生物工程与生物科学的区别范文

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关键词：生物工程，卓越工程师计划，课程改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）51-0268-02

生物工程是指诸如化学、生物化学、化学工程、微生物学以及计算机科学等相关学科通过有机的交叉而逐渐发展起来的一门具有一定复杂性并且涉及医药、食品以及轻工等领域的学科。有人将21世纪誉为“生物的世纪”，随着生物基础理论的不断突破，如何将其余生物工程实践相结合，将很大程度上决定了我们未来的某些行为方式。生物工程技术如今也称为了最为热门的科技领域之一，但是现实中，生物工程相关的拔尖应用型技术人才匮乏非常严重，一方面高校或者研究机构的研究人员具备深厚的理论基础，但是缺乏工程实践；但是企业员工具有非常完善的生产经验，但是理论知识比较匮乏。生物工程产业的市场空间与现有生物工程专业先关人才匮乏之间的矛盾一定程度上也促使了生物工程专业教学的改革。在此背景下，2010年6月，教育部就启动和实施了“卓越工程师教育计划”，该计划就是对《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020）》强有力的贯彻实施，也是两纲要在工程教育上的重点项目，国家也将其作为促使我国又工程教育大国转变为工程教育强国的重要措施。该计划的目的就是要培养造就一大批创新能力和工程能力强、能够适应目前我国经济发展方式转变所需要的高质量的各类型工程人才，为我国走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略做出积极的贡献。其中，扬州大学的生物工程专业入选了教育部“卓越工程师教育培养计划”，在不断的探索与思考中获得了很多非常宝贵的经验，本文正是在此基础上对于生物工程专业卓越工程师培养方案的探索、实施等方面进行探讨，从而为培养创新型生物工程人才提供理论指导和实践创新模式。

一、当前我国生物工程教育存在的问题

1.课程设置比例不合理，与市场需求脱节比较严重。生物工程专业属于工学领域，而生物科学属于理学；前者主要关注与生物科学在实际生产中的应用，是生物科学的延伸；后者主要探索生物体内的科学问题，是整个生物产业大厦的根基。从以上分析，可以看出二者关注的重点不同，因此在高等教育过程中，相关专业的课程设置应该能够充分考虑到二者的特点。但是现实情况是，生物工程专业的课程设置理论课的比例严重超过其实践环节的份额。学生大一学期除了应付诸如高等数学、马克思哲学、大学物理、无机化学以及有机化学等非专业性课程之外，根本不能接触到与生物工程相关的微生物学、酶学等课程。从学生的心理角度分析，我们可以看出这一阶段的学生对于所选专业的兴趣以及好奇被严重的压制，有的学生甚至出现了迷茫，最终会导致很多孩子的心理发生不良的反应。其次，及时进入专业课学习阶段，理论课的学习比例仍然过大，学生应对这类考试的方式就是“死记硬背”的应试心态，根本无法从最深处去理解生物科学知识在实际中的应用。最后，生物科学发展迅猛，甚至一年内就会产生很多具有实际意义的成果，但是很多时候教师的知识背景跟新不快，无法满足当今生物产业的需求，最终导致误人子弟。

2.实验内容单一枯燥，学生实践环节薄弱。生物工程专业肩负着为国家培养具有扎实理论基础，对工程环节的了解也非常深入的人才。这类人才的本质仍然以实践为主。但是通过调研，我们发现大部分开设生物工程专业的院校未能丰富实验环节内容，仍然以生物最基本的实验为主。虽然基础实验是根本，但是现实实践中，这类实验不能够为企业提供非常实用的技术建议。长期以往，企业会对所培养的学生失去信任。

3.生物工程专业教师匮乏。虽然我国已经有很多院校都已经开设了生物工程专业，从表面来看，学校也都配置了相应的专业教师，但是这类教师的教育背景大多数是理科，工程背景很薄弱；即使某些老师工程背景比较雄厚，但是缺乏比较系统的生物科学的知识。造成这种局面的主要原因，还是与我国先关专业的培育体系有很直接的关系。

4.实习基地匮乏，企业无法提供长期的实地培训。生物工程专业实践环节进行的好坏，其实与学校企业间的关系密切相关。如果企业能够在一定程度上真正为生物工程专业的学生提供实践的机会，那么势必会造成双赢的局面，企业的知名度进一步的扩大，学生的生产实践能力得到显著的增强；但是显示情况下，企业一般会出于技术保密的考虑，只为学生提供见习参观的机会，无法从根本上提高咱们学生的实际动手能力。

二、“生物工程卓越工程师培训计划”实施的必要性和意义

为了努力培养一批具有国际视野、技术能力过硬以及具有很强实践能力的工程技术人才，教育部于2010年正式启动了“卓越工程师教育培养计划”。该计划是立足与我国工程技术人才匮乏这一现实，契合国家走新型工业化道路，加快培养能适应未来经济社会发展需要的高素质的工程技术人才。作为《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010―2020）》组织实施的一个重大研究项目，其主要目标是面向教育系统培养理论雄厚、工程技术熟悉的教师队伍；面向企业界输送具有当今最新的生物科技知识，具有解决实际生产难题的技术人才。“生物工程卓越工程师”计划正式在此基础上应运而生。该计划实施的主目的地主要是在保证学生有足够多的理论背景下，努力创造条件，加强学生工程实践、设计以及创新能力方面的培养。虽然，我国“生物工程卓越计划”起步晚，经验欠缺，存在的问题还很多，但是我们也相信在我们不断的摸索中肯定会开出立足本国国情的一条适合自己发展的道路。“生物工程卓越工程师”计划的实施势必会为我国迈向科技强国注入很强的能量。

三、生物工程专业卓越工程师计划实施方案的探讨

该计划实施的关键就是做好“学校”与“企业”的良好衔接。因为学校是提供理论教学的主要组成部分，企业担负着培养学生实践能力的重任，如何做好二者的衔接关系到该计划是否得以有效的实施。

1.生物工程专业卓越工程师计划的总体框架。该计划主要由两部分组成，分别为校内教学与企业实践，前者主要通过设置合理的专业，为学生提供较为全面的理论教育，使得学生对于生物工程相关的理论课程有一定深入的理解，比如生物化学涵盖了几乎生物工程先关问题的所有理论基础，学生很有必要对其进行深入的学习；后者主要负责学生的实践环节，各相关企业应该根据自身的状况以及所感兴趣的领域为学生设计合理的企业实践环节。

2.生物工程专业卓越工程师计划的机构设置。该计划的实施除了对学校和企业的分工进行明确之外，还应该设置一个部门，专门对该计划的实施进行监督、调研以及对调研中所产生的问题进行汇总。但是机构设置会出现一个问题，学校和企业本身只是合作关系，因此为了更好的加强交流，需要在企业和学校内部均设置相应的部门，由这两个部门分别对学校和企业所承担的事物进行管理。

3.“生物工程专业卓越工程师计划”校内培训阶段。①“生物工程专业卓越工程师计划”学院的遴选，参与该计划的学员均是本专业排名在年级前10%～20%内的优秀学生，经过由学校以及企业组成的学员遴选委员会的面试最终入围该计划。此外，本计划的选拔完全是在充分透明的情况下进行，符合条件的学生可以自愿申请，并提交先关的证明，对通过专家初审的学生进行上榜公布，确定面试名单；最后学院以及企业组成的学员遴选委员会对入围学生进行面试，然后通过综合面试成绩对学员进行录取。②“生物工程专业卓越工程师计划”校内培训方案，本计划的基本模式就是“3+1”模式，即学员需要在校内完成3学年的课程学习。区别于其他学生的课程，该计划需要设置针对性比较强的专业课程。③“生物工程专业卓越工程师计划”企业实践阶段，针对企业内部各部门之间分工的不同，需要参与培训的学员“先轮岗后定岗”。企业大多数实行“先轮岗后定岗”，期待学员通过这一阶段的了解，一方面对企业有更深入的认识，另一方面学员自己也能找到比较称心如意的岗位，只有学员本身对该岗位感到满意，他才能释放所有的能量，进而做出自身的贡献。

学员定岗后，将享受与“正式员工”相同的福利待遇，并且公司也会经常举行相应的活动，丰富员工工作外的时光，还能够增加部门间员工的交流，进而提高部门间配合的效率。此外，企业在为实习员工给予丰富的福利待遇之外，企业还应该发挥它的监督作用，定期为实习员工进行实践指导，为其配置“一带一”企业导师。该导师主要负责该计划内学员毕业课题的选题、开题以及课题的开展等程序。

以上方案也是先关人员在充分前期调研的基础上，结合生物工程学科的本身特点制定的一份计划方案。通过该方案的实施，我们期待在中国生，生物工程专业的从业人员的比例进一步的提高，素质更高；也期待未来参与该计划的学员能够更快的找到自己的角色。

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[关键词]理科高校;啤酒生产实训;教学体系;综合实践能力;考核体系

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0136-04

一、引言

根据教育部《生物技术专业本科教学质量国家标准》的定义，生物技术是生物学领域一个新兴的、综合性的本科专业，是以理为主，以工为辅，理工复合型专业，培养应用型人才，同时在本标准中，强调了生物技术专业的实践性特点。[1]生物技术是一门承上启下的专业，上接生物科学、下连生物工程，是将基础理论成果转化为具有应用价值的技术和产品的枢纽和桥梁。教育部在《生物技术专业规范》中指出，生物技术专业教育的发展与生物技术产业的发展密不可分，人才培养目标与规格具有突出的实践性特点，在该课程体系的设置中，将生产实践列为综合实践教育课程的首要内容。[2]当前，大多数理科高校的生物技术专业是从生物科学理科专业演变而来的，在教学上沿袭了生物科学专业的教学体系和教学思路，使得理科高校开设的生物技术专业存在重理论、轻实践的特点，培养出来的学生存在三方面的不足：（1）相关学科知识的拓展和运用不足，学生理论联系实践的能力欠缺;（2）理科高校的学生普遍缺乏项目化的组织能力和合作能力，因为学生实验大多数是个体操作实验，如微生物学、生化等实验均是个体独立操作的实验，学生的岗位意识和团队合作意识淡薄;（3）传统的单元实验操作相对简单，涉及的危害因素较少或危害面较小，导致在实际生产中，学生安全生产意识淡薄。从而理科高校生物技术专业培养出来的学生与工业化生产对实践人才的需求还存在一定的差距。[3] [4] [5]此外，由于理科高校生物技术专业学生生产实践经验欠缺，大多数生产企业不愿意提供给学生亲自上岗实践的机会，学生到企业的学习主要是以“见习”或“参观”的方式开展，这种方式不利于学生综合实践能力的培养。《啤酒生产实训课程》是针对理科高校生物技术专业本科人才培养存在实践性不足这一特点开设的一门新课，涉及微生物学、生物化学、发酵工程与设备的一门交叉学科，它既与生物学、工程学密切相关，又涉及自动控制等理论。笔者之所以选择啤酒作为实训的典型代表，是因为啤酒的生产工艺涵盖了大部分生物制品生产的基本要素，使学生能够触类旁通，培养与本校人才定位相吻合的精英人才。本校微生物学教学团队经过多年的努力，建立了完善的微生物学模块化实验教学体系[7] [8] [9]，本实训课程亦是微生物学实验教学改革的延伸与拓展，是使理论研究成果走向产业化的一个重要实践环节。该课程由传统的“单元实验”课程转变为工厂化模拟的“实训”课程，可有效克服理科高校学生重理论、轻实践的问题。

二、啤酒生产实训课程教学内容的构建

（一）教学对象、教学目标、教学队伍

《啤酒生产实训课程》是生物技术专业的专业主干课，总学分54课时，共3学分。课程安排在第三学年的第二学期（大三下学期）。学生已修完微生物学、微生物学实验、生物化学和发酵工程等基础课程，掌握了微生物发酵产品生产所需的基础理论知识和基本实验操作技能。该课程的教学形式为：讲授与实践相结合，其教学目标在于：（1）加强学生对微生物学知识的拓展和运用，提升学生将理论知识应用于生产实践的能力;（2）培养学生的岗位意识和团队合作意识;（3）强化安全生产教育。每批实训班人数为15人左右，每个工段安排1-2个责任人，每学期可容纳60-80人，每个学生跟踪实训全程。教学队伍由5名教师和4名二年级生物技术专业硕士研究生组成。研究生的主要职责是协调实验准备教师开展准备实训工作和担任指导教师的教学助手。

（二）教学设备

啤酒实训共配备一台粉碎机（用于麦芽粉碎）、1只200L糖化锅（用于麦芽糖化）、1只200L糊化锅（用于原料糊化）、1只200L过滤槽（用于麦汁过滤）、1个200L煮沸锅（用于麦汁灭菌）、1只200L回旋沉淀槽（用于去除麦汁中的沉淀）、4个200L锥形发酵罐（用于啤酒前发酵和后发酵）及制冷机（制备冷却水）、蒸汽发生器（制备蒸汽，用于灭菌或消毒）、消毒车（双氧水或氢氧化钠）等。实训用原料麦芽和啤酒花购自青岛啤酒股份有限公司，啤酒酵母购自安琪酵母股份有限公司。

（三）教学内容

1.强化生产实践的安全教育

啤酒生产实训工艺过程如图1所示，分别为：①啤酒从原料到产品的生产线，②高温蒸汽设备线路，③消毒设备线路，④制冷设备线路，⑤动力柜控制线路。此课程涉及粉碎机的使用，高温蒸汽、高压氧气和二氧化碳钢瓶、双氧水和较浓氢氧化钠等消毒试剂的大量使用等，因而安全生产显得尤为重要，而在微生物学实验教学中，学生仅在涉及酒精灯、染色时用到二甲苯等易燃、有毒物品。本实训课程模拟工业化啤酒生产过程，使用高温蒸汽进行麦芽的糖化、麦汁的煮沸，学生对高温蒸汽控制不当，可能导致麦汁溢出或人员烫伤;回旋沉淀槽、种子罐、发酵罐及它们之间的连接管道，采用高温水、3%-5%的氢氧化钠或3%的双氧水进行消毒或灭菌。氢氧化钠和双氧水具有一定的强腐蚀性或氧化性，操作时需认真检查各个线路连接是否到位，管道及接口的连接是否有泄漏等。制冷机在工作时注意防锈、防堵等。使用氧气罐时注意防明火。因此，啤酒生产实训必须首选对学生进行安全生产教育，要求学生熟练掌握设备工作原理及使用规范，确保实训过程中的人身安全和设备安全，促使学生从“不伤害自己，不伤害他人，不被他人伤害”做起，养成安全文明生产的良好习惯。在正式生产前，以水试车使学生理解各设备的原理及安全注意事项，便于学生在正式进入生产后能有效地将基础理论知识应用于实践，达到“工欲善其事，必先利其器”的目的。安全生产教育的另一个重要方面是产品质量安全，本实训课程要求学生依据国家标准进行原料检查及产品质量检测，防止使用发霉原料或不合格原料，规范实训操作以避免染菌，严格控制各类参数，以防因原料不合格、操作不规范或参数控制不稳定而导致产品不合格的问题。总之，安全生产教育对培养学生的科研素养和科研规范具有重要作用。

2.教学内容安排

啤酒生产实训教学体系分为三个部分：第一部分，“实训场地设备卫生、安全、设备简介”;第二部分，“啤酒生产工艺”;第三部分，“啤酒主发酵及参数监测”。各部分又分设3个、6个、8个项目，共计17个项目。与不连续的周次单元实验相比，啤酒生产一旦开车运行，需连续生产约1个月。

第一部分和第二部分教学内容如表1所示。此部分内容的教学目标是：培养学生基本实验操作能力，综合拓展能力和应用实践能力，团队合作、交流、组织协调能力等。此部分内容需要连续3-4天，教师学生全天在岗，从早七点半到晚八点半左右，主要涉及啤酒生产设备及各部件的连接，发酵设备的灭菌与消毒，啤酒生产的基础理论知识和原料的准备，麦芽的粉碎、糖化，麦汁的过滤、煮沸和冷却，酿酒酵母种子的培养和进罐。所有过程由学生亲自操作，突出体现以学生为主体的特点，反哺了学生的基础理论知识，加强了学生对微生物学知识的拓展和运用，培养了学生将理论应用于实践的能力。如：在微生物学实验中，没有涉及酵母兼性厌氧发酵、高压蒸汽原位灭菌、发酵罐原位消毒及大型制冷设备的使用;在传统的发酵单元实验中，也很少涉及从原材料到产品、从设备检查到工艺过程控制的理论技术及方法。啤酒生产实训课程模拟工厂化生产，很好地弥补了这一缺陷，使学生在典型性案例实践中充分认识到发酵产业化过程中的共性与个性问题，具备初步解决生物技术产业化过程中关键问题的能力，有效地培养了学生的综合拓展能力和应用实践能力。此外还培养了学生团队合作、交流、组织协调能力。笔者认为，团队合作、交流和组织协调能力是学生将来走向社会相当重要的内在素质。理科高校大多数实验课都是学生独立操作能力的训练，但是对于一项工作或一个产品而言，远非一两个人所能完成，多数情况下需要多人团结协作，通过合作、沟通，营造团结协作的良好氛围来共同完成。本部分内容很好地体现了这一点。

第三部分：啤酒主发酵及参数监测设置了8个小项目，如表1所示。此部分内容进一步强化了学生的实验操作能力、综合拓展能力和应用实践能力。进罐后的前发酵和后发酵需每天安排学生进行数据监测与控制，包括温度控制、压力控制、糖度控制，产品质量检测与控制等。学生在实训中，充分体会到一个合格产品的生产，其检测指标和控制手段是多维的。通过对主发酵参数的控制，学生可掌握发酵过程中一些指标的分析操作技能，加深了微生物学知识的拓展和应用，如：酿酒酵母兼性厌氧发酵机理及封罐时机的选择。同时在质量评价中，采用了微生物学、化学、物理学等多学科理论和方法，如：酵母质量检查采用了微生物学实验的方法;双乙酰的测定采用了蒸馏法和分光光度法，属于分析化学的方法;酒精度的测定采用了密度法，属于物理学方法。这些方法进一步加强了学生对所学理论知识的拓展和应用，提高了学生的综合实践能力和应用能力。

3.重视学生实践能力、岗位责任意识和团队协作能力的培养

本课程每一批次（约15人）即为一个团队合作小组，在指导教师的系统引导下，每个小组明确自己的人员构成、实训目的与内容、团队合作的必要性等问题。本实训课程持续的时间长，特别是前3-4天，工作量大，任务集中，有些操作需要同时控制，如：进罐时需要同时准备好种子液、控制好冷却设备、麦芽汁进罐等操作。针对本实训课程，教师讲授、学生跟踪实训全过程，此外，为强化学生的实践能力、岗位意识和责任意识，在教学内容上还做了以下安排：（1）实行学生值班制，安排学生定时观察设备运行是否正常，每天检测糖度，观察和记录压力、温度等各种发酵参数的变化。记录实施签名制，指导教师检查学生记录情况并将其作为成绩评定的依据之一，平均每位学生约值班两天。（2）设置岗位制度，对于时间长、较复杂的工段设置两位负责人，分主任和工段长，对于较容易控制的工段仅设置一位工段负责人。需要说明的是，由于学校使用的动力与蒸汽系统与工厂差别较大，通常采用的是电蒸汽发生器，而工厂实际用的是锅炉或外购蒸汽，且动力与蒸汽的工厂实际操作专业性强（有专门的专业），对生物专业的学生我们未将其设置为主要岗位。啤酒生产实训岗位名称与责任如表2所示，以此实现提高理科高校学生实践能力、岗位意识和团队协作能力的目的。（3）实施产品评价，每个合作团队展示自己的成果，包括团队合作过程的实训记录和产品。研究实践表明，实训的团队工作方法比传统教学模式更能锻炼学生的合作、协调、主动学习的能力。通过实训，学生体会到了岗位责任意识、团队协作工作理念，调动了学生学的习积极性。

4.加强啤酒生产实训课程与微生物学、微生物学实验、发酵工程、分析化学等课程的融会贯通

本课程教学体系注重生产实践与相关理论知识的融会贯通，充分体现学科交叉的重要性，要求学生具备较扎实的微生物学和微生物学实验、发酵工程、分析化学等相关课程的基础理论知识。如：酵母积累乙醇代谢途径、双乙酰还原、酿酒酵母的摇瓶培养到种子罐培养等用到了微生物学及实验的相关知识。培养基的配制在微生物学实验中，采用的是从市面上购买的瓶装试剂，如酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等，而本实训采用的主要原料是非主粮作物麦芽（大麦经发芽烘干后），糖化是利用麦芽中所含的酶，α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、麦芽糖酶等将麦芽原料中的不溶性高分子物质，逐步分解为可溶性低分子物质的过程，加强学生对生化基础知识酶的理解。本实训应用了液体深层发酵，而在微生物学实验课中，通常只用到100mL的三角瓶和接种针接种，学生无法建立工业生产规模的发酵概念。发酵工程课程讲到种子扩大培养，但不开设实验，本课程的实践让学生切身体会到了生产发酵过程。发酵罐的设计原理，麦芽汁的过滤、旋沉原理等，体现了发酵工程、生化工程下游技术等应用基础理论在本课程中的运用，具有典型的工程应用特色。还对原料及过程的生产成本进行核算，而在其他课程中，缺少成本核算这一环节。如，麦芽在粉碎时需调节合适的辊间距，以使麦芽表皮达到“破而不碎”的要求，以利于麦芽汁的过滤，过滤介质为麦芽表皮，节省了生产成本。产品质量控制采用了微生物学实验、分析化学、仪器分析等分析检测手段，体现了化学与生物学两者的紧密联系，促进了学科交叉。通过啤酒生产实践使学生达到理论与实践相结合，基础知识与应用的融会贯通，从而培养了学生的综合实践能力。

三、建立与啤酒生产实训教学体系相对应的多样化考核体系

啤酒生产实训课程是团队合作课程，考核的目的在于培养学生的知识应用能力、实践能力和团队合作能力，注重实训过程考核，即学生在生产实践中的表现。考核项目和内容主要分为专业理论知识评价（20分）、操作过程评价（40分）、实训报告（20分）、团队协作能力评价（20分），评价方法参见表3。专业知识部分主要包含啤酒基础知识、啤酒工艺原理、设备构造及运行原理等基础理论知识。操作过程评价含原料处理、麦汁制备、发酵设备操作、啤酒品评及实训报告等，以及学生操作评价和数据结果评价。团队协作能力评价主要针对工作态度和团队协作精神。本考核体系的目的与教学体系目标一致，突出体现学生的科研素养和科研规范，基本实验操作能力，综合拓展能力和应用实践能力，团队合作、交流、组织协调能力等，从而培养与本校人才定位相应的应用实践型的精英人才。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 教育部高等学校生物技术、生物工程类专业教学指导委员会.生物技术专业本科教学质量国家标准（征求意见稿）[J].高校生物学教学研究（电子版），2014（4）：3-7.

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[4] 贾彩凤，常忠义，叶希韵，等.发酵工程实验的改革与实践[J].微生物学通报，2009（3）：453-457.

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