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

摘 要：皖西学院生物工程专业是省级特色专业，国家级专业综合改革试点专业。近年来，根据应用性本科高校的要求，该院加大了生物工程专业实验实践教学环节的改革力度，将生物工程综合实验分模块实施，取得了良好的教学效果。

关键词：生物工程；综合实验；模块化实施；探索

中图分类号 G64 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）08-175-03

Abstract：Biology Engineering of West Anhui University is the provincial characteristic and national comprehensive trial reform specialty. In recent years，in according with the demand of demand-oriented applied undergraduates，the practical teaching of experiment for bioengineering major is greatly enforced and comprehensive experiment is modularized with nice teaching effects.

Key words：Bioengineering；Comprehensive experiment；Modularization；Exploration

短短几年，生物工程专业发展所取得的成绩是有目共睹的，它已是当今世界发展最快的专业之一，是生命科学通向应用领域的桥梁学科。生物工程专业专门培养掌握生物化学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产品、生物保健品、生物药品的能力，能够在生物技术与工程领域从事设计、生产、管理和新技术、新产品研制开发等工作的高级科技人才。皖西学院生物工程专业于2007年开始正式招生，是省级特色专业，国家级“专业综合改革试点”专业。我校结合生物工程专业应用性较强的特点，更新相关实验设备，改善实验教学、条件，对生物工程专业的实验课程进行教学理念、教学内容、教学方法改革，初步构建了包括植物生物技术、蛋白质分离纯化技术、植物天然产物分离技术、微生物发酵技术以及生物质炼制技术等5个模块组成的生物工程综合实验教学体系，并应用于生物工程专业实验课程教学。

1 皖西学院生物工程专业的课程体系

皖西学院生物工程专业的培养方案规定，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、蛋白质与酶工程、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。为了使该培养方案得到实施，相应的课程体系组成为：公共基础课程、高等数学、大学物理、大学物理实验。学科基础课程：专业概论（导论）、无机及分析化学、有机化学、物理化学、基础化学实验、仪器分析、工程制图、化工原理、化工原理实验、普通生物学（分动植物部分和细胞分子遗传部分）、普通生物学实验、微生物学、微生物学实验、生物化学、生物化学实验、生物统计与实验设计、文献检索与科技论文写作。专业核心课程：植物生物技术、植物天然产物开发、微生物发酵工程、蛋白质与酶工程、生物质能源工程、生物工程综合实验[1]。

2 生物工程综合实验课程模块化设置

生物工程综合实验根据专业核心课程的设置分为5个模块，即植物生物技术实验模块、植物天然产物开发实验模块、微生物发酵工程实验模块、蛋白质与酶工程实验模块、生物质炼制实验模块。根据上述5个模块，遴选相应实验项目，编写特色明显的实验指导教材。

2.1 植物生物技术实验模块 植物生物技术实验具体安排如下6个项目：（1）植物组培实验室设计和实验设备、实验用品认知；（2）MS培养基母液的配制；（3）MS培养基配制、灭菌与分装；（4）外植体分化生长的诱导培养；（5）外植体脱分化生长的诱导培养（6）组培苗的炼苗。教学目的：掌握母液的配制方法；掌握培养基配制的步骤和灭菌方法；掌握不同材料（外植体）的消毒和接种方法；掌握获取愈伤组织的方法；通过本实验加深对几个基本概念（植物细胞全能性、分化、脱分化、再分化、愈伤组织、炼苗等）的理解。可执行性分析：依托“植物细胞工程安徽省工程技术研究中心”和“安徽省植物生物技术实训中心”两个平台，借助一整套成熟的植物组培技术和实践经验丰富的指导教师团队以及诸多的产学研合作基地，能够很好地将植物组织培养技术传授给学生，并付诸于实践。

2.2 微生物发酵工程实验模块 微生物发酵工程实验具体安排如下4个项目：（1）固定化酵母细胞的制备；（2）固定化酵母细胞发酵制酒及其影响因素分析；（3）蜡状杆菌液体发酵产果胶酶；（4）啤酒生产。教学目的：学会制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵；了解菌种的制备及其质量检测，学会使用二联发酵系统并进行规模发酵；学会使用圆柱露天锥形发酵罐发酵生产啤酒。可执行性分析：项目（1）、（2）属于研究性实验，根据实验指导书和文献资料的查阅，学生们能独立完成；项目（3）、（4）属于综合性实验，应用性极强，能激发同学们的兴趣，学生们通过课前查阅资料，带着问题进入实验室，在老师的指导下，自己动手操作，以期达到预期目标。

2.3 蛋白质与酶工程实验模块 蛋白质与酶工程实验具体安排如下5个项目：（1）SDS-PAGE；（2）5-12%SDS-PAGE；（3）抗血清制备；（4）Western blot；（5）猪血中超氧化物歧化酶（SOD）的分离纯化及活力测定。教学目的：学习SDS-PAGE测定蛋白质分子量的原理；掌握SDS-PAGE电泳的操作方法；了解抗血清制备的基本原理；掌握抗血清制备的操作步骤及方法；掌握应用Western blot检测抗原及蛋白水平表达等；掌握SOD的分离纯化及活力测定。可执行性分析：5个实验的开设不仅让学生们掌握了基本的实验操作技能，而且为学生们更高层次的深造打下了坚实的基础，同时也推动了“皖西学院抗体制备及其质量检测中心”的可持续发展，加强了产学研项目的深入合作，师生共赢，校企共赢。

2.4 植物天然产物开发实验模块 植物天然产物开发实验具体安排如下4个项目：（1）植物色素的提取、性质及稳定性：（2）黄酮类物质的提取、分离和性质；（3）植物多糖的提取、分离和性质；（4）油料作物中油脂的提取、精制和有关性质。教学目的：了解植物色素、黄酮类物质、植物多糖和油料作物中油脂等物质的提取方法、提取过程，学会运用单因素实验、正交实验等实验方法优化目标物质提取的最优条件，并通过提纯目标物质，研究其理化性质或生物活性。可执行性分析：植物天然产物开发涉及的范围较广，生物工程教研组根据实际情况开设了以上4个项目，其中第1个项目是我们开设的传统项目，后3个项目与我们教师的科研课题密切相关，是我校研究的优势项目，实验条件优越，仪器设备齐全，能够达到教学和科研的优势互补，教学相长。

2.5 生物质炼制实验模块 生物质炼制实验具体安排如下4个项目：（1）了解生物工程企业生产环境及生产技术原理；（2）比较不同生物工程行业废水检测方法；（3）熟练掌握废水BOD和COD的检测原理与方法；（4）利用农林废弃物进行生物质炼制提取木质素。教学目的：使学生了解相关生物工程企业的生产流程、生产技术原理、下游废水排放达标要求以及最重要的排放物生产过程检测方法，加强对生物生产和管理的达标排放的认识，同时学习相关检测方法。可执行性分析：我校生物工程专业在第五学期有2个月的企业实习，学生们根据兴趣进入相关企业，结合专业特点，学生们有选择的进行实习、实训，了解生物工程行业的进展和前景；另外借助校级“生物质炼制科技创新平台”，学生们能掌握废水BOD和COD的检测原理与方法，初步利用农林废弃物进行生物质炼制提取木质素等实验技能。

3 生物工程综合实验课程的实施

3.1 开设开放式实验 改大班集中实验为小组分散循环实验教学，由于发酵罐、啤酒发酵系统、气质联用仪、液相色谱仪、原子吸收光谱仪等实验设备台套数少以及组培室等实验场地的限制，又由于实验内容的需要，在操作上要求连续，在实际教学时就必须改变原来大班上课状况，只有将学生分散，以小组的形式进行训练，采取学生循环而实验项目固定的循环实验教学方式，才能最大限度地提高实验设备和实验场所的利用率。同时，建立生物工程专业综合实验操作训练的音视频、试题库等，完善实验用多媒体教室以及仿真实验室的建设。

3.2 开设自主设计性实验 高等教育的目标是培养素质高、能力强的创新人才，如何实现“能力为重”的战略主题对高校创新人才培养提出新的要求。提高本科生的动手能力和创新意识一直是实验教学改革的主题。在自主设计性实验中，老师给出实验项目名称，学生们查阅资料，设计实验方案，然后与指导老师讨论实验方案的可行性，对无法实施的方案，老师给予适当的指导后重新设计，对可行方案进行讨论修改。在实验方案设计可行的情况下，学生们进行实验操作，观察现象，记录实验数据和实验结果，并对结果给予分析，撰写实验报告，准备ppt进行实验汇报。经过近3a的自主设计性实验的开设，学生们独立动手能力和创新思维能力得到了培养和提高，也大大激发了同学们自主学习的兴趣[2]。

3.3 开设研究性实验 充分发挥我院教师科研能力强的优势，将教师的科研成果[3]引入教学，将科研课题转化为实验教学内容，把科研成果转化为实验项目，将科研设备开放于实验教学。既能让学生参与到教师的科研中去，培养学生科研的兴趣，又能在教师的带动下培养科研的思维[4-5]。

3.4 走进工厂，实地参观学习 诸如啤酒发酵实验、植物组培实验等，我们带学生深入企业，深入一线，实地参观学习。不仅加强了学生们理论联系实际的能力，同时让学生们了解实验开设的必要性和实用性，增强学生们实验的目的性。

生物工程综合实验模块化的实施赋予了本实验课程新的实验内容。通过实验，学生们不仅获得系统性的实验操作训练，培养了独立动手能力和创新思维能力，而且也对相关专业方向有了系统性的认识，减少了学习理论知识的盲目性。

参考文献

[1]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.

[2]张萍萍，尹若春，查向东.基于植物微核的学生自主设计性实验[J].民主教学，2013，33（2）：201-202.

[3]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.

[4]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.

[5]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.

（责编：张长青）

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