应用型本科院校《生物分离工程》实践教学课程体系的构建设想

谌 颉， 胡 昇， 雷引林， 尚龙安

（1.浙江大学宁波理工学院生物与化工学院， 浙江 宁波 315100；2.武汉工程大学化工与制药学院， 湖北 武汉 430073）

随着我国生物相关行业的快速发展，对生物工程专业学生的需求明显加大。但根据一些用人单位的回访情况，目前一般本科院校培养的学生所接受的职业训练与用人单位的预期还存在一定的偏差。同时从每学期对于教学效果进行的评估和调查中也发现，作为知识接受方的生物工程相关专业学生对于目前的课程设置也存在一定疑问。因为从教学环节中明显感觉到与实际环节之间的差距比较大，所以，学生对于专业课程的学习难以足够重视，甚至有部分同学完全丧失兴趣。总之，明确的实践性教学要求与目前显得僵化的生物工程专业课程的教学设置之间的差距，逐渐成为困扰本专业师生的一个主要矛盾。本文主要以《生物分离工程》课程为例，探讨在工程教育背景下，通过重新构建专业课程，用专业理论与实践应用相结合的方式来破解目前存在的主要矛盾的可能性途径。

一、面向未来的应用型本科院校的人才培养特点

近些年来，应用型本科院校成为国内高等教育的重要组成部分，其主要来源包括三方面：地方院校的升级、民办大学的创建以及公立院校二级学院（独立学院）的建设。这些本科院校的出现，一方面代表了我国现阶段教育改革将高等教育在适龄人群中普及的一个大趋势，同时也是我国经济建设进入到一个新的阶段之后产业链开始由低端向高端缓慢提升的一个必然的市场化需求。中国作为“世界工厂”已经多年，但一直困扰业界的主要问题之一就是产品附加值过低，产业过多集中在中低端劳动力密集型产品，最终主要利润都落入国外跨国企业的囊中。近些年来，政府大力扶持制造业升级，希望实现由劳动力密集型产业向技术密集型产业的转变。这一举措在部分行业如信息、冶金、机械、电子等领域已经收获了一定的成效。这些转变的实现，除了需要政府通过资金政策扶持之外，更需要企业自身研发能力的提高，特别依赖于具备高素质的能够服务于生产一线的工程师队伍的建立。以21世纪的朝阳产业——生物制品行业为例，传统的生物制品企业如大型发酵工厂往往员工的综合素质不高，只能在上级主管人员的指挥下完成诸如开闭阀门、洗消、巡查及取样等简单操作。随着企业自动化程度的提高，以及多种高灵敏在线检测器的引入，现代发酵工业的控制集成度也随之大为增加，操作人员可以在中央控制台完成各项常规操作，这同时也对操作人员的专业背景特别是实践综合能力提出了更高的要求。另外，在一些高端的生物医药类产品（如单克隆抗体的规模化生产）的生产流程中，由于涉及许多新的技术与方法，并要求更为精细的操作，其部分一线操作人员的工作岗位要求必须接受过良好的专业实践综合能力训练，这远非一般的工人能够胜任。这表明，伴随中国制造业的整体进步，高素质的一线工人有可能成为发展的瓶颈。对于解决这一矛盾，中国的高等院校责无旁贷，而应用型本科院校更是应该顺应这种潮流而获得自身的发展。

应用型本科院校的发展问题，近些年来频繁见于教学研究的报道。对于其人才培养的定位，潘懋元等人认为，它应既有别于传统本科院校培养的学术型人才，又有别于高职高专院校培养的技能型人才。“应用型本科院校不是要求知识的全面系统,而是要求理论知识与实践能力的最佳结合,根据经济社会发展需要,培养大批能够熟练运用知识、解决生产实际问题、适应社会多样化需求的应用型创新人才。”归纳起来，应用型本科院校的人才培养有以下几个突出特点：首先，应用型本科院校培养人才的最终目的，是学生能够在未来生产过程中解决实际的问题。生产中的问题的解决，不同于科学研究，其工作思路、研究手段与优化目标都截然不同，因此所需要的知识背景与专业训练过程都会有所差异。但这并不意味着该类院校提供的是简单的职业教育。在人才培养过程之中，还会进行系统的学习能力与方法论的训练，使得学生具有更强的适应性与解决实际问题的能力。其次，应用型本科院校主要是为地方培养人才（实际上，这类院校一般也是依托地方的支持来办学的），因此从专业的创办到课程的设置都会根据本地区的经济特点来作适应性的考虑。这就说明，应用型本科院校的发展将是非常市场化的行为，所存在的巨大需求就有可能促进其更好发展。最后，应用型本科院校的师资力量配备更为灵活，存在多种来源的可能。兼具业务能力与专业背景的教师，不仅能将“产学研”更为有机地结合在一起，还能在教学中将学生的实践水平提升到一个更高的高度。鉴于此，应用型本科院校的人才培养特点，直接决定了其课程设置绝对不能照搬其它院校的传统方案，而应该适应学校发展的特点来建设有明显自身特色的专业课程。

二、《生物分离工程》的学科背景及其目前存在的问题

国内开设生物工程专业的应用型大专院校已达上百个之多，其中绝大多数都将《生物分离工程》作为专业的核心主干课程。因此，该课程可以作为一个典型的样本来探讨应用型生物工程专业的课程设置。《生物分离工程》作为化学工程与生物技术的一个交叉学科，其知识覆盖范围相当广泛。从理论层面的传质机理、过程模型到实践层面的应用技术、分离介质、工业设备乃至流程设计等等，都有可能成为教学内容。此外，这门课程实践性很强，单纯的讲授很难达到好的教学目的。多年来，在各级教育类学术期刊上，已经有不少文章探讨了《生物分离工程》教学改革的各个方面问题，并提出了各自的观点。这表明，大家普遍体会到了这门课程教学上所存在的问题并尝试加以解决。一般的解决方案将视野关注于知识的传递过程，采用调整授课形式（如小班化分组教学），拓展课堂内容（如增加课外专题作业）以及激发学生学习兴趣（如设置针对性的科研训练计划）等方法来提升综合的教学效果，同时辅以实验环节的投入与改善来增加学生的实践经验。这些手段虽能从一定程度上改善教学效果，但都忽视了一个重要的环节，即为被传递的知识本身。

教育的基本理念之一就是“因材施教”，也就是教育要以对象的不同而采用不同的培养方式和方法。对于各种培养方向的学生，合理选择和编排教学内容即是这种理念的基本体现之一。值得注意的是，从目前一些主流的《生物分离工程》教材内容看来，与应用型生物工程专业人才的培养目标明显脱节。生物分离工程脱胎于化工的分离过程研究，且至今还有相当多的化工分离手段被直接应用于生物产品的提取。目前的《生物分离工程》教材的编排也多沿袭了化工单元操作教学的特点，即是先介绍某一特定的生物分离技术，再推出案例以加深认识。在课程的教学过程中，教师讲授的方式也基本依照此次序，只不过在具体操作上会有所差异。这种教学模式的优点是由点及面，教学的进度容易掌握，课堂讲授也容易形成条理。但其中存在的一个较大的缺陷，就是它会将一个完整流程割裂开来，影响学生对于分离过程系统性的认识，无法提升到整体实践性的全局专业高度。此外，在课程讲授过程中的基本思路是先有一个具体方法，然后举出案例来说明其可用于哪些产品。而实际问题的处理思路，则是先有特定产品，然后针对这个产品寻找一个优化的方法组合，即过程流程。思路上的截然相反极易造成学习（教学）与实践（应用）的脱节。前面所述的教材编排组织上的偏向于科学研究型或教学研究型本科院校，这一点在应用型本科院校的教学工作中显得尤为突出。

三、新型的基于工业流程的专业教育思路

现代的生物工业生产首先是一种经营活动，其核心的内容是生物产品。对于一种具有一定通用性的生物产品，其生产途径往往不是唯一确定的。在实际的生产环节，对于工艺路线的选择，除了要求技术上的可行性，更多体现出的是经济上的考虑，尤其是生产成本、投资及回报可能性。实际生物工业过程的生产流程，往往不是单元操作的简单堆砌，而是基于工程原则的选择优化结果。因此，若以典型生物产品的生产工艺流程为核心来展开教学工作，对于培养以工业界为直接服务对象的生物工程人才，势必带来教学效果上的改善。以《生物分离工程》的课程教学为例，在学习“沉淀分离方法“这一专题章节的过程中，我们尝试选取血液制品工业中较为经典的Cohn 6+9工艺流程作为核心案例。Cohn 6+9工艺由Cohn团队与20世纪40年代开发，其主要作用是从人血浆中提取白蛋白和免疫球蛋白。该工艺路线使用低温乙醇为沉淀剂，在不同条件下将人血浆中的各种蛋白逐步沉淀分离直至最后得到纯度较高的产品。工艺路线的成败决定于低温乙醇的沉淀条件，而主要有5大因素影响蛋白质沉淀：pH、离子强度、乙醇浓度、温度和蛋白质浓度。很明显，前三者分别对应了三种重要的沉淀机制等电点沉淀、盐析和有机溶剂沉淀。通过安排这一案例的学习，不但可以了解这三类基本的沉淀法方法，更重要的是学习了如何将不同方法结合起来达到所需的选择性。由这个例子可以看出，以具体工艺流程来组织教学的主要内容，在实践性要求方面有了明显的增强，而对于教学材料的组织和编排提出了更高、更具体的要求。

为了配合以这种以工艺流程为核心的教学模式，需要编制新的针对性教材，以适应应用型本科院校生物工程相关专业的《生物分离工程》课程教学的现实需要。新的教材应尽量兼顾、结合和体现理论教学的系统型与实际案例的实践性，教学内容的组织将以经典的生产流程为中心。实际下游加工过程的组织与设计，往往都是基于具体的分离对象进行的，这样编排可以更好地模拟实际生产工艺设计者的思路。教学内容将体现理论与实践的结合，以及设计与应用的结合。而最重要的是教学活动将在三个尺度上展开：（1）操作单元是系统最基本的组成部分，对分离单元操作的讲解是常规教学必不可少的环节。对于单元操作的讲解内容包括原理、操作与主要相关设备。（2）生产分离流程是我们教学中的中心内容，通过了解典型生物产品的分离流程的构建与优化过程，来学习流程的设计思路、工艺的选择原则以及系统优化方法。（3）产品生产是一个复杂的系统，综合了包括技术与经济等多方面的因素。从这个尺度去观察生物分离过程的设计，将有助于加强生物工程专业学生所必须具备的全局观念与整体意识。依据以上教学理念，未来教材中生物分离工程的学习内容将被按照典型生物产品生产过程进行了重新划分。首先，通过介绍生物能生产技术了解常规的生物材料预处理方法。其次，依次以传统发酵产品、蛋白质药物与重组产品、精制的生物制剂为对象，讲解由低端到高端的各类生物分离技术。最后，补充天然产物提取技术与成品技术。总体上希望这样编排可以使教材具有更强的实践性，但也不乏条理性。

四、结论

应用型本科院校，作为直接面向企业输送专业人才的基地，其自身定位决定了教学中要更好地与生产实践相结合。为了解决生物工程专业教学过程中由于现有专业课程教学设置的局限性而导致的一些矛盾，本文尝试从教学内容的组织着手进行一些改革和尝试。以《生物分离工程》课程为例，新的教学方案将以典型的工业流程为中心展开。通过三个尺度上对于这些工业流程的解读，不但能够满足传授基本原理的需要，还能让学生在教学中更为真切地接触到实际工业流程。实际的工业生产过程是个复杂的系统，而在了解这个系统的过程中，一方面可以与其它专业课程的教学相呼应，另一方面更能让学生了解工业过程的设计思路与优化理念，大大增强他们的全局观念与整体意识。笔者认为，通过以上的教学改革，将有助于培养具有良好专业素养的应用型生物工程人才，为企业与社会带来更大的经济效益与社会效益。

[1]潘懋元，车如山.略论应用型本科院校的定位[J]，高等教育研究，2009，（5）.

[2]尹宁伟.应用型本科院校师资队伍建设的现状、问题与对策[J]，河北科技大学学报（社会科学版），2012，（3）.

[3]曹学君,赵延斌,等.生物分离工程精品课程建设推动教学质量跃上新台阶[J]，化工高等教育，2006,（2）.

[4]胡永红,姚忠,等.本科生《生物分离工程》教学改革与实践[J]，理工高教研究，2006,（6）.

[5]李祖名,李丽云.生物工程下游技术课程教学改革的探索[J]，化工高等教育，2008,（6）.

[6]张瑞平,裴俊青,等.生物工程下游技术课程教学体会和改革初探[J]，化工高等教育，2012,（5）.

[7]梅余霞,梁运祥.生物分离工程课程教学改革的思索与实践[J]，课程教育研究，2013,（21）.

[8]刘 力,刘文芳.人血白蛋白分离工艺的历史沿革及发展[J]，中国输血杂志，2008,（4）.