生物工程基础知识范文

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关键词：人工湿地；湿地植物；农村生活污水；生物入侵；净化效果

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）13-3043-05

Rural Domestic Sewage Treatment by Native Wetland Plants in Sichuan Basin

and the Case Study

YANG Zi-yao

（School of Soil and Water Conservation， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract： To treat rural domestic sewage， the purification effect and plant growth of six kinds of wetland plants induding reeds， cyperus alternifolius， canna indica， typha latifola， acorus calamus， and hedychium coronarium was studied in Sichuan Basin. Results of the biomass and the relative growth rate showed that the growth characteristic of cyperus alternifolius and reeds had the fastest growth， followed by typha latifola and canna indica， while acorus calamus and hedychium coronarium had the slowest growth. Treatment capacities of six kinds of wetland plants on CODCr， TP， NH4+-N， TN， DO and turbidity were quite different. After 25 days， acorus calamus worked best for CODCr purification with reduction from 217 mg/L to 39 mg/L， followed by typha latifola and reeds with reduction from 217 mg/L to 45 mg/L and 47 mg/L. Acorus calamus worked best for TP purification with reduction rom 9.4 mg/L to 3.7 mg/L， followed by typha latifola and reeds with reduction from 217 mg/L to 3.9 mg/L and 4.0mg/L. Canna indica and hedychium coronarium worked best for TN purification with reduction from 21.9 mg/L to 5.4 mg/L and 5.6 mg/L. Cyperus alternifolius and reeds worked best for NH4+-N purification with reduction from 15.6 mg/L to 1.58 mg/L and 1.62 mg/L. To avoid using alien species including cyperus alternifolius， canna indica and acorus calamus， three native wetland plants including reeds， typha latifola and hedychium coronarium can be used safely. After the small wetland engineering treatment， the purification effect of CODCr， TP， NH4+-N， TN， DO and turbidity of rural domestic sewage was obvious， which can meet the requirement of a class national farm irrigation water.

Key words： artificial wetland； wetland plants； rural domestic sewage； biological invasions； purification effect

农村生活污水主要来源于厨房炊事用水、洗涤用水、冲厕用水，养殖用水及粪尿废水，生活垃圾、粪肥渗滤及沼气池废液等，污水中含有较高的氮、磷、微生物和碳氢化合物。目前国内研究中，针对生活污水最佳处理方式之一就是建设小型人工湿地，利用湿地植物净化生活污水。人工湿地系统的关键在于净化工艺和湿地植物的配置，但此方面的研究较为缺乏[1-5]。通常，湿地植物以高生物量的草本植物为主。常见的湿地植物种类有芦苇、香蒲、灯芯草、菖蒲、水葱、水芹等[6]。常见的湿地植物主要来源于园林植物，部分为外来物种，其中一部分已被界定为入侵物种。例如水葫芦和大已被界定为入侵植物，环境风险极大，应尽量避免使用；粉绿狐尾藻和再力花具有一定的潜在入侵风险，应当慎用；旱伞竹与美人蕉的风险性相对较低[7]。本土植物以芦苇、香蒲与姜花等为代表，可以安全采用。

四川盆地具有独特的气候与地理条件，河流、湖泊、稻田、水库和鱼塘等水生生态系统广泛分布，也极易受到外来物种的入侵威胁。为此，应加大对本土湿地植物的研究与培育，使其替代具有环境风险的外来湿地植物。但目前国内针对此方面的研究或工程实例均较为空白。为利用湿地植物处理农村生活污水，同时从长远考虑避免生物入侵，本研究以芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花6种湿地植物为研究对象（旱伞竹、美人蕉与菖蒲为常见的且具有一定生物入侵风险的外来湿地植物，芦苇、香蒲与姜花为零风险的本土湿地植物），比较其处理农村生活污水的植物生长状况和净化效率，同时介绍四川省小型人工湿地工程选定芦苇、香蒲与姜花3种本土湿地植物对农村生活污水进行处理的工程实例。

1 材料与方法

1.1 湿地植物

选用四川盆地常见的6种湿地植物（表1）。引种时每种植物尽量控制在中等密度。种植初期，植物均为幼苗，生长状况观测时间持续1年。每种植物同时种植生长状况相近的较多植株（超过150株）作为试验样本。

1.2 植物生长状况、生物量及相对生长速率的测定方法

植物生长状况等各项指标测定时间持续1年。测定前随机抽取同期芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花的标准苗各45株，逐株测定株高和基径，并将植株各部分（根、茎、叶、果、花）在105 ℃烘干至恒重，分别记录其干质量，并计算总生物量（B）。并根据植物生长相关法[8]，植株的基径（D）、株高（H）与生物量（B）之间的关系如下：

lgB=lga+b・lg（D2H）

相对生长速率（R）的计算：

R=（lnB2-lnB1）/（T2-T1）

式中，R为相对生长速率，B1和B2分别为时间T1和T2时的植株干重。

1.3 湿地植物培养箱

为了分别研究6种植物对农村生活污水的水质净化效率，在实验室构建多个人工培养箱，分别种植相等数量的6种湿地植物。每个培养箱采用长50 cm、宽45 cm、高30 cm的塑料箱进行试验。塑料箱内从下至上依次填充砾石层（粒径1～3 cm）、砂层、土壤层，厚度均大约为10 cm。在箱中埋设PVC管，一端插入箱底，另一端伸出土壤层外，用于进排水。箱体的容水体积在实验初期较高，稳定后维持在5 L。试验用水均采用农村生活污水，分别在0、5、10、15、20、25 d 6个时间点监测培养箱内相关水质数据，同时增设一组空白。

1.4 水质指标测定方法

水样检测指标包括6类：CODCr、TP-P、NH4+-N、TN-N、DO和浊度。CODcr、TP和TN的测量方法采用国标方法；NH4+-N的测定采用纳氏试剂比色法；浊度由WZS-185型高浊度仪测定；DO用溶解氧测定仪测定。

1.5 数据处理

采用SPSS统计软件计算各个指标的平均值和标准差，如存在显著差异，采用Student-Newman-Keuls多项比较法检验差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 植物的生长状况

2.1.1 株高、基径及其年增量 植物的株高与基径是衡量植物外部形态的重要指标。结果（表2）表明，芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花株高年增量分别为24、76、39、77、34和41 cm，试验后（1年后）株高分别为试验前的1.2、1.9、1.3、1.8、1.7和1.4倍。株高年增量为香蒲≈旱伞竹>姜花>美人蕉>菖蒲>芦苇，且差异较为显著。同样，6种植物的基径年增量分别为11、5、16、15、13和12 cm，试验后（1年后）基径分别为试验前（1年前）的1.3、1.8、2.2、1.8、3.2和2.5倍。基径年增量为美人蕉>香蒲>菖蒲>姜花>芦苇>旱伞竹，且差异显著。

2.1.2 生物量及其相对生长速率 为了估算生物量，建立了6种植物生物量（B）与株高（H）和基径（D）的回归方程[9]（表3）。根据回归方程分别计算出6种植物试验前后的生物量及其相对生长速率（表4）。表4的结果表明，从生物量可以看出，芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花的植株生物量年增量分别为135、706、93、245、201和64 g，试验后（1年后）生物量分别为试验前（1年前）的3.4、3.8、2.9、3.0、2.2和1.8倍。生物量年增量为旱伞竹>芦苇>香蒲>美人蕉>菖蒲>姜花，且差异较为显著。另外，相对生长速率也反映出了旱伞竹与芦苇生长最快，香蒲与美人蕉次之，菖蒲与姜花较慢的植物生长特性。

2.2 湿地植物对污水水质的影响

2.2.1 对CODCr的去除效果 由图1可知，芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花均能有效降低农村生活污水中的CODCr。在培养25 d时，CODCr的浓度均小于或等于65 mg/L，此时对CODCr的净化效率依次为79.3%、70.0%、75.1%、78.3%、82.0%和72.8%。其中，菖蒲对于水体中CODCr的处理效果最佳，使其由217 mg/L降低至39 mg/L，其为外来物种；香蒲与芦苇其次，分别降低至45 mg/L与47 mg/L，为本土物种；旱伞竹相比最差。针对污水中CODCr的净化，小型人工湿地工程采用香蒲与芦苇具有较高的可行性。

2.2.2 对TP的去除效果 由图2可知，6种湿地植物对于污水中TP的去除效果均优于对照组，但效果差异较明显。一方面，湿地植物通过根际微生态环境吸附污水中的部分磷，用于自身生长合成；另一方面，湿地植物根系产生的氧，使水体溶氧量增加呈好氧状态，水体微生物中聚磷菌等活跃，也发挥了一定的固磷作用。同时，湿地基质也能吸附一部分磷，最终使得污水中TP含量大幅下降。在培养25 d时，湿地植物对TP的净化效率依次为57.4%、52.1%、45.7%、58.5%、63.8%和48.9%。其中，空白的TP浓度为9.4 mg/L，菖蒲对于生活污水中TP的去除效果最好，使TP的浓度降低至3.7 mg/L，香蒲与芦苇其次，分别降低至3.9 mg/L与4.0 mg/L，美人蕉和姜花的去除效果相对较差。针对污水中TP的净化，小型人工湿地工程采用香蒲与芦苇具有较高的可行性。

2.2.3 对TN的去除效果 在人工湿地环境下，生活污水中的N，一部分被植物根系直接吸收，满足植物生长需要；一部分通过微生物的氨化、硝化、反硝化作用被消耗掉。植物的存在能增强湿地系统中微生物的活性。由图3可知，芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花均能有效去除农村生活污水中的TN。随着培养时间的延长，污水中TN含量持续下降，在培养25 d时，人工湿地植物对TN的净化效率分别为71.2%、65.3%、75.3%、56.6%、73.5%和74.4%，而对照的TN含量变化较小，去除率仅为4.4%，表明湿地植物对污水中TN的去除效果较好。其中，空白的TN浓度为21.9 mg/L，美人蕉和姜花对于TN的去除效果最好，分别使TN的浓度降低至5.4 mg/L和5.6 mg/L，香蒲的去除效果相比略差。针对污水中TN的净化，小型人工湿地工程可采用姜花。

2.2.4 对NH4+-N的去除效果 湿地植物根系长期处于水生环境中，其供氧能力决定了微生物对水体中NH4+-N的去除效果。对于NH4+-N的去除效果，有植物的湿地系统要优于没有植物的湿地系统。此外，NH4+-N的去除同时也靠植物根部吸收，且去除率与植物生长情况成正相关，生长情况好的植物对NH4+-N的吸收量也高[2]。

由图4可知，6种湿地植物对NH4+-N的去除效果有一定的差别。湿地植物生长水体中的NH4+-N含量随着培养时间先上升后持续下降。其中，在25 d时，芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花对NH4+-N的净化效率依次为89.8%、89.9%、89.4%、88.1%、89.6%、87.6%和85.7%，而空白仅为8.8%，表明湿地植物对污水中NH4+-N的去除效果较好。旱伞竹与芦苇分别使污水中NH4+-N浓度由15.60 mg/L降低至1.58 mg/L与1.62 mg/L。不同植物去除效果由高到低：旱伞竹≈芦苇>香蒲>美人蕉>菖蒲>姜花。针对污水中NH4+-N的净化，小型人工湿地工程可采用芦苇。

2.3 工程实例应用

依托四川省小型人工湿地示范工程项目，在四川某村落建设占地面积为800 m2的小型人工湿地系统，处理水量为80 m3/d，设计水力停留时间为5 d。该项目村居民80余户，总人口253人，该村通自来水，同时也使用地下水作生活用水。目前生活污水直接排入该村附近河沟。本工程试验用水直接取自该河沟（与实验室用污水来源相同）。根据前述试验结论，小型人工湿地工程主要采用芦苇、香蒲与姜花3类湿地植物，种植密度约6株/m2。工程运行初期采用间歇进水、逐渐加大进水量，经过60 d的培养驯化调试后进入稳定运行阶段[10]。稳定运行阶段后，经本系统处理后的污水（试验组）与未经处理的污水（对照组）年平均水质指标如表5。

由表5可知，由芦苇、香蒲与姜花3类湿地植物构成的人工湿地系统对于农村生活污水CODCr的净化效率达到了69.7%～79.7%。有研究表明，不溶性有机物通过人工湿地的沉淀和过滤可以很快从污水中截留下来，被人工湿地中的微小生物加以利用，可溶性有机物则可通过微生物的代谢过程被去除，使其浓度降低[1]。另外，对于TP与TN的净化效率也分别达到了19.2%～58.0%和50.5%～59.5%，可见生活污水中N和P含量有大幅降低。此外，经人工湿地植物处理后，生活污水中NH4+-N的净化效率达到了25.8%～77.5%；DO含量达到了6.7 mg/L，高于4 mg/L，水体条件呈好氧状态；浊度达到了60～87 NTU，水体浊度有所改善。经该人工湿地系统处理后的出水水质可满足国家农田灌溉水质标准（GB5084-92）对于一类（水作）灌溉水质（CODcr≤200 mg/L、TP≤5.0 mg/L和TN≤12 mg/L）的要求。

3 小结与讨论

四川盆地目前应用较广的芦苇、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花6种湿地植物，研究其株高、基径、生物量较试验前均有不同程度的增加。生物量以及相对生长速率反映了旱伞竹与芦苇生长最快，香蒲与美人蕉次之，菖蒲与姜花较慢的湿地植物生长特性，这对于湿地植物的培育有指导意义。

在本研究中，实验室人工培养箱试验25 d后，菖蒲对于农村生活污水中CODCr的处理效果最佳，使其由217 mg/L降低至39 mg/L，香蒲与芦苇其次，分别降低至45 mg/L与47 mg/L，旱伞竹相比最差；菖蒲对于TP的去除效果最好，使其由9.4 mg/L降低至3.7 mg/L，香蒲与芦苇其次，分别降低至3.9 mg/L与4.0 mg/L，美人蕉和姜花相对较差；美人蕉和姜花对于TN的去除效果最好，分别使TN的浓度由21.9 mg/L降低至5.4 mg/L和5.6 mg/L，香蒲的去除效果相比略差；旱伞竹与芦苇分别使污水中NH4+-N浓度由15.6 mg/L降低至1.58 mg/L与1.62 mg/L。以避免选用外来湿地植物为前提，小型人工湿地工程可以安全采用芦苇、香蒲与姜花3类湿地植物。

农村生活污水经小型人工湿地系统处理后，CODCr、TP、NH4+-N、TN、DO和浊度与试验前差别较为明显，处理后的出水水质可满足国家农田灌溉水质标准对于一类灌溉水质关于CODcr、TP和TN的要求，表明其应用价值较高。

参考文献：

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【关键词】教学改革 理论教学 实验教学 考核方式

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）15－0003－02

近年来，生物技术发展突飞猛进，生物技术产业成为当前新经济的主要推动力。生物工程下游技术是实现生物技术产业化的关键，因此其基本理论和应用研究一直是生物技术研究领域中最为关注的内容。生物工程下游技术作为生物技术专业本科必修课程，是阐述现有和新兴的生物技术产品的提取、分离、纯化、精制加工等技术的科学原理、方法、规律及发展趋势的一门学科。作为地方应用型本科院校，本着立足于地方、服务于地企的方针，针对生物技术专业的特色，我们开设了生物工程下游技术课程，并作为专业主干课。该课程与工程学技术内容结合较多，在充分结合实践教学的基础上，能够使学生全方面了解并掌握生物工程下游技术的基本理论和关键工艺技术，锻炼独立设计提取纯化方案及进行研发的能力。本文根据生物工程下游技术课程的特点，结合教学过程中的体会，探讨了课程的教学内容、教学模式以及考核方式，以进一步提高课程的教学质量。

一 生物工程下游技术课程特点

生物工程下游技术即从微生物菌体发酵、动植物细胞组织培养的或酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，是生物技术产业化的必经之路。生物工程下游技术课程内容多与工业应用相结合，主要研究的是物质分离的方法原理及相关仪器设备，涉及物理、化学、生物化学、发酵工程、生物工程与设备等多门学科，更多地体现了理论基础知识与实际应用的结合，适合于理工科专业生物技术/生物工程专业学生学习。

二 教学体会

生物工程下游技术是我校生物技术专业的专业课程，涉及工程学内容较多，理科学生因缺乏工科背景知识，对本课程知识点的理解和掌握难度很大。为了使学生对下游技术中涉及的名词、术语等更易理解，同时调动学生学习的积极性，达到最佳的教学效果，在理论教学过程中运用了多种教学方法（如启发式、研讨式、分析式等），并结合多种教学手段（如板书、幻灯、影音等）进行日常的教学活动。多方法、多手段的配合，起到了一定的效果。然而，生物工程下游技术是在物理学、无机化学、有机化学、物理化学、生物化学、微生物学、化工原理等先修课程的基础上开设的专业课程，学生对这些课程内容掌握的扎实程度在一定范围内影响了对本课程知识的掌握。

实验教学是本课程的重要组成部分，对于帮助学生理解基础理论知识、分析和解决问题、提高理论联系实际的能力具有积极的意义。但由于多种原因，实践教学没有充分发挥作用，却加大了理论教学的难度。

三 教学改革

1．优化教学内容

教学内容是制定教学计划的主体部分，也是最关键的环节，其集成了对学生知识和技能的传授、思想和观点的灌输以及习惯和行为的培养。教学内容与教学效果相关联，直接影响着学生建立有效学习知识的体系。

第一，选择优秀教材。教材是落实新课程的标准，实现教学设计、体现教学内容的重要载体，也是教师进行教学的主要依据。选择知识体系完整、内容系统前沿的教材，才能确保教学质量。根据生物工程下游技术的课程特点，也结合我校学生的专业基础知识背景，我们采用了1999年由中国轻工业出版社出版、毛忠贵编著的《生物工业下游技术》。该教材是普通高等教育“九五”国家级重点教材，该教材以生物工业下游技术一般的工艺流程为主线，逐个单元操作为知识点，阐明了各单元技术的理论基础及操作要点，涵盖了发酵液放罐后分离、提取、纯化和精制等一系列内容。其内容体系完整清晰，知识点简明扼要，特别适合做为我们缺乏工科背景的学生学习的主要参考教材。此外，为了更好地对课程内容加以理解，并及时掌握本领域的最新动态，我们还指定了《生物工艺原理》、《生化分离工程》、《发酵工程设备》等作为参考资料，提供了国内外知名大学的相关课程视频供大家研习，以开阔视野，拓宽知识面。

第二，精心制定大纲。教学大纲是课程教学的纲要，是进行教学的主要依据，也是检查和评定学生学业成绩和衡量教师教学质量的重要标准。本课程研究组本着“牢基础，强实践”的培养方针，制定了适合应用型人才培养模式的课程教学大纲，既突出了基本原理和方法的重要性，又体现了理论联系实际的必要性，更是把行业研究的最新动态引入了课堂。在理论教学大纲设定的同时，兼顾了实践教学的作用，理论教学大纲与实践教学大纲同时编排，相互支撑。如在进行离子交换理论课程教学的过程中，安排相应的实验课程，根据理论课程的知识，由学生自行设计实验方案，并完成实验报告，在理论教学过程中大家共同讨论分析结果，充分发挥学生的自主能动性，将知识掌握得更为牢靠。

2．改进教学模式

教的质量最终体现在学的质量上。教育教学质量最终应该用人才培养质量来检验。也即，教学质量的检验目标是以人才培养质量为核心，教育教学的思路就是以学生为主体、以优化学习过程为目的。教学过程的教学模式直接与这一检验目标相关联。教学不是简单的教师的教和学生的学，而是要以学生轻松掌握知识技能为目的的全方位的教学。教师对教学资料熟悉于心是基本要求，还要善于在恰当环节增加有趣、热点、实用性强的知识。教学模式具体运用中主要的问题是教学过程中的师生配合以及学生对理论知识的实际运用。

传统的教学过程中师生难以成为学习共同体，究其原因，是教师没有更好地了解学生到底想要学到什么，学到什么更有用，没有让教与学真正融为一体。因此，针对生物工程下游技术课程实际应用性极强的特点，在理论课程开课前，带领学生到相应的工厂进行参观和见习，注重引导学生观察单

元操作设备，讲述基本操作流程，让学生看着设备听课程，增强学生的感官认识，并要求写出见习报告。根据学生实际的掌握程度，理论联系实际有侧重地讲授理论知识，再结合实验课程，加大对操作技术的掌握熟练程度。

3．改革考核方式

考核是对学生学习效果的检验手段，更是教师进行教学反思的主要依据。在例行的教学过程中，理论知识和实验操作的考核独立进行记分，理论知识考核的方式是平时成绩（30%）和期末考核（70%）相结合的方法，而实验操作考试的方式是实验理论（40%）和实际操作（60%）相结合的方法。

上述这种理论和实验单独考核的机制对评估学生的能力显然是不适合的。因此，要针对本课程特点和具体情况，对考核方式进行改革，即将理论知识和实验操作的考核结合起来，侧重考核学生实际动手操作能力。具体措施如下：（1）理论知识成绩占60%，以期末闭卷考试的方式完成，测试内容侧重于应用，贴近于实际，更要体现出学生对基础知识掌握的扎实程度。（2）实验操作成绩占20%，主要是针对实验教学部分的内容进行考核。实验成绩主要参考学生实验后实验报告完成情况、实验的具体操作能力等进行综合评分。（3）平时成绩占20%，主要是参考平时学生的出勤、作业完成情况、课上表现等。

生物工程下游技术课程在我校生物技术专业的教学改革，提高了学生对课程学习的兴趣，带动了学生学习方式的转变，收到了较好的教学效果。相信通过教学改革的进一步深入，一定能克服现有教学过程中的种种不足，逐步达到课堂理论和社会实践的有效结合，培养出高素质的应用型人才。

参考文献

［1］刘国诠.生物工程下游技术（第2版）［M］.北京：化学工业出版社，2011

［2］毛忠贵.生物工业下游技术［M］.北京：中国轻工业出版社，1999

［3］廖春丽、朱涛、杨海波、王福梅.生物工程下游技术理论教学和实践教学相结合的探索［J］.实验室科学，2011（1）：40～42

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根据国家教指委的专业规范以及社会需求与各类人才的专业特点，在大量调研和充分论证的基础上，结合办学特色，研究确定了生物工程专业的人才培养目标是：培养出具备生物工程基本知识、掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论和技能，能在生物技术与工程及中医药领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。在培养方向上，既要培养学生掌握生物工程的基本技能、基本理论和基本知识，又要注重现代生物工程在传统中医药中的应用与交叉融合，注重工程技术素养的培育，注重培养具有中药发酵工程技术、中药活性成分分离工程技术、能将细胞工程、基因工程应用于中医药研究的人才，充分发挥中医药背景的优势和特色，培养出社会真正需求，并能在中医药领域发挥一技之长的复合型人才。

二、具有中医药背景的生物工程复合型人才的培养模式

建立科学的人才培养模式是人才培养的基础性工作。围绕着培养具有中医药背景的生物工程复合型人才这一目标，我校生物工程专业加强课程及教材建设，突出实践能力的培养，坚持继承与创新相结合，注重特色项目的培育，重视中药发酵工程、中药酶工程、中医药基因工程等中医药生物工程技能的培养，这也成为了专业建设的一大特色。

1实施课程改革，优化课程体系，注重中医药生物工程技术的培养

课程是教育的核心，课程水平决定了人才培养的水平。生物工程专业在课程设置上以优化学生知识结构、提高学生综合素质为主线，注重其多学科交叉的特点。在广泛学习调研国内生物工程专业人才培养方案的基础上，根据国家教指委制定的专业规范要求，对现有的课程体系进行了整体优化和调整。为加强学生实践能力的培养，增设了工程类基础课程，并增设了实训环节，以更好地促进学生综合素质的提高。我校生物工程专业在培养学生具备生物工程基本技能的基础上，注重中医药生物工程技术的培养，具有鲜明的中医药特色。除了开设细胞工程、酶工程、基因工程等通用课程以及工程制图、化工原理等工程技术基础课程以外，还充分利用学校在长期办学过程中形成的中医药学这一优势学科，开设了中医学概论、中药药剂学、中药复方药动学等课程。同时，在专业实验课中也融入了中医药相关的内容，而学生开放实验项目、本科毕业论文中与中医药相关的比例均高达50%左右。

2选用优秀教材，编写特色教材，融合鲜明的中医药特色

教材建设是制定人才培养方案和课程设置必备的基础环节，教学内容和课程体系的改革必然反映到教材上。制订教材建设规划，完善教材选用机制，以此保证教材选用的先进性及中医药特色。针对我校生物工程专业的特色，编写并出版了符合专业方向需要的中医药生物工程教材《生物与制药工程实验》，该教材既注重基础知识，又着眼于实用性及学科发展性，并结合了中医药特色的实验内容。这些实验内容在生物工程基本理论的基础上，注重中医药特色，对培养学生的动手能力和实验设计能力具有很强的指导性。

3构建实践教学体系，强化工程能力、实践能力的培养

实践能力的培养是高等教育教学的重点和特点，实践教学不但是生物工程专业本科教学的重要组成部分，而且是培养具有创新精神和实践活动的高素质工程技术人才的重要环节。生物工程作为一门实践性及应用性较强的专业，不仅要求学生具备深厚的理论基础，还应具备较强的实践动手能力。因此在人才培养过程中，如何强化工程能力及实践能力的培养是一个非常重要的问题。

（1）积极推进实验教学改革我校生物工程专业非常重视实验教学工作，在实验教学体系、实验教学内容、课程整合与优化、完善管理机制等方面进行了改革，以满足生物工程专业发展的需要。

①在实验教学体系方面，实行多层次改革，对课程实验教学、学生参与教师科研、毕业设计实验、开放实验项目、企业实训教学、实验设计竞赛等多个环节进行优化，建立更完善的实验教学体系。

②在实验教学内容方面，增加能更好地提高学生实践动手能力的设计性、综合性实验项目，减少验证性、认知性实验项目，促进科研成果向本科实验教学内容转化，并根据学科发展更新实验教学内容，引入特色实验项目。

③在课程整合与优化方面，对实验教学内容相关相承的课程，打破课程壁垒，进行课程整合，开设专业模块大实验，如将“基因工程”“、生化制药学”的实验课整合为“基因工程实验”，将“工业微生物学”“、生物工艺学”“、发酵设备”的实验课整合为“发酵工程实验”。“基因工程实验”将基因工程常用的实验技术串联起来，涉及基因克隆、菌种构建、工程菌的发酵、蛋白分离纯化、产品电泳与检测等环节，让学生在整个产品生产流程中了解各项技术，既有“点”、又有“面”，改变了过去实验课时少、实验内容孤立、交叉重复等现象。

④在完善管理机制方面，建立开放式实验教学平台，通过该平台实现信息、师生交流、资源共享、实验管理等功能。

（2）建设特色实验室，加大实验室开放力度我校生物工程专业建有生化分离工程、发酵工程、细胞工程、基因工程、化学合成和化工原理等特色实验室，面向全校开放。每年承担150余项开放实验项目供全校学生选择，内容涉及生物工程各个方面，通过这些实验项目可以提高学生的综合素质及科研能力。同时，根据学生的科研兴趣及就业方向，分不同专业方向，通过实行科研导师制、撰写论文以培养学生的实践动手能力和创新意识，如采用发酵工程技术培育药用菌（中药）、中药成分分离分析工程、中药制剂工艺、细胞工程、生物制剂等不同方向。

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（浙江中医药大学）

生物工程是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科，其广泛应用于化工、医药、食品、农业、能源、资源和环境等领域，近年来发展迅猛，尤其为人类健康问题的解决提供了美好的前景。因此，国内不少高校纷纷新设生物工程专业，生物工程人才的需求也逐年增加。

浙江中医药大学于2003年9月首次招收四年制本科生物工程专业学生，这是在全国20多所中医药院校中首次开设生物工程专业，没有现成的经验可以借鉴。我们根据本校的办学优势和国家对生物工程专业人才培养的要求，对中医药背景下生物工程专业特色建设以及人才培养进行了探索。

一 中医药院校生物工程专业的定位与特色

目前全国已有百余所院校开设了生物工程专业，浙江省共有9所院校开设了生物工程专业，而全国中医药院校中仅三所开设了生物工程专业。由于在师资力量、教学条件、科研方向以及专业设置先后等方面的差异，办学方向及专业特色也不尽相同。如有些院校以溶剂和有机酸的微生物发酵，或以核苷酸及其类似物的微生物发酵，或以酶制剂工业，或以微生物发酵生产抗生素，或以基因工程，或以食品发酵、加工酿造，或以微生物与环境保护等为主要办学方向[1】。

在专业定位这个战略问题上，必须扬长避短，走特色发展之路。浙江中医药大学具有在中医药领域深厚的办学积淀和背景，因此我校生物工程专业的特色定位是：充分依托和发挥中医药大学的办学优势，注重现代生物工程在传统中医药中的交叉融合与应用，培养面向科研、生产、管理第一线的一流中医药生物工程复合型人才。专业坚持以工为主、理工结合的方向，充分发挥多学科交叉渗透的办学特色，加强实践环节教学，培养适应行业需求、社会经济发展的应用型生物工程技术人才。

注重现代生物工程在传统中医药中的交叉融合与应用，是中医药院校生物工程专业建设的一大特色。现代生物工程技术已用于中医药产品的开发、生产、培育及研究等方面，包括中药生物发酵、中药内生菌的分离、中药生物转化、酶工程应用于中药提取、中药细胞工程、中药生化分离工程等。医药产业已逐步成为支柱产业之一，而生物技术成果约有60%是用于医药业。因此，现代生物工程技术不仅可以应用于中医药领域，而且前景广阔，办好生物工程专业也将更好地促进中医药院校的教学、科研发展。

二 具有中医药背景的生物工程复合型人才的培养目标

根据国家教指委的专业规范以及社会需求与各类人才的专业特点，在大量调研和充分论证的基础上，结合办学特色，研究确定了生物工程专业的人才培养目标是：培养出具备生物工程基本知识、掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论和技能，能在生物技术与工程及中医药领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。 ‘在培养方向上，既要培养学生掌握生物工程的基本技能、基本理论和基本知识，又要注重现代生物工程在传统中医药中的应用与交叉融合，注重工程技术素养的培育，注重培养具有中药发酵工程技术、中药活性成分分离工程技术、能将细胞工程、基因工程应用于中医药研究的人才，充分发挥中医药背景的优势和特色，培养出社会真正需求，并能在中医药领域发挥一技之长的复合型人才。

三 具有中医药背景的生物工程复合型人才的培养模式

建立科学的人才培养模式是人才培养的基础性工作[2]。围绕着培养具有中医药背景的生物工程复合型人才这一目标，我校生物工程专业加强课程及教材建设，突出实践能力的培养，坚持继承与创新相结合，注重特色项目的培育，重视中药发酵工程、中药酶工程、中医药基因工程等中医药生物工程技能的培养，这也成为了专业建设的一大特色。

1 实施课程改革，优化课程体系，注重中医药生物工程技术的培养

课程是教育的核心，课程水平决定了人才培养的水平[3]。生物工程专业在课程设置上以优化学生知识结构、提高学生综合素质为主线，注重其多学科交叉的特点。在广泛学习调研国内生物工程专业人才培养方案的基础上，根据国家教指委制定的专业规范要求，对现有的课程体系进行了整体优化和调整。为加强学生实践能力的培养，增设了工程类基础课程，并增设了实训环节，以更好地促进学生综合素质的提高。

我校生物工程专业在培养学生具备生物工程基本技能的基础上，注重中医药生物工程技术的培养，具有鲜明的中医药特色。除了开设细胞工程、酶工程、基因工程等通用课程以及工程制图、化工原理等工程技术基础课程以外，还充分利用学校在长期办学过程中形成的中医药学这一优势学科，开设了中医学概论、中药药剂学、中药复方药动学等课程。同时，在专业实验课中也融人了中医药相关的内容，而学生开放实验项目、本科毕业论文中与中医药相关的比例均高达50%左右。

2 选用优秀教材，编写特色教材，融合鲜明的中医药特色

教材建设是制定人才培养方案和课程设置必备的基础环节，教学内容和课程体系的改革必然反映到教材上[4]。制订教材建设规划，完善教材选用机制，以此保证教材选用的先进性及中医药特色。针对我校生物工程专业的特色，编写并出版了符合专业方向需要的中医药生物工程教材《生物与制药工程实验》，该教材既注重基础知识，又着眼于实用性及学科发展性，并结合了中医药特色的实验内容。这些实验内容在生物工程基本理论的基础上，注重中医药特色，对培养学生的动手能力和实验设计能力具有很强的指导性。

3 构建实践教学体系，强化工程能力、实践能力的培养

实践能力的培养是高等教育教学的重点和特点，实践教学不但是生物工程专业本科教学的重要组成部分，而且是培养具有创新精神和实践活动的高素质工程技术人才的重要环节。生物工程作为一门实践性及应用性较强的专业，不仅要求学生具备深厚的理论基础，还应具备较强的实践动手能力。因此在人才培养过程中，如何强化工程能力及实践能力的培养是—个非常重要的问题。

(1)积极推进实验教学改革

我校生物工程专业非常重视实验教学工作，在实验教学体系、实验教学内容、课程整合与优化、完善管理机制等方面进行了改革，以满足生物工程专业发展的需要。①在实验教学体系方面，实行多层次改革，对课程实验教学、学生参与教师科研、毕业设计实验、开放实验项目、企业实训教学、实验没计竞赛等多个环节进行优化，建立更完善的实验教学体系。②在实验教学内容方面，增加能更好地提高学生实践动手能力的设汁性、综合性实验项目，减少验证性、认知性实验项目，促进科研成果向本科实验教学内容转化，并根据学科发展更新实验教学内容，引入特色实验项目。③在课程整合与优化方面，对实验教学内容相关相承的课程，打破课程壁垒，进行课程整合，开设专业模块大实验，如将“基因工程”、“生化制药学”的实验课整合为“基因工程实验”，将“工业微生物学”、“生物工艺学”、“发酵设备”的实验课整合为“发酵工程实验”。“基因工程实验”将基因工程常用的实验技术串联起来，涉及基因克隆、菌种构建、工程菌的发酵、蛋白分离纯化、产品电泳与检测等环节，让学生在整个产品生产流程中了解各项技术，既有“点”、又有“面”，改变了过去实验课时少、实验内容孤立、交叉重复等现象。④在完善管理机制方面，建立开放式实验教学平台，通过该平台实现信息、师生交流、资源共享、实验管理等功能。

(2)建设特色实验室，加大实验室开放力度

我校生物工程专业建有生化分离工程、发酵工程、细胞工程、基因工程、化学合成和化工原理等特色实验室，面向全校开放。每年承担150余项开放实验项目供全校学生选择，内容涉及生物工程各个方面，通过这些实验项目可以提高学生的综合素质及科研能力。同时，根据学生的科研兴趣及就业方向，分不同专业方向，通过实行科研导师制、撰写论文以培养学生的实践动手能力和创新意识，如采用发酵工程技术培育药用菌（中药）、中药成分分离分析工程、中药制剂工艺、细胞工程、生物制剂等不同方向。

(3)注重实习实训基地建设，培养合格的应用型人才

通过学生实习实训基地的建设，改善实习教学条件，培养学生的工程实践能力。通过打通校企联系渠道，使企业全方位参与人才培养工作。除建立校内实训基地外，与多家校外具有中医药特色企业签订了合作协议，建立了校外实习实训基地。校企合作建立人才培养基地，为学生跨专业、跨学科、跨行业的社会实践提供平台，使企业中具有丰富生产实践经验的工程师作为专业师资的补充，为培养具有较强实践动手能力的生物工程应用型人才提供了有力保障。

总之，浙江中医药大学在全国20多所中医药院校中首次开设生物工程专业，没有先进的经验可以借鉴。根据专业建设和人才培养的实践，探索出了现代生物工程与传统中医药交叉融合这一专业特色，并确定了具有中医药背景的生物工程复合型人才的培养目标。围绕这一人才培养目标，对生物工程专业人才培养模式进行改革，通过优化改革课程体系、编写选用特色教材、构建强化学生工程能力与实践能力的实践教学体系，最终形成了具有中医药背景的生物工程复合型人才的培养模式。这将为中医药院校生物工程专业建设和人才培养提供—个良好的理论支撑，也将为中医药院校其他非传统专业（传统专业指中医、中药等）的开设提供参考。

参考文献

[1]万海同．中医药院校中生物工程专业的人才培养模式与实践研究[J].中医教育，2010，29(4):4-8．

[2]官翠玲．医药院校市场营销专业人才培养模式之研究[J].，中医教育，2008，27(5):4-6．

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【关键词】蛋白质工程课程；科学思维能力；教学方法

人类的进步离不开科学的发展。在人们通过科学实验的方法以期获得对自然世界的客观解释的过程中，科学思维贯穿其中，并显示出重要的作用[1]。高等教育不仅要培养学生的知识能力和专业技能，更重要的是培养学生的科学思维能力。生物工程专业高等教育的目的，是培养具备扎实专业功底和科学思维能力的生物学应用领域高技能人才。纵观国内近几年的生物工程等专业的教育教学改革实践，对于课程体系的构建，课程内涵的建设，以及具体教学方法的改革，其核心目标都是培养学生的科学思维能力，并以科学思维能力为源，派生出终身学习、创新思维、分析解决问题、自我完善发展等能力。《蛋白质工程》是本校生物工程专业十分重要且极具特色的选修课之一，是学生运用生物学基础知识，了解生物学前沿领域的专业素质提升拓展课程。因此，在蛋白质工程课程教学中将培养学生科学思维能力始终贯穿于教学中就显得极为重要。

1 培养学生科学思维能力的必要性

1.1 培养高素质生物工程领域人才的客观需要。随着科学技术的飞速发展，作为前沿科学的生物学，其发展速度十分迅猛。生物工程领域的从业者需要不断学习和吸收日新月异的生物学最新研究成果，并将这些理论成果通过工程学的方法与手段转化成现实的生产力造福人类。因此，在教学过程中除了教给学生基本的知识理论外，还应积极培养学生的科学思维能力。这样就等于培养了学生具备一个活跃思维能力的头脑，使他们具备了今后发展的具大潜力。

1.2 学生思维发展水平的客观要求。从思维的发展来说，大学生的抽象思维已居于主导地位，他们喜欢进行比较系统的理论论证，在专业学习中追求较高的理论深度，其思维的独立性、批判性更加增强，运用思维技能尝试发明创造的兴趣逐渐增长[2]。在教学实践中抓住这个大学生思维方式进入塑造成型的关键阶段，对大学生进行科学思维方式的培养，提高其思维的广度、深度、灵活性和敏捷性，将获得立竿见影的效果。

1.3 课程固有内涵性质的客观要求。蛋白质工程课程的主要内容，是以蛋白质化学的相关基础理论为基本依据，结合分子生物学、生物信息学和工程学的技术手段，讨论蛋白质的分子设计、修饰表达、纯化鉴定和实际应用等领域的最新成果和研究方向。课程教学要求师生既要具备扎实的理论基础，又要具备灵活运用理论知识对实际问题进行分析解决的思维能力。所以，课程本身具备了科学思维的内涵，势必要求我们采用合适的教学方法，在教学过程中注重培养学生的科学思维能力。

2 培养学生科学思维能力的方法

2.1 理清课程思路，以科学思维指导教学。课程的教学需要师生的努力与配合，方能达到较好的效果。但教学的初始，是教师对课程内涵的深刻理解，和对教学模式的合理安排。所以，在蛋白质工程课程的教学过程中，任课教师首先要具备科学的思维模式和方法，积极开动脑筋，深刻挖掘课程内容的内在联系，准确掌握学生的知识基础、能力水平和个性特点，遵循学生心理认识发展的规律，设计出有利于学生科学思维能力培养的课堂教学程序。

2.2 合理使用教学方法，逐步培养学生科学思维能力。蛋白质工程课程的授课内容大致分为蛋白质的结构基础，蛋白质分子设计、修饰表达及纯化鉴定，蛋白质工程领域的最新研发进展这三个模块。每一个模块的具体内容，教学要求都不尽相同，因而需要采用不同的教学方法，来达到培养学生科学思维能力的目的。

2.2.1 采用思维导图辅助教学法。这一方法适用于蛋白质的结构基础模块的教学。学生在学习蛋白质工程课程之前，已经学习了生物化学等专业基础课，对蛋白质的结构特征已有了一定的了解，但仍需在蛋白质的结构特征以及结构与功能的关系等方面进行更为深入的学习。所以，这一模块的教学有着明显的“温故知新”的特点，学生应以已有知识为学习的起点，以发散性的思维拓展学习的广度与深度。思维导图，作为一种表达发射性思维的有效图形思维工具，运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来[3，4]。这种思维方式非常适合于“温故知新”式的学习。通过学习过程的思维导图的绘制，学生不仅可以运用发散性的思维方式学习更广泛的基础知识，而且可以在整个发散性思维过程之后理清各知识点之间的相互关系。同时，作为一种具体化的思维方式，思维导图还具备了可回顾反思的作用。

2.2.2 采用任务驱动式教学法。这一方法适用于蛋白质分子设计、修饰表达及纯化鉴定模块的教学。这一模块的教学内容以蛋白质结构及功能知识为基础，着重讲授如何在特定的条件下，灵活运用基础知识，完成对目的蛋白质的分子改造、结构修饰及纯化。鉴于该模块内容具有很强的实践操作价值，笔者结合自身的科研实际，设计了具体的蛋白质分子改造、结构修饰及纯化的小课题，以小课题为任务，带领学生完成课题内容。以任务驱动的方式，综合了计算机模拟蛋白质分子设计和结构修饰，蛋白质提取纯化和初步鉴定的实验等内容，让学生亲身参与课题的研究。任务驱动的教学方法极大的激发了学生的学习积极性，同时又能提供给学生真实的研究经历，让学生在积极的探索实践中掌握课程内容，锻炼科学思维。

2.2.3 采用学生自主讲座式教学法。这一方法适用于蛋白质工程领域最新研发进展模块的教学。蛋白质工程是目前最热门的生物学研究领域之一，近几年来，其在基础研究和实际应用方面的进展十分迅猛。对于这样的前沿内容，十分适合采用专题讲座的方式进行。同时，笔者考虑到，一名出色的生物工程领域从业者，必须对专业领域研发的最新动态保持敏锐的嗅觉，能熟练进行信息检索以及时获取权威可靠的科技资讯，并能对获取的资讯进行科学的分析和整理。为此，笔者在教学实践中，布置学生对蛋白质工程某一具体研究或应用的最新成果进行查询检索，并以向全班同学作专题报告的形式，对自己的检索整理结果进行展示。通过这样的方式，使学生的科学思维得到进一步的锻炼。

总之，学生在进行蛋白质工程课程的学习时，已经具备了一定的专业基础知识，急需通过更深入的学习实践来锻炼自身的科学思维能力，这是人才培养目标的需要，也是学生自身发展的需要。笔者在教学实践中，从培养训练学生的科学思维能力为出发点和落脚点，不断优化教学内容，改进教学方法，促使学生成绩大幅度提升。同时，学生的学习兴趣和学习积极性也普遍提高，独立分析问题和解决问题的能力也得到了增强。

参考文献

[1] 袁薇薇， 吴庆麟. 科学思维的心理学探索[J]. 心理科学， 2008， 31（4）： 956-959.

[2] 林德河. 大学生科学思维方式培养研究[J]. 集美大学学报， 2006， 7（3）： 45-48.

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关键词基因工程;教学改革;独立学院

基因工程是通过人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，与载体DNA分子连接重组，再导入受体细胞内，使其在受体细胞内复制、转录和翻译表达，创造出人们所需要的新品种的一种技术体系[1]。由于基因工程可以突破物种间的遗传障碍，大跨度的超越物种间的不亲和性，具有无限光明的应用前景。因此，吸引人们进行了广泛的研究与探索，其结果迅速地应用于农业、医药、轻工、化工、环境等各个领域[2-5]。目前，随着基因工程的发展，急需大批的专业人才。因此，许多高校为满足社会需求，新增了生物技术和生物工程专业，开设了基因工程课程，希望能为国家培养和输送人才。基因工程面向独立学院生物技术和生物工程专业本科生已开设多年。在教学过程中，课程组教师针对该课程及独立学院学生的特点，对这门课程的教学进行了探索，获得了许多经验。

1基因工程教学改革的必要性

基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，其内容涉及分子遗传学、生物化学、细胞生物学、微生物学及分子生物学等学科相关理论基础及其实验技术手段。课程内容繁多、概念抽象、理论性和技术性强。同时基因工程发展非常迅速，相关知识可以说是日新月异。然而高等学校教学时间有限，独立学院学生基础知识相对薄弱学生虽思维敏捷，但强调个人喜好，并且学习的自主能力也较弱。因此，在有限的课时内，让他们理解和掌握基因工程相关的内容确实有难度。而正处于农业高等院校的生物技术和生物工程专业的大学生们，即将投身于生命科学社会实践，展现他们的才能，如果他们对基因工程的基本理论和技术知之甚少，这种状况与培养现今的人才培养目标极不相称，这些大学生在21世纪的生命科学时代中也难以胜任社会重负于他们的工作，更难以挑起生物高科技研究和开发的重担。虽然在基因工程教学过程中，教师采取了许多办法，如采用多媒体教学，使用Flash动画等将教学内容直观化，或通过讨论、课程论文等激发学生对基因工程的学习自主性，但效果还是不理想。经过多年的独立学院基因工程教学，笔者发现目前的基因工程教学内容体系和教学方法没有充分体现独立学院学生的特点，即没有补偿他们存在的某些缺陷，也没有充分发挥独立学院学生的优势。为了使这些发展潜力大的学生的综合素质进一步提高，能够跟上学科的发展进程，对现行基因工程课程教学内容和方法进行改革势在必行。

2构筑合理的教学内容体系

2.1精简内容，突出重点

基因工程与分子遗传学、生物化学、分子生物学、微生物学及细胞工程等课程有着紧密的联系，所以学生在修完了这些课程后才开设基因工程课程。由于学生已具备这些课程相关的理论和实践基础，所以基因工程教学内容可精简，避免与这些课程重复，留出充裕的时间详细讲解新的知识点，如细菌转化实验在微生物中讲授过;基因表达与调控在分子遗传学中涉及到;转基因植物的培养再生与细胞工程内容相关。这些重复的内容可以在课前提醒学生复习，教学时通过提问的形式回顾，或以课外作业的形式进行。对于独立学院中那些基础较薄弱的学生，可通过基因工程网络课程进行知识的答疑。

2.2组织合理的教学内容体系

基因工程课程教学内容包括基因操作的基本原理、基本研究方法及应用，内容广泛抽象。为使学生在短时间理解相关知识，教学内容应具备较强的系统性和条理性，同时又能反映学科的科学性和先进性。因此，构建以基因工程操作技术为主线，以基因工程原理基础知识及基因工程应用基础知识为基础的理论教学体系十分重要。

基因工程原理基础知识包括基因工程基本概念、基因的各种分析手段(包括PCR技术、分子杂交技术等)、分子克隆工具酶、克隆载体、目的基因与分子克隆载体的重组、重组体的转化与筛选鉴定、外源基因的表达等内容。这些是基因工程的核心内容，因此每部分内容的有关原理、实验技术及应用等需详细加以阐述。另外，针对一些抽象内容，教师应该使用多种教学方法，使其直观生动，让学生易于理解、接受和掌握。同时，要发挥独立学院学生综合素质高的特点，可要求学生个人或以班为单位制作Flash动画和视频等，充分调动学生主动学习的积极性，挖掘潜能，激发学生的学习兴趣，使学生在学习过程中感悟到对事业成功的向往，达到教学目的。

基因工程技术几乎渗透至生命科学的各个方面，大大的推动了生命科学理论研究的发展，且扩展到人类生产实践的各个行业，例如植物、动物、微生物、医药、环境保护、能源等。这部分内容主要以学生为主体，通过讨论、专题报告、实际案例和生产实习的形式进行。通过这些内容的学习让学生感受科学发展与生产实践息息相关，增强学生的科技意识及求知欲望。

2.3引进新知识、新动态

基因工程自诞生以来，发展迅猛，新成果层出不穷。在教学过程中引进生命科学的最新科研成果及国内外研究动态，使学生在有限的课时中尽量接受基因工程相关的新观念、新技术和新成果。同时促使他们以发展的观点看待科学研究问题，唤起他们探索未知领域的欲望，增强专业自信心。

2.4理论教学和实验教学相配套

基因工程是一门理论与实践相结合的课程，其教学内容除了理论知识外，还配套有基因工程实验技术和教学实习。基因工程实验技术主要是对学生实验基本技能的操练，以班为单位进行教学。在教学过程中，要求学生在每次实验前预习好实验指导中的相关内容、掌握实验目的和实验设计原理、了解实验操作的基本过程及注意事项。学生在实验过程中，严格执行操作程序，仔细观察实验中出现的现象，如实记录实验结果和数据，培养学生的动手能力和敢于发现问题、解决问题的能力。实验课后，要求学生根据实验过程，写出实验总结报告，提高他们的归纳总结能力。基因工程教学实习是以重组体的构建、转化、筛选及检测为主线的系统性的实验体系。其内容包括质粒DNA的提取、目的基因及载体进行限制性内切酶的切割、目的片段与载体的体外连接、感受态细胞的制备、重组质粒的转化、重组子的筛选以及鉴定。整个实验内容紧密衔接，较为完备地将基因工程学的上游技术综合为一体。实施教学时，学生在教师指导下，了解实验的整体设计思路和流程，查阅相关文献，书写实验方案，再进行实验实施。通过这样的过程培养学生应用知识的能力，加强学生对生物学文献资料的查询与消化能力，拓宽学生的知识面，并且实验的每个环节都可能直接影响最终结果，所以学生必须关注每个环节，才能顺利完成在此过程中有助于学生树立完整的科学研究概念，具备严谨的科学研究态度。

3改进教学方法

3.1传统板书教学与多媒体教学相结合

在基因工程教学中，传统的板书教学必不可少。这是由于学生虽具备一定的生物学基础，但知识比较凌乱，更无法很好的应用于基因工程学习中。板书教学能够很好的将这些知识系统而又精炼的展示出来，并且有助于老师控制讲课的进度，学生也可以详细的记好笔记，增强对知识的记忆。但是传统的板书教学呆板，所提供的信息量非常有限。对于基因工程这门课程，完全采取板书教学无法直观生动的将所有内容演示。另外，板书教学中老师是主体，学生认为学习的好坏只与老师有关而与自身毫无关联，学习的积极性不高，无法达到教学目的。多媒体教学能综合应用影视、图形、图像、声音、动画和文字等信息，可以使抽象的概念直观化、复杂的问题简明化、整体的过程动态化。它可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生，便于学生理解记忆。但是课件是一页页地进行显示，单独使用课件会降低课堂授课内容的连续性及关联性，使学生不易掌握每一次授课的线索及整体内容。因此，在讲课过程中很有必要将传统板书教学与多媒体教学结合、教师传授知识与学生自主学习结合，采取多种教学方法使课程教学更为生动、丰富，促使学生自主学习和对基础知识的消化、理解和升华。

3.2“研讨式”教学

独立学院学生感应新事物的能力较高，他们查阅相关资料后，能够就某些问题提出见解。因此，笔者设计一些讨论题，供学生思考与讨论，充分调动学生的能动性、自主性和创造性，让学生真正成为课堂的主体。例如关于基因工程安全性的问题，是以讨论课的形式进行教学。学生不但对现存的一些安全问题进行了全面的阐述，而且还提出了自己的一些见解。针对一些不一致的观点，可以进行辩论，不仅使课堂气氛非常活跃，而且锻炼了学生的表达能力，使他们树立了看待科学问题的批判意识。

课程组的老师都从事了与基因工程相关的研究工作，经常将科学研究结果融入教学，增强学生对知识的感性认识。鼓励学生申请一些研究性课题和进入实验室参与研究工作。通过对科学研究的探索，培养学生将理论知识应用于实践的能力，有助于他们树立艰苦奋斗的精神。

3.3“总结归纳”式教学

每一章内容结束后，要求学生对教学内容进行总结和归纳，系统地梳理知识体系。另外，组织学生听取一些专题报告会，以提高学生对学科前沿知识的了解。

基因工程是现代生物技术的核心，教学效果的好坏直接影响高校生物技术专业学生的素质，进而影响高校人才培养目标的实现。尝试通过对基因工程教学内容和教学方法的改革，提高教学质量，促进学生综合素质的提高，使他们适应21世纪生命科学时代的工作需求。

4参考文献

[1] 吴乃虎.基因工程[M].北京:科学出版社，2000.

[2] 孙毅.现代生物技术与生态环境保护[J].科技情报开发与经济，2008， 18(21):113-114.

[3] 刘婵婵，时全义，刘均洪.植物基因工程对生物燃料生物质特征的改进[J].化学工业与工程技术，2008，29(3):4-7.

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【关键词】生物工程专业 学科建设 工科

我国生物工程专业正式设立于1998年，它包含了原来的生物化工、微生物制药、生物化学工程、发酵工程等4个专业。自设立以来，发展迅速，全国办学点数从1997年的57个发展到2010年的284个，招生人数从1997年的约2250人达到2010年的30多万人，培养了大量的专业人才。随着科技发展，生物工程产业对从业人员的实验技能、工程问题解决能力和实践经验都提出更高层的要求，形成了高素质人才稀缺的局面。本文重点探讨目前生物工程专业的现状，分五个部分详细分析面临的问题，在此基础上提出专业改革的合理方案。

一、课程设置

多数生物工程专业是由原来分属于化工、轻工、医药等学科的生物化工、发酵工程、微生物制药等专业调整而来，部分是在师范、农林及其他综合性院校的生物学、生物技术专业的基础上成立的，各高校生物工程专业的教学背景和专业方向上存在较大差异，在学科定位、人才培养、课程体系等方面大相径庭，各有偏颇。如师范、农林及其他理科院校和部分综合性大学，背景偏理，工科基础薄弱，多存在重理轻工现象：专业课程如细胞生物学、分子生物学、遗传学等课程所占课时比例较大，工程类课程如生化反应工程、分离工程、生物工程设备等课程所占课时较少。而工科院校专业课程设置则相反，偏重于生化反应工程、生化分离工程等工科课程的教学，不重视生物学基础，大纲很少涉及细胞生物学等理论基础内容。这些致使各高校生物工程专业在课程体系上普遍存在上下游技术结合不够紧密、学研产环节薄弱甚至脱节的情况，影响了生物工程专业教学目标的实现和结合型人才的培养。

再有，现行课程体系中，基础类课程占据学生课程学习的3/4以上，致使专业课程的时间和空间严重受限，与人才培养的多元化目标背道而驰。此外，随着科技进步产生交叉学科、边缘学科，学科越分越细，内容庞杂，与此同时，新一轮的教改进一步缩减了理论教学课时，尤其专业课程学时，从而导致学科的新思想、新成果难以及时进入课堂，知识更新速度慢。

因此，迫切需要整改课程体系，切实推进课程建设的改革，全面分析专业的基础知识和实践部分，统一规划授课内容，通过每周的教师例会，将各课程体系中重复的环节适当删减，在保证学生知识体系完整的基础上，使课堂内容精简有致。

二、教材建设

许多学校都对教材选用严格管理，主干课程全部选用教育部“十一五”规划教材或面向21世纪课程教材。在教学过程中，存在下列问题①教材编写面面俱到：各教材为了强调它的理论性和系统性，知识点覆盖面不断加宽，例如生物化学教材从原来的十七个大章节增加到现在的四十大章节，内容增加一倍多，教师把握教材的难度明显加大。②知识点重复与漏洞现象并存：专业课程知识分割过细，没有从课程体系整体考虑，例如“氧化磷酸化与形成”这个知识点在主干专业课程中有七门课的任课教师都讲授、“代谢调控”有七门课重复讲授；而“包涵体”“热源”“蛋白质的修饰”等重要概念，却鲜有课程涉及。③工程实践类教材奇缺：如生物工厂设计，全国出版的教材只有“发酵工厂工艺设计”（1992年出版）和“生物工程设计概论”（原为发酵工厂工艺设计概论，1995年出版），内容陈旧，不能反映学科发展动态和专业科技发展的趋势。

针对这种现象，高校在教材选择和授课内容上需要适应学科的发展动态，在教学大纲的编写环节明确学科教学内容，全面梳理专业知识点，并在此基础上编写适合专业特色的教材体系，避免教材间的过多重复，提升教学质量。

三、观念影响下的实践教学

受传统教育观念影响，我国各级教育历来重理论、轻实践。而工科的显著特点就在于其有很强的工程性、技术性、实践性，其忽视实践教学的后果会严重制约人才素质。欧美发达国家不但在工科本专科教育阶段有充分的实践教学环节，而且在这之后还必须接受几乎全部为实践技能训练的继续工程教育。而我国的生物工程专业普遍存在实践教学内容不足、执行困难的问题。

切实改变观念，提升对实践教学的重视程度，深刻理解实践教学对工程类学科的重要意义，在教学设置中增加实践教学的比例，是解决现有问题的必经之路。

四、实践教学方法和手段

实践教学方法和手段落后，也是影响实践教学质量的主要问题。原因有两个方面：一是传统教学模式中，涉及的实验多为演示性、验证性实验，学生的参与性、创新性得不到体现。二是教育经费的紧张与逐年扩大招生的现实矛盾使高校本科实验室硬件建设落实困难，教育手段、教学方式难以突破革新。

我院的专业实验安排为专业理论课程的附属部分，实践中发现有几点明显不足：①实验时间短而分散；②实验内容及容量受到局限；③综合实践性差。实验多安排为一周两次，每次3～4学时，连贯性差，只能开设一些验证性或经验性实验，无法实施设计性、创新性实验，严重影响了学生综合能力的培养。

改革实践教学模式和手段，增加综合性，设计类实验，不仅提高了学生们的动手能力，对其创新意识和科研能力的培养也不无裨益。另外，积极利用多媒体教学对学生感观的强烈刺激，录制实验步骤，形象演示，并增加学术报告丰富教学内容，都能够以新颖的方式提升教学质量。

五、校外实习基地建设

受市场经济的影响，很多企业担心学生短期的实践会影响到有序的正常生产，影响经济收益，拒接学生实习，校外实习走马观花，变成了“参观式”学习，学生无法接触一线生产，没有亲自动手实践机会，专业技能得不到训练。

另外，教师自身的实践水平也是左右实践教学质量的关键因素。就生物工程专业来说，由于近年博士招生规模同比扩大，大量刚刚离开校门的年轻博士纷纷走上讲台，他们的成长背景决定了其在专业小领域具有比较深入的了解，但对学生多方面知识的渴求往往显得力不从心，指导学生动手能力训练时难免底气不足，影响学生的学习效果。

针对上述问题，一方面需要重视实习基地建设，设置学校自己的校内中试规模基地，另外，对师资队伍尤其是新进教员进行及时的实践培训也是提升实践教学水平的必要措施。

结语

综上，我们将继续研究分析国内外生物工程技术发展的趋势，加强素质教育，为全国生物技术领域的快速发展提供广泛的智力支持。

【参考文献】

［1］曹飞，范伟平，韦萍. 强化工程实践的生物工程专业课程建设改革[J]. 化工高等教育，2007（5）：5-8.

［2］刘桂萍. 依托化工学科优势构建具有特色的生物工程专业人才培养方案[J]. 化工高等教育，2008（1）：11-14.

［3］陶玉贵等. 生物工程专业课程结构体系构建和课程整合的研究[J]. 经济研究导刊，2009（9）：228-229.

［4］蒋盛岩，赵良忠，余有贵. 生物工程专业课程体系与教学内容改革探讨[J]. 科教文汇，2009（1）：72-75.

篇8

关键词：环境生物；交叉学科；人才培养；实践能力

Study on education of innovation and practice ability for environmental-biological interdiscipline subject students in engineering colleges

Du Qingping, Li Yanxu, Xu Yanbin, Tang Bing

Guangdong university of technology, Guangzhou, 510006, China

Abstract: The main reasons that influenced the interdiscipline subject talents training were analyzed in this article. Then two substantial ways were proposed to personnel training for EB interdiscipline subjects in engineering colleges: improving and optimizing the distinctive teaching plan and teaching programme; developing diversity experiments practicing teaching focused on strong actual effects.

Key words: environmental biology; interdisciplinary subjects; personnel training; practical ability

环境保护已成为当前国际关系、经贸合作的一个极为重要问题，严重地影响着我国国民经济的可持续发展。如何在经济高速发展的同时控制环境污染，改善环境质量，以实现社会经济可持续发展，这是我国目前亟待解决的重要问题[1]。生物高新技术是环境保护中应用最广、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁以及可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复等各个方面发挥着极为重要的作用[2]。历年的创纪录高温、低温、干旱、冰雹等恶劣气候环境，使得人们对环保治理的质量和效益要求越来越高。化学、计算机、地理等学科领域都在参与生物学和环境保护领域的研究，甚至连传统学科中的数学、物理都悄然开始生物数学和生物物理学的研究[3]。环境生物教育的国际化、学科交叉的复杂化和科技知识更新的频繁化，对工科院校环境生物交叉学科学生的实践能力提出了新的要求。

1 环境生物交叉学科毕业生面临的困境

1.1 环境生物交叉学科毕业生五花八门，学科背景相差很大

目前，全国理、工、农、林、医和师范等各类高校基本上都设置有与环境保护相关的生物工程专业。各高校设置环境生物交叉学科的背景不同，专业基础相差较大，对环境生物类人才培养所使用的专业培养方案五花八门，对交叉学科人才培养的教学大纲和基础课程设置存在着很多不完善的问题。具体表现在以下几个方面。

1.1.1 学生基础课或者公共课程任务繁重

为了培养具有基础知识面宽、适应性强、创新意识突出的优秀人才，国家教育部将原有的环境生物专业合并到环境科学专业中，使其成为环境科学的一个分支方向[4]。而各学校都要求交叉学科学生必须完成学校公共基础课以及学院或一级学科专业基础课。以我校为例，生物工程专业(环境生物技术方向)的学生不但要完成所有的基础课程，还要具有很强的工程实践能力，所以学生的高等数学、化工原理、工程制图和物理化学、有机化学、分析化学等工程基础课程学时所占的比例也相对较大。

1.1.2 专业课程门类多，培养的人才“博”而“不专”

生物技术专业涉及细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程、发酵工程等课程，而这些知识又必须建立在细胞生物学、遗传学、分子生物学、生物化学等基础知识上；如果要培养环境生物技术人才，学生还必须掌握环境检测和分析、环境工程学、环境评价等基础知识。

从以上两点可以看出，交叉学科学生“博览”多门课程的基础知识，但是真正掌握的专业技术并不过关。要培养有特色的环境生物类技术人才，必须根据社会实际需求改革人才培养计划，对现行的教学培养方案和课程体系进行整合和完善。

1.2 环境生物交叉学科毕业生的实践能力和综合处理问题能力欠缺

美国工程与技术鉴定委员会(ABET)要求各工程专业毕业生必须达到11种能力要求：包括制订实验方案、进行实验、分析和解释数据的能力；根据需要设计一个系统、一个部件或一个过程的能力；对工程问题进行识别、建立方程以及求解的能力；在工程实践中运用各种技术、技能和现代工程工具的能力等[5]。原因主要是：(1)如今很多用人单位反映毕业生普遍存在重理论轻实践、重高端技术轻基础实践能力的问题。尽管各高校人才培养方案中都设有实验、实习等实践教学环节，但实际上，实践教学资源满足不了对学生实践能力培养的要求。从实验教学分析，高校扩招，但教学设备没有大规模增加，以前20人/批次的实验资源，现在要满足50人/批次的需要，学生不能独立操作或者整体完成实验教学要求。(2)实验教学内容没有根据技术发展进行更新。学生上实验课时，只是按照教师编写的非常详细的实验指导书按部就班操作，在实验课上不能达到对学生的综合能力和创新能力进行培养的目的。(3)缺乏处理实际问题的能力。很多专业没有固定的生产实习基地，学生综合实践经验几乎为零，而且近年来就业压力增大，学生急于找工作，不能独立、高质量地完成毕业论文/毕业设计，失去了最后培养实践能力和综合解决问题能力的机会。

因此对环境生物类交叉人才培养的实验教学、实践教学的内容、方法和手段进行改革，建立稳定、有特色的实践教学模式势在必行。

2 环境生物类交叉人才培养实践教学模式初探

2.1 教学计划和教学方案的完善和优化

为了培养有特色的环境生物类技术人才，不同院校必须有适合自己专业特色的环境生物交叉的知识体系、教学计划和教学方案[6]。以我校生物工程(环境生物技术方向)专业为例。教学中一方面强调学生有扎实的工程设计和技术应用基础，另一方面要求学生掌握生物技术和环境保护领域系统的专业基础知识。这些基础知识涉及多个学科、多个领域，很多课程所使用的教材内容自成一体，缺少系统的适合工科学生所用的教材[7]。因此教学中首先根据本校学科优势和本地人才培养需求，将各门基础课和专业课所教授的知识进行优化整合，把一门课程放到满足整个专业技术人才培养目标的层次上考虑，提炼知识内容，重新设置课程内容，确定课程教学的核心内容。再根据知识点之间内在联系，将知识领域整合、聚类成环境生物技术板块。最后根据学生的兴趣和就业目标，将知识板块构成不同的层次或者技术培养方向，使知识体系结构和教学目标明确。

2.2 开展多样化实效强的实践教学

培养环境生物类交叉技术人才可以参与的实践教学环节包括课程实验、专业实习以及科研团队和自主创业等活动。

(1)实验教学是培养合格人才的基本环节，不仅能培养学生严谨的科学方法和独立进行科学实验的能力，而且培养学生的创造能力，是培养学生动手能力和综合素质的基础[8]。对实验课程进行整合，采取开放式实验教学模式，实验内容模块化，将一些技能培训的基础实验融入综合性实验，学生按照参与客体的不同分为不同小组；各组学生参与的实验内容相互支撑，却各不相同，自成一体，不但增强了学生的探索精神，而且可以引导学生进入研究性课题[9]。

(2)通过多种途径，加强实习基地的建设。充分利用教师的科研实力，以“互惠互利、优势互补”为原则，多途径、多形式地与相关企事业单位共建校外实践教学基地，并鼓励理论功底扎实、实践能力较强的中青年教师带着学生与大型企事业单位的中高级专业技术人员从事校内外的合作研究，使教学和科研工作获得“双赢”。

(3)建立本科生科研平台，鼓励学生参加创新科研团队。除了加强课堂实践能力的培养，积极引导学生参与特色的课外科研创新课题，努力申报针对本科生而设立的科研项目。鼓励参加前期科研团队的学生，在毕业论文/毕业设计期间继续参与自己的项目完成毕业论文/设计。该措施在我校环境生物系取得良好的效

果，近年来毕业生的就业率和企业反馈信息良好。

3 结束语

随着生命科学与环境科学的发展与应用，环境生物学知识的高等教育，很可能延伸为一项重要的社会普及教育[10]。从一个较全面、系统、科学的角度，认识和分析环境生物交叉技术人才培养中所遇到的问题，强化技术储备人才实践能力的培养是非常必要的。从完善、优化教学计划和教学方案做起，采取不同的途径加强实验和实践能力训练，采用本科生导师制、纵性科研小组等措施，在教学中实施以实践教学改革为突破口的整体教学改革，力求取得更为显著的成效。

参考文献

[1] Bruce E R, Martina H, Frank L, et al. A Vista for Microbial Ecology and Environmental Biotechnology[J].Environmental Science & Technology,2006,40:1096-1103.

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[3] 刘国忠,王秀华.一个关于害虫管理的时滞脉冲生态传染病模型[J].生物数学学报,2009,24(2):222-230.

[4] 程树培,孔志明,尹大强.环境生物学高等教育改革研究[J].高等理科教育,2004,54(2):69-71.

[5] 毕家驹.美国ABET的工程专业鉴定新进展[J].高教发展与评估,2005,21(5):44-50.

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[7] 陈德人.创新创业型交叉学科专业的知识化探索与社会化实践[J].中国大学教育,2010,1:43-45.

[8] 孙连鹏,曾令初,张再利.构建新型实践教学体系培养环境工程专业的应用型人才[J].中国建设教育,2008,10(10):43-46.

篇9

关键词：生物工程；实验教学体系；创新能力培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）08-0273-02

引言

在深化高等教育改革中，培养学生综合素质和创新能力是一个根本性的指导思想，实验教学是高等学校整个教学活动中的重要环节，它包含实验、实践、课程设计实习等一系列实训性教学环节，具有很强的直观性和操作性，是对理论教学的补充和拓展，是为学生提供一个将书本知识转化为行为能力的重要场所。实验是培养学生创新的基础，因此，实验教学是实施创新教育的最重要环节，也是创新能力培养的关键环节。而传统的“重理论、轻实践”的教学理念培养出来的人才专业理论知识较扎实，但动手能力、适应能力、创新能力较差，特别在生物工程领域对人才的创新能力和实验能力要求较强的行业，尤其需要学生在有稳固的专业理论知识的同时，强化创新精神和实践能力的培养。

当前生物工程专业实验课程设置存在以下几个方面的不足：各门实验课自成体系，为了各自的系统性和完整性，实验内容重复庞杂；验证性实验占的比例大，综合性、设计性实验少；内容陈旧，经典验证性实验多，研究、探讨型实验少，不利于学生的创新精神和创新能力的培养；教学方法单一，抑制了思维和创造能力的发挥。为此，我校生物工程专业进一步深化课程改革，构建新型的实践课程体系，进一步提高教学质量。

一、构建一体化多层次实训课程体系

一体化的实验教学体系，是整合各实验教学环节，把培养学生综合实践能力的实训教学作为一个整体考虑，制定实验教学计划与大纲，构建综合实践能力整体培养目标体系，培养学生创新意识、创新思维、创造能力和分析解决问题能力，遵循由浅入深，循序渐进的教育规律，加强基础与专业实验的内在联系、相互渗透和整体设计，减少验证性实验，增加综合性、设计性实验，开设自主性、研究性实验。依据学生不同阶段的学习要求和学习能力，设置了由两类课程、三个阶段、四个层次构成的实验教学课程体系，形成循序渐进、前后衔接，交叉渗透，由单一到综合到自主设计至研究开发，贯穿整个本科教育过程的纵向教学体系。可以从四个层次来构建：

第一层次：

对低年级学生首先通过理论教学建立学科的系统概念，在实验教学体系中以过程认知教学为主，通过大量的基础实验（以演示性实验、验证性实验为主），使学生对学科有初步的感知、掌握基本仪器的使用及基本实验方法，训练其基本技能，培养学生科学、规范的研究习惯与方法。

第二层次：

在第一层次的基础上增加专业课程的学习，逐步减少实验教学体系中演示性、验证性实验的比例，同时加大综合性、设计性实验的比例。

此时，学生在掌握了一定基础知识和专业知识的基础上，加上实验课程对学生的综合能力、创新能力的训练力度加大，作为进一步的措施和发挥，一方面学校向学生开放实验室，鼓励学生自主创新，逐步接触科学研究；另一方面，学校可以组织学生到校外的教学基地去见习，让学生熟悉专业学科在实际生产中的应用及整个生产流程。

第三层次：

主要针对高年级学生，这类学生对专业知识有相当程度的掌握，主要教学目标为在基本实验技能、方法的基础上，促进科学思维和创新能力的提高，强调基础性、综合性、设计性实验相结合，全面培养学生的综合能力，因此在实验教学当中可以适当穿插跨课程甚至是跨学科的综合性大实验，促使不同课程间的知识融合；同时，进一步增加设计性实验的比例，培养的学生的创新精神和创新能力。

学生在有一定科研基础训练的情况下，专业导师进一步引导学生学习科研论文的写作方法，鼓励学生在课余时间广泛涉猎相关专业的科研论文，关注学科的发展，完成综述，尝试将设计性实验或实验室开放所完成的实验课题形成论文，并鼓励学生积极发表，完成从基础、专业知识积累到专业实践训练的过渡。

第四层次：

此时，学生进入实习阶段，通过校内校外、专业实习毕业实习等多层次的实习，毕业论文（设计）等综合实验环节，充分培养学生分析、解决问题的能力和实验能力。此阶段，学校各级实验室向学生开放、充分利用教学基地的资源来完成毕业论文（设计）将是工作的重点。通过该层次的训练，学生不但能体会自身知识、能力如何在科学研究和生产实践中得到应用与发挥，而且完成了学以致用的过渡，也了解了学科的技术进步与发展动向、科研论文的研究和写作方法等。

以上四个层次的一体化实验教学体系构建过程中，从基础教学逐步过渡到专业实验教学以及最后的毕业实习阶段，理论教学与实验教学贯穿整个教学阶段，必须树立培养创新型、应用型人才的带教意识；无论是理论教学还是实验教学，都必须坚持启发式、问题式的教学方法，以教师为主导、学生为主体，促进学生自主学习、鼓励学生自主实验。

二、基于创新能力培养的实验课程体系构建

构建一体化多层次的实验教学体系，坚持理论教学、实验教学与科学研究三位一体（横向渗透），分层次全程培养学生的能力（纵向渗透），逐步推进体系内各个模块的实施和完善，注重实验教学体系各层次教学质量的保证，全面推进创新型、应用型人才的培养。

结束语

安徽工程科技学院生物工程专业是省示范专业，对如何培养具有创新能力的高素质人才进行了积极的探索。该专业通过对实验教学环节改革，探讨了提高生物工程专业学生工程实践能力和综合素质、强化工程设计等教学理念。通过几年的教学尝试和改革实践，显著提高了学生在实验中的动手能力、创新能力。2006年，生物工程专业构建了两个学生实验平台和一个生物参数检测中心。其中，一个是耗氧发酵平台，学生利用三联发酵罐模拟生产天然色素、酶制剂、氨基酸、抗生物等生物工程产物，掌握耗氧生物反应过程控制、产品提取整套生产技术；另一个是利用厌氧平台发即啤酒实训系统模拟生产啤酒、功能性发酵食品。通过校内模式生化产品生产装置实习基地的建立，学生克服了现场实习缺乏动手操作的局限。在实验基础上进行工程设计，能够强化学生设计能力和工程意识，也对学生思维能力、分析判断能力和综合运用知识能力起到了良好的促进作用。

参考文献：

[1] 陶玉贵，汤斌，伊长文，朱龙宝，葛飞.生物工程专业课程结构体系构建和课程整合的研究[J]，经济研究导刊，2009，（9）:228-229.

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[3] 刘立明. 生物工程专业实践教学体系构建与实践[J]. 广东化工，2010，37（1）:179-180.

篇10

本文以生物工程人工生命的科学技术基础为题展开了相关的分析与探讨，重点就材料技术型生物医学工程、组织工程以及生物工程人工生命这三者间的相关性展开了深入的研究，结合本次研究最终对材料技术型生物医学工程、组织工程、人工工程以及具备改善人体组织器官功能的人工组织进行了详细的论述。

关键词：

生物工程；人工生命；组织工程；人工组织；人工器官

0引言

从广义层面上来说人工生命即为具备有人的生命指征、功能、结构以及外在形象的人工制造系统，是人对于自然生命的一种模拟与拓展。广义上的人工生命是多门学科合并之后的产物。一般认为人工生命学科是由生物科学技术与工程科学技术所结合而产生出的一门学科。下文将主要就针对材料技术型生物医学工程与组织工程、人工生命间的相关性，以及材料技术型生物医学工程、组织工程、人工组织及器官展开具体的论述。

1材料技术型生物医学工程

此种工程学科的主要研究目标即为各类生物材料及人工器官组织，其中就涵括了组织工程学科。在此方面研究工作中涵括有材料科学、生物科技、化学、信息技术、计算机技术、医学以及生命科学等多门学科的基础知识。生物材料也就是对于生物体进行临床诊治以及将其受损组织器官替换下来，亦或是增强人体某一部分功能的材料，因此就必须要求其能够植入到人体当中并不出现排异反应，确保活体细胞可以在此材料之上自然生长。生物材料亦可被视作构成人工组织与器官的核心材料。生物医学材料在未来一段时期的主流发展趋势，即为给予组织工程的发展提供优势特性显著的活性生物材料，应确保其具备良好的生物相容特点；亲水特性；性；预防组织粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活体细胞能够在所制成的人工材料上生长并对病变组织起到良好的改善、恢复效果，使之免疫识别与生物催化性能得以有效提高。依据生物医学材料的属性可将之主要划分为以下几种：

（1）无机非金属生物材料。①同人体组织力学间具备良好的相容性，同时还可改善组织生长的材料。②具备人体有机以及无机结构的复合型材料。

（2）金属生物材料。①毒性较低，弹性模量更加符合入骨特点的合金材料。②各种植入人体当中的器械材料，如较为常见的人工关节、种植牙、心脏支架等。③接入性诊治所采用的医疗器械设备如官腔支撑架、引导丝等。

（3）生物医用高分子材料。①可将血液之中的毒副物质吸出的材料。②能够在临床上应用于免疫性病症治疗的材料。

2组织工程与人工组织

目前临床上所面临的主要医学问题当中主要就包括了组织与器官的衰竭、损伤，而临床上在应对此类问题时所较常采用的措施方法主要包括以下三方面：

（1）自体移植。由人体自身的部分组织来对损伤位置进行修复，例如，对面部皮肤大面积烧伤患者进行面部手术修复时通常会取其自身大腿位置的皮肤来进行修复损伤组织。

（2）异体移植。例如，某患者在遭遇意外事故时，家属自愿将其身体部分组织如眼角膜、肾脏等组织捐献给有需要的人。然而此种情况时常会出现异体组织的兼容性问题，同时需要被捐助的人员与每年的捐献人数相比差距过大，供体不足情况十分显著。

（3）人工器官。这种方式能够彻底解决供体不足的情况，但是其目前所存在的问题也是十分显著的即异体反应与感染情况十分明显，绝大多数的患者在接受器官移植后都是应各类感染致死。对此人们也就设想若是能够采用母体细胞以及生物降解材料在人体当中构建起新的组织器官，也就是进行结构组织，代谢组织以及细胞系统的重新建构。目前这一设想已经不再是仅存在于人们脑海之中的假想，而已经走进了现实生活当中，可以预见组织工程的发展必将会促成这一设想的实现。当前，组织工程研究的主要内容即为：适宜的母体细胞来源；能够为细胞粘附生长提供空间的细胞外基质；可应用在促进细胞组织再生长的因子；以及组织间的相容性。开展组织工程通常会应用以下三种策略：

（1）细胞以及生物材料的杂化体系，例如由小块活体组织将特异细胞分离出来，通过体外扩散增大之后种植于生物相容性较好同时能够生物降解的聚合物所建立起的多孔支架当中，在体外培养一段时间后可将细胞和支架结构置入于患者体内；伴随着组织缺损部位的重新构建，聚合物将会逐渐降解并消失。

（2）仅具备生物降解材料体系，借助于生物生长方式促使细胞成长为多孔支架结构，在通过增殖、分化来产生为相应的组织结构，并且与周边组织相整合。例如采用珊瑚骨加支撑的羟基磷灰石陶瓷，其孔隙架构与人体骨架构极为接近，可被应用在骨组织工程支架中。

（3）细胞体系，经过移植的细胞经由生物过程演变为微结构。

3结束语

总之，从广义性的角度上来说人工生命必须要基于工程科学技术、生物科学技术以及生物工程科学技术的基础上。因而大量的工程、生物以及生物工程均是广义上的人工生命科学技术基础。材料技术型生物医学是工程的研究对象主要是生物材料与人体的各个身体器官。组织工程则是借助于生命科学以及工程科学的基础理论与方法，来探究并开发出具备修复以及改善人体组织器官功能的新型临床应用取代物，也就是人工组织，因而材料技术性生物医学工程以及组织工程也便是生物工程人工生命的基础。

参考文献：

[1]杨国为,陈国江,涂序彦等.广义人工生命的科学基础(Ⅱ)--生物工程基础[J].计算机工程与应用,2013(09).

[2]杜严勇,胡春风.人工生命技术引发的哲学思考——全国人工生命技术的哲学思考研讨会综述[J].哲学分析,2013(03).