生物工程、生物技术和生物科学本科专业实践教学体系的构建

生物工程、生物技术和生物科学本科专业实践教学体系的构建

生物学是自然科学的一个重要分支学科，从经典生物学到实验生物学的发展。核酸分子结构阐明(1953年)、Dolly羊的克隆(1997年)、人类基因组计划(2000年)等阶段标志性研究成果展现出该学科的巨大潜力和发展势头。我国生物学本科专业也因此演变出生物科学、生物技术(1995年全国科学技术大会,少数部属院校设置了生物技术专业)、生物工程(1998年教育部将生物技术、生物工程正式列入本科专业目录)三大专业。在这三个本科专业的办学过程中,或多或少地存在着对这三个专业内涵和外延认识不够明确的地方;某些院校甚至三个专业,使用相近或相同的培养模式。因此生物类三大专业生物科学、生物技术和生物工程的内涵和外延的界定,以及所采用的相关教学模式成为突出需要研究的问题。一、比较生物类专业人员的培训计划1.生物科学与生物技术并重高等教育的目的,首先是要培养健全的社会的人,生物类专业也不例外。培养学生德智体美全面发展,具有健全人格和文化修养,正确的世界观、人生观和价值观,较强的人文社会和自然科学基础,国际化视野和受到严格科学思维的训练等就成为生物类三大专业的共同目标。生物科学重在探索生命本质与规律,要求学生掌握生物学的基础理论、基本知识和基本技能,并运用三基从事生物科学基础理论及相关领域的科研、教学及管理等方面的基础科学研究与教学工作;生物技术重在生物学基础应用与技术研究和开发,生物科学为生物技术提供理论基础,生物技术是生物科学的拓展和延伸,是激活生物科学发展的重要因素,侧重于技术应用型人才的培养;生物工程源于生物化工部分、微生物制药、生物化学工程部分、发酵工程4个学科,它要求学生具备生物学基础知识、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领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的高级工程技术人才。2.生物技术专业基本保障三个专业人才均应具有正确的政治方向和健全人格,能遵纪守法、诚信做人、合作共事等思想道德素质;掌握相当人文社科基础知识,具有国际化视野、现代意识和健康人际交往意识等文化素质;受到严格的科学思维训练,掌握相关科学基础理论、研究方法和技术,有求实创新的意识和精神、以及综合分析素养和效益观念;有健康的体魄、良好的心理素质和生活习惯等身心素质。在知识结构要求上,生物科学要求掌握一门外语如英语、计算机操作和信息技术的运用等工具性知识;通识性的文学、艺术、哲学、法学、思想道德、社会学、心理学等人文社科知识;数学、物理、化学等自然科学基础;本学科扎实的基础理论、基本知识和基本技能等专业知识,受过系统的专业技能训练。生物技术专业在此基础上还应有初步的经济学、管理学等方面知识,以及生物技术原理等方面的知识和技术能力。生物工程专业还应掌握有生物技术原理和相关工程技术能力,了解相关产业的方针、政策和法规,实现产业化等知识。3.生物技术的专业基础除了通识性课程相近外,专业基础和专业课程方面,三个专业均可设普通生物学、微生物学、生物化学、生物统计学、生物仪器分析(但侧重点不同)等。由于培养目标不同,人才规格的差异。还应结合各自特点设置不同课程。生物科学的专业基础课还可设有:①生物多样性,②生态学,③细胞生物学等;专业课为①植物生理学,②动物生理学,③发育生物学,④结构生物学,⑤遗传学,⑥免疫学,⑦组织培养和繁育等。生物技术的专业基础课还可设为:①分子生物学,②细胞生物学,③遗传学等;专业课为①基因工程,②细胞工程,③蛋白质与酶工程,④发酵工程,⑤免疫学,⑥生物信息学等。生物工程的专业基础课可按“5+1+X”模式设置即:五门基础如前的基础生物学及实验,生物化学及实验,微生物学及实验,另加化工原理及实验,工程制图;加“1”为电工技术基础,“X”可根据各校生物工程的特点如设基因工程及实验或其他等;专业课可按“3+X”模式设置即:①生物工艺(或发酵工程),②生物分离工程,③生物反应工程,④生物工程设备和发酵工厂设计(X)等。4.生物技术专业实践内容专业技能的训练主要是通过专业实践活动来完成的。总体上可分为实验、野外实习与生产实践、综合实践及毕业论文、学术与科技活动等。生物科学专业实践内容包括解剖技术、显微技术、切片技术、细胞和组织培养技术、生物分子的分离鉴定技术、遗传分析技术、生物识别和标本采集与制作技术,以培养学生具备分子、细胞、组织、个体的解析、系统分类识别和对生命活动规律认识的技能等。生物技术专业实践内容包含显微技术、无菌操作技术、细胞和组织培养技术、生物分子的分离纯化及鉴定技术、分子生物学和遗传分析技术,生物技术(PCR技术、DNA重组技术、基因导入技术、细胞融合技术、发酵技术),以培养学生具备生物大分子、细胞等构建及相关产物生产调控的技能等。生物工程专业实践内容包括工程基本技能(细胞工程、酶工程、基因工程、发酵工程、生物分离工程、生物反应工程)、化工设备设计基础(工程制图)、化工原理设计、发酵工厂设计,以培养学生具备将天然或人工构建的分子、细胞或组织实现产品化的中、下游过程技术和工程技能等。二、专业生物人才培养模式改革的一些建议1.实验室、实训实验基地及仪器设备生物通用实验室建设以满足生物科学专业为主的原则,专业性实验室以满足生物技术和工程专业为主的原则,实训实践基地以满足生物工程专业为主的原则来建设。生物通用实验室可设生物标本实验室、生物仪器分析室、显微切片实验室、生理生化实验室、细胞(包括微生物)及组织培养实验室、以及生物活体标本园和培养室等。此类实验室能满足生物科学专业本科教学需要,并为生物技术和生物工程专业提供生物材料和样本、基础生物学实验和分析检测手段等而实现资源共享。专业性实验室可设分子生物学实验室、生物工艺实验室、生物分离工程及产品制备实验室,化工原理及工厂设计实验室等。此类实验室主要为生物技术和生物工程两专业实验教学需要,同时也可为生物科学专业选修课提供实验平台。实训实践基地可设发酵工程实训基地、酶制剂实训基地、生物制品(含天然产物)实训基地、芯片制造和加工实训基地等。实训基地建设投资成本高,运作费用大,各院校可结合自己的办学特色设立某个方面的基地。为了适应教学和人才培养的需要,可与校外如生物工程(包括食品工程)研究中心,生物科技公司、生物制药公司、各种酿酒洒业公司、生物制品公司等联系建立稳定的校外实践实习基地等。仪器设备实行以院为单位的统筹集体计划,大型仪器实行专管共用,小型仪器实行兼管共用,使用实行预约登记手续。教学经费购制的仪器设备优先满足教学,科研经费购制的仪器设备优先满足科研的原则,实行资源共享,以提高仪器设备的利用率和完好率。杜绝重复购置、霸占闲置、乱拆乱卸等行为。总之,仪器设备的购置、使用、维护和报废等系列工作都应围绕服务教学、科研和社会服务的目的,重点在于保障教学质量,提高科研水平上。2.生物技术专业的实践三个层面即实验室的单元操作实践、实训基地的综合实践(可以几门课程综合起来如从生物上、中、下游结合起来的大实验)、工厂企业和野外的生产实践。在这三个层面上又可划分为三个层次即验证性实践(如循着实验指导书上的每一步进行的实验)、设计性实践(为了达到某种目的,由学生通过自行设计,借助已有成功的方法进行的实践)和创新探索性实践(如创制新方法,开发新产品等实践,此类实践不能保证百分之百的成功,但能激发学生的创新意识和思维)。生物科学专业对细胞、组织和个体的解剖,及细胞培养以实验单元操作进行专项训练,而个体识别和鉴定、种群和群落的认识可以野外实践为主,系统分类和整理需要室内、室外实践联合进行等。生物技术专业实践主要在实验室层面上进行,对系列仪器的原理和操作,及谱图解析等,如各种电泳仪、PCR仪、遗传分析系统、蛋白氨基酸测序仪、芯片等。发酵技术除在实验室了解小型发酵装置外,更多地要到发酵实训基地,或发酵工厂去实践。生物工程专业实验室层面主要掌握基本操作单元(如各种分离技术、固定化酶技术、无菌操作技术等)的训练和工程制图外,更为重要的是要在工厂企业对生物相关技术应用,对生产设备、生产工艺、产品剂型等改进优化,对生物产品生产标准进行规范等实践。实践动手能力的培养和训练是体现工科一的极其重要的方面。3.生物类专业通识教学的操作对象人才培养模式是对某专业的基本要求,不能理解为一刀切,同一模具成型的机械培养。在生命科学知识技术高度积累和快速发展的今天,本科教育只是表示一种经历,懂得专业基本学习方法和研究思路,要具备相对应的能力,必需具备不断自我更新知识的能力。因此,生物类专业教育过程中不仅要授之以鱼,更重要的是要授之以渔。在课堂理论教学上,注意启发式教学等方法使用,有意思地激发学生的创新思维,让学生有思索的空间。提出问题、考虑问题、分析问题、解决问题等,归纳总结得以升华。实践教学中,注意知其然,又要求知其所以然的探究,发现生产实践中新问题,摸索新方法,改进创制新工艺,提高生产效率等。我国生物类专业通识教学课程和专业课程教学基本上是对半开的格局,而专业就业也基本与此相对应,即平均约50%甚至以下的比例毕业生从事非生物专业的工作,这部分毕业生中还包括升学就读的研究生的人数。对此理解,是不是素质平台教育的需要,还是毕业学生增长过快而专业就业面不足的原因所致?与国际学生交流,感觉到我