生物工程专业系统化实验教学模式与创新

中南林业科技大学生命科学与技术学院 彭继庆 董旭杰 曾超珍

生物工程是一门新兴的综合性应用学科，兴起于20 世纪70 年代初，直到20 世纪90 年代才形成了系统的生物工程概念。生物工程是以生物学(特别是分子生物学、微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。我国开设生物工程专业的院校众多，根据院校类型可以分为医药类生物工程、食品类生物工程、农林类生物工程、环境类生物工程、化工类生物工程等多种类型，每种类型的生物工程专业面向和解决的问题都存在很大差别。因此，面对行业出现的问题，如何培育各行各业专门性生物工程人才是各类院校共同思考的问题，也是打造优势学科的方向。

一、生物工程实验教学现状与不足

生物工程专业是以生物学的理论和技术为基础，分子生物学、微生物学、遗传学、生物化学和细胞学等学科的理论和技术构成了生物工程专业的理论和技术基础，化工、机械、电子计算机等现代工程技术是解决生物工程问题的技术手段。生物工程专业的课程设置涉及范围广，课程之间联系较少，如果在实验教学过程中不能突出生物学理论和学科发展规律，不能紧密联系学科定位和人才培养目标，各课程之间就会片段化、区域化，课程之间缺乏联系。尤其是化工、机械和电子计算机等现代工程技术相关课程的教师，很多缺少生物学知识背景，不能将现代工程技术与生物学的理论和技术很好地结合。因此，生物工程专业的学生在学习过程中获得了更多的支离破碎的课程内容，很难将生物学基本理论和技能与现代工程技术紧密联系在一起形成系统化的知识体系，在解决生产实际问题时更容易出现考虑问题不全面、不系统等现象，不能很好地培育生物工程专业型人才。

二、生物工程系统化实验教学的意义

生物工程将生物学与生物技术先进的基本理论和科学技术转化为生产实践，转化为生产力，是将基础理论和先进技术转化为生产力的桥梁。因此，生物工程专业的学生不仅要具有扎实的专业知识，还应具有完善的工程技术体系，将生物学和生物技术理论结合工程技术原理形成完善的适宜大规模生产的技术规程，并开发出满足该技术规程所需要的成套设备。这样才能使生物技术产业发展不断完善，使生物技术产业进入发展快车道，突出其战略地位。现实生活中的各种难题，都可以看作一个系统，都需要系统的知识和技术体系才能解决。因此，为培养学生具备扎实系统化的专业知识和实验技能，使学生形成系统的知识体系和实验技能，对学生进行系统化实验教学就显得尤为重要。同时，学生在系统化实验教学过程中也更容易发现自身知识体系中的缺点与不足，反过来加强专业知识理论的学习。由此可见，生物工程系统化实验教学不仅能提高学生的实验技能，形成完整的技术体系，还能丰富和发展学生的专业知识水平和学习积极性，更能够锻炼学生系统化的思维模式，使看待和解决实际问题更加全面，解决问题更加高效。此外，生物工程系统化实验教学还有助于学生明确目标和方向，增强学习积极性和探索积极性，提高自身创新性和竞争力，增加就业率。

三、生物工程系统化实验教学的组织形式

（一）生物工程实验课程设置的系统化

目前，生物工程专业开设的主要实验课程包括大学物理实验、微生物学实验、生物工程综合实验、酶制剂与酿酒工艺学实验、生物质能源与废弃物的再生利用实验、食品生物技术实验、微生物遗传育种学实验、细胞与基因工程实验、生化分离工程实验等实验课程。这些实验课程之间看似存在很大区别，实则存在一定的逻辑顺序和科学联系，根据课程性质可以分为基础实验课程和应用实验课程，如微生物学、微生物遗传育种学、细胞与基因工程、大学物理实验和生物工程综合实验等这些实验课程重点介绍生物工程课程实验的专业原理和基本技能，是生物工程专业学生的必备技能，也是生物工程专业的基础。酶制剂与酿酒工艺学、生物质能源与废弃物的再生利用实验、食品生物技术实验等实验课程应用性更强，更能体现生物工程行业面临和解决的问题，在行业发展中得以广泛应用。但是这类实验课程的开设需要较强的基础理论基础和实验技能，需要在前期基本知识和技能学习的基础上，培养学生的系统思维和解决实际问题的能力。实验开设应以综合性和探索性实验为主，这不但有利于学生系统地掌握生物工程的专业知识和专业技能，还有利于提高学生的系统思维和解决实际问题的能力。

（二）生物工程实验教学内容的系统化

生物工程实验教学内容与学校定位、专业定位和人才培养目标高度一致，贯穿实验教学的整个过程。每门课程都是为实现学校定位、专业定位和人才培养目标服务的，因此，生物工程实验教学内容的系统化选择与合理安排对专业发展和人才培养质量具有重要影响，各门实验课程都要统一筛选和精心组织实验教学内容，注重学科发展规律，注重各实验课程之间的联系，对实验教学内容进行系统化设置，从而保证各实验课程之间的连续性，进一步保证实验技能和实验方法之间的连续性、系统性，从而使各门实验课程之间形成统一整体，形成完整的知识体系和实验技能体系。

（三）生物工程实验教学材料选择的系统化

生物工程专业开设的各门课程看似孤立，实则具有紧密联系，生物工程基础理论和技术体系共同构成了生物工程专业课程体系。为了加强各专业课程和实验课程间的联系，突出知识体系的系统性，也突出技术体系的连续性，在生物工程实验课程教学开展过程中，各门实验课程可以争取在实验材料上保持一致，实验内容上保持衔接，并将实验过程和解决生产实际问题有机结合，使学生在实验过程中感受到所做的实验并不是一个孤立的实验，体验到实验过程就是解决生产实际问题的过程，提高学生学习实验课程的积极性和主动性，提高学生对本学科的认识，明确学习目标和就业方向。以造纸工业中的木质素生物降解为例，在生物工程专业实验教学过程中，从野外进行分离纯化木质素降解菌开始，经菌种鉴定、菌种保藏、菌种诱变，培养基优化、发酵体系优化、发酵条件优化、酶的分离纯化、酶活鉴定、酶的修饰和酶的固定化等整个过程可以利用同一种微生物完成，形成了一套完整的技术体系，更有利于学生系统掌握知识和技术体系，培养系统思维和全面解决实际问题的能力。

（四）科研项目反哺实验教学，体现实验技术体系的系统性

科研项目的开展往往多学科交叉融合，多技术层层推进，形成了完整的知识体系和技术体系，更能体现知识和技术的系统性。在实验教学过程中可以将一些成熟的科研项目内容进行改进，融入本科实验教学过程中，这不仅能够不断更新本科实验课程内容，还能够使学生了解行业发展需求，直观了解生物工程专业在解决生产实际问题中所发挥的作用，对提高学生学习积极性和人才培养质量具有极大的促进作用。

四、结语

随着生物工程产业的发展，行业对生物工程人才培养质量的要求越来越高。为了培养学生形成系统化的理论知识体系和实验技能体系，实验教学应将生物工程专业理论与实验技能连成一体，同时增强实验课程之间、实验技能之间的联系，构建生物工程实验课程知识体系，以利于培养学生的系统思维能力和系统的实验技能，促进生物工程领域培养从事生产经营、开发设计及教学科研的高素质、复合型人才。