實踐過程仍存在部分脫節(jié)現(xiàn)象,因此,必須對專業(yè)課程理論教學(xué)和生產(chǎn)實踐進(jìn)行整合構(gòu)建,從而滿足與培養(yǎng)目標(biāo)的符合度.

課程群建設(shè)屬于整體教學(xué)系統(tǒng),不是單獨幾門課程的相互拼湊,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)實踐聯(lián)系緊密并指導(dǎo)實踐過程.作為生物工程專業(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、實踐性、設(shè)計性訓(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)出過程中來看,所有產(chǎn)品都需要經(jīng)過微生物代謝反應(yīng)過程才能形成產(chǎn)品,在整個生產(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、滿足產(chǎn)業(yè)在社會中需求,在《生物反應(yīng)工程》課程教學(xué)過程中必須加強(qiáng)大學(xué)生思想政治教育,提高專業(yè)能力素養(yǎng),強(qiáng)化實踐教學(xué),達(dá)成專業(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,它將傳遞過程原理、設(shè)備工程學(xué)、過程動力學(xué)及最優(yōu)化原理等化學(xué)工程學(xué)方法與生物反應(yīng)過程的反應(yīng)特性方面的知識相結(jié)合,進(jìn)行生物反應(yīng)過程的分析與開發(fā)以及生物反應(yīng)器的設(shè)計、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)動力學(xué)、微生物反應(yīng)動力學(xué)、微生物反應(yīng)器操作、動植物細(xì)胞培養(yǎng)、生物反應(yīng)器等幾個方面,系統(tǒng)講述生物反應(yīng)工程的基本原理與方法,并對生物反應(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業(yè)中的上游課程,該課程是實現(xiàn)生物技術(shù)如何轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣a(chǎn)力,從理論到實際應(yīng)用的重要環(huán)節(jié),要求學(xué)生掌握生物工廠中所涉及的一些設(shè)備結(jié)構(gòu)、種類及原理等,了解反應(yīng)基礎(chǔ)計算及設(shè)備維修與維護(hù),懂得如何應(yīng)用所學(xué)知識去解決工廠生產(chǎn)過程中的具體問題,改造創(chuàng)新生產(chǎn)設(shè)備、提升生產(chǎn)效率、實現(xiàn)生產(chǎn)最優(yōu)化,從而擴(kuò)大社會和經(jīng)濟(jì)效益[4].而作為生物工程專業(yè)的核心課程《發(fā)酵工程》著重講述生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程的基本知識,突出生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科在發(fā)酵過程中的相關(guān)原理.課程主要通過實際案例講述發(fā)酵過程中遇到的基本問題、設(shè)備控制、產(chǎn)品分離提純等關(guān)鍵技術(shù),同時輔助其它課程介紹的工藝和方法,以點促面幫助學(xué)生理解工廠工程上的問題.

《生物反應(yīng)工程》課程群的構(gòu)建使得專業(yè)內(nèi)課程間關(guān)系聯(lián)系緊密,整個課程體系安排和生產(chǎn)工藝過程統(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專業(yè)集群課程,如《高等數(shù)學(xué)》《有機(jī)化學(xué)》《無機(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)計算和作圖分析能力,為以后專業(yè)課程中涉及計算和設(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)生對生物工程專業(yè)儀器設(shè)備進(jìn)行了解,再進(jìn)行后續(xù)專業(yè)知識的深入學(xué)習(xí).第四學(xué)期主要涉及工程專業(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》課程開設(shè)在第五學(xué)期,內(nèi)容以生物反應(yīng)動力學(xué)、生物反應(yīng)器設(shè)計與應(yīng)用為主,同時輔以《生物工藝學(xué)》和《生物工程設(shè)備》課程開設(shè),同時將《發(fā)酵工程》及《酶工程》課程中相關(guān)反應(yīng)動力學(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)中重點介紹反應(yīng)器的設(shè)計、優(yōu)化以及放大和傳遞等共性問題.在進(jìn)行課程群構(gòu)建時,《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)期開設(shè).此外,為了達(dá)成人才培養(yǎng)方案目標(biāo),滿足學(xué)生畢業(yè)要求,在專業(yè)限選課程設(shè)置中分別制定了微生物制品和食品發(fā)酵兩個方向,學(xué)生可以根據(jù)自身愛好和特長在第三學(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》等專業(yè)特色課程,進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對生物工程學(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)到生物工程專業(yè)整體課程設(shè)置體系上來看,在培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才過程中,相關(guān)課程實驗教學(xué)及實習(xí)實踐環(huán)節(jié)成為課程群構(gòu)建不可或缺的一部分,對學(xué)生提高工程實踐理念、發(fā)現(xiàn)和解決工廠問題、理論聯(lián)系實際、提高綜合素質(zhì)起到關(guān)鍵作用[6].涉及專業(yè)理論課程都設(shè)有相關(guān)實驗課,通過課堂學(xué)習(xí)進(jìn)一步結(jié)合實驗,對其基本原理、操作方法融會貫通,同時鍛煉動手能力,收獲實驗成功的喜悅感,增強(qiáng)對專業(yè)的認(rèn)知、自信和理解.集中實踐教學(xué)是另一個重要環(huán)節(jié),從專業(yè)角度出發(fā),所有開設(shè)的實習(xí)環(huán)節(jié)均與未來學(xué)生發(fā)展和就業(yè)相銜接.集中實踐教學(xué)一共28個學(xué)分,保障了學(xué)生掌握生物工程專業(yè)中工藝技術(shù)、工程設(shè)計、生產(chǎn)管理等工程性實踐要求.通過在企業(yè)的認(rèn)知實習(xí),對企業(yè)生產(chǎn)工藝、車間布置、反應(yīng)器設(shè)計等有了初步了解,有利于將課本所學(xué)知識與實際生產(chǎn)結(jié)合起來,學(xué)習(xí)與實踐結(jié)合起來,加深對專業(yè)課程中重難點的理解[7].

畢業(yè)設(shè)計是本科生畢業(yè)前最后一個實踐教學(xué)環(huán)節(jié),是學(xué)生對大學(xué)所學(xué)知識和技能掌握程度的體現(xiàn).培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作能力以及對生物工程領(lǐng)域相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)計和管理認(rèn)知能力,對于提高從事相關(guān)技術(shù)的高素質(zhì)人才培養(yǎng)具有重要意義[8].整個設(shè)計過程由指導(dǎo)教師和6-8位學(xué)生共同完成,學(xué)生負(fù)責(zé)整個設(shè)計選題、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)計選題可以多元化,生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?生物產(chǎn)品種類可多種多樣.設(shè)計選題是整個環(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)值利潤等參數(shù),整個設(shè)計涉及《發(fā)酵工程》《生物反應(yīng)工程》《生物工程設(shè)備》《生物工廠設(shè)計概論》等相關(guān)專業(yè)課程知識理論.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)生對整體設(shè)計進(jìn)行講解,時間為20分鐘,然后由其他導(dǎo)師對設(shè)計進(jìn)行提問,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)計報告和相應(yīng)材料,最終由導(dǎo)師綜合評定選出優(yōu)秀小組及個人.從學(xué)生角度來看,畢業(yè)設(shè)計也是一次對生物工程認(rèn)知能力的提升,經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計的鍛煉,在以后工程設(shè)計及就業(yè)環(huán)節(jié)更能得心應(yīng)手,從容應(yīng)對.

2 結(jié) 語

通過對生物反應(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)化了重難點知識的把握,教學(xué)效果顯著提高.近年來,我校生物工程專業(yè)本著以學(xué)生為中心理念進(jìn)行專業(yè)課程教學(xué)改革,構(gòu)建了課程群體系以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)要求,培養(yǎng)專業(yè)興趣,提升創(chuàng)新和實踐能力.在全體教師和管理人員共同努力下取得了一定的成績,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.