应用型本科高校生物工程专业实训技能教学的探索与实践_王端好.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 6 期 220 第 50 卷 总第 488 期 应用型本科高校生物工程专业应用型本科高校生物工程专业 实训技能教学的探索与实践实训技能教学的探索与实践 王端好，朱志坚，曹连斌，乔柱，王明成(黄淮学院 生物与食品工程学院，河南 驻马店 463000)摘 要本文分析了生物工程专业实训教学现状，为适应工程教育专业认证，探索了提高应用型本科高校生物工程专业学生技能的方式和教学内容。通过以实验项目为例探讨和分析了生物工程专业实训教学过程中如何加强实践教学环节，提高教学效果，增强学生的实践能力，培养高质量的应用型专业人才，使之紧密相连生物制品企业的需求，增强学生适应市场的需求。关键词生物工程；实训技能；应用型本科；市场需求 中图分类号G642.0 文献标识码B 文章编号1007-1865(2023)06-0220-02 Exploration and Practising of Practical Training Skill Teaching of Bioengineering Specialty in Applied University Wang Duanhao,Zhu Zhijian,Cao Lianbin,Qiao Zhu,Wang Mingcheng(College of Biology and Food Engineering,Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)Abstract:For accreditating professional certification in engineering education,the present situation of practical teaching of bioengineering specialty was analyzed and the ways and teaching contents to improve the skills of students majoring in bioengineering in applied universities were explored in this paper.By taking the experimental project as an example how to strengthen the practical teaching link was discussed and analyzed in order to improve the teaching effect,to enhance the practical ability of students.Having cultivated high-quality applied professionals can make them closely connected with the needs of biological products enterprises,and enhance the students to adapt to the needs of the market.Keywords:biological engineering；practical training skills；applied undergraduate；market demand 大学教育的首要任务是培养合格专业人才，从投入产出来说，人才的输出是大学最为关键的产出，这种产出是结合无形的知识与技术的创新人才1。大学生实践能力是靠实践教学培养的，实践教学在应用型本科院校尤其重要。所谓应用型本科指的是以基础知识和工程技术的应用为办学定位，占全国本科高校三分之一左右的普通高校。应用型本科教育是高层次的技术教育类型，培养的不是研究型人才，而是培养适应生产和管理第一线需要的高等技术应用性人才，以应用为总旨和特征构建课程体系和教学内容，关键是提高学生的技术应用能力的培养2-3。但是在传统的高等教育教学中，研究型大学和应用型大学的人才培养方案和课程设置趋同，应用型大学就基本忽视了实践教学环节，实践教学一直以来就是应用型大学的薄弱环节。我国工程教育专业认证工作启动于 2006 年。2016 年6 月，我国正式加入华盛顿协议，成为该协议的第 18 个成员国，这标志着我国工程教育真正融入世界工程教育行列，人才培养质量与其他成员国实质等效。进一步要求各高校提升学生的能力。实践能力又是应用型高校学生必须具备的基本能力，所以各应用型高校必须实训教学改革，以适应新的形势。本文探索与实施应用型本科高校生物工程专业实训教学的方式与内容，以提高学生的实践技能，具有重要的实际意义。一方面，通过“一点带面”，强化专业技能培训，完善生物工程专业技能教学体系，提高毕业生在相关产业中的就业水平，进一步培育出一些优秀企业家和业界精英。另一方面，通过创新教学改革，培育优秀的学生，反过来回报母校，提高办学水平，实现以教学促就业，以就业稳产业，良性互动4。1 生物工程专业实训技能教学现状生物工程专业实训技能教学现状 1.1 生物工程专业现状 上世纪 70 年代发明了重组 DNA 技术5，80 年代建立了转基因技术6，90 年代随着人类基因组计划以及重要农作物和微生物基因组计划的实施，相继发展了功能基因组学和生物芯片技术等7。为适应生物技术的发展要求，上世纪 90 年代，我国绝大多数高校相继开设了生物工程本科专业。尽管生物工程是全球发展最快的高新技术，但目前没有强大的产业链支持本科生的就业，再加上本科毕业生的实践技能薄弱。因此，毕业生的就业去向主要是进一步深造；从事生物关联类销售及管理工作等。直接从事生物产品一线生产工作的毕业生比例很少，大量毕业生远离生物产业第一线，这与高等教育专业培养目标相悖8。可见，确保应用型本科高校生物工程专业毕业生稳定在生物产业就业，已是应用型本科高等院校教育面临的迫切问题。1.2 生物工程专业实践教学现状 生物工程专业是培养具备生物学与工程学方面的基本知识以及自然科学和人文科学的基础知识，能够在生物工程相关专业领域从事生物产品生产、工艺设计、生产管理、新产品开发等方面的工作，具备创新能力和实践能力的应用型人才9-10。要实现这一人才培养目标，在完善的课程设置基础上，必须重视和强化实践教学环节。目前大部分应用型本科高校生物工程专业的学生提高实践技能主要是通过课程实验和毕业论文实验，只有少数学生还通过参与教师科研活动，如微生物学、基因工程、分子生物学等实验室及科研平台等。技能层面主要在专业基础实验和分子生物学实验方面，较少涉及发酵生产工艺研发及一款生物制品的完整生产过程，缺乏综合的专业技能学习和训练。导致了毕业生在生物制品产业界在短期内不能成为单位的技术骨干，没有大企业家脱颖而出，主要因为国内绝大部分应用型本科高校该专业学生的专业技能培训不足。2 实施方式实施方式 在应用型本科高校层次通过综合实训技能的教学，使绝大部分生物工程专业毕业生掌握一项过硬的生产管理或生产加工技术，逐步提升学生在生物制品生产领域技术型就业的比例，进而培养出企业精英人才。解决教学从知识传授、到专业技能的掌握，到技术的实际应用的不断升级，使毕业生在生物制品企业真正地充当主力军。综合性实训内容根据生物工程专业培养方案要求，结合生物制品市场发展现状，设置不同的实训项目，包括液态深层通收稿日期 2022-09-07 基金项目 河南省教育科学“十三五”规划 2020 年度项目(2020YB0218)作者简介 王端好(1969-)，男，山东蒙阴人，副教授，博士，主要研究方向为食品工程，生物化工。2023 年 第 6 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 488 期 221 气搅拌发酵工艺、固态需氧发酵工艺、厌氧发酵工艺、提取分离工艺和成型工艺等。有些需要自主研发生产工艺，然后进行小试、中试放大工艺，有些可以模拟相关厂家的成熟生产工艺进行中试生产，供技能培训选择使用。依学生兴趣进行分组进行实训，学生根据自己的具体情况选作 12 个项目即可达到要求。保证每个学生掌握一个生物产品一套完整的工艺，生产一个市场认可的成型产品。黄淮学院作为首批教育部批准的应用型试点高校，在常规实验室建设的基础上，为培养应用型人才建立了发酵中试平台和生物制药等几个中试平台，技能综合实训在相应的实训平台完成。黄淮学院每个学期都安排了两个星期的实训周，可根据学生的具体情况在实训周选取一至两个生产项目集中训练；也可根据学生的兴趣和业余时间情况，安排在学生课余时间和周末，或者安排在寒暑假期中进行，学校以开放课题的形式给予指导教师相应的课时补助。3 教学内容教学内容 3.1 发酵中试平台设置实训项目 3.1.1 细菌淀粉酶 1000 L 发酵制备工艺 该实训项目首先从自然界土壤或酒曲小曲中筛选出一批细菌淀粉酶产生菌(大于 100 株)。再经摇瓶复筛，获得淀粉酶活性较高的优良菌株(56 株)。后经摇瓶优化，10 L 发酵罐小试，确定 1 株酶活性高、培养基简单、发酵周期短、成本低的菌株。进一步完成 10-100-1000 L 中试放大试生产，完成菌种选育和发酵工艺研发工作。对中试发酵液参照鸿鹰翔、尤特尔公司先进生产工艺，经板框过滤，超滤浓缩，均质、稳定、防腐工艺，完成中试终端产品。该项目主要培养学生从零开始，直至整个酶制剂产品成品生产完成。掌握完整的好氧发酵工艺研发和生产过程，培养学生发酵工艺研发能力及从事车间生产、工艺管理、产品质量控制、成本控制以及自主创业的工作岗位11。3.1.2 生物有机肥高温菌发酵复合菌剂的固体发酵工艺 该实训项目首先从自然界土壤筛选获得大量富含蛋白酶、纤维素酶的耐热芽孢杆菌。再经茄子瓶固体复筛，获得淀粉酶活性较高的优良菌株(12 株)。后经不锈钢浅盘中试放大试生产，研发发酵生产工艺。中试发酵物参照相关公司生产工艺，经沸腾干燥、粉碎，获得终端产品达行业标准。产品广泛应用于禽畜粪便、农业秸秆、有机废弃物降解发酵使用。该项目主要培养学生掌握固态发酵生物产品制备工艺研发及生产过程，由于该项生产工艺简单，鼓励学生复制其工艺自主创业，指导毕业生自主创业，获取政府资助、补贴，掌握微企生产和经营管理模式。3.1.3 黑曲霉饲用木聚糖酶制剂固体发酵工艺 该实训项目利用饲用安全菌株-黑曲霉(亦为 FDA 认可的安全菌株)，模拟鸿鹰翔酶制剂公司固体发酵工艺，完成饲料添加剂的模拟生产，经不锈钢浅盘中试放大生产后，发酵物经沸腾干燥，获得终端饲添产品。该实训项目主要培养学生除掌握工艺外，还要掌握经营模式。3.1.4 丁酸梭菌厌氧发酵制备内生芽孢粉剂工艺 该实训项目利用已到期失效专利(饲用丁酸梭菌添加剂生产方法，2016)发酵制备内生芽孢粉剂，培训学生掌握厌氧液体发酵生产丁酸梭菌内生芽孢的生产工艺，模拟国内通行的微生态固体原粉生产线完成。再进行 10-100-1000 L 三级放大，芽孢形成后，经碟式离心机高速离心，获得芽孢浓浆，再经喷雾干燥获得高含量芽孢原粉，经复配，得到不同含量、客户需要的终端产品。该实训项目主要培养学生厌氧发酵技术及控制芽孢形成的关键工艺，掌握喷雾干燥方法，培养学生知识产权意识和市场洞察力。3.1.5 酶法转化木聚糖(玉米芯或稻草秸秆)为低聚木糖的工艺 该实训项目利用市售木聚糖酶，模拟国内通行的酶法转化生产工艺完成。培训学生掌握酶解条件所需最适温度、pH、底物浓度、时间的控制；最后经过滤，浓缩、超滤、脱色、离子交换层析，喷雾干燥等工艺，获得食品级的功能性低聚木糖产品。该实训主要培养学生酶法生产生物高科技产品的生产方法及相关技能，使受训学生能从事相关工作。3.2 生物制药中试平台设置实训项目 3.2.1 110 L 超临界萃取工艺 该实训项目通过控制萃取温度和压力，利用超临界 CO2优良的溶解能力，将基质与萃取物有效分离、提取和纯化、分离单体。以点带面，提取众多类似产品。如提纯天然百里香酚挥发油，脂肪酸，单体香料，山奈油，松节油，酶反应产物等。超