黄训端

(安徽大学生命科学学院， 合肥 230601)

生物工程是以生物科学与生物技术为基础，由细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程、微生物学、遗传学、分子生物学以及生物化学工程学等多学科相互交叉渗透、融合、发展而成的新兴的工程技术学科，是21世纪前沿学科之一。生物工程是生物高新技术成果产业化的基础，是实验室研究通向大规模工业生产的纽带。1998年中国教育部对高等学校的本科专业目录进行了大规模调整修订，将发酵工程、生化工程、微生物工程等专业合并建立了生物工程专业[1-3]。安徽大学2002年获批设置生物工程本科专业，次年开始招生，经过10年的发展，建设成为校级重点建设专业，形成了有自身特色的人才培养体系，特别是在专业实验教学方面，构建了系统化的实验教学内容，形成了完善的实验教学体系。

1 生物工程专业实验教学内容体系的内在特征

生物工程专业实验教学内容的设置，是需要长期实践而不断完善的[4-8]。从一般意义上说，生物工程本科专业的培养目标为：掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论与基本技能，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[3]。生物工程作为一个新兴的工科专业，学科专业交叉性强、涉及领域多，实验教学内容与项目可选择余地大，这在一定程度上导致了对生物工程专业实验教学内容体系理解的差异，有的以偏概全不能深入核心，有的甚至与生物技术专业混为一谈。分析生物工程专业实验教学内容体系建设，需要围绕专业培养目标，理解核心知识体系和内在结构，按照卓越工程师要求，培养工程技术人才。一般而言，生物工程专业实验教学内容体系需把握以下内在特征和要求：

第一、培养目标工程化。中国生物工程办学历史较短，纵观生物工程专业的办学背景，除部分建立在化学工程及相关学科基础之上外，绝大多数都是在生物学及其应用学科基础之上拓展衍生的。由于生物学为理学学科，与工学学科相比，在课程设置、内容安排、教学体系等方面存在差异。不可否认，以生物学为基础起家的生物工程专业，生物学背景过于浓郁，工程实验与实践较为薄弱。这种现象必须扭转，特别是在专业实验训练方面，工程化训练应放在重中之重的位置。

第二、教学过程系统化。生物工程是生物技术及其产业化的学科，在人才培养方案中，应设计完备的知识体系，在生物工程上游的菌种选育改造、基因工程、分子生物学、遗传学等，中游的微生物发酵、动物细胞培养、植物细胞培养、海洋生物培养等，下游的生物分离、纯化、浓缩、干燥等，统筹兼顾生物工程的上、中、下游技术安排，不可偏颇，使学生受到系统化训练。

第三、实验内容专属化。生物工程专业实验教学内容应该专门化，具备特有性，以区别于生物技术或化学工程等邻近专业属性。紧紧围绕细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程的核心内容体系，设置与拓展教学内容，训练学生掌握生物工程原理，培养学生设计与研发生物产品的能力，突出产业化思维。

2 生物工程专业实验教学内容设计

在生物工程专业实验教学实践中，应紧紧抓住专业内涵和要求，围绕专业核心内容体系，以实验项目为载体，采用模块化的设计模式，突出创新思维，促进学生能力培养。

2.1 生物工程专业实验教学内容模块化设计

2.1.1 专业实验模块

设立基因工程系列实验，系统训练学生掌握基因克隆、载体构建、转化筛选、蛋白表达、分离鉴定等技能。

设立细胞工程系列实验，系统训练学生掌握动植物细胞培养、原生质体制备、细胞融合、细胞拆合、细胞破碎、产物提取等技能。

酶工程系列实验，系统训练学生掌握酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化、生物反应器等技能。

发酵工程系列实验，系统训练学生掌握菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养、接种、发酵过程和产品的分离提纯等等技能。

2.1.2 拓展实验模块

设立生物工艺学系列实验；

设立生化分离工程系列实验。

2.1.3 创新实验模块

结合学院教师科研课题，在抗生素、甾体化合物、工业用酶、生物技术在医药及环境中应用等方面教学大学生科研训练计划。

2.2 生物工程专业实验教学项目设置

生物工程专业要求学生具有较强的实验操作能力，学生在专业学习过程中的实验较多，表1罗列了该专业学生需完成的实验任务。

表1 实验项目名称

2.3 创设实验课程设计项目

课程设计是培养学生自主学习能力的重要形式。本着“以人为本、整合培养，求是创新、追求卓越”的教学理念，以实验理论为先导、以知识综合应用和技能训练为基础、以研究创新实践为核心，创设组织细胞培养设计、基因工程药物生产设计、工业发酵设计、生物反应器设计、生化工程与设备设计、生物工程工厂设计等训练项目，综合细胞工程、微生物学、遗传学、发酵工程、基因工程等理论和实验方法技术，以生物工程学科发展动态专题讲座为导向，在设计目的、设计内容、设计方法、设计要求、预期结果、进度安排等方面给予学生具体指导，学生自行选题和教师指导选题，由学生自行实验设计并加以研究创新，使之成为生物工程教育创新体系的有机组成部分。

3 生物工程专业实验教学体系建设

生物工程具有工程学科属性，赋予了工科人才培养目标和教学内涵，专业实验教学作为工程实践重要的、基础性的组成部分，在人才培养理念中给予高度重视，优先发展，重点建设。将生物工程专业实验独立设课，分设《生物工程专业实验(上)》和《生物工程专业实验(下)》，列入培养计划的第五、第六学期实施。聘请有丰富实践经验的老师担任实验指导老师，并采取委派年轻教师分批到企业进行合作研究和生产实践的方式，提高教师工程实践能力，为实验教学注入工程化气息。

改革实验室管理体制，采用实验技术人员主管、学生助管配合的方式，实现了实验场所、实验时间的开放。改革教学方法，对于生物工程综合设计型实验，通过循序启发，增强学生的独立思考能力。综合设计型实验的内容较多、难度变大、仪器相对复杂，运用启发式教学，明确实验课题的工程背景，逐步启发引导，让学生开动脑筋，树立自信，主动发现和解决问题，培养学生独立工作能力。对于设计研究性实验，实行专题开放式教学，除上述实验场所、时间开放外，还实现了实验方式开放，教师负责指导咨询、修订方案等工作，具体的实验步骤、测试方法、数据采集与处理分析等过程均由学生独立完成，赋予了学生更多的主动权，给学生创造了独立处理问题的环境，培养了学生独立思考，勇于探索、敢于实践、不断创新的精神。充分利用实验室资源，对学生创新实验、科研训练计划、课程设计、挑战杯竞赛等活动，配置小型仪器和设备，设置大型仪器共享平台，近3年为生物工程本科生开放性研究课题近20项，使一批同学收到良好地训练。建立多元化的实验考核办法，采取过程考核和最终考核相结合的方法，对不同课程和不同类型的实验采用不同的考核方法；在考核中，结合实验特点与要求，以基本理论、基本知识、基本技能为要求，重点考查知识综合运用能力，以可靠的方法检验实验教学的效果。

编制的实验讲义，供学生参考使用。讲义内容主要包括：基因工程药物的生产，从重组质粒的构建、工程菌的构建、工程菌的发酵，到表达活性蛋白的分离、纯化、提取技术，形成完整的基因工程药物生产实验体系；发酵工程技术，传统的酒精、啤酒等厌氧食品发酵技术；通气搅拌液体深层抗生素发酵技术，液体静置啤酒发酵，固体酶制剂发酵技术；实验内容涵盖以食品、抗生素、酶制剂为产品的发酵，发酵类型涵盖好氧发酵、厌氧发酵、液体发酵、固体发酵；产物分离技术，包括酒精的蒸馏法提取；抗生素的提取、纯化、加工技术；酶制剂的分离、提取技术。编制的实验讲义内容突出生物工程核心技术体系，有利于提高学生的综合实验能力，有利于提高生物工程专业学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。

新型实验技术和多媒体技术的日趋成熟，为实验教学的前沿化、手段的现代化提供了基础。开展计算机辅助教学，运用多媒体手段如PPT、动画等展示复杂的理论与技术，以直观的形式加深学生对知识点的理解；建设网络教学管理信息平台，开设网络教学环节，利用网络习题、课件更新与网络专题讲座等交流形式，拓展教学空间，有效提高实验教学质量。

4 结束语

21世纪是生命科学世纪，生物经济将会引领时代潮流。国家和地方都已经将生物技术产业化列入发展规划。随着社会经济的快速发展，对生物工程专业的人才数量需求大，对生物工程人才培养质量期望高。生物工程专业实验教学是工程实践的启蒙训练，在人才培养具有重要地位和作用。但实验教学涉及因素多，体系复杂，需要在教学理念、资源配置、运行机制、质量管理等方面给予足够的支撑。因此，实验教学改革是高等教育改革的难点和重点[9,10]。我校在教育教学实践中，将生物工程专业实验独立社课，紧扣工程化人才培养目标，设计了专业实验教学内容和项目体系，完善教学体系建设，保证培养规格，取得了显著的教育教学效果。为进一步加强生物工程专业建设，还需要瞄准学科前沿、市场需求，突出地方特有生物资源开发利用，加大投入和改革力度，将生物工程专业办出特色、办出水平，为社会输送卓越工程人才。

[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]张丽靖,靳 挺,雷引林,等. 生物工程专业综合性实验的实践探索[J].实验科学与技术,2010,8(4):111-113.

[3]阳小成,雷泞菲,李 凛,等. 理工大学生物工程专业课程体系建设与教学改革的思考[J].教育与教学研究2010,24(5):76-78.

[4]贾建波,赵玉萍,孔 晶. 生物工程专业本科生实践创新能力培养体系的建立与实践[J].高校实验室工作研究,2011,2:1-2,25.

[5]康小虎,田永强,谢 放,等. 生物工程专业实践教学改革探讨[J]. 实验科学与技术,2011,9(5):86-87,135.

[6]陈剑锋,陈 菁,谢 航,等. 构建生物工程学科创新实验教学体系提高学生的动手实践能力[J]. 实验技术与管理,2010，27(3):22-24.

[7]邵文尧,陈成泉,王海涛,等. 生物工程专业实验教学改革与实践[J]. 化工高等教育,2010,27(1)34-36,48.

[8]郭学武,陈叶福,肖冬光. 生物工程专业开放实验教学探讨[J]. 中国轻工教育,2010,3:79-80.

[9]王剑锋,黄训端,孔小卫. 基础生物化学实验教学对学生技能的培养[J]. 生物学杂志,2009,26(2):88-90.

[10]黄训端,何家庆,李能树,等.浅议基础生物学实验教学的困境、困因与对策[J]. 生物学杂志,2005,22(1):40-42.