應用性本科高校生物工程專業實驗課程模塊化的探索與實踐

何曉梅　陳存武　陳乃富

摘 要：皖西學院生物工程專業是省級特色專業，國家級專業綜合改革試點專業。近年來，根據應用性本科高校的要求，該院加大了生物工程專業實驗實踐教學環節的改革力度，將生物工程綜合實驗分模塊實施，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：生物工程；綜合實驗；模塊化實施；探索

中圖分類號 G64 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）08-175-03

Abstract：Biology Engineering of West Anhui University is the provincial characteristic and national comprehensive trial reform specialty. In recent years，in according with the demand of demand-oriented applied undergraduates，the practical teaching of experiment for bioengineering major is greatly enforced and comprehensive experiment is modularized with nice teaching effects.

Key words：Bioengineering；Comprehensive experiment；Modularization；Exploration

短短幾年，生物工程專業發展所取得的成績是有目共睹的，它已是當今世界發展最快的專業之一，是生命科學通向應用領域的橋梁學科。生物工程專業專門培養掌握生物化學技術及其產業化的科學原理，掌握現代生物學、生化反應工程、酶工程、基因工程、發酵工程等生物工程技術，具有研究和開發生物化工產品、生物保健品、生物藥品的能力，能夠在生物技術與工程領域從事設計、生產、管理和新技術、新產品研制開發等工作的高級科技人才。皖西學院生物工程專業于2007年開始正式招生，是省級特色專業，國家級“專業綜合改革試點”專業。我校結合生物工程專業應用性較強的特點，更新相關實驗設備，改善實驗教學、條件，對生物工程專業的實驗課程進行教學理念、教學內容、教學方法改革，初步構建了包括植物生物技術、蛋白質分離純化技術、植物天然產物分離技術、微生物發酵技術以及生物質煉制技術等5個模塊組成的生物工程綜合實驗教學體系，并應用于生物工程專業實驗課程教學。

1 皖西學院生物工程專業的課程體系

皖西學院生物工程專業的培養方案規定，本專業培養學生具有合理的知識結構、良好的人文素質、較強的實踐能力和創新精神，能夠在植物細胞工程與技術、生物質能源工程、植物天然產物開發與應用技術、蛋白質與酶工程、微生物發酵工程以及其它生物技術與生物工程類企業的管理、生產、質檢、銷售崗位就業的應用型人才。為了使該培養方案得到實施，相應的課程體系組成為：公共基礎課程、高等數學、大學物理、大學物理實驗。學科基礎課程：專業概論（導論）、無機及分析化學、有機化學、物理化學、基礎化學實驗、儀器分析、工程制圖、化工原理、化工原理實驗、普通生物學（分動植物部分和細胞分子遺傳部分）、普通生物學實驗、微生物學、微生物學實驗、生物化學、生物化學實驗、生物統計與實驗設計、文獻檢索與科技論文寫作。專業核心課程：植物生物技術、植物天然產物開發、微生物發酵工程、蛋白質與酶工程、生物質能源工程、生物工程綜合實驗[1]。

2 生物工程綜合實驗課程模塊化設置

生物工程綜合實驗根據專業核心課程的設置分為5個模塊，即植物生物技術實驗模塊、植物天然產物開發實驗模塊、微生物發酵工程實驗模塊、蛋白質與酶工程實驗模塊、生物質煉制實驗模塊。根據上述5個模塊，遴選相應實驗項目，編寫特色明顯的實驗指導教材。

2.1 植物生物技術實驗模塊 植物生物技術實驗具體安排如下6個項目：（1）植物組培實驗室設計和實驗設備、實驗用品認知；（2）MS培養基母液的配制；（3）MS培養基配制、滅菌與分裝；（4）外植體分化生長的誘導培養；（5）外植體脫分化生長的誘導培養（6）組培苗的煉苗。教學目的：掌握母液的配制方法；掌握培養基配制的步驟和滅菌方法；掌握不同材料（外植體）的消毒和接種方法；掌握獲取愈傷組織的方法；通過本實驗加深對幾個基本概念（植物細胞全能性、分化、脫分化、再分化、愈傷組織、煉苗等）的理解。可執行性分析：依托“植物細胞工程安徽省工程技術研究中心”和“安徽省植物生物技術實訓中心”兩個平臺，借助一整套成熟的植物組培技術和實踐經驗豐富的指導教師團隊以及諸多的產學研合作基地，能夠很好地將植物組織培養技術傳授給學生，并付諸于實踐。

2.2 微生物發酵工程實驗模塊 微生物發酵工程實驗具體安排如下4個項目：（1）固定化酵母細胞的制備；（2）固定化酵母細胞發酵制酒及其影響因素分析；（3）蠟狀桿菌液體發酵產果膠酶；（4）啤酒生產。教學目的：學會制備固定化酵母細胞，并利用固定化酵母細胞進行酒精發酵；了解菌種的制備及其質量檢測，學會使用二聯發酵系統并進行規模發酵；學會使用圓柱露天錐形發酵罐發酵生產啤酒。可執行性分析：項目（1）、（2）屬于研究性實驗，根據實驗指導書和文獻資料的查閱，學生們能獨立完成；項目（3）、（4）屬于綜合性實驗，應用性極強，能激發同學們的興趣，學生們通過課前查閱資料，帶著問題進入實驗室，在老師的指導下，自己動手操作，以期達到預期目標。

2.3 蛋白質與酶工程實驗模塊 蛋白質與酶工程實驗具體安排如下5個項目：（1）SDS-PAGE；（2）5-12%SDS-PAGE；（3）抗血清制備；（4）Western blot；（5）豬血中超氧化物歧化酶（SOD）的分離純化及活力測定。教學目的：學習SDS-PAGE測定蛋白質分子量的原理；掌握SDS-PAGE電泳的操作方法；了解抗血清制備的基本原理；掌握抗血清制備的操作步驟及方法；掌握應用Western blot檢測抗原及蛋白水平表達等；掌握SOD的分離純化及活力測定。可執行性分析：5個實驗的開設不僅讓學生們掌握了基本的實驗操作技能，而且為學生們更高層次的深造打下了堅實的基礎，同時也推動了“皖西學院抗體制備及其質量檢測中心”的可持續發展，加強了產學研項目的深入合作，師生共贏，校企共贏。endprint

2.4 植物天然產物開發實驗模塊 植物天然產物開發實驗具體安排如下4個項目：（1）植物色素的提取、性質及穩定性：（2）黃酮類物質的提取、分離和性質；（3）植物多糖的提取、分離和性質；（4）油料作物中油脂的提取、精制和有關性質。教學目的：了解植物色素、黃酮類物質、植物多糖和油料作物中油脂等物質的提取方法、提取過程，學會運用單因素實驗、正交實驗等實驗方法優化目標物質提取的最優條件，并通過提純目標物質，研究其理化性質或生物活性。可執行性分析：植物天然產物開發涉及的范圍較廣，生物工程教研組根據實際情況開設了以上4個項目，其中第1個項目是我們開設的傳統項目，后3個項目與我們教師的科研課題密切相關，是我校研究的優勢項目，實驗條件優越，儀器設備齊全，能夠達到教學和科研的優勢互補，教學相長。

2.5 生物質煉制實驗模塊 生物質煉制實驗具體安排如下4個項目：（1）了解生物工程企業生產環境及生產技術原理；（2）比較不同生物工程行業廢水檢測方法；（3）熟練掌握廢水BOD和COD的檢測原理與方法；（4）利用農林廢棄物進行生物質煉制提取木質素。教學目的：使學生了解相關生物工程企業的生產流程、生產技術原理、下游廢水排放達標要求以及最重要的排放物生產過程檢測方法，加強對生物生產和管理的達標排放的認識，同時學習相關檢測方法。可執行性分析：我校生物工程專業在第五學期有2個月的企業實習，學生們根據興趣進入相關企業，結合專業特點，學生們有選擇的進行實習、實訓，了解生物工程行業的進展和前景；另外借助校級“生物質煉制科技創新平臺”，學生們能掌握廢水BOD和COD的檢測原理與方法，初步利用農林廢棄物進行生物質煉制提取木質素等實驗技能。

3 生物工程綜合實驗課程的實施

3.1 開設開放式實驗 改大班集中實驗為小組分散循環實驗教學，由于發酵罐、啤酒發酵系統、氣質聯用儀、液相色譜儀、原子吸收光譜儀等實驗設備臺套數少以及組培室等實驗場地的限制，又由于實驗內容的需要，在操作上要求連續，在實際教學時就必須改變原來大班上課狀況，只有將學生分散，以小組的形式進行訓練，采取學生循環而實驗項目固定的循環實驗教學方式，才能最大限度地提高實驗設備和實驗場所的利用率。同時，建立生物工程專業綜合實驗操作訓練的音視頻、試題庫等，完善實驗用多媒體教室以及仿真實驗室的建設。

3.2 開設自主設計性實驗 高等教育的目標是培養素質高、能力強的創新人才，如何實現“能力為重”的戰略主題對高校創新人才培養提出新的要求。提高本科生的動手能力和創新意識一直是實驗教學改革的主題。在自主設計性實驗中，老師給出實驗項目名稱，學生們查閱資料，設計實驗方案，然后與指導老師討論實驗方案的可行性，對無法實施的方案，老師給予適當的指導后重新設計，對可行方案進行討論修改。在實驗方案設計可行的情況下，學生們進行實驗操作，觀察現象，記錄實驗數據和實驗結果，并對結果給予分析，撰寫實驗報告，準備ppt進行實驗匯報。經過近3a的自主設計性實驗的開設，學生們獨立動手能力和創新思維能力得到了培養和提高，也大大激發了同學們自主學習的興趣[2]。

3.3 開設研究性實驗 充分發揮我院教師科研能力強的優勢，將教師的科研成果[3]引入教學，將科研課題轉化為實驗教學內容，把科研成果轉化為實驗項目，將科研設備開放于實驗教學。既能讓學生參與到教師的科研中去，培養學生科研的興趣，又能在教師的帶動下培養科研的思維[4-5]。

3.4 走進工廠，實地參觀學習 諸如啤酒發酵實驗、植物組培實驗等，我們帶學生深入企業，深入一線，實地參觀學習。不僅加強了學生們理論聯系實際的能力，同時讓學生們了解實驗開設的必要性和實用性，增強學生們實驗的目的性。

生物工程綜合實驗模塊化的實施賦予了本實驗課程新的實驗內容。通過實驗，學生們不僅獲得系統性的實驗操作訓練，培養了獨立動手能力和創新思維能力，而且也對相關專業方向有了系統性的認識，減少了學習理論知識的盲目性。

參考文獻

[1]韋傳寶，劉昌利.對生物工程專業學生實踐教學差別培養模式的研究[J].皖西學院學報，2012，28（2）：34-35.

[2]張萍萍，尹若春，查向東.基于植物微核的學生自主設計性實驗[J].民主教學，2013，33（2）：201-202.

[3]馬建崗.綜合實驗課在生物工程專業課程體系的探索與實踐[J].探索與實踐，2013，31（2）：223-224.

[4]趙新民，夏莉，徐玲.生物工程專業三個專業方向實驗體系設計研究[J].廣州化工，2012，40（17）：163-164.

[5]韓邦興，陳乃富，劉傳芳.“以科研促教學”的幾點探索與實踐[J].中國民族民間醫藥，2010，13（2）：88-89.

（責編：張長青）endprint