时间:2023-06-12 14:45:53
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇生物工程分析,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
(一)开展综合性实验和设计性实验
在传统的实验教学中,往往以验证性实验为主,由教师准备好实验材料和实验药品,并在实验前将实验目的、实验步骤、仪器设备使用方法以及实验注意事项全部告知学生,使得学生只能按部就班地完成教师预设的实验内容,严重制约了学生参与实验的主动性和创造性。为了改善实验教学的现状,教师应适当增加综合性实验和设计性实验,重视对学生综合知识运用能力、解决问题能力以及操作技能的培养。如,在综合性实验中,让学生以小组为单位,共同完成盐酸苯海拉明的全分析实验,要求小组内成员都要参与到实验准备、试剂配制的实验全过程中;在设计性实验中,布置学生设计出三种测定乙酰氨基酚含量的方法,让学生通过实验掌握乙酰氨基酚的结构特点和性质。在药物分析实验教学中,通过循序渐进、从易到难地开展综合性实验和设计性实验,有利于锻炼学生的动手能力,增强学生的创新意识,促进学生综合素质发展。
(二)开展课外研究活动
在药物分析课程的实验教学中,可将部分需要改革创新的内容作为学生的课外研究计划,并选出一些科研兴趣比较浓厚且学习成绩优秀的学生参与到研究计划方案的设计与实施,借此来培养学生的实践与创新能力。例如,为获取药物分析实验中的抗生素检定样品,教师可以组织学生开展优化庆大霉素发酵培养条件的研究、庆大霉素发酵液分离与提研究等科研项目,这不但为实验教学改革与创新提供了丰富的素材,而且在这一过程中还培养了学生的科研创新能力。通过开展课外研究活动,能够使学生对药物分析课程的学习更感兴趣,可以使他们真正体验到学有所用的乐趣,大量的实践证明,将科研活动引入到药物分析课程的实验教学当中,可以为社会培养出更多的创新型人才。
(三)构建仿真一体化实验教学体系
在药物分析实验教学中,教师可以岗位需求为导向,构建仿真一体化教学体系,使学生经历新药物研发的全过程,将跨学科知识有机结合起来,提高专业课程的学习效果。仿真一体化教学体系包括新生物药物的GMP认证、新药物的合成、生产、质量分析、流通、使用等环节,并将现代化企业中生物检定法、免疫法、酶法等多种药物分析方法融入到实验教学中,使学生逐步掌握试验材料、仪器、试剂的使用方法,了解微生物学、生物药物分析学、生物制药工艺学、现代生化技术等领域知识,从而拓展学生的知识视野,提高学生职业素质。
二、运用多样化的教学手段,提高生物化学教学质量
(一)多媒体辅助教学手段
多媒体以其自身图、文、声并茂的特点,成为专业教学中最为实用的教学工具之一。借助多媒体工具,不但能够将原本比较抽象的基础理论知识直观、生动地表达出来,而且还能扩大信息容量,有利于教学效率的提高。但必须注意的是,在应用多媒体进行药物分析课程教学时,由于其中涉及的知识量相对较大,从而使得学生很难对这些知识进行有效整理。为此,教师可以将多媒体与板书进行有机结合,这样能够使学生对知识点的掌握更加牢固。
(二)开设网络课堂
现如今,计算机网络在我国的普及范围越来越广,几乎各大院校都建立起了自己的校园网。为了提高药物分析课程的的教学效率,可以校园网为依托开设网络课堂,并建立包含课程学习、专业基础知识、仪器设备、答疑测试等内容的网络资源模块。通过这些模块,不但能够扩展学生的学习范围,加深他们对知识的理解,而且还能激发学生的学习兴趣。
(三)混合式学习
这种学习方式兼具网络与课堂教学的优势,运用混合式学习的关键在于教学活动的设计。为此,教师应当多花一些时间和精力在教学活动设计上,为学生设计出一些好的教学活动,这不但可以解决课程教学时间与空间上存在的问题,促进师生之间的交流,而且还能调动学生的主观能动性,增强他们自主构建知识的能力,这有助于教学质量的提高。
三、运用多种教学评价方法,重视学生综合能力评价
评价是检验学生某一段时间内学习成果的最佳途径。由于受传统应试教育的影响,对学生的评价一般都是以考试的方式进行,而考试成绩也成为评价学生的主要依据。在素质教育的背景下,应当改变这种传统的评价方式,积极运用多种考核评价方法,对学生的能力、素质进行科学评估。首先,生生互评。学生本身是课堂教学的主体,所以应当让学参与到评价中来,通过生生之间的互相评价,可以使学生找出自身存在的不足,这有助于互相促进、共同提高。其次,教师评价。教师一般对学生掌握知识的程度都有一个大致的了解,不仅如此,还对学生的能力也有所了解,如学生的实践能力、岗位操作能力、创新能力等等。为此,可由教师对学生进行综合性评价,并将能力和所学知识的掌握程度作为主要评价标准,这有利于促进学生全方面发展。最后,企业参与评价。学校可以聘请医药企业的技术人员以实际岗位的要求对学生进行评价。通过这样的评价,可以使学生对专业岗位的要求有一定的了解,从而找出自身存在的问题,逐步加以改进和完善,达到岗位要求,这有助于提高学生的就业能力。
四、结论
[关键词]高等学校 生物工程专业 矛盾 分析
我国生物工程专业正式设立于1998年,它包含了原来的生物化工(部分)、微生物制药、生物化学工程(部分)、发酵工程等4个专业,自设立以来,发展迅速。至2006年,已有234所高校设立生物工程专业,全国的生物工程专业办学点数从 1997年的 57个发展到 2003年的 148个,增长了1.6倍,到2006年再增1.6倍。年招生规模在1997年~1999年平均2255人,2005年达到29324人;生物工程专业在校本科生人数从1997年的 6896人增至2005年的88854人,是1997年的12.9倍。
随着生物工程专业在全国普通高等院校中的快速发展,所面临的矛盾也是我们必须仔细分析,谨慎处理的。一方面,这些矛盾是本来就存在的;另一方面,是伴随着生物工程专业的快速发展而产生的。
一、学生强烈的求知欲和落后的教学系统之间的矛盾
青年学生具有强烈的对知识的渴求,同时,也具有非常强的接受新知识的能力,学生在掌握新知识的过程中获得对于自我的认识和肯定,获得学习的动力与信心,学习并能够掌握新知识是学生学习的原始动力。能够促进学生掌握知识的方法与手段,教师的教学能够引发学生学习兴趣的,会受到学生的欢迎。
与青年学生的接受能力相比,教学内容的更新速度,教学过程中软硬件投入速度、教学手段的更新速度等要慢得多,这就形成了学生强烈的求知欲与落后的教学之间的矛盾。教学的落后与众多因素有关:
首先,与授课教师的知识层次相关,由于教师相对于学生而言是知识的传授者和启蒙者,学生有“惑”,第一个想到得就是本门课程的授课教师。由于近年高校招生数量扩大,大量刚刚离开校门的年轻博士纷纷走上讲台,他们在专业领域具有比较深入的了解,但对学生多方面知识的渴求往往显得力不从心,而老教师在授课内容体系上的熟悉程度要好于年轻教师,在授课技巧方面也有比较多的经验,但同时存在知识需要更新的问题。
其次,教学仪器设备更新缓慢。毋庸置疑,近年来,高等学校在教学仪器设备的投入上都加大了力度,特别是国家教育部的本科水平评估,对高校生均仪器设备费用有非常硬性的指标,各个高校也都为了达到教育部的要求想尽了办法,即使这样,普通高校仪器设备的缺口仍然巨大。并且由于学生数目的增加,仪器设备使用率也大大增加,设备损坏率也明显增加,损坏的设备得不到及时的修缮也是众多高校存在的实际问题。
第三,实践教学内容不足。实践教学内容不足、执行困难是高校普遍存在的问题。企业忙于各种认证,对生产的要求越来越严格,学生短期的实践必然会影响到企业有序的生产,这是企业不愿意接受的。由于青年学生求知欲、好奇心都比较强烈,在实践过程中,由于不了解生产工艺控制的严格性,不了解生物工程企业严格的管理规范,非常容易出现人身安全事故和生产事故,这方面的担心也是实习企业首先必须考虑的。更有一些企业在接受学生实践之前和学校签订安全协议,要求学生出现的一切安全事故由学校负担,企业不承担任何责任。
二、学生强烈的自立意识与自立能力之间的矛盾
现在,青年学生上大学的成本或投入是比较多的,对于许多学生家庭来讲也是一个不小的负担。本专业学生的学费一般在每年4000到5000元,加上学生的住宿生活费用,大致在每年10000元左右。父母的负担,表现在学校中就是学生要求“自立的意识”,越是家庭困难的学生,其自立意识越是强烈。现在,许多青年学生出现了各种各样的心理问题,很大一部分是由于自立意识引申出的“忧虑意识”造成的,稚幼的心理与强烈持久的忧虑,必然导致心理问题,这是毫无疑问的。
青年学生的自立不但表现在经济意识上,在“思想”上也有强烈的独立愿望。他们希望通过自己的努力解决遇到的各种困难,通过自己的思维判断事物的正确与错误,通过自己的自强为自己赢得尊重和理解,并为自己确立“自信心”,这个过程在当今复杂的社会面前无疑是难能可贵的,也注定会是“一路艰辛”的。大部分学生在第一次受到挫折时,很容易重新鼓起勇气,但当挫折到第三次、第四次时,则会导致“自信心”的不足,由强烈的“自立”转变为“自卑”,表现为对学校的不满,对社会不信任。
三、教师自我成长与高校发展的矛盾
为了达到教育部规定的“生师比”,为了达到“教授、博士”的具体数字,各个高校在人才引进方面不遗余力,方法层出不穷,“互挖墙角”的事情也屡见不鲜。一方面,高校希望高水平的教授、博士来自己学校而采取“笑脸相迎”的态度,而对于已经有的教职工,特别是副高职以上的教职工的调动、调离则“诚意不足”,即使教师留学、读研深造也要签订若干协议,规定服务年限,惩罚措施。从表面上看,学校稳定了教师队伍,另一方面,教师会感到自己的发展受到了限制,产生“身在曹营”的问题。
普通高校对于一般教师,在设备、实验经费、思维等方方面提供的条件是非常有限的,当教师感到自己的知识无法满足授课时学生的需要,无法满足自身发展的需要,产生“进修、深造”的意识是自然的,而且长远来看,这对于高等教育的发展是有利的,但对于面临“评估”的高校来说,则减少了某些“关键数据”,而这些关键数据又是决定学校考评等级的,高校不可能不重视的,于是就造成了教师自身发展与学校立意之间的矛盾。
四、教师的“教”与学生的“学”之间的矛盾
教师的“教”与学生的“学”是不应该产生矛盾的,因为二者之间的目标是一致的。但是,现在各高校为了强化教学而制定了全面的管理和考评文件,包括“学生考评授课教师”、“授课教师考评学生”等,处理不好容易导致“教”与“学”的矛盾。另外,现在学生面临多种选择,学生考研、考证、考级等非常普遍,特别是在三年级和四年级的课堂授课过程中,专业课教师在上面鞠躬尽瘁地讲授,底下学生“认真地”抱着英语、计算机、考评证书、驾驶证等书籍学习,而且现象非常普遍,即使授课教师都会产生“到底这堂课是什么课”的疑问,学生干扰了教师授课的积极性,同时,教师也干扰了学生的自学,处理不好容易导致教师和学生之间的矛盾。
高校发展中的矛盾是促进高校前进的动力,分析矛盾并解决矛盾的过程就是发展的过程。因此,对于高校中存在的各种矛盾没有必要回避,矛盾的产生是在发展中产生的,也必将在发展中得到解决,但需要高校的管理者、全体教师仔细思考,认真对待。
参考文献:
关键词:生物工程专业分析;教学内容;教学方法
“生物工程专业分析”是生物工程专业大学生必须学习和掌握的一门专业工具课,也是一门实践性很强的专业基础课,并且是学生将来从事科学研究或生产技术工作必须掌握和具备的技能。湖北工业大学生物工程专业为国家特色和湖北省品牌专业,如何根据湖北工业大学生物工程专业特色合理构筑理论和实践知识结构,为学生今后继续深造或走上工作岗位奠定坚实的基础是本课程的重难点。笔者对“生物工程专业分析”的理论与实践教学体系、教学手段与方法等方面进行了一些改革尝试,希望能与同行老师进行有益的交流探讨,提高教学质量。
一、精选教学内容,构建合理的课程体系
生物工程专业分析内容繁杂,包括各种分析方法和分析仪器的原理及应用。根据生物工程专业分析课程特点及我校多年教学科研经验,将生物工程专业分析大纲分为13个章节:第一章,生物工程专业分析概述,包括物理化学分析及仪器分析方法的概述,样品的采集、制备、保存和预处理,样品分析的误差与数据处理等内容,讲解力求深入浅出,联系实际,以激发学生的学习兴趣。第二章,物理检测法,包括密度与相对密度法、折光法与旋光法原理介绍,讲解旋光检测法时利用动画效果能使学生更快更直接地理解旋光检测原理。第三章,水分的测定方法,包括干燥法、蒸馏法、卡尔费休法,讲解时注意比较三种方法的适用范围。第四章,酸类物质的测定,内容包括总酸度的测定、挥发酸的测定、pH的测定,其中有机酸的分离与测定做简单讲解引导学生自学。第五章,碳水化合物的测定,重点讲解还原糖的测定,比较碱性铜盐法、高锰酸钾滴定法、萨氏法三种方法原理及适用范围的异同。总糖、淀粉、纤维、果胶物质的测定做简单讲解。第六章,蛋白质与氨基酸的测定,本章重点讲解凯氏定氮法的原理及应用,介绍蛋白质快速测定法(双缩脲法、紫外分光光度法、染料结合法、水杨酸比色法)的原理,简单介绍氨基酸分离与测定的原理。第七章,脂类的测定,内容包括索氏提取法、酸水解法、氯仿—甲醇提取法、罗紫-哥特里法、巴布科克法和盖勃法,讲解时注意比较各种方法的适用范围及应用原理[1,2]。第八章,紫外吸收光谱分析法,重点讲解紫外吸收光谱基本原理,介绍紫外可见分光光度计与紫外吸收光谱的应用。第九章,原子吸收光谱分析法,内容包括原子吸收光谱分析基本原理,原子吸收分光光度仪,原子吸收光谱定量分析方法,原子吸收光谱操作条件选择与应用。第十章,红外吸收光谱分析法,内容包括红外光谱基本原理,红外光谱与分子结构,红外光谱仪,红外图谱解析,激光拉曼光谱,其中红外图谱解析及激光拉曼光谱做简单介绍引导学生自学。第十一章,质谱分析法,本章重点讲解质谱分析法的基本原理与质谱仪,介绍离子峰的主要类型与有机分子裂解类型,引导学生自学质谱图与结构解析,色谱与质谱联用技术。第十二章,气相色谱分析法,内容包括气相色谱的基本原理,气相色谱固定相及其选择,气相色谱检测器,分离与操作条件选择,气相色谱分析法的应用与毛细管色谱法,重点讲解气相色谱原理及应用,毛细管色谱法引导学生自学。第十三章,高效液相色谱法,内容包括高效液相色谱的原理及特点,主要分离类型,固定相与流动相,影响分离的因素与操作条件选择,离子色谱法,超临界流体色谱,其中离子色谱法与超临界流体色谱做简单介绍[3]。通过这些内容的学习,使学生系统掌握生物工程分析中各种分析方法的原理及应用。某种成分的检测往往有多种方法,因此分析方法的选择是本课程贯穿始终的内容,教学中应注意比较各种方法的异同,通过大量实例让学生掌握各种分析方法的应用[4]。
二、充分利用多媒体教学
大部分高校目前虽已广泛采用多媒体教学,但教师们多利用多媒体展示图片与文字。在生物工程专业分析课件中,可充分利用动画教学。如在讲解旋光法的原理时,利用动画教学,可以形象直观地展示偏振光的产生以及光活性物质使偏振光发生偏转的现象。与小型分析仪器(pH计、折光仪、旋光仪等)相比大型分析仪器(质谱分析仪、原子吸收分析仪、红外分析仪、气相色谱分析仪、液相色谱分析仪等)的工作原理理解起来更为抽象,充分利用动画效果可使抽象的原理形象化。如质谱分析法中,利用四级杆质谱仪原理的动画效果能使学生直观感受到质谱仪的工作原理;原子吸收分析法中,管式石墨炉原子化器、火焰原子化器、空心阴极灯、雾化器、原子吸收分光光度计的工作原理均可由动画效果展示;气相色谱分析法中,传质阻力项、两项分配、氢火焰离子化检测器、热导检测器、色谱分离、色谱流出曲线、分子扩散、涡流扩散的原理可利用动画效果展示等。笔者发现在理论讲解中融入动画效果会让学生经历豁然开朗的顿悟体验,使学生能更深入理解各种分析仪器的工作原理。
三、总结讨论式教学
生物工程专业分析课程涉及各种分析方法及仪器的原理与使用,如还原糖含量测定碱性铜盐法分为直接滴定法、高锰酸钾法、萨氏法,这三种方法的异同如果由老师总结好直接在课件中呈现给学生,学生不一定印象深刻。但是以作业的形式布置给同学们,让学生自己总结,能收到更好的教学效果。在讲解样品分析的误差与数据处理内容时,关于格鲁布斯法、Q值检测法可结合实例讲述,辅以具体案例让学生亲自计算。相对密度测定方法中,关于校正值的加减讲解完原理后以实例让学生现学现用加深印象。水蒸气蒸馏法测总挥发酸原理,有些学生听完老师讲解后不能完全理解,可让学生下课后自行查找资料,等下次课时提问并让学生回答,最后老师再进行总结。引导学生对每节课的重点内容进行归纳总结。这样安排不仅可以督促同学们查阅更多资料将不清楚的知识点弄明白,也锻炼了学生的表达沟通能力。
四、生物工程专业分析课程网站建设
积极建立生物工程专业分析课程网站,课程网站内容包括教学大纲、理论及实验教学课件、资料习题、下载专区、友情链接等模块。学生在上课前下载教学课件预习,可有效提高学习效率。资料与习题模块提供了与课程相关资料与习题下载,学生通过学习课外资料可拓宽知识面,习题下载不仅节省了课堂教学时间而且习题训练能巩固课堂知识、加深学生对课堂知识的理解。友情链接模块提供了国内外其他高校生物工程专业分析精品课程,国内外生物学知名网站、期刊链接,学生可根据自身需要浏览各大网站拓宽视野。
五、加强实践教学环节
生物工程专业分析实验教学环节与理论教学相呼应安排八个实验,分别是:实验一,甘露醇注射液中甘露醇含量的测定,味精成品纯度的测定;实验二,白酒总酸度及pH的测定;实验三,利用直接滴定法测定还原糖的含量;实验四,考马斯亮蓝法测定蛋白质含量;实验五,红外光谱分析法测定有机化合物的结构;实验六,白酒芳香成分气相色谱分析;实验七,黄曲霉毒素降解率检测;实验八,利用原子吸收色谱测定铜离子浓度。这八个实验分别涉及折光计与旋光计、pH计、直接滴定法、紫外分光光度计、红外色谱分析法、气相色谱法、液相色谱法、原子吸收色谱法的应用。生物工程专业分析实验基本囊括了生物工程专业主要分析方法及仪器的使用,通过实验教学环节使学生理解与掌握主要分析方法及大型分析仪器的工作原理及应用。生物工程专业分析实验课程的教学目的是让学生掌握合理设计实验、操作仪器、科学分析实验结果的方法,因此实验教学应鼓励学生独立设计完成实验,实验课前不要将实验讲义直接呈现给学生,而应让学生在预习实验报告中亲自设计实验方案,实验课上老师讲解实验方案时学生可收获更多。实验过程中为学生们创造独立操作空间,不干涉学生的实验安排及操作,对实验中的各种问题仅作引导与答疑,尽可能让学生自己发现问题、解决问题,培养学生勤于思考积极动手的习惯。实验课后认真批改实验报告并及时将实验中的各种问题反馈给学生。鼓励学生走进实验室,跟随导师做课题研究,参与导师课题,让学生学以致用,不仅巩固了教学效果,也锻炼了学生的实践动手能力。
六、考核方法的改革
生物工程专业分析课程学习,以笔试作为主要考核方式不能真实反映学生对教学内容掌握程度。课堂表现、实验表现及作业完成情况都应作为最终成绩的一部分,本课程成绩组成为:平时成绩20%,卷面成绩50%,实验成绩30%,通过合理的考核方式,使学生重视课堂表现与实践环节。对于跟随导师做课题并取得成绩(发表文章、申请专利等)的学生,给予一定精神及物质上的奖励。
七、结语
湖北工业大学在生物工程专业分析课程教学内容优化,教学方法改进,实践教学能力培养,课程网站建设、考核方式改进等方面做了一些教学改革的尝试,加深了学生对专业知识的理解,培养了学生良好的思考与动手能力,并得到了学生的好评。但是课程教学改革是一项系统工程,任重而道远,必须不断探索实践创新总结,才能将生物工程专业分析教学开展得更有生气,为国家培养更多的高层次应用型人才。
参考文献:
[1]董文宾.生物工程分析[M].北京:化学工业出版社,2009.
[2]王永华.食品分析[M].北京:中国轻工出版社,2010.
[3]朱明华.仪器分析[M].北京:高等教育出版社,2008.
广西大学的生物工程专业教学质量高,治学严谨,是该校一项不错的专业。
生物工程专业分两个方向:发酵工程方向和生物制药方向。
该专业旨在培养掌握生物技术及其产业化、工程设计及生产工艺流程等基本理论和实践操作技能,能在生物工程领域从事生产、设计、管理和新产品开发的高级专门人才。
主要课程有:有机化学、物理化学、普通生物学、生物化学、微生物学、分子生物学、化工原理、发酵工程、工程制图、工程力学、生物工程设备、酶工程、蛋白质工程、生物工程下游技术、生物制药技术、氨基酸工艺学、酿酒工艺学、天然药物化学、药物分析等。
毕业生适合到生物工程及相关的工厂、企业、科研院所、生物制药、食品、商检、环保、高校以及国家各级有关部门从事生产、设计、科研、管理和教学等工作。
(来源:文章屋网 )
关键词:生物工程导论;中医药院校;教学
生物工程导论是一门生物工程专业基础理论课,属于生命科学的前沿学科。开设对于让学生认识专业、了解专业、重视专业、热爱专业有重要的意义。中医药院校生物工程专业开设生物工程导论课程的宗旨不仅仅是引导学生全面而系统地了解专业全貌,进一步拓展学习的知识面,增强学生对所学专业的兴趣;还引导学生在学习的过程中思考生物工程与中医药的联系,如何使现代的生物工程技术与古老的传统中医药结合起来,从而促进中医药的发展,培养中医药背景的生物工程复合型人才[1]。本文就中医药院校生物工程专业生物工程导论教学方法进行初步探讨。
一根据中医药院校特点优化教学内容
生物工程导论的学习旨在使学生对生物工程的发展有一个总体认识,初步了解和掌握生物工程的知识体系。生物工程导论在我校生物工程专业属于专业必修课,共有36学时,主要是介绍基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等五大工程及其在各个领域中的应用。但由于学时有限,生物工程专业在高年级会开设基因工程、细胞工程等对应的专业课。因此,教师在授课过程中应针对专业特性进行教学内容的优化,减少具体深入的理论性知识的讲授,增加生物技术在中医药开发、研究中的应用,授课内容应难易适宜、详略得当,从而达到普及生物工程技术的基本知识,完善学生的知识体系的教学目的[2]。由于生物工程导论中涉及的内容非常丰富,涵盖了生物相关的方方面面,因此,生物工程导论这门课的内容必将与其它课程的内容存在或多或少的重复。如基因工程中的核酸、蛋白质的基本结构与功能等内容可能在分子生物学中已经有过讲述;细胞工程中动物细胞培养、植物细胞的全能性等内容与先导课程细胞生物学课程有所重复;发酵工程中菌种的选育和保藏等内容与同学期开设的工业微生物学重复较多。为了避免相同内容的重复授课,避免学生形成对相同课程内容的疲倦性,同时结合有限的授课学时,故针对相关内容进行有侧重的讲解。如基因工程摘除与分子生物学重复的内容,细胞工程摘除与细胞生物学所讲授的,重点讲述植物组织培养在中药材生产中的应用、细胞融合、单克隆抗体、干细胞工程等与医药相关的部分内容。我们根据中医药院校生物工程专业特点和培养要求,选取“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,即由科学出版社出版的,宋思扬、楼士林主编的《生物技术概论(第四版)》为教材。按在过去三年的教学中,我们在学时数不变的前提下,根据需要和教学实际,对教材内容有所取舍,进行适当调整,优化教学内容。具体调整方案为:第一章生物技术总论及第2-6章基因工程、蛋白质工程等五大工程各4学时,共计22学时,在有限的学时里让学生对生物工程的五大工程有所了解,讲述的过程中舍去在生物化学和分子生物学等相关课程中已经详细讲述的内容,避免基础知识的重复介绍,把重点放在各个工程产生的由来及发展上,对具体的复杂的技术理论仅做一般了解。剩余14学时着重以实例的形式讲述生物技术在中医药中的应用,如:细胞悬浮培养、毛状根培养等技术在中药材生产中的应用、单克隆抗体在现代肿瘤治疗中的应用,传统红曲等发酵类中药的现代制备工艺等,让学生能接触到生物工程,了解到生物工程的广泛内涵,增加其专业的归属感,培养学生的中医药思维。
二充分利用丰富教学资源
在生物工程导论教学过程中,我们把学生需要掌握的重点、难点与学生自身兴趣点结合起来,理论联系实际,培养学生参与课堂的积极性。生物工程导论课程理论点多面广,很多内容又相对深奥抽象,学生难于理解,加之该学科发展更新快,学生要想在有限的课堂教学中全面的、系统的掌握生物化学知识困难重重。适当运用多媒体教学,充分利用国内外的图片、影像资料,借助色彩明快、富于变化的图片资料和短小精干的动画等,对大学生扩大、拓宽知识面,加强学科间的横向联系,调动学生学习的积极性和主动性具有重要现实意义。如在讲述PCR反应原理时,我给同学们播放美国Bio-Rad公司的PCR之歌,歌曲内容包括了PCR技术发明的背景、发明人、PCR原理及过程、PCR技术的用途等,在短短的三分钟内不仅吸引了学生的兴趣,不仅活跃了教学气氛,降低了学习的难度,而且可以启迪思维,加深学生对重点、难点的理解和把握。在网络资源日益发达的今天,网络资源在教学工作中发挥着越来越重要的作用。学生学习的知识的途径不再是单一的教材,网络也成为向学生输送知识的一条重要窗口。在生物工程导论的教学中,我们应充分利用网络资源,充分发挥学生的主体地位,引导学生进行自主探究学习。我们在教学中,积极向学生推荐相关专业网站等,配合课堂教学,帮助学生全面了解生物工程相关知识的大体框架,扩展视野,充实自我,也为将来进一步学习其他专业课程打下基础。
三增加背景知识,激发学生的求知欲
课堂教学是以教师为主导,以学生为主体的复杂过程,提高课堂教学效果是提高教学质量的关键。作为一名教师,要讲好每一堂课,需要针对该学科的特点,在学生的接受能力的范围内,灵活地采用不同的教学方法[3-4]。在生物工程导论教学过程中,我们除了强调将教学大纲要求掌握的知识点与学生兴趣点结合,基础知识与生产应用相结合,还着重增加一系列背景知识,如经典技术的发现和发明过程,有卓越贡献的科学家的传奇故事等,进一步激发起学生的学习兴趣,避免整堂课进行填鸭式“枯燥”理论的学习。例如,在讲述限制性内切酶时,我列出了一个由限制性内切酶的发明人—瑞士微生物遗传学家阿尔伯的女儿西尔维娅讲述的国王与仆人的故事,在故事中引导学生发现限制性内切酶的作用及其限制修饰的基本原理。在介绍到一些重要的实验技术时,对该技术的发明者及该领域的一些著名专家给予一定的介绍,吸引学生学习该技术的兴趣。例如,在讲解蛋白质结构解析时,我会给学生介绍我国著名的结构生物学家施一公教授及其部分研究成果,以引起学生探究神秘的蛋白质结构的兴趣。
四联系生物工程应用实例,激发学生学习的兴趣
21世纪以来,随着生物技术的飞速发展,许多生物技术成果已在现实生活中得到了广泛应用,将这些真实的事例向学生讲解,说明生物工程技术改变我们现实生活的巨大潜力,从而进一步提高学生的求知欲和学习的兴趣。如在讲述单克隆抗体时,我会进一步讲述单克隆抗体药物在抗肿瘤和自身免疫系统缺陷治疗领域的应用,并以贝伐珠单抗等常用单克隆抗体药物为例介绍单抗药物的分子机理及市场趋势,让学生真实了解到生物技术为人民健康和企业发展带来的巨大利益。类似的实例还有很多,例如高通量测序技术在胎儿产前诊断中的应用、CRISPR/Cas9技术在基因治疗中的应用潜力、人参、丹参毛状根的大规模发酵生产等,通过这些案例的讲解,学生既增强了理论知识的理解,也增强了理论与实践相结合的观念,对其建立专业的认知的树立专业的归属感具有重大帮助。
五科研反哺教学,课堂融入科研成果
教学和科研是推动高校发展的两翼,也是人才培养的两大支柱。只有教学与科研有机结合,有效地实施科研反哺教学,才能使教学与科研共同提高,从而建立良好的教学环境,培养造就出创新能力强、适应社会发展需要的高素质科技人才[5]。生物工程领域的许多基本原理和理论均与实际生产联系十分密切,在教学过程中就注意将书本上的理论知识与一些实际科研问题联系起来,在部分相关章节的讲述中结合目前教师所在的课题组已取得的部分科研成果,这样有利于发现学生兴趣,为进一步鼓励引导学生及早进入教师研究室参与教师的科研活动,培养学生创新能力奠定基础。例如,在讲述高通量测序在药用植物中研究的应用时,我以课题组前期发表的相关论文为例,为学习详细阐述高通量测序在河南道地药材地黄、山茱萸次生代谢生物合成中的作用。所选用的文章涉及了RNA提取、RNA质量控制、转录组测序、生物信息学分析等方面的内容,通过对文章的详细讲述,不仅回顾了之前章节核酸的性质的部分内容,又结合了正在讲述的高通量测序,还进一步对后续章节中的生物信息学分析有了初步的印象,使学生对所学内容有一个整体的观念,也启发学生如何探索科研的思路。通过上述的探索在教学中的应用,培养了学生学习该课程的兴趣、增强了其专业的认同感,学习效果也得到了普遍的提高。
参考文献
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[4]纠敏,汪伦记,邱智军.生物工程概论课程教学方法改革初探[J].科教导刊,2013(10):116-116.
1发酵工艺学与生物工程设备课程教学融合一体化
目前,各校发酵工艺学课程所使用的教材为《新编生物工艺学》、《生物工艺原理》、《发酵工艺原理》、《微生物工程工艺原理》和《微生物工程》等。生物工程设备课程以《生物工程设备》教材为主。发酵工艺学教学内容以“理”为主,生物工程设备课程内容以“工”为重。在近十年的教学过程中发现,一方面学生对抽象的《发酵工艺学》和“冷漠”的《生物工程设备》的学习积极性明显低于对生物化学和微生物学等课程的学习兴趣,另一方面发现单独讲授“工艺学”和“设备”不利于学生在宏观层面上理解工业发酵的生产过程。因此,我们提出了按照工业生产车间流程的顺序优化整合两门课程,进而形成了新的知识框架。以工业生产中“原料至产品”的生产过程为纲,可将发酵工艺学教学内容和生物工程设备教学内容在不同生产阶段进行优化整合。具体内容如下。第一章讲授各种微生物发酵产品所需的初始原料,具体包括
(1)原料种类如谷物、黄豆饼粉、酵母粉、玉米、木薯等,同时也包括发酵工艺学中的糖类、有机酸、油脂、玉米浆、鱼粉、酵母粉、蛋白胨等。
(2)原料处理内容包括除铁和原料分级设备和工艺。
(3)原料的粉碎包括干粉碎和湿粉碎设备与工艺。第二章讲授工业培养基。先讲授发酵工艺学教材中培养基的设计和优化,再以工业培养基和科研实验用培养基的差异过渡至工业培养基灭菌内容。此处将发酵工艺学和生物工程设备课程中的相关内容进行重新整合,避免重复。其内容为分批灭菌和连续灭菌的理论、灭菌设备、工业灭菌操作和相关计算(如冷却水用量等),以工业灭菌操作和计算为重点内容。本章最后为灭菌实例讲解,包括生物工程设备课程中的“淀粉质生产酒精的原料处理”和“啤酒中麦芽汁的制备”,同时增加了“红霉素发酵的灭菌流程”内容。这样就避免了微生物学、发酵工艺学和生物工程设备课程中灭菌内容的相互重复,同时强化了工业生产实际操作技能和工业灭菌设备的学习,最后通过生产实例将所学知识融会贯通。第三章讲授种子的扩大培养。根据工业生产流程,在培养基配制、灭菌后为种子培养和发酵阶段。这部分主要以发酵工艺学课程内容为主,包括种子培养的特点、目的,种子扩大培养、影响种子质量因素,同时增加“移种时机的判断”。为使学生学习工艺的同时熟悉相关设备,我们提出在讲授种子培养的同时采用图示法简略介绍种子培养罐结构,使工艺与设备同时呈现给学生。第四章为发酵车间的发酵工艺、发酵设备及检测设备。本章节重点在于将工艺、设备、仪表检测等教学内容有机整合,解决之前单独讲授的缺点。首先,在案例教学的启发下,我们提出以典型发酵生产实例(如红霉素发酵、酒精发酵、啤酒发酵等)讲解不同发酵工艺、与之对应的发酵罐结构和检测装置,例如以红霉素发酵生产为例,首先讲授红霉素发酵工艺、机械搅拌通风发酵罐的罐结构及罐上检测设备,最后,基于发酵工艺学归纳出各参数(如pH、溶氧等)的变化规律、控制措施以及数据分析(如搅拌、溶氧、pH、OUR等参数相关性)。通过“设备”和“工艺”联合讲授,使课程接近于生产实践,有利于学生综合素质的提高。第五章为无菌空气制备。本章内容主要包括无菌空气过滤除菌原理、过滤工艺及相关设计。“无菌空气制备”为发酵工艺学和生物工程设备课程共有内容,融合后的教学内容可避免课程内容的重复。第六章主要讲授染菌分析。染菌预防和原因分析是工业发酵中非常重要的任务。本章内容为发酵前期、中期和后期染菌后的处理方法、染菌原因分析。染菌原因分析涉及到较多的发酵设备知识如管道、通气,轴封等。据此,我们将该章节与生物工程设备课程中的管道清洗杀菌内容相互融合,将染菌和管道灭菌相联系。这样,一方面能够更加有利于学生深入了解工业染菌、杀菌,另一方面避免了管道清洗杀菌内容的相对枯燥。第七章为生物工程设备课程的“工业生产放大”。该章节计算公式较多,因此要明确讲解各公式的来源、公式的计算目的。最后,以实例讲授工业放大过程。第八章为产品的提取。过滤、离心、膜分离、萃取分离、色谱分离等基本分离原理、操作为生物分离工程课程的教学内容。蒸馏设备、结晶设备等为化工原理课程中的内容。为了避免课程内容的重复,融合后教学内容主要以工业生产中常用的过滤、离心和萃取和离子交换色谱为重点,突出工业设备操作方法、工作原理和设备结构。根据以上知识框架优化整合后的教学内容不仅避免了发酵工艺学和生物工程设备教学中出现的内容重复问题,也使授课内容更加贴近工业生产实际,切实使“教材”变成“学材”,同时,也为我们开展探究式教学模式奠定了基础。
2探究式教学模式的改革与实践
《发酵工艺学》和《生物工程设备》均是理论与实践并重的课程。传统教学中,教学内容采用满堂灌的教学方法。这种模式仅注重知识的传授,忽视了学生的参与,使得与工业生产相关的知识内容变得枯燥。在考核形式方面,过于注重知识的考核。因此,这种传统教学模式不利于提高学生学习的兴趣和主动性,更不利于实践技能和创新能力的提升。在激发学生学习兴趣方面,已经有较多教学改革的报道。乔长晟等提出了将设备课程授课地点由教室搬到专业实验室、研究室或校内实训基地,而在课堂上利用启发式、研讨式的教学方法,调动学生的主观能动性。刘雁南等强调理论联系实践,重视实践环节。设计以某种发酵产品生产为主体构建课程设计的教学内容,涉及发酵工艺原理、生物分离技术、生物工程设备等知识。项驷文等针对设备课程中计算公式多、结构原理较多,传统授课枯燥乏味的问题,将案例教学法引入课堂教学,如发酵过程中染菌是最容易发生的事情,以柠檬酸生产为例,让学生从设备的角度出发,探讨哪些设备和部件可能引发染菌。崔月花、李云静和郎亚军分别探讨了发酵工艺原理课程的教学改革,强调了课堂讲授方式多样性及实验教学效果的重要性。在此基础上,我们提出了基于发酵工艺学和生物工程设备融合后课程的探究式教学模式改革与实践。探究式教学法是教师提出问题,学生通过查阅资料、实验、思考和分析等过程后,自己发现并理解掌握原理的教学方法。在探究式教学过程中,学生在问题的引导下,主动探索和掌握解决问题的方法,学生的创新意识和能力都会得到提高。因此,将探究模式引入到教学过程中,可以极大激发学生的学习兴趣和热情,对培养学生的逻辑和创新能力具有重要的作用。探究式教学分为2个方面:
(1)任务驱动,明确探究方向。“任务驱动法”使学生学习目标十分明确,学生紧紧围绕这一目标,探求相关的知识,在完成一个个任务中主动地获得知识,逐步提高能力,实现学习目标。
(2)提供资源、平台,自主探究学习。1996年美国公布的《美国国家科学教育标准》,将探究式教学列为学习科学的核心方法。我国从20世纪70年代开始引入探究式教学理念并逐步推行,但探究教学真正引起多数研究者和教师的关注并在实践中大面积实施则始于新一轮国家基础教育课程改革。从探究式教学的2个方面来看,探究式教学适用于原理和实践并重的《发酵工艺学》和《生物工程设备》的教学过程。《发酵工艺学》和《生物工程设备》均有16学时的实验课程,因此,采用探究教学模式鼓励学生开展实践活动,才有可能将枯燥的理论转变成自身的能力。首先,这2门课程教学内容整合模式为“工业生产车间”模式,这样就可以依据企业“生产车间模式”设计探究性问题或任务,以学生为主体完成任务或解决问题。比如在第一章发酵初始原料中,我们让学生通过查阅资料获得多种工业发酵所用的培养基原料,并归纳出其特点。在培养基设计章节,让学生自行设计实验进行单细胞酵母发酵培养基正交优化实验和响应面优化实验。学生在完成任务的同时,自行探究了培养基成分对发酵的影响及优化实验数据处理方法,最后结合理论课程讲授,增加学生对知识的理解。在发酵罐和发酵工艺控制章节中,同样结合实验课程向学生下达任务:
(1)通过查阅资料和参观实习基地主动认识发酵罐的结构及功能。
(2)在实验室小规模发酵罐上自主完成抗生素发酵实验。在自主学习过程中,学生不仅掌握了设备结构,也学会了灭菌工艺和发酵过程控制等操作技能。通过这种自主学习的方式,可以有效提高学生的学习兴趣,充分发挥学生的主观能动性。这种探究式教学模式不仅使学生自主领悟基本原理,而且有利于提升实践操作水平。在染菌分析和管道灭菌章节,让学生分组对50L发酵罐的可能染菌位置进行判断,充分调动学生的学习自主性。最后,依托学院的小型啤酒生产线和葡萄酒生产线以及其它相应的实验设备,让学生分组自行完成啤酒和葡萄酒的发酵过程。通过这次综合实验,考察学生理论知识和操作技能,其考核成绩占该课程总成绩的50%,这样避免传统考核中只注重知识考核的缺点。在探究式教学中,教师不仅为学生提供一个自主探究学习的平台,而且也是探究式教学实施的组织者和管理者。因此,在整个探究式教学中教师具有重要的作用。教师要充分发挥学生的主观能动性,提高学生自我学习能力、创新能力和独立发现问题解决问题的能力,同时鼓励学生对自己提出的解决方法在实验室开展实验,从而证实自己的解决方法是否得当。这种探究式教学模式也体现了“学生为主、能力为重”的教学目标,能够更好地培养出适应企业的需求的应用型人才。
3结语
关键词:生物工程技术;环境保护;应用
0引言
近些年,生物工程技术快速发展,应用范围不断扩大。生物工程以生命科学为主,又与其它很多学科相互交叉,综合性强且复杂性大,在各学科与各领域应用潜力比较大。生物工程技术的快速发展与广泛应用,以及技术人员综合素养的提高,使其在环境保护工作中的应用范围不断扩大。此外,因该技术自身具有一定的高效与环保性,因而在环境保护领域应用潜力是非常大的。
1生物工程技术特点
生物工程技术的发展与创新,一定程度上为环境污染治理开辟了新渠道。自上世纪70年代生物工程技术开创以来,该技术快速发展,至今已经形成了包含遗传、细胞、微生物发酵、酶生化及生物反应器等在内的五大工程。环境污染治理中,生物工程技术的应用,主要是利用生物抑制剂消解或排除自然环境中的污染源。引入生物抑制剂不会破坏生态系统整体平衡,且对环境危害较小,因而其污染治理效果突出,污染治理效率明显提升,生态平衡得到了一定的调节。此外环境污染治理中生物工程技术的应用有一定的特定性,能够针对污染情况与类型进行特定而有效的治理。
2环境保护中,生物工程技术的具体应用
2.1应用于污水处理
日常生活与工业生产中,水资源是必不可少的。随着经济的发展,工业与生活污水排放量急剧增长,世界范围内,水资源或多或少都受到了污染,优质水源日益减少,严重威胁到居民生命健康及生物的生存。所以,环境污染处理中,污水治理已成为关键问题。一般采取的置换与过滤等污水处理法,水质得不到彻底的改善。而生物工程技术的应用,可将污染物有效分解为无害物质,还可防止发生二次污染,其治理效果是显而易见的。
2.2应用于土壤污染
应用生物工程技术旨在处理土壤中的残留农药与板结沙化等问题。土壤污染中,农药中磷与氯等化学残留是主要污染源,而应用生物工程技术,可将这些物质进行分解,清除掉其中的有害物质,并将其分解为水与二氧化碳,改善土壤性能,促进农作物种植,为农作物创作良好的生长条件。此外重金属是也是主要的土壤污染源,会严重危害到人体生命健康。由于重金属不易降解,增加了其治理难度;针对重金属污染土壤,可应用生物工程修复技术。生物修复原理在于借助基因工程技术促使微生物与动植物等功能发生改变,吸附重金属或将其转换为无毒物质。实际工作中,可采用以下方式净化土壤中的重金属:(1)利用生物作用改变土壤中重金属化学形态,减小其移动性与生物可应用性。(2)借助生物吸收与代谢,对重金属进行削减、净化与固定。
2.3应用于处理白色污染
白色污染是人们对难降解的塑料垃圾(多指塑料袋)污染环境现象的一种形象称谓。各类生活塑料制品使用后由于随意乱丢乱扔,难于降解处理,以致严重污染环境。应用生物工程技术,对塑料制品进行有效降解,其内部聚酯分子结构被破坏,有效处理白色污染。同时,还能节省成本,加快处理白色污染,从根本上提高综合效益。因而,白色污染处理中,生物工程技术的应用具有重要意义,具体主要表现为:(1)应用基因工程技术,将优势微生物筛选出来,形成高效降解菌,并借助发酵工程技术的培养,实现白色污染物降解目标。(2)应用基因工程技术,在某一土壤微生物中导入可编码降解的基因蛋白,充分发挥自身作用,以此快速降解塑料制品等白色污染物。
2.4应用于化学农药处理
农药种植中,化学杀虫药物中有80%的会残留在土壤中,对土壤造成污染,使生态系统遭到破坏。而微生物可对这些物质进行有效分解,并将农药稀释成水与二氧化碳,操作方便,效果好,利于改善土壤性能并长期保持,以防化学农药造成其它负面影响,为农作物创造良好的生长环境。
2.5应用于大气污染治理
生物处理与空气净化废气物,旨在通过微生物吸附并分解有机物,降解恶臭物质以及有机废物等,主要包含生物洗涤、过滤就吸附等方法。这些处理方法成本低且效率高、耗损低、安全性高且不会产生二次污染;相较传统废气处理,有明显的优势。另外,生物工程技术还可在降低污染物排放量基础上,从源头上控制污染物的产生。
2.6应用于环境监测
环境保护中,环境污染监测工作是非常重要的。实际工作中,除了应用化学或分析仪器测定外,生物监测也是非常重要的技术。生物监测通常选用对某一污染物特殊敏感的生物为指示生物,一旦环境污染物质出现积累,其症状表现就会比较突出,比如水葫芦对水域中砷元素进行监测,地衣监测空气二氧化硫含量。因此可应用生物工程技术形成特异性指示生物,为人们进行环境污染监测提供便利。未来,因技术自身的快速灵敏性与特异性强等特点,生物工程技术将广泛应用于环境监测中。
2.7应用于生物多样性保护
人类生存与发展中,生物资源发挥着重要的支撑作用,促使人类更好的适应环境与需求变化。生物多样性,主要是指某一地区内,基因、物种及多样性生态系统的统称。现在,生物种类每天消失种类达到10到20多种。据此预估,未来20到30年中,会有1/4的物种从地球上消失,直接威胁到人类生存与发展。生物工程技术的发展将有助于生物多样性的保护与恢复。
【关键词】创新创业生物工程教学方法
在当前社会就业形势的压力下,企业在对于人才的筛选上,越来越注意考察应聘人员的实际工作能力及创新能力。基于生物工程专业学生当前创新精神及创新能力较差的情况,针对创新能力对教学体系进行优化,重点培养学生的创新实践能力,势在必行。
一、当前生物工程专业教学中存在的问题及现在
(一)实验内容缺乏创新性
在实际教学中,传统“验证性”实验太多,创新“探究性”实验过少,是当前实践教学中存在的主要问题。“验证性”实验主要是培养学生的动手操作能力,其锻炼的是学生对于数据处理、实验操作的熟练度。“已知结果———验证结果———应用结果”是这一教学内容的主要目的。但是这种实验教学方法已经难以适应当代生物工程的技术发展需求。其实验性、实践性、实用性、以及对于学生综合能力的提升性都不足。
(二)教师教学手段单一,难以激发学生课堂兴趣
当前的教学中,板书授课仍然是主要方式。这种单一的教学手段一来很难清楚描述实验过程的细节注意事项,缺乏直观性,二来缺乏动态演示,难以调动学生的课堂积极性,容易让学生觉得枯燥并产生厌学情绪,学习效果较差。
(三)学生缺乏与企业的接触
实习与实践是生物工程专业重要的内容。实习作为学生了解生物工程行业,了解相关企业工作状态最有效的方式,在学校的实际教学中设置时间较少。企业实习时间少,实习缺乏严肃性,对于实习过程缺乏重视是当前生物工程专业实践教学面临的主要问题。这种现状导致学生所学内容与社会和企业脱钩,其论文与实验经验来自学校实验室居多,而缺乏实际应用性。
二、构建实践教学体系应遵循的规律
目标明确、科学合理规划是构建生物工程实践教学体系需要遵循的重要原则。实践教学体系的构建是以培养创新创业型生物工程人才为目标的。只有先明确“创新”“创业”这两个主旨目标,才能更好的进行体系构建。其次,科学合理的规划也是实践教学体系构建中必不可少的。以实用、有用为出发点,在实际的课程构建中应该减少重复类型的实验课,以及对现实应用指导意义不大的实验内容,保证学生课程中设置的实验在日后学生进入企业和社会进行工作中都能用得到,是构建实践教学时应该遵循的重要原则。
三、生物工程专业实践教学体系构建方法
(一)生物工程综合实验
对于学生实验综合能力的锻炼是生物工程实践教学中需要重要培养的。对学生进行实验数据处理、实验工具及软件使用等技能的培养,是提高学生综合实践能力的方法。例如:可以开设“大蒜细胞SOD的提取、分离和活力测定”“固态发酵技术———纤维素酶固态发酵”“DNA提取及琼脂糖凝胶电泳检测”等实验内容,这些实验都有一定的社会应用意义,而且对于学生综合实验能力的培养及提升十分有效。
(二)设计生物工程创新实验“创新创业”
不能仅仅作为生物工程教学中的一句口号,在实际教学中,应该做到创新理念与创新实践并行,让生物工程实践课程的创新真正开展起来。为了培养学生的创新创业能力,在教学中可以针对不同学生能力上的差异将其分成不同小组,小组间根据自己的构思进行选题的实验开展,教师通过对开题报告,实验计划等内容的提问来把握和帮助学生进行实验内容的调整和指导。这样小组切磋和教师指导并行的教学方法,能够有效锻炼学生的实践能力。对于其日后步入企业进行生物工程实验工作有很大帮助。
(三)增加企业实习机会
模拟操作和课堂教学练习终究与深入企业实际实习有所差别。为了更好的实现学生的创业创新能力培养,在实践教学的体系构建中,增加学生进入企业实习的机会,让其从实际与企业的接触及工作中学习实验方法及经验,也是实践教学的重要方法之一。
关键词 生物工程专业;实习基地;产学研合作
中图分类号 G420;G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)22-0334-01
生物工程是利用生物体系、应用生物学、化学和工程技术相结合的方法,按照人类的需要改造和设计生物的结构与功能,以便更经济、更有效地为人类提供所需产品或达到某种目的的技术,是生命科学从实验室研究通向工业生产的桥梁。生物工程专业就是要培养具有生命科学基本知识,掌握生物技术及其产业化科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论、基本技能,能在生物技术与工程领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。而实习则是专业培养过程中的一个极其重要的必备环节,是将基础理论、专业技术知识和实际应用相结合,实现学生理论与实践能力提升的必经之路。因此,如何设计配置一批结构合理、稳定高效的实习实践基地,构建基于浙江大学宁波理工学院特色的实习教学体系是顺利做好这一环节,实现专业培养目标的关键所在,也是摆在每所高校面前的一项重要课题。
1 实习基地建设现状及存在的主要问题
目前,大多数院校生物工程专业实习主要分为认识实习、生产实习和毕业实习3个子环节,认识实习主要以到生产企业实地考察为主,主要目的是熟悉设备、生产线、工厂布置、仓储物流、“三废”处理等,对相关产业有一个直观认识;生产实习主要是深入企业生产或研发一线,具体参与到岗位中,实现理论与实践的结合;毕业实习以设计或者实验研究为主,以一定的任务为目标,通过综合的、系统的、细致的设计、研究或操作达到学以致用、锻炼提高的目的。认识实习和生产实习主要在实习基地完成,毕业实习主要在校内完成[1-2]。
为了做好这一环节,浙江大学宁波理工学院进行了广泛调研,发现目前生物工程专业实习基地建设中主要存在以下几个问题:一是学校与实习单位缺乏长效的合作利益机制,企业参与积极性不高。企业通常以生产任务紧、环境条件要求高、技术保密、有安全隐患等理由拒绝接受学生实习,造成学生实习基地不稳定、实习流于形式等。二是校内实习基地建设严重滞后,学生培养过分依赖外部基地条件,实习安排被动。主要是领导重视不够、费时费力、教师参与积极性不高等原因造成的。三是经费不足。学校通常会按人头拨款,总体标准相对较低,难以满足实习需要的开支如交通费、讲课费等,影响了实习单位、实习时间和实习地点选择,往往难以达到预期效果。四是学生参与热情不够。主要由于实习单位与学生预期有反差,实习浮于形式难以深入,内容及形式过于陈旧、实用性不强、吸引力不高等。
2 以产学研为依托的专业实习基地构建
浙江大学宁波理工学院创建于2001年,现建有省重点学科、市重点实验室、校企联合实验室、分析测试中心、生物化学实验室、微生物实验室等专业实验室,总面积约2 000 m2,设备价值近5 000万元。生物工程专业已有12年的办学历史,拥有较好的师资和办学基础,建有发酵工程、酶工程、细胞与基因工程、生物分离工程、生物制药工程、生物材料等涵盖生物工程上、中、下游技术的各创新实验室,先后获批市重点专业和省重点专业,负责实施了多项校企合作项目,近3年科研经费1 000余万元,产学研基础较好,与宁波天邦股份有限公司、宁波海通股份有限公司、宁波立华制药有限公司、宁波市海洋与渔业研究院、宁波市环境监测中心、杭州娃哈哈集团等数十家企事业单位建立了较好的产学研合作基础[3]。
为破解制约实习基地建设的瓶颈,课题组进行了认真调研分析,立足学院特色,提出了构建以产学研为依托的专业实习基地的建设思路,逐步构建了依托产学研合作的生物工程专业实习教学体系。
2.1 校内实习基地建设
以生物工程创新实验、专业实验室、生物化学实验室、微生物实验室等为主要依托,建立生物工程专业校内实习基地。一是选定20~30种生物工程实验常用仪器设备,由指导教师带领分组介绍,作为低年级学生专业实习第1课,要求学生熟悉并掌握每一种仪器的用途、原理、使用方法,并形成一份完整的《实验室常用仪器设备认知报告》。二是将生物工程专业学生分成若干小组,进入生物化学等实验室协助教师进行实验准备工作,整理维护实验室仪器设备,进行药品分类和预备性实验等,为期1个月,之后进行有序轮换,使学生对四大实验室仪器设备使用及教学内容有一个较深入的认识,为学生实验技能提升和今后从事相关工作奠定基础。三是以小组的形式,将生物工程专业学生分散到各专业教师研究室,协助教师开展科研和产学研合作项目,让学生与教师之间进行双向自主选择,以提高学生学习兴趣,增强实践动手能力和分析问题、解决问题的能力。四是以“导师制”为基础开展毕业实习,学生在导师指导下,相对独立地完成既定任务。五是校内实习基地向有关企业开放,开展交流合作和人员培训等。
2.2 校外实习实践基地建设
以市内外生物工程企业和相关科研机构为依托,构建生物工程专业校外实习实训基地。首先制订科学合理的专业实习计划,在产学研合作紧密的单位中选择工艺典型成熟、内容丰富、生产运行稳定、重视研发、交通食宿方便的优秀企业,遵循“专业对口、互惠互利、稳固发展”的原则,建立长期稳定的合作关系,签订校外实习基地合作协议书。然后根据生物工程专业特点,建立起涵盖生物产业上中下游的,涉及细胞工程、发酵工程、蛋白质工程、基因工程、酶工程等领域的原料生产、环节控制、品质管理、“三废”处理的实习流程。为学生提供形式多样的认识实习、生产实习、毕业实习的实践教学,充分调动学生的学习兴趣。在实习中,改变过去教师讲、学生练的传统方式,实行“传、帮、带”在岗技能训练。通过认识实习,了解实习单位基本概况、产品分类和产品用途,主要设备的原理、结构和作用,生产的安全知识和管理等相关知识;通过生产实习,建立工程概念,让学生在整体了解企业的基础上,进入到企业主要生产线的各个工段,进行现场实习,学习掌握企业生产原理、生产工艺、生产流程、生产组织、生产设备和操作控制知识等,建立起市场、信息、质量、成本、效益、安全、环保等意识,培养劳动观念,树立爱岗敬业的精神[4]。
2.3 完善与拓展实习基地功能
2.3.1 加强基地实习实训机制建设。建立负责人和技术人员的沟通机制,定期进行基地回访,了解实习基地生产运行状况;建立企业人员兼职从教机制,从企业聘请资深技术人员作为兼职教师,除正常授课外,还可以参与专业发展规划、教学计划的编制等,与实习基地共同编制实习教学大纲和建立稳定的实习内容实施体系,包括内容实习、分组跟班、提高效果的措施等;建立校外实习反馈机制,校外实习基地及时把学生实习中存在的问题反馈给项目小组,便于进行实践教学改革,提高教学质量;与基地企业建立起深层次的合作关系,双方在人才培养、科学研究、技术革新、技术开发与推广、设备支持、学生就业等各领域深入合作,建立责任共担、利益共享的合作模式,明确企业与学校之间在课题选择、实验研究、生产过程、学生工作中的责任与利益关系。
2.3.2 依托实习基地,构建毕业实习和毕业论文新模式。以产学研合作课题为切入点,安排一定数量的同学走出校门进入企业和研究部门,完成毕业论文;通过深入基地,进行完全现场环境的实践训练,建立校内校外“双导师”的培养机制,在老师和基地技术人员的共同指导下完成毕业设计,切实达到理论与实践相结合的目的[5]。
2.3.3 利用实习基地资源,加强“双师型”教师的培养。把实践基地建设和宁波市青年教师培训计划结合起来,有意识地安排青年教师到实习实训基地亲自参与企业生产与管理,以增进他们对生产现场和生产过程的了解,强化工程意识和实践经验,培养出兼具理论水平和工程实践能力的“双师型”人才。
3 结语
专业实习是一个涉及面广、环节复杂的过程。以产学研为依托构建专业实习基地和实习教学体系,是基于该学院特色的一种行之有效的模式,是一种多方共赢的人才培养途径。在这一模式中,良好的产学研合作为专业实习提供了适合的场地、先进的生产线、充足的课题来源、优秀的指导教师,还能在一定程度上弥补实习经费的不足,提高学生参与实习的兴趣。校企的合作得到了加强,相互的交流得到了提升。高校发挥了技术和人才优势,内部资源得到了充分的挖掘和利用,获得了长期稳定的实习基地;实习单位通过高校的科研和培训平台,提升了新产品、新工艺开发的能实力,挑选了符合自身发展的苗子;学生开拓了视野,深入到科研与生产的一线学习锻炼,提高了专业技能。
4 参考文献
[1] 吴兰,陈明华,薛喜文.生物工程专业本科生生产实习的改革与实践[J].实验室研究与探索,2008,27(11):125-126,132.
[2] 余旭亚,李涛,纳海莺.提高生物工程专业生产实习质量的实践和思考[J].化工高等教育,2006(3):62-64.
[3] 杨洋,韦小英,白先放,等.建立生物工程专业“工学集合”实习基地的实践[J].实验室研究与探索,2009,28(3):128-130.
皖西学院生物工程专业的培养方案规定,本专业培养学生具有合理的知识结构、良好的人文素质、较强的实践能力和创新精神,能够在植物细胞工程与技术、生物质能源工程、植物天然产物开发与应用技术、蛋白质与酶工程、微生物发酵工程以及其它生物技术与生物工程类企业的管理、生产、质检、销售岗位就业的应用型人才。为了使该培养方案得到实施,相应的课程体系组成为:公共基础课程、高等数学、大学物理、大学物理实验。学科基础课程:专业概论(导论)、无机及分析化学、有机化学、物理化学、基础化学实验、仪器分析、工程制图、化工原理、化工原理实验、普通生物学(分动植物部分和细胞分子遗传部分)、普通生物学实验、微生物学、微生物学实验、生物化学、生物化学实验、生物统计与实验设计、文献检索与科技论文写作。专业核心课程:植物生物技术、植物天然产物开发、微生物发酵工程、蛋白质与酶工程、生物质能源工程、生物工程综合实验。
2生物工程综合实验课程模块化设置
生物工程综合实验根据专业核心课程的设置分为5个模块,即植物生物技术实验模块、植物天然产物开发实验模块、微生物发酵工程实验模块、蛋白质与酶工程实验模块、生物质炼制实验模块。根据上述5个模块,遴选相应实验项目,编写特色明显的实验指导教材。
2.1植物生物技术实验模块
植物生物技术实验具体安排如下6个项目:(1)植物组培实验室设计和实验设备、实验用品认知;(2)MS培养基母液的配制;(3)MS培养基配制、灭菌与分装;(4)外植体分化生长的诱导培养;(5)外植体脱分化生长的诱导培养(6)组培苗的炼苗。教学目的:掌握母液的配制方法;掌握培养基配制的步骤和灭菌方法;掌握不同材料(外植体)的消毒和接种方法;掌握获取愈伤组织的方法;通过本实验加深对几个基本概念(植物细胞全能性、分化、脱分化、再分化、愈伤组织、炼苗等)的理解。可执行性分析:依托“植物细胞工程安徽省工程技术研究中心”和“安徽省植物生物技术实训中心”两个平台,借助一整套成熟的植物组培技术和实践经验丰富的指导教师团队以及诸多的产学研合作基地,能够很好地将植物组织培养技术传授给学生,并付诸于实践。
2.2微生物发酵工程实验模块
微生物发酵工程实验具体安排如下4个项目:(1)固定化酵母细胞的制备;(2)固定化酵母细胞发酵制酒及其影响因素分析;(3)蜡状杆菌液体发酵产果胶酶;(4)啤酒生产。教学目的:学会制备固定化酵母细胞,并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵;了解菌种的制备及其质量检测,学会使用二联发酵系统并进行规模发酵;学会使用圆柱露天锥形发酵罐发酵生产啤酒。可执行性分析:项目(1)、(2)属于研究性实验,根据实验指导书和文献资料的查阅,学生们能独立完成;项目(3)、(4)属于综合性实验,应用性极强,能激发同学们的兴趣,学生们通过课前查阅资料,带着问题进入实验室,在老师的指导下,自己动手操作,以期达到预期目标。
2.3蛋白质与酶工程实验模块
蛋白质与酶工程实验具体安排如下5个项目:(1)SDS-PAGE;(2)5-12%SDS-PAGE;(3)抗血清制备;(4)Westernblot;(5)猪血中超氧化物歧化酶(SOD)的分离纯化及活力测定。教学目的:学习SDS-PAGE测定蛋白质分子量的原理;掌握SDS-PAGE电泳的操作方法;了解抗血清制备的基本原理;掌握抗血清制备的操作步骤及方法;掌握应用Westernblot检测抗原及蛋白水平表达等;掌握SOD的分离纯化及活力测定。可执行性分析:5个实验的开设不仅让学生们掌握了基本的实验操作技能,而且为学生们更高层次的深造打下了坚实的基础,同时也推动了“皖西学院抗体制备及其质量检测中心”的可持续发展,加强了产学研项目的深入合作,师生共赢,校企共赢。
2.4植物天然产物开发实验模块
植物天然产物开发实验具体安排如下4个项目:(1)植物色素的提取、性质及稳定性:(2)黄酮类物质的提取、分离和性质;(3)植物多糖的提取、分离和性质;(4)油料作物中油脂的提取、精制和有关性质。教学目的:了解植物色素、黄酮类物质、植物多糖和油料作物中油脂等物质的提取方法、提取过程,学会运用单因素实验、正交实验等实验方法优化目标物质提取的最优条件,并通过提纯目标物质,研究其理化性质或生物活性。可执行性分析:植物天然产物开发涉及的范围较广,生物工程教研组根据实际情况开设了以上4个项目,其中第1个项目是我们开设的传统项目,后3个项目与我们教师的科研课题密切相关,是我校研究的优势项目,实验条件优越,仪器设备齐全,能够达到教学和科研的优势互补,教学相长。
2.5生物质炼制实验模块
生物质炼制实验具体安排如下4个项目:(1)了解生物工程企业生产环境及生产技术原理;(2)比较不同生物工程行业废水检测方法;(3)熟练掌握废水BOD和COD的检测原理与方法;(4)利用农林废弃物进行生物质炼制提取木质素。教学目的:使学生了解相关生物工程企业的生产流程、生产技术原理、下游废水排放达标要求以及最重要的排放物生产过程检测方法,加强对生物生产和管理的达标排放的认识,同时学习相关检测方法。可执行性分析:我校生物工程专业在第五学期有2个月的企业实习,学生们根据兴趣进入相关企业,结合专业特点,学生们有选择的进行实习、实训,了解生物工程行业的进展和前景;另外借助校级“生物质炼制科技创新平台”,学生们能掌握废水BOD和COD的检测原理与方法,初步利用农林废弃物进行生物质炼制提取木质素等实验技能。
3生物工程综合实验课程的实施
3.1开设开放式实验
改大班集中实验为小组分散循环实验教学,由于发酵罐、啤酒发酵系统、气质联用仪、液相色谱仪、原子吸收光谱仪等实验设备台套数少以及组培室等实验场地的限制,又由于实验内容的需要,在操作上要求连续,在实际教学时就必须改变原来大班上课状况,只有将学生分散,以小组的形式进行训练,采取学生循环而实验项目固定的循环实验教学方式,才能最大限度地提高实验设备和实验场所的利用率。同时,建立生物工程专业综合实验操作训练的音视频、试题库等,完善实验用多媒体教室以及仿真实验室的建设。
3.2开设自主设计性实验
高等教育的目标是培养素质高、能力强的创新人才,如何实现“能力为重”的战略主题对高校创新人才培养提出新的要求。提高本科生的动手能力和创新意识一直是实验教学改革的主题。在自主设计性实验中,老师给出实验项目名称,学生们查阅资料,设计实验方案,然后与指导老师讨论实验方案的可行性,对无法实施的方案,老师给予适当的指导后重新设计,对可行方案进行讨论修改。在实验方案设计可行的情况下,学生们进行实验操作,观察现象,记录实验数据和实验结果,并对结果给予分析,撰写实验报告,准备ppt进行实验汇报。经过近3a的自主设计性实验的开设,学生们独立动手能力和创新思维能力得到了培养和提高,也大大激发了同学们自主学习的兴趣。
3.3开设研究性实验
充分发挥我院教师科研能力强的优势,将教师的科研成果引入教学,将科研课题转化为实验教学内容,把科研成果转化为实验项目,将科研设备开放于实验教学。既能让学生参与到教师的科研中去,培养学生科研的兴趣,又能在教师的带动下培养科研的思维。
3.4走进工厂,实地参观学习
一、专业基础课
专业基础课的设置体现了从科学、技术到工程的循序渐进过程(见表1)。然而从科学到技术的差异很小,仅增加了工程基础课4学分(约11%),应为技术基础课,且应明确例举。从技术到工程的专业基础课要求有了明确的变化,按课程类别从科学到工程变化率近50%。学分的控制宜统一,且应规定生物技术专业的专业基础课最低学分要求中技术基础课学分应达20%以上,生物工程专业的专业基础课最低学分要求中工程基础课学分应达40%以上。且可给出典型的工程类专业基础课名录,如机械零件、电子电工基础等课程。另外生物工程专业基础课将《机械设计基础》列为可有可无的选修会造成该专业工程基础的严重缺陷,且应在生物工程专业的专业选修课中保留生物技术专业的细胞工程、酶工程等选修课(见表1)。
二、专业课
专业课的设置也体现了从科学、技术到工程的循序渐进过程(见表1),从科学到技术的专业课调整率达30%,而从技术到工程的专业课虽然有较大变化,但所列举的课程多为非典型的工科专业课(如基因工程、细胞工程、蛋白质工程),回避了典型的工科专业课如氨基酸工艺学、抗生素工艺学、有机酸工艺学、酿造酒工艺学等。学分的增加也不尽合理,三个相近专业,不论理科还是工科,学分基本要求应尽可能一致。向上浮动及在各选修课程间适当调整则是各校应有一定的自。另外生物工程是典型的工艺类专业,专业必修课缺工艺类专业应有的分析检测课也会给工艺过程及产品研发和生产中的质检质监和质控及产品安全留下隐患,故建议3+X模式中3应包含专业分析、X应例举氨基酸工艺学、抗生素工艺学、有机酸工艺学、酿造酒工艺学等。
三、实习及毕业实践环节
生物科学和生物技术的实习及毕业实践环节完全一致(见表1),未能体现从科学到技术的差异特点以及生物技术可授农学或林学学位的特色。毕业设计是工科工艺类专业最为特色的实践环节,但在许多学校以“毕业设计(论文)”的形式出现,实际实施则只做毕业论文,没有毕业设计,使毕业设计名存实亡,致使许多学校生物工程专业的毕业生根本就不知道何谓毕业设计,许多学生甚至把毕业论文当作毕业设计。建议明确生物工程专业的“毕业设计”为必修环节,可以设计论文二者兼顾,至于是“大设计小论文”还是“大论文小设计”可依各校情况而定,唯有如此,生物工程专业才能名符其实。
四、师资要求
师资的最低要求在规范中描述不尽一致,应加以统一。且应规定专业课的师资要求,因为能承担专业课的老师一般能胜任专业基础课,而能承担专业基础课的老师则不一定能胜任专业课。这在工科尤其如此。故除规定学历职称要求外,应规定专业要求,即“本科为相应或相关专业”的师资应大于专业师资总数的50%。
五、其他
近年由于社会办学、企业办学、校企合作、产学研合作、网络教学、数字图书资料等多元化和多样化的办学形式和方式的发展,统一实践等硬件条件形式较为困难,而且也不符合时代要求。建议教室(专用或生均面积)、专业课实验室(面积及专用设备)、图书资料数据库量设定为刚性要求,研究所(室)或技术中心、实习基地规模和数量等宜设定为柔性、选择性或特色要求。
作者:陈朝银 赵声兰 单位:昆明理工大学 云南中医学院
关键词:生物技术 生物工程 实践教学 实训基地
目前本科专业中,生物技术是理科性质,生物工程是工科性质。在生命科学基础研究十分强势的生命科学学院,如何建设好上述两个实践性强的专业,有许多教师做了深入的调研和筹划,根据实践教学条件建设思路进行梳理,针对国内高校同类专业实践教学中已经出现的利弊,在指导思想方面提出建议,以利于高校实践教学地位的进一步提升。
纵观国内高校,有的地方性本科院校由于自身实验硬件条件有限,有的由于外出参观实习对口单位难以联系,有的由于学生感觉在企业实习学到实用知识不多,有的因为校外实践教学与校内理论教学的时间冲突等,诸多原因削弱了实践教学。
一些综合性、生产性强,与职业岗位所需能力吻合度较高的实践技能训练项目,如谷氨酸、柠檬酸、啤酒、葡萄酒等生产型项目,由于涉及发酵工程基础、发酵食品生产技术、发酵设备与维护、生物分离纯化技术等多门课程,操作难度较大,因此一些院校对实践教学安排往往不够重视。涉及基因工程、细胞工程、酶工程的一些实践项目,由于技术难度大、耗材成本高、设备价格偏贵等原因,也往往被取消。基于上述种种原因,导致实践教学效果不理想,最终表现为学生毕业后实践能力差。
1 实践教学主要存在的问题
1.1 实习企业难寻
(1)近几年各高校生物专业的学生数量增加,而可接受本科生实习的企业有限。从1998年设立生物工程专业以来至2006年,专业办学点从57个发展到234个,在校本科生人数从6 896人增至88 854人。由于超常规发展,实践教学有欠缺,生物技术(工程)专业毕业生已经面临巨大的就业压力[1]。
(2)现在市场竞争异常激烈,出于商业保密原则,企业为保护其核心技术,不接待参观。
(3)担心影响企业生产。
1.2 学生动手机会少
现在大多数生物技术(工程)企业都是大型连续化生产,要求生产连续稳定;同时,大型生产装置越来越系统化、自动化,学生只能看到表面现象,无法对生产进行深入、具体了解,使生产实习流于形式,生产实习的效果欠佳。
1.3 实习经费不足
企业实习费用剧增,而学校对实习经费的投入滞后于企业收费、物价等因素的增长速度, 造成实习经费相对不足。
2 如何推动实践教学
2.1 以学院科研机构的科研内容带动实践教学
以北方民族大学为例,该校设置的7个实验板块中,设计性和综合性本科实验项目的来源,均围绕教师的科研项目或科研成果而设置。例如:在微生物学板块中,部分实验教学项目是根据基金项目“虾青素高产酵母菌的选育及其产物功能研究”等课题而设置。
再以福建师范大学为例,生命科学学院工业微生物教育部工程研究中心,投入建设经费2 000余万元, 建成省属高校领先水平的发酵工程中试车间[2]。目前该车间配备有多台10~1 000 L 全自动发酵罐及其配套的辅助设备和下游工程设备,如空压机、空气净化系统、电锅炉、制冷装置、管式离心机、三足离心机、微滤系统、超滤系统、纳滤系统、喷雾干燥器等先进的仪器分析系统,完全可以满足该院师生进行相关实践性教学的需要。
江南大学生物工程学院,在学生毕业实习之前,由学院下属的5个研究中心根据自身特色,各负责1个本中心课题组特色教学训练项目。将学生分为5个大组, 轮流进行互动实验,每个项目安排4~5天,整个教学训练项目在短期内完成[3]。
天津科技大学认为上述做法实质上相当于工业产品开发中的中试环节,具有连续或半连续的生产方式,并可以全面监测产品过程,从中发现问题和解决问题。因此,它是学生将知识从理论上升到实践的一个重要环节。
2.2 以校企产学研合作关系推动学校的实践教学
例如湖南人文科技学院,与娄底百雄堂高科技农业有限责任公司建立校企产学研合作关系,合作内容是:(1)开展科研合作。(2)每年接收生命科学系学生实习。(3)共享资源。例如公司提供腊八豆菌种和腐乳菌种等现有产品和技术,作为科研合作的起点和生命科学系实验课的内容;生命科学系提供气相色谱仪、液相色谱仪、原子吸收光谱仪等设备供公司产品质量分析使用。此举可供其他高校借鉴。
2.3 以校内实训基地强化实践教学
2009年以前,生物工程与生物技术实验装备中多数涉及上游技术的设备已经基本配置到位(如基因工程操作设备,萃取、离子交换、吸附、层析、蒸馏、结晶干燥等实验室级别的代谢产物分离设备),缺乏的是下游生产级别的设备,所以要重点考虑配置实训车间设备。
在高等教育装备博览会上,同样可以看到国家对高等教育实验室装备的一些新理念,以及设备制造业满足市场新需求的动向。浙江天煌公司的实验室设备,以典型工业产品范例和个案研究开发,作为高校实验实训的装备依据。涉及生物技术的实训系统,就有啤酒自动化生产线过程控制(工程型)系统(含5器和4发酵罐)等。
高校还需建设固体制剂生产线实训车间(含30万级洁净水平操作间)和分离制备生产线(包括发酵罐、多功能动态提取罐、旋转薄膜蒸发器、结晶罐、迭片式离心机、板框压滤机等),适合各类食品或药品的生产操作训练。
校内小型实训车间,其生产过程完全与工业化生产过程相同,使学生能够从生产原料预处理、培养基制备、菌种扩培、发酵罐灭菌、接种及发酵过程中工艺参数的控制、产品分离提取等各个环节进行实际操作和系统分析。
不过,各校对实训车间的投入还是普遍偏少。天津科技大学生物工程校内实践基地,设备总价值近500万元,包括好氧发酵、果酒酿造、啤酒生产、分离提取、精制纯化等中试系统,涵盖了生物工程产业上中下游生产环节[4]。
华中农业大学从2000年起分3期,建成生物工程专业教学实验室1 000 m2,包括有通风发酵、固态发酵、生物工程下游技术、啤酒加工等实验室及仪器分析室和准备室等。在引进现酵控制系统、发酵后处理设备的同时,成立了生物工程设计室,通过工程软件AutoCAD 电脑绘制,进行发酵工艺和设备流程设计等操作。
3 实践教学中新手段、新体系的运用与推广
3.1 仿真实验手段的运用
对于和实际生产联系最紧密的课程,如化工原理、发酵工程、生物工程设备、生物发酵工艺等,吉林农业科技学院考虑到设备的限制问题,增加了模拟教学,从专业教学仿真软件开发公司购置了仿真教学模拟软件,保证一人一机的实践演习。这些软件的仿真性强,尤其是配备的实践操作演练,能让学生真正达到工厂模拟化的操作练习。
烟台大学生物工程系将计算机模拟仿真引入实践教学[6]。这种仿真系统能逼真地模拟工厂运行和各种事故状态的现象,大大缩短培训时间。
在计算机仿真环节,该校选用了北京东方仿真公司开发的青霉素发酵工艺仿真软件,以单元操作的形式进行仿真模拟。青霉素发酵工艺仿真包括青霉素发酵生产、青霉素的精制和提纯等内容。同时,教师可以通过计算机监测系统,全程跟踪每组学生的操作,真正达到实践训练教学的目的。
3.2 建立和推广微量化实验体系
传统实验项目普遍存在反应体系大、样品处理量多和处理时间长等特点,也使微量移液器、微量与狭缝分光光度计等现代科教仪器不能充分发挥其先进性。微型化实验于1988年末开始引入我国,关于微型实验已有文献报道[7]。
微型化实验的研究,是着眼于环境保护和实验安全的需要,体现了现代科学技术发展水平的要求。微型化实验具有现象明显、操作简便快速、节省经费、减少污染、安全和便于携带等优点。
参考文献
[1] 段德君,梁运祥,陈守文.生物工程实验教学体系改革与实践[J].实验室研究与探索,2011,30(7):111-114.
[2] 陈建平,陈必链.生物工程专业实践性教学的改革与探索[J].福建师范大学学报:自然科学版,2011,27(3):48-51.
[3] 夏海锋,饶志明,堵国成.本科实践教学的创新与探索:江南大学生物工程专业四阶段递进式科学研究能力的培养[J].中国轻工教育,2010(4):56-59.
[4] 杨华,贾士儒.加强生物工程专业实践教学环节的探索与实践[J].中国轻工教育,2010(4):59-62.
[5] 徐亚维.生物工程综合实践教学创新体系的构建[J].吉林农业科技学院学报,2011,20(2):113-115.