農業院校生物工程專業實訓技能教學改革探討

林元山++楊華++蘭時樂+彭國平

摘要 生物工程實訓技能教學平臺承擔起生物工程專業理論教學、實踐技能教學與生產應用接軌的橋梁。在本科專業教學中，實訓技能既承載著以產品化、工藝化新型教學模式，培育一線生產應用人才，又履行科研成果孵化器的功能，完善了教學體系。本文分析了生物工程專業實訓技能教學的特點、主要任務及存在的問題，并總結了教學改革措施和改革效果，為提高實訓技能教學質量提供理論基礎。

關鍵詞 生物工程；實訓技能教學；問題；改革措施；改革效果；農業院校

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）22-0278-02

1 生物工程專業實訓技能教學的特點和主要任務

生物工程專業是生物應用工程學科，其要求學生學習運用生物技術及其產業化的科學原理、工藝技術過程和工程設計等基礎理論，掌握微生物菌種選育與培養技術、基因操作技術、發酵工藝技術、生化分離技術等基本技能，結合化學及工程學的基本原理和技術手段，進行產品的合成、加工研究、過程開發和工藝優化，使學生培養成能在生物技術與工程領域從事設計、生產、管理和新技術研究、新產品開發的工程技術人才。因此，生物工程專業實訓技能教學是理論和實踐應用相結合的重要環節，承擔起生物工程專業技能與生產應用實現互通的橋梁，主要包含2個層次的教學任務[1]。

第一層次是將驗證性、創新性、綜合性的實驗，經小試、中試等系列操作，在實訓中心平臺逐一“放大”工藝流程，通過優化工藝，試制出成型的、達到質量要求的、具體的合格產品。學生在試制產品過程中，將理論知識和實踐充分結合，不斷獲得提升。這一層次的實訓技能教學，具有起點低、選擇性高、適應面廣、創新性突出的特點，既適合大學本科畢業生自主創業專業技能要求，符合大眾創業、萬眾創新生物時代潮流，又適合人才市場對生物相關專業技術人才的選擇需求。

第二層次是將當今工業化、規模化的大型生產企業的復雜生產工藝，經縮影、再現等系列操作，在實訓中心平臺逐一“縮小”，獲得接近質量要求的、具體的類似產品。這一層次的實訓技能教學，具有起點高、運行穩健、成功率高、風險低的特點，適合大學本科畢業參與大型公司、企業相關應的求職應聘就業，符合培養技能型、技術管理混合型人才的選擇需求[2-3]。

2 存在的問題

2.1 生物工程本科專業在生產一線就業率低

根據湖南農業大學生物類畢業生歷年就業統計情況來看，生物類本科生的就業去向，主要有以下幾個方面。一是深造學業，繼續攻讀碩士研究生、博士研究生（包括出國留學），這一類畢業生比率接近50%。二是從事生物類技術支持、技術服務，包括國內外知名儀器售后服務、生物醫藥診斷試劑技術服務。三是從事生物關聯類銷售及管理工作，包括生物試劑、微生態制劑和飼料類產品的銷售工作。四是直接從事生物產品的一線生產工作，這一類就業比率因競爭激烈相對較少。五是進入公務員系統（含選調生），這一類就業比率更低。就業趨勢除受學生個人意愿和生產需求的影響外，還受教學計劃實施的影響。生物工程專業實訓教學計劃的執行，往往安排在專業課教學完成之后的本科四年級進行，時間需要2～3個月。由于參與考研深造的學生比率高，由此衍生出實訓技能培訓和考研沖刺準備的時間沖突問題，本科四年級第一學期正逢公務員、研究生備考，本科四年級第二學期正逢研究生復試、畢業論文和畢業實習、畢業就業關鍵時期。因此，實訓技能教學的開展受到干擾，實訓技能教學的效果也受到影響。

現階段，大量生物技術、生物工程本科人才遠離生物產業第一線，在生產領域的就業率不高。就畢業生個人而言，很少有在生物技術領域積淀5～10年，更難成長為生物領域的領軍人才。這與高等教育專業培養目標相悖。可見，確保生物技術、生物工程人才在生物產業內穩定的就業率，已是高等院校生物類專業教育面臨的迫切問題。

2.2 實訓場地、設施等硬件投入資金大

生物技術的上游技術，不論是利用細胞技術、基因工程技術，還是酶工程技術、微生物發酵技術，是一個生命過程。實訓技能教學更多涉及生物技術下游技術，包括產物的分離、純化、精制，環境污染的防治與清潔生產，這是一個生物化學過程，整個過程復雜，內容豐富，涉及多課程知識與技術的綜合應用。

要實現較大規模人員的實訓技能教學，就要滿足多產品試制、多工藝模擬驗證。因此，生物工程平臺建設需要較大的實訓基地面積和大量的設備。實訓平臺涉及產品的試制、生產，其設備規模至少是中試級，資金投入超過1 000萬元，不僅投資量大，而且后處理工藝中的廢渣、廢水、廢氣的排放必須經過環評立項，實訓平臺立項驗收周期長。若實訓技能教學設施不足，實訓項目選擇有限，受訓學生難以找到興趣點。可見，加大實訓場地、設施投入，是完善生物工程專業實訓技能教學的硬件要求。

2.3 實訓項目的選擇需求多，產業化應用難度大

不同于先修理論課程的多媒體演示、虛擬仿真、微課、MOOC在線網絡等教學的務虛性質，生物工程實訓技能教學完全是工藝化、技術化、產品化的“實戰”操作，其計量尺度遠遠大于毫升、微升、毫克、克等微尺度，更適合用千克、立方米等尺度來衡量。現場教學效果用學生優化的工藝及產品進行評價，受訓學生最終以自己完成的試制產品能否獲得符合市場需求來認可。

基于生物工程專業實訓技能教學的內在要求，其承擔起與生物生產應用接軌的橋梁作用。受訓學生的群體性和生物產業應用的多樣性要求實訓項目的可選擇性也是多需求的，而且實訓項目也要經受市場的選擇。長期以來，國內學校科研成果是以SCI論文發表所在的區域、影響因子的分數、專利成果的個數、主持研究項目的級別與經費額度進行考核的，技術偏離市場是高校研究成果轉化的瓶頸。受訓學生在先修課程以及參與重點實驗室的研究，積累較好的研究技術，對生物產業前景的預期和喜好不盡相同，如生物制藥、組培快繁、微生物發酵、天然產物提取精制等。但其技術積淀尚未在實訓中經受市場檢驗，學生對實訓項目的側重偏好，依然有較大的彈性。可見，實訓項目的設計既要有一定的技術含量，又要有市場價值和較大的選擇余地，這是順利推進生物工程專業實訓技能教學實施的軟件要求。endprint

3 改革措施

湖南省是農業大省，其中水稻種植面積和產量居全國首位；生豬養殖居全國第2位；水體養殖極其豐富，素有“魚米之鄉”的美稱；工業酶制劑、植物提取物、生物有機肥等產業居全國前例。我校農業生物工程實訓技能教學平臺的建設，主要以生物發酵和植物功能成分提取2條主線，緊密圍繞農業生產及其相關產業開展實訓技能培訓進行教學。

3.1 加大相關設備硬件投入，建設工科實訓基地群

2011年，我校獲得中央財政與地方共建，獲得生物工程實訓中心、農業機械工程實訓中心、農用汽車工程實訓中心、植物功能成分利用中心4個工科實訓基地建設立項。其中生物工程實訓中心，新建建筑面積1 200 m2，大型設備資產480萬元。在延續發酵工程、酶工程、生物制藥、生物分離工程等生物工程專業主干課的綜合實驗、中試放大實踐教學操作基礎上，完成了生物發酵和植物功能成分提取2個實訓主平臺的建設，變電裝機容量400 kW，燃氣鍋爐供熱產汽量達1 t/h，配備司爐工1～2名，同時容納60～70人實訓技能現場教學，融實訓技能教學于生產應用實際之中。

微生物發酵實訓平臺，建成3個發酵車間。一是機械攪拌液體發酵中試生產線（10—100—1 000 L放大），每批發酵公稱體積達700 L以上，配套有螺桿空壓機、無菌空氣過濾除菌系統、發酵罐、調漿罐、中轉罐、菌種制備室、板框過濾機、陶瓷膜微濾機、超濾-納濾系統、蝶式離心機、三足離心機、沸騰干燥以及包裝機等設備。二是固體淺盤發酵車間（10 m×8 m×2 m立體發酵），每批發酵產品可達500 kg以上。配套有物料混合機、臥式滅菌鍋（900 L）、接種槽、發酵架以及沸騰干燥機。三是酶解反應器小試操作平臺（4套×10 L），可水解底物100～500 g，配套有中空纖維過濾系統。

天然產物提取實訓平臺，建成3個產品試制車間。一是天然產物提取中試車間（100—300 L放大），每批浸提干物料30～60 kg，同時配套有切藥機、洗藥機、烘干機、純水制備系統、提取罐、濃縮罐、濾-納濾-反滲透膜系統、酒精回收塔、結晶罐以及噴霧干燥塔。二是旋轉蒸發小試車間，包括1、2、5、20 L各2套小試操作設備，配套有冷卻循環水循環制冷機，每批浸提物料0.1～3.0 kg。三是超臨界萃取車間（1—10 L），每批萃取物料0.5～3.0 kg。

3.2 依據實訓平臺設備功能，注入實訓工藝

基于實訓平臺硬件設備的建成運行，根據現有設備條件，生物工程實訓中心以發酵中試平臺和植物功能充分提取平臺雙軌運行模式，優化設備、工藝組合，建設多條實訓工藝流程，開啟受訓學生興趣面，依托農業生物資源，完成10～12個生物產品小試工藝，完成中試放大常設工藝5～6個，機動創新項目1～2個，依學生興趣分組，供技能培訓選擇使用。確保每個受訓學生掌握1套完整的試制工藝2～4個，生產1～2個市場認可的成型產品，并能舉一反三。

3.2.1 常設中試實訓項目。分發酵和提取2個模塊實施，為必選項目。受訓學生必須從每個模塊選擇1項以上完成實訓操作，學生受訓覆蓋率達100%，可選項目包括以下6個。①細菌淀粉酶10—100—1 000 L發酵制備工藝，該工藝模擬國內酶制劑領導企業溢多利鴻鷹翔酶制劑公司、尤特爾公司先進生產線完成。②生物有機肥高溫菌發酵復合菌劑的固體發酵工藝，該工藝模擬長沙水地沙生物科技有限公司先進生產工藝完成。③黑曲霉飼用木聚糖酶制劑固體發酵工藝。④中藥復方20 —100 —300 L三級放大提取、純化工藝。⑤1—10 L兩級放大“山奈揮發油超臨界萃取工藝”。⑥丁酸梭菌厭氧發酵制備內生芽孢粉劑工藝，工藝模擬10 —100 —1 000 L 三級放大工藝[4]。

3.2.2 生物產品小試工藝項目。工藝相對簡單，物料投入少，受訓學生覆蓋率50%～60%。包括百草膏的熬制工藝；可壓性淀粉與維生素C全粉末直接壓片工藝；鹽酸小檗堿的提取、干燥與膠囊顆粒的小試制備工藝；酶法轉化木聚糖為低聚木糖的小試工藝；凝固型酸奶發酵制作工藝；手撕面包發酵烘培工藝；咸鴨蛋腌制工藝；泡菜發酵制作工藝；茶多酚提取純化工藝，越橘花色苷的提取與純化工藝等。

該實訓主要培養學生從原料選取直至整個產品完成。掌握天然產物提取完整的工藝流程，培養學生從事車間生產、工藝管理、產品質量控制、成本控制（技術員、主管級別）和自主創業的工作崗位。

3.2.3 機動實訓創新與來料加工項目。每年根據市場熱點產品，新增1～2項創新工藝，吸引學生參與創新研究，或承接外來中試放大項目，受訓學生覆蓋率5%～10%。

4 改革效果

4.1 提高受訓學生實戰操作技能，開拓視野，激發興趣

實訓技能教學模擬大型生產企業，以“縮小”的工藝化模式教學，學生在實訓平臺掌握大型企業完整的生產工藝流程，培養學生從事車間生產、工藝管理、產品質量控制、成本控制管理等，受訓學生容易成長為相關生產關鍵工藝的技術和骨干，在職場中與面試官交流機會和交流時間大為增加，能適應技術員、工程師、主管級別等職位。實訓技能教學模擬小型生產企業，以“放大”的產品化模式教學，通過市場對接，比對試制產品性能優劣，學生除掌握工藝外，還要掌握市場經營模式，尋找市場準入點，有利于受訓學生成長為從事銷售的優質人才，在銷售領域擁有一席之地，逐步開拓屬于自己的實業，通過資源共享，過渡到自主生產。若以自主創新產品化模式教學，通過前瞻性預測技術和市場，學生除掌握一般生物工藝外，還要切入培養學生知識產權保護和市場洞察力，培養學生自力更生、艱苦創業的精神意志，指導大學生創業，獲取政府資助、補貼，掌握微企經營管理模式。受訓學生適合投入政府大力支持的大學生自主創業浪潮之中。如凝固型酸奶發酵制備或面包發酵制備實訓項目，受訓學生仍然設計以詳細的單因素試驗、正交試驗耐心、細心的操作，優化為滿意的結果。在實訓體驗過程中，受訓學生的專業興趣明顯提高，有些學生在此基礎上制定了自己的職業規劃，走上了自主創業之路。

4.2 夯實教師科研成果孵化平臺，提高教師的教學熱情

教師在指導產品制備工藝中，通過鼓勵學生“復制”其工藝自主創業，評價科研成果的市場價值，實現科研成果投入生產領域“最后一公里”助跑。指導教師不僅可以完成教學工作量，還會不斷挖掘其科研動力，完成研、學、產接軌，不斷補充科研資金，獲得市場認可，并提高指導教師的指教地位，教學熱情高漲。

4.3 完善本科教學體系、豐富教學手段和模式

隨著網絡技術的快速發展，獲得知識的途徑越來越多，選擇面也越來越大，碎片化的網絡知識信息嚴重沖擊大學課堂的系統教學。實訓技能教學的產品化、工藝化正好彌補理論教學的這一缺陷，實訓技能教學平臺承擔了專業知識體驗館角色，受訓學生在這個平臺上反復試制、模擬、優化產品方案，不斷改進小試、中試工藝，甚至是不計成本地重復操作、鞏固、提高，教學效果顯著提高。

5 參考文獻

[1] 杜翠紅，劉靜雯，邱曉燕，等.生物工程專業綜合實驗教學體系改革探索[J].集美大學學報（教育科學版），2008（4）：86-88.

[2] 劉韻.課程教學與職業技能鑒定相銜接的高職課程教學模式改革途徑探析[J].教育教學論壇，2017（43）：1-2.

[3] 曾彩紅.師范生信息化教學技能實訓環境及項目的設計研究[D].杭州：浙江師范大學，2016.

[4] 靳挺，武玉學，張麗靖.生物工程專業實驗教學改革的思考[J].實驗科學與技術，2011，9（6）：70-71.endprint