构建以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式研究

构建以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式研究

朱向东　钟敏　李汉广

1998年教育部将高校原有的发酵工程、生物制药、化学工程、生化工程等专业统一调整为生物工程专业，现在作为一级学科。据教育部生物科学与工程专业教学指导委员会调查，全国各大院校基本上都开办了生物工程专业^［1］。我国将生物工程列为重点发展领域，生物工程也是各国优先发展的领域。美国率先在大学建立了研究中心，生物工程被列为一门基础必修课，发达国家已制定一系列政策，优先发展生物工程产业，生物工程正在将越来越多实验室中的生物技术转化为生产力。调查也显示，当前高校生物工程专业建设中存在一个较普遍的突出问题，就是各学校生物工程专业实验教学改革与实验室建设明显滞后。怎样使学生掌握微生物学、生物化学、化学工程、发酵工程等学科的基本理论和基本技能满足社会需要。因此，如何结合学校原有专业基础，正确定位专业建设目标，优化人才培养方案，增加教学投入，加强生物工程专业实验教学改革和实验室建设，是当前生物工程专业建设亟待深入研究和重点解决的问题。

江西农业大学生物工程专业经历了从最早的土壤微生物，农用抗生素、杀虫微生物，发酵工程等不断拓展、逐步发展和完善的过程。我们根据本专业以应用微生物为主要对象，通过发酵工程，生物分离工程，生物产品质量监测等方面形成鲜明的特色与优势，构建开放式、研究型以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式，提高教学质量，促进教学改革。

“生物分离工程”是生物工程专业一门重要的必修课程，该课程的特点是涉及的基础知识、基本理论内容多，与生产联系非常紧密等^［2］。常言道：“兴趣是最好的老师”，让学生深刻了解生物分离技术在生物技术中的重要地位，强调生物物质的分离纯化是生命科学研究和生物技术产品生产的必备技术手段，是生化产品能否产业化的关键；同时指出目前我国生物分离技术的现状以及我国目前生物分离技术所面临的巨大商机；培养学生学习兴趣的，努力使他们学好生物分离工程课程，使他们掌握物质分离的基本技能，熟练各项单元操作，为进行生物工程大实验做好充分准备。

生物产品分离起始材料具有浓度稀、成分复杂、不稳定等特点，而生物产品质量要求却很高。生物分离工程成本往往占整个生物工程产品形成总成本的70％以上，我国生物分离工程课程体系的建设起步较晚，且大多是基于传统化工单元操作，产品的下游制备成为瓶颈。因此，实现高效、清洁的生物分离过程需要更新的知识结构和专业人才，相关的课程建设刻不容缓。通过微生物发酵提供原料，使学生在众多的单元知识学习过程中，将知识点融会贯通，将不同的单元串联起来设计某种特定生物产品的纯化工艺路线，并进行工程放大。发酵工程产品，生化产品，还是天然资源产品都需要用生物分离手段，快速地，大规模地，高纯度，实现产品分离纯化，表现出鲜明的工程与应用特色。生物分离实验往往持续较长时间，以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式分两大部分，即一部分为到校外生物工程生产企业和科学研究部门参观学习，首先进行认识实习，学生在第四学年的第一学期，安排一周时间到南昌亚啤有限公司，南昌大学中德食品工程中心，中枚股份江西生物药厂等实习，建立感性认识。要求学生熟悉生物分离工程生产设备及流程，撰写认识实习报告；第二部分为在生工院实训基地进行的大实验，时间安排二周。在实训基地，用通过微生物发酵提供原料，进行全面系统熟悉生物分离工程设备及工艺流程。进一步增强学生对生物分离工程，特别是对工业化环节的认识，为学生提供切实的动手和开展创新实验的机会，实训基地原有各种类型的发酵罐，为开设以生物物质分离为核心的生物工程大实验，为此，学院又购置了板框过滤设备，离心机，萃取设备，导流式层析柱和干燥箱等物质分离设备，满足了开设大实验的需要。

我们在“生物工艺学”、“生物分离工程”、“发酵工程设备”课程理论和实验完成之后，在实验中心，安排学生利用微生物发酵工程获得原料，通过生物物质分离，产品检测等实验，开展以生物物质分离工程实验为核心的生物工程大实验的教学，让学生参与完成整个实验过程，制得生物产品，学生能体会到成就感，并提高实验兴趣。让学生参与生物工程上，中，下游各个实验环节的学习，掌握从菌种从发到最终产品的获得整个过程，实现课程之间、学科之间的广泛交叉与相互渗透。实验中心实验人员准备好所需仪器设备在工作状态，我们给以相关实验条件的准备，给予学生具体指导。在实验完成后，要求学生以组的形式，写出小论文。(www.xing528.com)

让学生参与以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式的学习，使他们不仅成为熟练掌握生物工程领域上游技术、又精通生物分离工程领域的人才，更好地适应生物工程产业化的发展需要。通过学生参与以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式的学习，使学生不但掌握单元操作技术，并将不同的单元串联起来设计某种特定生物产品的纯化工艺路线，并能在实践中加以综合应用。生物工程专业的毕业生熟练掌握生物分离技术，熟悉工业生产，使他们不仅在传统产品生产领域，例如啤酒、酱油、味精等生产部门就业，而且在制药和一些新的领域工作，拓宽就业渠道。

开展以生物物质分离为核心的生物工程大实验教学模式的教学具有重要作用，生物工程专业大实验，把科研成果转化为实验项目，促进教师积极申报科研项目。生物工程注重于应用，因此，要求培养学生具备较强的实验技能，使学生独立思考、积极探索，并在思考中加深对所学知识的理解，在以后的实际工作中能解决问题。实验需要集体合作才能完成。这些都有利于培养学生实事求是的科学态度、相互协作的团队精神和勇于开拓的创新意识。

注重发挥学生在实验教学中的主体地位，实验过程需要学生自己设计实验方案，学生必须通过图书馆或上网查阅相关文献，了解不同的实验方法，有利于培养学生的独立意识和创造能力，能够最大限度地提高实验教学的质量和效果。对指导教师和实验技术人员的素质提出了更高的要求，教师必须不断进行实验教学内容的改革，不断地开发新实验，不断加强实验教学和社会的联系。

参考文献

［1］江珩，陈守文，喻子牛，以微生物学为特色的生物工程专业实验教学改革［J］．微生物学通报，2006，(33)： 172-174

［2］胡永红，姚忠，韦萍，等．生物分离工程双语教学探索与思考［J］．化工高等教育，2006，33(5)：98-100