應用型本科高校生物工程專業課程特色化的探索與實踐

鄧輝等

摘 要：示范應用型本科高校皖西學院的生物工程專業是安徽省省級特色專業，是國家級專業綜合改革試點專業。為強化人才培養和市場需求對接，該文根據應用型本科高校的要求，提出了生物工程專業課程教學和實踐環節的改革探索與實踐，將生物工程的課程教學和實踐環節進行特色化實施，符合市場發展和人才發展的需求。

關鍵詞：應用型本科高校；生物工程專業；課程特色化

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）20-126-05

Abstract：Biology engineering of West Anhui University， demonstrate applied undergraduate colleges and universities，is the provincial characteristic and national comprehensive trial reform specialty. In recent years，to strengthen personnel training and market demand docking， the course teaching and practice of bioengineering major is characteristic carried out，in line with market development and talent development needs.

Key words：Application oriented university； Bioengineering major； Curriculum characteristic

生物工程專業專門培養掌握生化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新產品、新技術的能力，能夠在生物技術與工程領域從事設計、生產、管理等工作的科技人才。皖西學院作為安徽省示范應用型本科高校，于2007年開始正式招收生物工程專業學生，該專業于2009年被確定為省級特色專業，2013年被確定為國家級“專業綜合改革試點”專業。

如何圍繞教育部“高等學校本科教學質量與教學改革工程”中關于開展“專業綜合改革”建設的相關要求，結合國家大力倡導發展生物技術領域中的“戰略性新興產業”的發展機遇以及社會發展對人才的需求，在生物工程專業的人才培養模式和教學實踐方式等影響專業發展的關鍵環節進行綜合改革，是培養適應經濟社會發展需要的應用型、復合型生物工程專業人才急需解決的問題。

我院結合自身定位——示范應用型本科高校和未來發展方向——普通本科教育職業化的要求[1]，確立了“以社會需求為導向，以應用型人才培養為目標，以傳授知識向培養能力轉變，理論實踐并重，校內校外并舉，校企聯合培養”的人才培養模式。針對生物工程專業核心課程的的教學和實踐，進行了教學理念、教學內容、教學方法改革，初步構建了包括植物細胞工程、微生物發酵工程、蛋白質工程、生物質能源工程和天然產物開發技術、現代釀造技術、微生物制藥技術、微生態和酶制劑技術等8門專業核心課程以及生物技術產業政策與項目申報、生物技術企業管理與市場營銷2門專業核心拓展課程組成的生物工程課程教學體系。同時配套建立了植物細胞工程實驗、微生物發酵工程實驗、蛋白質工程實驗、生物質能源工程實驗、植物天然產物分離技術實驗、現代釀造技術實驗、微生物制藥技術實驗、微生態和酶制劑技術實驗等8個模塊組成的生物工程綜合實驗教學體系和仿真實訓、創新實踐、拓展實訓等3種形式組成的生物工程實訓實踐體系[2]。上述生物工程專業核心課程教學體系、生物工程綜合實驗教學體系和生物工程實訓實踐體系已按計劃應用于2010-2014級生物工程專業的教學和實訓活動中。

1 生物工程專業核心課程特色化設置

皖西學院生物工程專業的2010-2014級培養方案中專業培養目標的設定，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、蛋白質工程、現代釀造技術、微生物制藥技術、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。

生物工程專業核心課程的設置分為4門工程、4門技術和2門拓展，共10個特色方向，即植物細胞工程、微生物發酵工程、蛋白質工程、生物質能源工程、天然產物開發技術、現代釀造技術、微生物制藥技術、微生態和酶制劑技術、生物技術產業政策與項目申報、生物技術企業管理與市場營銷。工程類課程注重基礎理論知識的掌握，技術類課程強調企業實踐技術的應用，拓展類課程圍繞個人和企業的生存和發展。根據上述8門核心課程和2門核心拓展課程，從全國范圍內遴選教材或編寫特色明顯的校本教材。

1.1 植物細胞工程內容特色 植物細胞工程是應用現代生物技術改良植物遺傳性狀、培育植物新品種、生產植物產品的綜合技術體系，涵蓋著植物組織培養、植物育種技術、植物基因工程等研究內容，在農業、林業、園藝、環境等領域有著廣泛的實際應用。植物細胞工程是實踐性很強的學科，根據應用型人才培養目標的要求，為加強六安大別山區本土資源的開發和利用，特開設此課程。選用教材為皖西學院校本自編教材《植物細胞工程》（主編：張傳海、鄧輝），具體章節如下：（1）緒論；（2）植物組織培養的原理與技術基礎；（3）植物離體培養的形態建成；（4）植物離體快速繁殖與脫毒培養；（5）花藥和花粉培養；（6）植物細胞培養技術及其應用；（7）植物原生質體培養和體細胞雜交；（8）植物的遺傳轉化技術；（9）農桿菌Ti質粒介導的遺傳轉化體系；（10）分子標記技術及其應用。教學效果分析：課程緊密圍繞本土特色資源和植物細胞工程安徽省工程技術研究中心和安徽省石斛開發協同創新中心的科研成果開展，極大的提高了學生求知的積極性，很好地將植物細胞工程的核心知識核技術傳授給學生，增強了學生進行現代農業創業的信心和動力。

1.2 微生物發酵工程內容特色 微生物發酵工程是現代生物技術的重要組成和基礎，是生物技術產業化的重要環節。它將微生物學、生物化學和化學工程的基本原理有機地結合起來，廣泛而深刻地揭示了發酵過程的本質，其生命力在于在促進產業化發展的基礎上不斷實行技術改造、更新、創新，使其向高度自動化控制和高效合成代謝的發酵生產轉移，在較短時間內獲得更多高質量的產品。微生物發酵工程是一門應用性較強的課程，是微生物學和工程技術相交叉的學科，為加強本專業畢業生的在微生物發酵領域的科研、創新和管理能力，特開設此課程。選用教材為21世紀高等院校教材《微生物工程》（第二版，主編：曹軍衛、馬輝文等）。具體教授章節如下：第一部分微生物工程原理，（1）微生物工程概論；（2）生產菌種的來源；（3）微生物的代謝調節與代謝工程；（4）優良菌種選育；（5）菌種保藏的原理和方法；（6）培養基；（7）種子擴大培養；（8）微生物反應動力；（9）發酵工藝控制；（10）發酵過程的參數檢測和自動控制；第二部分 微生物工程下游加工工程，（1）微生物工程下游加工工程概論；（2）發酵液的預處理和過濾；（3）沉淀法；（4）溶劑萃取法；（5）雙水相萃取法；（6）吸附法；（7）離子交換法；（8）結晶法；第三部分 微生物工程生產設備，（1）培養基滅菌及滅菌設備；（2）發酵設備；（3）空氣除菌設備；（4）生產純化設備。教學效果分析：課程緊密圍繞微生物工程原理、微生物工程下游加工工程、微生物工程生產設備講授，理科的有關知識與必要的工程技術知識有機結合起來，使學生既學到比較專業的微生物學理論知識，又掌握工程技術方面的基礎計算和設計工藝流程的原理與方法。

1.3 蛋白質工程內容特色 蛋白質工程是新興的生物技術領域，涉及多種學科知識，為使學生掌握蛋白質工和酶工程學科的基本原理、基礎知識、基本技能，熟悉從事蛋白質科學與工程研究的主要方法和技術，了解蛋白質工程領域的研究方向與最新科技成果，最終為從事蛋白質和酶科學以及相關生命科學領域的科學研究與生產實踐打下理論基礎，特開設此課程。選用教材為皖西學院校本自編教材《蛋白質工程》（詹少華主編），具體教授章節如下：（1）蛋白質結構基礎；（2）蛋白質分子設計；（3）蛋白質的修飾和表達；（4）蛋白質的物理化學性質；（5）蛋白質結構解析；（6）生物信息學在蛋白質工程中的應用；（7）蛋白質的分離純化與鑒定；（8）現代生物學技術在蛋白質工程中的應用；（9）基因工程基礎。教學效果分析：本課程重點講授蛋白質工程的最基礎知識，主要內容包括蛋白質分子改造的結構基礎、蛋白質分子設計、蛋白質的修飾和表達以及突變蛋白質的性質分析等。通過本課程的學習，學生能掌握蛋白質工程與酶工程的基礎知識和主要方法，并對其應用前景和困難有所了解，為從事有關研究打好基礎。

1.4 生物質能源工程內容特色 生物質能源工程是研究未來能源開發利用的工程之一。生物質能源工程主要包括生物質能轉換技術定義及類型、生物質的直接燃燒技術、沼氣發酵工藝及戶用沼氣技術、大中型沼氣工程、能源生態模式與生物質能項目技術經濟評價等內容，為使學生了解世界上生物質能的研究發展前沿，系統地掌握生物質能轉換技術的原理、工藝、設備及其應用，特開設本課程。選用教材為皖西學院校本自編教材《生物質能源工程》（孫傳伯主編），具體教授章節如下：（1）可再生能源與生物質能源；（2）沼氣工程技術與實例分析；（3）燃料乙醇工程與應用實例分析；（4）生物柴油工程技術與應用分析；（5）生物質燃燒、氣化、液化及致密成型技術與工程應用；（6）生物質制氫技術；（7）能源生態模式與生物質能項目工程技術經濟分析。教學效果分析：課程教學結合應用實例，緊緊圍繞生物質能源工程原理及相關技術參數設置分析，使學生把理論和工程實踐很好地結合起來，能夠對生物質能源有清晰的認識，并能獨立分析生物質能源工程的相關技術參數。

1.5 天然產物開發技術內容特色 天然產物是人類預防和治療疾病的重要來源，天然產物開發技術是現代生物技術的重要部分。為使學生了解以天然產物為主的新藥研究，掌握從天然資源（包括中藥、植物或草藥）中尋找和提取有藥理活性效成分的技術和方法，并具備開發天然藥物的基礎知識，特開設本課程。選用教材為《天然產物提取工藝學》（第一版，徐懷德主編），具體教授章節如下：（1）緒論；（2）天然產物提取方法和技術；（3）新型分離技術在天然產物提取中的應用；（4）糖類提取工藝；（5）氨基酸和蛋白質提取工藝；（6）精油提取工藝；（7）生物堿提取工藝；（8）黃酮類化合物提取工藝；（9）皂苷提取工藝；（10）油脂類化合物提取工藝。教學效果分析：課程緊密結合生產實踐系統地闡述了植物天然產物提取分離方法的原理、特點及應用，以及植物天然產物的提取分離工藝特性，使學生了解并掌握植物天然產物提取的基本理論和基本方法，為今后從事植物天然產物提取開發及檢測分析工作奠定基礎。

1.6 現代釀造技術內容特色 現代釀造技術是將生產原料通過微生物細胞或酶轉化成跟日常生活密切相關的食品的技術，特別注重現代生物技術在該領域的應用。為使學生了解并掌握食品發酵技術、酒類發酵與釀造技術、調味品發酵技術、乳制品發酵技術，特開設此課程。選用教材為《食品發酵與釀造工藝學》（第二版，何國慶主編），具體教授章節如下：（1）發酵與釀造工程學基礎；（2）酒精發酵與釀酒；（3）氨基酸與核酸發酵；（4）有機酸發酵；（5）發酵豆制品；（6）微生物性功能食品與食品添加劑；（7）食品工業廢棄物的生物學處理。教學效果分析：課程緊密結合生產實踐系統地闡述了食品發酵技術，包括食品發酵與釀造認知、菌種（曲）制備、培養基制備、滅菌、發酵過程控制等食品發酵的共性內容；酒類發酵與釀造技術，包括啤酒、白酒、葡萄酒、黃酒等酒類發酵技術內容；調味品發酵技術，包括味精、醬油、食醋及其他調味品發酵技術內容；乳制品發酵技術，包括酸奶發酵技術、干酪制備技術等內容開展教學。使學生系統掌握各類釀造食品的生產技術流程和細節，為學生從事該領域的生產和科學研究提供必要的基礎知識。

1.7 微生物制藥技術內容特色 微生物制藥技術是一門涉及生物學、醫藥學、生物技術、化學和工程學等學科基本原理的綜合性應用技術科學。該課程主要包括生物藥物的質量管理與控制、抗生素藥物、生化藥品和生物制品。為使學生了解生物藥物的來源及其原料藥物生產的重要途徑和工藝過程，掌握生物藥物的一般提取、分離純化原理與方法，了解各類生物藥物的結構、性質、用途和生產方法、生產工藝原理與過程，特開設本課程。選用教材為《現代生物制藥工藝學》（第一版，齊香君主編），具體教授章節如下：第一部分：緒論和生物藥物的質量管理與控制；第二部分：抗生素藥物，包括抗生素的概論、發酵工藝控制以及常見種類抗生素的結構特點、理化性質、作用機理，代表種類、生產工藝和質量控制；第三部分為生化藥品：包括氨基酸藥物、多肽與蛋白質類藥物、核酸與核苷類藥物、酶類藥物、糖類藥物等來源、結構、性質、用途、生產工藝和質量控制；第四部分生物制品：介紹其來源、制備工藝、質量檢定等。教學效果分析：課程緊密圍繞微生物發酵制藥的生產方法、生產工藝原理與過程，結合案例剖析了各類生物藥物的生產的重要途徑和工藝過程，使學生具備利用微生物發酵生產藥物的基本知識、基本理論與基本技能，并且具有開發微生物藥物的初步能力。

1.8 微生態和酶制劑技術內容特色 微生態和酶制劑技術是酶學、微生物學的基本原理與化學工程有機結合而產生的一門新的科學技術，在生物技術人才培養中處于至關重要的地位。為使學生了解并掌握微生態和酶制劑的應用、微生態制劑的類型和作用機理、酶的發酵生產、酶的分離純化、酶和細胞固定化以及酶的分子工程，特開設此課程。選用教材為《酶制劑技術》（第一版，羅立新主編），具體教授章節如下：（1）緒論；（2）酶的發酵生產；（3）酶的分離與純化；（4）酶的固定化及其應用；（5）酶制劑的生產和應用；（6）新型酶劑的開發和應用；（7）酶的分子工程。教學效果：課程緊密圍繞微生態和酶制劑在飼料工業、食品工業、釀酒工業、醫藥工業、日用化妝品工業中的應用，使學生全面掌握微生態和酶制劑的生產技術、檢測技術和應用，并了解微生態和酶制劑生產領域的新技術、新材料和新設備。

1.9 生物技術產業政策與項目申報內容特色 國家對生物技術企業的政策扶持力度愈來愈大，給予的項目資助愈來愈多，但企業對這些政策信息的了解和掌握遠遠不夠，對項目書的撰寫及項目申報也不熟悉，缺少這方面的應用型人才，設置本課程就是為企業進行這方面素質的人才培養。選用教材為皖西學院校本自編教材《生物工程產業政策與項目申報》（陳存武主編），具體開設內容如下：（1）國家中長期科學與技術發展規劃；（2）國家科技計劃體系；（3）“十二五”國家生物技術發展規劃；（4）“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃；（5）安徽省“十二五”科技發展規劃綱要；（6）安徽省戰略性新興產業“十二五”發展規劃；（7）安徽省“十二五”農業科技發展規劃；（8）安徽省“十二五”林業產業發展規劃；（9）六安市創新驅動發展戰略專項資金管理辦法。教學效果分析：課程緊密圍繞國家的生物技術產業政策，各部委、各部門的項目申報流程及項目書的要求進行講授，使學生了解生物技術的各項產業政策及項目申報流程，并學會撰寫各項目書，具備能在生物技術與工程領域從事企業管理、項目申報與管理的能力素質。

1.10 生物技術企業管理與市場營銷內容特色 如何使學生正確理解現代企業管理的概念，掌握企業管理的基本原理和一般方法，并能綜合運用各種原理與方法對生物技術企業管理問題進行分析并初步解決一般企業管理問題，培養學生的企業管理素質，是市場發展對本專業學生能力提升的需求，為此特開設本課程。選用教材為皖西學院校本自編教材《生物技術企業管理與市場營銷》（王寅嵩主編），具體開設內容如下：（1）現代企業概述；（2）企業組織管理；（3）企業生產管理；（4）市場營銷觀念；（5）營銷調研與預測；（6）成功營銷案例。教學效果：課程緊密圍繞企業的組成和性質，以及企業管理思維的形成進行講授，使學生了解市場營銷的組織實施過程，培養學生分析市場，應對市場變化，開發適銷對路的新產品并引導市場的能力。

2 生物工程綜合實驗課程模塊化設置

為配合生物工程專業核心課程的改革建設，生物工程綜合實驗根據專業核心課程的設置相應的劃分為8個模塊[3]，即植物細胞工程實驗模塊、微生物發酵工程實驗模塊、蛋白質工程實驗模塊、生物質煉制工程實驗模塊、植物天然產物開發技術實驗模塊、現代釀造技術模塊、微生物制藥技術模塊、微生態和酶制劑技術模塊。根據上述8個模塊，遴選相應實驗項目，編寫特色明顯的實驗指導教材[4]。

每個實驗模塊均安排了驗證性實驗和綜合設計實驗，驗證性實驗要求學生能根據教師指導或根據講義指導獨立完成經典實驗案例，綜合設計實驗則需要學生在老師的指導下，綜合運用所學知識設計實驗并實施實驗，以期最終達到獨立設計并開展研究性實驗的能力[5]。技術類實驗模塊還開設企業現場演示實驗，以更好的了解企業生產一線的實際情況。

3 生物工程專業實訓實踐不同形式設置

生物工程專業實訓實踐設置分為仿真實訓、創新實踐和拓展實訓3種形式。根據上述3種形式，我院籌建了“安徽省高校生物系統仿真實驗中心”，同時結合我院建設的“植物細胞工程安徽省工程技術研究中心”、“安徽省植物生物技術實訓中心”、“安徽省石斛產業化開發協同創新中心”、“安徽省農林廢棄物綜合利用工程技術研究中心”、“安徽省木本油料資源開發工程技術研究中心”、“六安市蛋白質分離和純化研究中心”、“皖西學院生物質煉制科技創新平臺”以及在省內外48家知名企業建立的實習實訓基地，對學生開展實習實訓活動[6]。

3.1 仿真實訓內容特色 仿真實訓旨在通過運用虛擬現實技術從植物細胞技術、發酵工程技術、生物化學與分子生物學技術和現代儀器分析實驗技術等幾個方面模擬真實實驗教學中成本高、資源消耗大、污染嚴重的實驗教學資源，從而給生物工程類專業學生對生物科學實驗技術有一個整體的認識，學生通過該平臺可進行生物工程各學科虛擬仿真實驗操作。實訓效果分析：（1）以視頻+動畫+仿真+指導的教學，全面解析了專業實驗的各個層面，打破常規實驗教學單一性，使片面的知識系統化；（2）由真實實驗轉為虛擬仿真實驗，可反復操作，節約成本、人力和物力，無藥品、樣品、標本示范的限制，無實驗安全限制；（3）信息量大大增加，將虛擬仿真與網絡技術相結合，資源開放共享，訪問無時空限制；（4）內建題庫系統，提供在線自測，為學生的自我鞏固學習提供一個良好的平臺。

3.2 創新實踐內容特色 工程技術實訓與創新實踐是皖西學院生物工程重點專業集中在企業實訓的一個主要形式，涵蓋8個工程技術方向，學生可以自由選擇其中4個方向進行輪訓[7-8]。目的是使學生在完成專業課程學習進入正式工作前，通過在相關企業的實際操作訓練，了解相應工程技術的市場發展前景，熟悉企業的運行與生產操作、了解相關的工程技術原理、生產技術管理以及相關行業的法律法規，為就業做好充分準備。創新實踐效果分析：通過本輪實訓，使學生了解相關企業的生產流程、技術原理、規范管理以及市場開發等方面的基本知識與運行要求，培養動手操作、創新實踐能力與團結協作、艱苦創業精神，以提高學生的專業素養、綜合素質和社會適應能力。

3.3 拓展實訓內容特色 拓展實訓針對生物技術產業政策與項目申報和生物技術企業管理與市場營銷而展開的實訓內容。前者實訓要求學生掌握生物技術的各項產業政策及項目申報流程，學會撰寫各項目書，包括基礎性科技項目書、應用性科技項目書；后者實訓要求要求學生模擬實際企業管理和市場營銷環節，加深學生對該課程的理解，包括（1）新企業的創建；（2）新產品設計；（3）產品生產工藝設計；（4）市場調研；（5）市場分析和預測；拓展實訓效果：通過本輪實訓，使學生更加了解入駐企業情況、適應企業的環境，并把書本上的專業知識最大化的轉換成與專業相對應的企業的實際生產力和發展力。

生物工程專業三大體系——生物工程專業核心課程教學體系、生物工程綜合實驗教學體系、生物工程實訓實踐體系的建設，有力地促進了高校專業教育的“產、學、研”一體化建設，并符合應用型本科教育職業化的發展趨勢，這種培養模式既讓人才培養適應了市場和企業需求，同時也提供了個人的職業發展或繼續科研深造的選擇可能性。雖然該體系在實際運用中還存在著眾多局限性，但是這種特色化培養的模式是值得廣泛推廣的，它既有別于其他學術型教育模式的科研專業性，有不同于極端推進高校專業建設的全面企業化、市場化。在該模式下，高校教學的實用性有方向性的增強，高校教學的學術性有選擇性的簡并，是符合大多數普通高校教學的辦學宗旨。而特色化的有效途徑則是開展更加緊密的校企合作和交流互動，使人才培養更貼合企業實際需求，同時給予人才自身的發展以明確的定位，減少學生自身對未來的迷茫，提高生物工程專業的對口就業狀況，使人才得到更精準的培養和更充分的利用。

參考文獻

[1]武匯.應用型本科教育職業化走向探討[J].遼寧科技學院學報，2013（3）：74-76.

[2]劉鑫，陳存武.地方應用型本科高校人才培養體系的探索與實踐——以皖西學院生物工程專業為例[J].中國大學教學，2014（12）：40-42.

[3]何曉梅，陳存武，陳乃富.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[J].安徽農學通報，2014（8）：175-177.

[4]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.

[5]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.

[6]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.

[7]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.

[8]顏守保，王順昌.生物工程專業工廠實踐教學的探索[J].安徽農業科學，2014（21）：7274-7278. （責編：張宏民）