应用型本科高校生物工程专业课程特色化的探索与实践

邓辉等

摘 要：示范应用型本科高校皖西学院的生物工程专业是安徽省省级特色专业，是国家级专业综合改革试点专业。为强化人才培养和市场需求对接，该文根据应用型本科高校的要求，提出了生物工程专业课程教学和实践环节的改革探索与实践，将生物工程的课程教学和实践环节进行特色化实施，符合市场发展和人才发展的需求。

关键词：应用型本科高校；生物工程专业；课程特色化

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 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

生物工程专业专门培养掌握生化技术及其产业化的科学原理，掌握现代生物学、生化反应工程、酶工程、基因工程、发酵工程等生物工程技术，具有研究和开发生物化工新产品、新技术的能力，能够在生物技术与工程领域从事设计、生产、管理等工作的科技人才。皖西学院作为安徽省示范应用型本科高校，于2007年开始正式招收生物工程专业学生，该专业于2009年被确定为省级特色专业，2013年被确定为国家级“专业综合改革试点”专业。

如何围绕教育部“高等学校本科教学质量与教学改革工程”中关于开展“专业综合改革”建设的相关要求，结合国家大力倡导发展生物技术领域中的“战略性新兴产业”的发展机遇以及社会发展对人才的需求，在生物工程专业的人才培养模式和教学实践方式等影响专业发展的关键环节进行综合改革，是培养适应经济社会发展需要的应用型、复合型生物工程专业人才急需解决的问题。

我院结合自身定位——示范应用型本科高校和未来发展方向——普通本科教育职业化的要求[1]，确立了“以社会需求为导向，以应用型人才培养为目标，以传授知识向培养能力转变，理论实践并重，校内校外并举，校企联合培养”的人才培养模式。针对生物工程专业核心课程的的教学和实践，进行了教学理念、教学内容、教学方法改革，初步构建了包括植物细胞工程、微生物发酵工程、蛋白质工程、生物质能源工程和天然产物开发技术、现代酿造技术、微生物制药技术、微生态和酶制剂技术等8门专业核心课程以及生物技术产业政策与项目申报、生物技术企业管理与市场营销2门专业核心拓展课程组成的生物工程课程教学体系。同时配套建立了植物细胞工程实验、微生物发酵工程实验、蛋白质工程实验、生物质能源工程实验、植物天然产物分离技术实验、现代酿造技术实验、微生物制药技术实验、微生态和酶制剂技术实验等8个模块组成的生物工程综合实验教学体系和仿真实训、创新实践、拓展实训等3种形式组成的生物工程实训实践体系[2]。上述生物工程专业核心课程教学体系、生物工程综合实验教学体系和生物工程实训实践体系已按计划应用于2010-2014级生物工程专业的教学和实训活动中。

1 生物工程专业核心课程特色化设置

皖西学院生物工程专业的2010-2014级培养方案中专业培养目标的设定，本专业培养学生具有合理的知识结构、良好的人文素质、较强的实践能力和创新精神，能够在植物细胞工程与技术、生物质能源工程、植物天然产物开发与应用技术、蛋白质工程、现代酿造技术、微生物制药技术、微生物发酵工程以及其它生物技术与生物工程类企业的管理、生产、质检、销售岗位就业的应用型人才。

生物工程专业核心课程的设置分为4门工程、4门技术和2门拓展，共10个特色方向，即植物细胞工程、微生物发酵工程、蛋白质工程、生物质能源工程、天然产物开发技术、现代酿造技术、微生物制药技术、微生态和酶制剂技术、生物技术产业政策与项目申报、生物技术企业管理与市场营销。工程类课程注重基础理论知识的掌握，技术类课程强调企业实践技术的应用，拓展类课程围绕个人和企业的生存和发展。根据上述8门核心课程和2门核心拓展课程，从全国范围内遴选教材或编写特色明显的校本教材。

1.1 植物细胞工程内容特色 植物细胞工程是应用现代生物技术改良植物遗传性状、培育植物新品种、生产植物产品的综合技术体系，涵盖着植物组织培养、植物育种技术、植物基因工程等研究内容，在农业、林业、园艺、环境等领域有着广泛的实际应用。植物细胞工程是实践性很强的学科，根据应用型人才培养目标的要求，为加强六安大别山区本土资源的开发和利用，特开设此课程。选用教材为皖西学院校本自编教材《植物细胞工程》（主编：张传海、邓辉），具体章节如下：（1）绪论；（2）植物组织培养的原理与技术基础；（3）植物离体培养的形态建成；（4）植物离体快速繁殖与脱毒培养；（5）花药和花粉培养；（6）植物细胞培养技术及其应用；（7）植物原生质体培养和体细胞杂交；（8）植物的遗传转化技术；（9）农杆菌Ti质粒介导的遗传转化体系；（10）分子标记技术及其应用。教学效果分析：课程紧密围绕本土特色资源和植物细胞工程安徽省工程技术研究中心和安徽省石斛开发协同创新中心的科研成果开展，极大的提高了学生求知的积极性，很好地将植物细胞工程的核心知识核技术传授给学生，增强了学生进行现代农业创业的信心和动力。

1.2 微生物发酵工程内容特色 微生物发酵工程是现代生物技术的重要组成和基础，是生物技术产业化的重要环节。它将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来，广泛而深刻地揭示了发酵过程的本质，其生命力在于在促进产业化发展的基础上不断实行技术改造、更新、创新，使其向高度自动化控制和高效合成代谢的发酵生产转移，在较短时间内获得更多高质量的产品。微生物发酵工程是一门应用性较强的课程，是微生物学和工程技术相交叉的学科，为加强本专业毕业生的在微生物发酵领域的科研、创新和管理能力，特开设此课程。选用教材为21世纪高等院校教材《微生物工程》（第二版，主编：曹军卫、马辉文等）。具体教授章节如下：第一部分微生物工程原理，（1）微生物工程概论；（2）生产菌种的来源；（3）微生物的代谢调节与代谢工程；（4）优良菌种选育；（5）菌种保藏的原理和方法；（6）培养基；（7）种子扩大培养；（8）微生物反应动力；（9）发酵工艺控制；（10）发酵过程的参数检测和自动控制；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论；（2）发酵液的预处理和过滤；（3）沉淀法；（4）溶剂萃取法；（5）双水相萃取法；（6）吸附法；（7）离子交换法；（8）结晶法；第三部分 微生物工程生产设备，（1）培养基灭菌及灭菌设备；（2）发酵设备；（3）空气除菌设备；（4）生产纯化设备。教学效果分析：课程紧密围绕微生物工程原理、微生物工程下游加工工程、微生物工程生产设备讲授，理科的有关知识与必要的工程技术知识有机结合起来，使学生既学到比较专业的微生物学理论知识，又掌握工程技术方面的基础计算和设计工艺流程的原理与方法。

1.3 蛋白质工程内容特色 蛋白质工程是新兴的生物技术领域，涉及多种学科知识，为使学生掌握蛋白质工和酶工程学科的基本原理、基础知识、基本技能，熟悉从事蛋白质科学与工程研究的主要方法和技术，了解蛋白质工程领域的研究方向与最新科技成果，最终为从事蛋白质和酶科学以及相关生命科学领域的科学研究与生产实践打下理论基础，特开设此课程。选用教材为皖西学院校本自编教材《蛋白质工程》（詹少华主编），具体教授章节如下：（1）蛋白质结构基础；（2）蛋白质分子设计；（3）蛋白质的修饰和表达；（4）蛋白质的物理化学性质；（5）蛋白质结构解析；（6）生物信息学在蛋白质工程中的应用；（7）蛋白质的分离纯化与鉴定；（8）现代生物学技术在蛋白质工程中的应用；（9）基因工程基础。教学效果分析：本课程重点讲授蛋白质工程的最基础知识，主要内容包括蛋白质分子改造的结构基础、蛋白质分子设计、蛋白质的修饰和表达以及突变蛋白质的性质分析等。通过本课程的学习，学生能掌握蛋白质工程与酶工程的基础知识和主要方法，并对其应用前景和困难有所了解，为从事有关研究打好基础。

1.4 生物质能源工程内容特色 生物质能源工程是研究未来能源开发利用的工程之一。生物质能源工程主要包括生物质能转换技术定义及类型、生物质的直接燃烧技术、沼气发酵工艺及户用沼气技术、大中型沼气工程、能源生态模式与生物质能项目技术经济评价等内容，为使学生了解世界上生物质能的研究发展前沿，系统地掌握生物质能转换技术的原理、工艺、设备及其应用，特开设本课程。选用教材为皖西学院校本自编教材《生物质能源工程》（孙传伯主编），具体教授章节如下：（1）可再生能源与生物质能源；（2）沼气工程技术与实例分析；（3）燃料乙醇工程与应用实例分析；（4）生物柴油工程技术与应用分析；（5）生物质燃烧、气化、液化及致密成型技术与工程应用；（6）生物质制氢技术；（7）能源生态模式与生物质能项目工程技术经济分析。教学效果分析：课程教学结合应用实例，紧紧围绕生物质能源工程原理及相关技术参数设置分析，使学生把理论和工程实践很好地结合起来，能够对生物质能源有清晰的认识，并能独立分析生物质能源工程的相关技术参数。

1.5 天然产物开发技术内容特色 天然产物是人类预防和治疗疾病的重要来源，天然产物开发技术是现代生物技术的重要部分。为使学生了解以天然产物为主的新药研究，掌握从天然资源（包括中药、植物或草药）中寻找和提取有药理活性效成分的技术和方法，并具备开发天然药物的基础知识，特开设本课程。选用教材为《天然产物提取工艺学》（第一版，徐怀德主编），具体教授章节如下：（1）绪论；（2）天然产物提取方法和技术；（3）新型分离技术在天然产物提取中的应用；（4）糖类提取工艺；（5）氨基酸和蛋白质提取工艺；（6）精油提取工艺；（7）生物碱提取工艺；（8）黄酮类化合物提取工艺；（9）皂苷提取工艺；（10）油脂类化合物提取工艺。教学效果分析：课程紧密结合生产实践系统地阐述了植物天然产物提取分离方法的原理、特点及应用，以及植物天然产物的提取分离工艺特性，使学生了解并掌握植物天然产物提取的基本理论和基本方法，为今后从事植物天然产物提取开发及检测分析工作奠定基础。

1.6 现代酿造技术内容特色 现代酿造技术是将生产原料通过微生物细胞或酶转化成跟日常生活密切相关的食品的技术，特别注重现代生物技术在该领域的应用。为使学生了解并掌握食品发酵技术、酒类发酵与酿造技术、调味品发酵技术、乳制品发酵技术，特开设此课程。选用教材为《食品发酵与酿造工艺学》（第二版，何国庆主编），具体教授章节如下：（1）发酵与酿造工程学基础；（2）酒精发酵与酿酒；（3）氨基酸与核酸发酵；（4）有机酸发酵；（5）发酵豆制品；（6）微生物性功能食品与食品添加剂；（7）食品工业废弃物的生物学处理。教学效果分析：课程紧密结合生产实践系统地阐述了食品发酵技术，包括食品发酵与酿造认知、菌种（曲）制备、培养基制备、灭菌、发酵过程控制等食品发酵的共性内容；酒类发酵与酿造技术，包括啤酒、白酒、葡萄酒、黄酒等酒类发酵技术内容；调味品发酵技术，包括味精、酱油、食醋及其他调味品发酵技术内容；乳制品发酵技术，包括酸奶发酵技术、干酪制备技术等内容开展教学。使学生系统掌握各类酿造食品的生产技术流程和细节，为学生从事该领域的生产和科学研究提供必要的基础知识。

1.7 微生物制药技术内容特色 微生物制药技术是一门涉及生物学、医药学、生物技术、化学和工程学等学科基本原理的综合性应用技术科学。该课程主要包括生物药物的质量管理与控制、抗生素药物、生化药品和生物制品。为使学生了解生物药物的来源及其原料药物生产的重要途径和工艺过程，掌握生物药物的一般提取、分离纯化原理与方法，了解各类生物药物的结构、性质、用途和生产方法、生产工艺原理与过程，特开设本课程。选用教材为《现代生物制药工艺学》（第一版，齐香君主编），具体教授章节如下：第一部分：绪论和生物药物的质量管理与控制；第二部分：抗生素药物，包括抗生素的概论、发酵工艺控制以及常见种类抗生素的结构特点、理化性质、作用机理，代表种类、生产工艺和质量控制；第三部分为生化药品：包括氨基酸药物、多肽与蛋白质类药物、核酸与核苷类药物、酶类药物、糖类药物等来源、结构、性质、用途、生产工艺和质量控制；第四部分生物制品：介绍其来源、制备工艺、质量检定等。教学效果分析：课程紧密围绕微生物发酵制药的生产方法、生产工艺原理与过程，结合案例剖析了各类生物药物的生产的重要途径和工艺过程，使学生具备利用微生物发酵生产药物的基本知识、基本理论与基本技能，并且具有开发微生物药物的初步能力。

1.8 微生态和酶制剂技术内容特色 微生态和酶制剂技术是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的一门新的科学技术，在生物技术人才培养中处于至关重要的地位。为使学生了解并掌握微生态和酶制剂的应用、微生态制剂的类型和作用机理、酶的发酵生产、酶的分离纯化、酶和细胞固定化以及酶的分子工程，特开设此课程。选用教材为《酶制剂技术》（第一版，罗立新主编），具体教授章节如下：（1）绪论；（2）酶的发酵生产；（3）酶的分离与纯化；（4）酶的固定化及其应用；（5）酶制剂的生产和应用；（6）新型酶剂的开发和应用；（7）酶的分子工程。教学效果：课程紧密围绕微生态和酶制剂在饲料工业、食品工业、酿酒工业、医药工业、日用化妆品工业中的应用，使学生全面掌握微生态和酶制剂的生产技术、检测技术和应用，并了解微生态和酶制剂生产领域的新技术、新材料和新设备。

1.9 生物技术产业政策与项目申报内容特色 国家对生物技术企业的政策扶持力度愈来愈大，给予的项目资助愈来愈多，但企业对这些政策信息的了解和掌握远远不够，对项目书的撰写及项目申报也不熟悉，缺少这方面的应用型人才，设置本课程就是为企业进行这方面素质的人才培养。选用教材为皖西学院校本自编教材《生物工程产业政策与项目申报》（陈存武主编），具体开设内容如下：（1）国家中长期科学与技术发展规划；（2）国家科技计划体系；（3）“十二五”国家生物技术发展规划；（4）“十二五”国家战略性新兴产业发展规划；（5）安徽省“十二五”科技发展规划纲要；（6）安徽省战略性新兴产业“十二五”发展规划；（7）安徽省“十二五”农业科技发展规划；（8）安徽省“十二五”林业产业发展规划；（9）六安市创新驱动发展战略专项资金管理办法。教学效果分析：课程紧密围绕国家的生物技术产业政策，各部委、各部门的项目申报流程及项目书的要求进行讲授，使学生了解生物技术的各项产业政策及项目申报流程，并学会撰写各项目书，具备能在生物技术与工程领域从事企业管理、项目申报与管理的能力素质。

1.10 生物技术企业管理与市场营销内容特色 如何使学生正确理解现代企业管理的概念，掌握企业管理的基本原理和一般方法，并能综合运用各种原理与方法对生物技术企业管理问题进行分析并初步解决一般企业管理问题，培养学生的企业管理素质，是市场发展对本专业学生能力提升的需求，为此特开设本课程。选用教材为皖西学院校本自编教材《生物技术企业管理与市场营销》（王寅嵩主编），具体开设内容如下：（1）现代企业概述；（2）企业组织管理；（3）企业生产管理；（4）市场营销观念；（5）营销调研与预测；（6）成功营销案例。教学效果：课程紧密围绕企业的组成和性质，以及企业管理思维的形成进行讲授，使学生了解市场营销的组织实施过程，培养学生分析市场，应对市场变化，开发适销对路的新产品并引导市场的能力。

2 生物工程综合实验课程模块化设置

为配合生物工程专业核心课程的改革建设，生物工程综合实验根据专业核心课程的设置相应的划分为8个模块[3]，即植物细胞工程实验模块、微生物发酵工程实验模块、蛋白质工程实验模块、生物质炼制工程实验模块、植物天然产物开发技术实验模块、现代酿造技术模块、微生物制药技术模块、微生态和酶制剂技术模块。根据上述8个模块，遴选相应实验项目，编写特色明显的实验指导教材[4]。

每个实验模块均安排了验证性实验和综合设计实验，验证性实验要求学生能根据教师指导或根据讲义指导独立完成经典实验案例，综合设计实验则需要学生在老师的指导下，综合运用所学知识设计实验并实施实验，以期最终达到独立设计并开展研究性实验的能力[5]。技术类实验模块还开设企业现场演示实验，以更好的了解企业生产一线的实际情况。

3 生物工程专业实训实践不同形式设置

生物工程专业实训实践设置分为仿真实训、创新实践和拓展实训3种形式。根据上述3种形式，我院筹建了“安徽省高校生物系统仿真实验中心”，同时结合我院建设的“植物细胞工程安徽省工程技术研究中心”、“安徽省植物生物技术实训中心”、“安徽省石斛产业化开发协同创新中心”、“安徽省农林废弃物综合利用工程技术研究中心”、“安徽省木本油料资源开发工程技术研究中心”、“六安市蛋白质分离和纯化研究中心”、“皖西学院生物质炼制科技创新平台”以及在省内外48家知名企业建立的实习实训基地，对学生开展实习实训活动[6]。

3.1 仿真实训内容特色 仿真实训旨在通过运用虚拟现实技术从植物细胞技术、发酵工程技术、生物化学与分子生物学技术和现代仪器分析实验技术等几个方面模拟真实实验教学中成本高、资源消耗大、污染严重的实验教学资源，从而给生物工程类专业学生对生物科学实验技术有一个整体的认识，学生通过该平台可进行生物工程各学科虚拟仿真实验操作。实训效果分析：（1）以视频+动画+仿真+指导的教学，全面解析了专业实验的各个层面，打破常规实验教学单一性，使片面的知识系统化；（2）由真实实验转为虚拟仿真实验，可反复操作，节约成本、人力和物力，无药品、样品、标本示范的限制，无实验安全限制；（3）信息量大大增加，将虚拟仿真与网络技术相结合，资源开放共享，访问无时空限制；（4）内建题库系统，提供在线自测，为学生的自我巩固学习提供一个良好的平台。

3.2 创新实践内容特色 工程技术实训与创新实践是皖西学院生物工程重点专业集中在企业实训的一个主要形式，涵盖8个工程技术方向，学生可以自由选择其中4个方向进行轮训[7-8]。目的是使学生在完成专业课程学习进入正式工作前，通过在相关企业的实际操作训练，了解相应工程技术的市场发展前景，熟悉企业的运行与生产操作、了解相关的工程技术原理、生产技术管理以及相关行业的法律法规，为就业做好充分准备。创新实践效果分析：通过本轮实训，使学生了解相关企业的生产流程、技术原理、规范管理以及市场开发等方面的基本知识与运行要求，培养动手操作、创新实践能力与团结协作、艰苦创业精神，以提高学生的专业素养、综合素质和社会适应能力。

3.3 拓展实训内容特色 拓展实训针对生物技术产业政策与项目申报和生物技术企业管理与市场营销而展开的实训内容。前者实训要求学生掌握生物技术的各项产业政策及项目申报流程，学会撰写各项目书，包括基础性科技项目书、应用性科技项目书；后者实训要求要求学生模拟实际企业管理和市场营销环节，加深学生对该课程的理解，包括（1）新企业的创建；（2）新产品设计；（3）产品生产工艺设计；（4）市场调研；（5）市场分析和预测；拓展实训效果：通过本轮实训，使学生更加了解入驻企业情况、适应企业的环境，并把书本上的专业知识最大化的转换成与专业相对应的企业的实际生产力和发展力。

生物工程专业三大体系——生物工程专业核心课程教学体系、生物工程综合实验教学体系、生物工程实训实践体系的建设，有力地促进了高校专业教育的“产、学、研”一体化建设，并符合应用型本科教育职业化的发展趋势，这种培养模式既让人才培养适应了市场和企业需求，同时也提供了个人的职业发展或继续科研深造的选择可能性。虽然该体系在实际运用中还存在着众多局限性，但是这种特色化培养的模式是值得广泛推广的，它既有别于其他学术型教育模式的科研专业性，有不同于极端推进高校专业建设的全面企业化、市场化。在该模式下，高校教学的实用性有方向性的增强，高校教学的学术性有选择性的简并，是符合大多数普通高校教学的办学宗旨。而特色化的有效途径则是开展更加紧密的校企合作和交流互动，使人才培养更贴合企业实际需求，同时给予人才自身的发展以明确的定位，减少学生自身对未来的迷茫，提高生物工程专业的对口就业状况，使人才得到更精准的培养和更充分的利用。

参考文献

[1]武汇.应用型本科教育职业化走向探讨[J].辽宁科技学院学报，2013（3）：74-76.

[2]刘鑫，陈存武.地方应用型本科高校人才培养体系的探索与实践——以皖西学院生物工程专业为例[J].中国大学教学，2014（12）：40-42.

[3]何晓梅，陈存武，陈乃富.应用性本科高校生物工程专业实验课程模块化的探索与实践[J].安徽农学通报，2014（8）：175-177.

[4]马建岗.综合实验课在生物工程专业课程体系的探索与实践[J].探索与实践，2013，31（2）：223-224.

[5]赵新民，夏莉，徐玲.生物工程专业三个专业方向实验体系设计研究[J].广州化工，2012，40（17）：163-164.

[6]韩邦兴，陈乃富，刘传芳.“以科研促教学”的几点探索与实践[J].中国民族民间医药，2010，13（2）：88-89.

[7]韦传宝，刘昌利.对生物工程专业学生实践教学差别培养模式的研究[J].皖西学院学报，2012，28（2）：34-35.

[8]颜守保，王顺昌.生物工程专业工厂实践教学的探索[J].安徽农业科学，2014（21）：7274-7278. （责编：张宏民）