本科生物技術(shù)與生物工程專業(yè)實踐教學(xué)條件的建設(shè)要素

余多慰

南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江蘇南京 210046

目前本科專業(yè)中，生物技術(shù)是理科性質(zhì)，生物工程是工科性質(zhì)。在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究十分強勢的生命科學(xué)學(xué)院，如何建設(shè)好上述兩個實踐性強的專業(yè)，有許多教師做了深入的調(diào)研和籌劃，根據(jù)實踐教學(xué)條件建設(shè)思路進行梳理，針對國內(nèi)高校同類專業(yè)實踐教學(xué)中已經(jīng)出現(xiàn)的利弊，在指導(dǎo)思想方面提出建議，以利于高校實踐教學(xué)地位的進一步提升。

縱觀國內(nèi)高校，有的地方性本科院校由于自身實驗硬件條件有限，有的由于外出參觀實習(xí)對口單位難以聯(lián)系，有的由于學(xué)生感覺在企業(yè)實習(xí)學(xué)到實用知識不多，有的因為校外實踐教學(xué)與校內(nèi)理論教學(xué)的時間沖突等，諸多原因削弱了實踐教學(xué)。

一些綜合性、生產(chǎn)性強，與職業(yè)崗位所需能力吻合度較高的實踐技能訓(xùn)練項目，如谷氨酸、檸檬酸、啤酒、葡萄酒等生產(chǎn)型項目，由于涉及發(fā)酵工程基礎(chǔ)、發(fā)酵食品生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)酵設(shè)備與維護、生物分離純化技術(shù)等多門課程，操作難度較大，因此一些院校對實踐教學(xué)安排往往不夠重視。涉及基因工程、細(xì)胞工程、酶工程的一些實踐項目，由于技術(shù)難度大、耗材成本高、設(shè)備價格偏貴等原因，也往往被取消。基于上述種種原因，導(dǎo)致實踐教學(xué)效果不理想，最終表現(xiàn)為學(xué)生畢業(yè)后實踐能力差。

1 實踐教學(xué)主要存在的問題

1.1 實習(xí)企業(yè)難尋

(1)近幾年各高校生物專業(yè)的學(xué)生數(shù)量增加，而可接受本科生實習(xí)的企業(yè)有限。從1998年設(shè)立生物工程專業(yè)以來至2006年，專業(yè)辦學(xué)點從57個發(fā)展到234個，在校本科生人數(shù)從6 896人增至88 854人。由于超常規(guī)發(fā)展，實踐教學(xué)有欠缺，生物技術(shù)(工程)專業(yè)畢業(yè)生已經(jīng)面臨巨大的就業(yè)壓力[1]。

(2)現(xiàn)在市場競爭異常激烈，出于商業(yè)保密原則，企業(yè)為保護其核心技術(shù)，不接待參觀。

(3)擔(dān)心影響企業(yè)生產(chǎn)。

1.2 學(xué)生動手機會少

現(xiàn)在大多數(shù)生物技術(shù)(工程)企業(yè)都是大型連續(xù)化生產(chǎn)，要求生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定；同時，大型生產(chǎn)裝置越來越系統(tǒng)化、自動化，學(xué)生只能看到表面現(xiàn)象，無法對生產(chǎn)進行深入、具體了解，使生產(chǎn)實習(xí)流于形式，生產(chǎn)實習(xí)的效果欠佳。

1.3 實習(xí)經(jīng)費不足

企業(yè)實習(xí)費用劇增，而學(xué)校對實習(xí)經(jīng)費的投入滯后于企業(yè)收費、物價等因素的增長速度， 造成實習(xí)經(jīng)費相對不足。

2 如何推動實踐教學(xué)

2.1 以學(xué)院科研機構(gòu)的科研內(nèi)容帶動實踐教學(xué)

以北方民族大學(xué)為例，該校設(shè)置的7個實驗板塊中，設(shè)計性和綜合性本科實驗項目的來源，均圍繞教師的科研項目或科研成果而設(shè)置。例如：在微生物學(xué)板塊中，部分實驗教學(xué)項目是根據(jù)基金項目“蝦青素高產(chǎn)酵母菌的選育及其產(chǎn)物功能研究”等課題而設(shè)置。

再以福建師范大學(xué)為例，生命科學(xué)學(xué)院工業(yè)微生物教育部工程研究中心，投入建設(shè)經(jīng)費2 000余萬元，建成省屬高校領(lǐng)先水平的發(fā)酵工程中試車間[2]。目前該車間配備有多臺10～1 000 L 全自動發(fā)酵罐及其配套的輔助設(shè)備和下游工程設(shè)備，如空壓機、空氣凈化系統(tǒng)、電鍋爐、制冷裝置、管式離心機、三足離心機、微濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)、噴霧干燥器等先進的儀器分析系統(tǒng)，完全可以滿足該院師生進行相關(guān)實踐性教學(xué)的需要。

江南大學(xué)生物工程學(xué)院，在學(xué)生畢業(yè)實習(xí)之前，由學(xué)院下屬的5個研究中心根據(jù)自身特色，各負(fù)責(zé)1個本中心課題組特色教學(xué)訓(xùn)練項目。將學(xué)生分為5個大組， 輪流進行互動實驗，每個項目安排4～5天，整個教學(xué)訓(xùn)練項目在短期內(nèi)完成[3]。

天津科技大學(xué)認(rèn)為上述做法實質(zhì)上相當(dāng)于工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中的中試環(huán)節(jié)，具有連續(xù)或半連續(xù)的生產(chǎn)方式，并可以全面監(jiān)測產(chǎn)品過程，從中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。因此，它是學(xué)生將知識從理論上升到實踐的一個重要環(huán)節(jié)。

2.2 以校企產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系推動學(xué)校的實踐教學(xué)

例如湖南人文科技學(xué)院，與婁底百雄堂高科技農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司建立校企產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，合作內(nèi)容是：(1)開展科研合作。(2)每年接收生命科學(xué)系學(xué)生實習(xí)。(3)共享資源。例如公司提供臘八豆菌種和腐乳菌種等現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)，作為科研合作的起點和生命科學(xué)系實驗課的內(nèi)容；生命科學(xué)系提供氣相色譜儀、液相色譜儀、原子吸收光譜儀等設(shè)備供公司產(chǎn)品質(zhì)量分析使用。此舉可供其他高校借鑒。

2.3 以校內(nèi)實訓(xùn)基地強化實踐教學(xué)

2009年以前，生物工程與生物技術(shù)實驗裝備中多數(shù)涉及上游技術(shù)的設(shè)備已經(jīng)基本配置到位(如基因工程操作設(shè)備，萃取、離子交換、吸附、層析、蒸餾、結(jié)晶干燥等實驗室級別的代謝產(chǎn)物分離設(shè)備)，缺乏的是下游生產(chǎn)級別的設(shè)備，所以要重點考慮配置實訓(xùn)車間設(shè)備。

在高等教育裝備博覽會上，同樣可以看到國家對高等教育實驗室裝備的一些新理念，以及設(shè)備制造業(yè)滿足市場新需求的動向。浙江天煌公司的實驗室設(shè)備，以典型工業(yè)產(chǎn)品范例和個案研究開發(fā)，作為高校實驗實訓(xùn)的裝備依據(jù)。涉及生物技術(shù)的實訓(xùn)系統(tǒng)，就有啤酒自動化生產(chǎn)線過程控制(工程型)系統(tǒng)(含5器和4發(fā)酵罐)等。

高校還需建設(shè)固體制劑生產(chǎn)線實訓(xùn)車間(含30萬級潔凈水平操作間)和分離制備生產(chǎn)線(包括發(fā)酵罐、多功能動態(tài)提取罐、旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器、結(jié)晶罐、迭片式離心機、板框壓濾機等)，適合各類食品或藥品的生產(chǎn)操作訓(xùn)練。

校內(nèi)小型實訓(xùn)車間，其生產(chǎn)過程完全與工業(yè)化生產(chǎn)過程相同，使學(xué)生能夠從生產(chǎn)原料預(yù)處理、培養(yǎng)基制備、菌種擴培、發(fā)酵罐滅菌、接種及發(fā)酵過程中工藝參數(shù)的控制、產(chǎn)品分離提取等各個環(huán)節(jié)進行實際操作和系統(tǒng)分析。

不過，各校對實訓(xùn)車間的投入還是普遍偏少。天津科技大學(xué)生物工程校內(nèi)實踐基地，設(shè)備總價值近500萬元，包括好氧發(fā)酵、果酒釀造、啤酒生產(chǎn)、分離提取、精制純化等中試系統(tǒng)，涵蓋了生物工程產(chǎn)業(yè)上中下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)[4]。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)從2000年起分3期，建成生物工程專業(yè)教學(xué)實驗室1 000 m2，包括有通風(fēng)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵、生物工程下游技術(shù)、啤酒加工等實驗室及儀器分析室和準(zhǔn)備室等。在引進現(xiàn)代發(fā)酵控制系統(tǒng)、發(fā)酵后處理設(shè)備的同時，成立了生物工程設(shè)計室，通過工程軟件AutoCAD 電腦繪制，進行發(fā)酵工藝和設(shè)備流程設(shè)計等操作。

3 實踐教學(xué)中新手段、新體系的運用與推廣

3.1 仿真實驗手段的運用

對于和實際生產(chǎn)聯(lián)系最緊密的課程，如化工原理、發(fā)酵工程、生物工程設(shè)備、生物發(fā)酵工藝等，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院考慮到設(shè)備的限制問題，增加了模擬教學(xué)，從專業(yè)教學(xué)仿真軟件開發(fā)公司購置了仿真教學(xué)模擬軟件，保證一人一機的實踐演習(xí)。這些軟件的仿真性強，尤其是配備的實踐操作演練，能讓學(xué)生真正達到工廠模擬化的操作練習(xí)。

煙臺大學(xué)生物工程系將計算機模擬仿真引入實踐教學(xué)[6]。這種仿真系統(tǒng)能逼真地模擬工廠運行和各種事故狀態(tài)的現(xiàn)象，大大縮短培訓(xùn)時間。

在計算機仿真環(huán)節(jié)，該校選用了北京東方仿真公司開發(fā)的青霉素發(fā)酵工藝仿真軟件，以單元操作的形式進行仿真模擬。青霉素發(fā)酵工藝仿真包括青霉素發(fā)酵生產(chǎn)、青霉素的精制和提純等內(nèi)容。同時，教師可以通過計算機監(jiān)測系統(tǒng)，全程跟蹤每組學(xué)生的操作，真正達到實踐訓(xùn)練教學(xué)的目的。

3.2 建立和推廣微量化實驗體系

傳統(tǒng)實驗項目普遍存在反應(yīng)體系大、樣品處理量多和處理時間長等特點，也使微量移液器、微量與狹縫分光光度計等現(xiàn)代科教儀器不能充分發(fā)揮其先進性。微型化實驗于1988年末開始引入我國，關(guān)于微型實驗已有文獻報道[7]。

微型化實驗的研究，是著眼于環(huán)境保護和實驗安全的需要，體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的要求。微型化實驗具有現(xiàn)象明顯、操作簡便快速、節(jié)省經(jīng)費、減少污染、安全和便于攜帶等優(yōu)點。

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

[2]陳建平,陳必鏈.生物工程專業(yè)實踐性教學(xué)的改革與探索[J].福建師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,27(3):48-51.

[3]夏海鋒,饒志明,堵國成.本科實踐教學(xué)的創(chuàng)新與探索:江南大學(xué)生物工程專業(yè)四階段遞進式科學(xué)研究能力的培養(yǎng)[J].中國輕工教育,2010(4):56-59.

[4]楊華,賈士儒.加強生物工程專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的探索與實踐[J].中國輕工教育,2010(4):59-62.

[5]徐亞維.生物工程綜合實踐教學(xué)創(chuàng)新體系的構(gòu)建[J].吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院學(xué)報,2011,20(2):113-115.

[6]姜愛莉,林劍,于貞.煙臺大學(xué)生物工程專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)改革的探索和實踐[J].微生物學(xué)通報,2010,37(12):1816-1819.

[7]劉林麗,張恩平.高校生物技術(shù)綠色實驗教學(xué)的探索與實踐[J].實驗室科學(xué),2011,14(2):182-184.