“ 新工科 ”生物工程下游技術課程建設范文

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摘要：現階段生物工程發展迅速，但同時面臨下游技術人才短缺的問題，導致相關生產技術落后，產品質量與國際同行差距較大。在“新工科”教育理念的指導下，浙江工業大學生物工程學院通過《生物分離工程》和《現代生物分離技術》課程建設等工作的開展，從加強理論基礎、提升工程能力和拓寬國際化視野等方面入手，使學生具有一定的創新思想和創新能力，能夠適應后期科學研究和生產實踐對工程能力和創新能力方面的要求。

關鍵詞：新工科；人才培養；課程建設；教學改革；生物工程下游技術

隨著社會的不斷發展與進步，世界范圍內掀起了新一輪科技革命和產業變革的浪潮，第四次工業革命已經吹響號角。為提升綜合國力和國際競爭力，我國迅速啟動創新驅動發展、“中國制造2025”“一帶一路”等重大戰略，而生物工程技術是世界工業革命的一項重要組成部分［1－2］。為響應國家戰略需求，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點，生物經濟作為新興戰略產業，其快速發展迫切需要新型生物工程人才的支撐。高等院校生物工程類本科生和研究生將是我國生物工程技術研究的中堅力量和創新主體，也是我國社會進步的重要力量。在此背景下，為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展，促進工程人才的培養，教育部提出了“新工科”的概念，并《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》。目前，我國基因工程、酶工程和細胞工程等生物技術發展迅速，學術研究能力已經躋身世界前列，但對生物工程產品產業化開發所必需的生物工程下游技術研究相對缺乏。

相關數據表明：生物發酵產品的生產成本中，70％以上的是下游技術的成本。生物工程下游技術主要為生物產品的分離、純化技術，如發酵液預處理、固液分離、離子交換技術、膜技術和結晶技術等，而這一工段，往往被研究人員忽視［3－4］。在下游分離過程中，通常產物損失較大、能耗較高、質量欠佳、“三廢”量大，給企業帶來了巨大的環保壓力和同行競爭壓力。故而，眼下諸多企業將技術革新的重點逐步轉移至下游分離技術的開發，以提高產品收率，降低生產成本，增強企業競爭力［5－6］。浙江工業大學生物工程學院生物分離工程教學課程組在對浙江省內30家生物發酵企業的走訪調研中發現，有近80％的企業表示，生物工程下游技術相關人才的缺乏大大制約了企業技術革新的速度。因此，為進一步提高學生質量，服務新時期工業技術領域，建立適應“新工科”需求的課程體系迫在眉睫。

1課程建設的現實意義

生物工程下游技術相關的課程主要面向生物化工、發酵工程、微生物學、生化與分子生物學、食品工程和化學工程等專業的本科生、碩士生開設，要求學生先修完《生物工藝學》《酶工程》《分子生物學》等與生物工程領域相關的本科課程，且具有一定的知識應用能力和自學能力。開設這些課程的目的是在原有知識基礎上，進一步了解生物分離工程，理解和掌握一些生物分離新方法、新理論，了解生物分離領域的最新進展，特別是生物大分子物質的分離純化與結構鑒定［7］。目前，在生物工程下游技術方向，浙江工業大學生物工程學院針對研究生開設了《現代生物分離技術》課程，針對本科生開設了《生物分離工程》課程，在學校和學院的全力支持下，課程教學團隊開展兩門課程的建設與改革工作，并取得一定成效。

1．1課程建設緊隨國家發展方向近年來，國家開展系列舉措，以新技術、新業態、新產業和新模式為特點的新經濟蓬勃發展，爭取突破核心關鍵技術，構筑先發優勢，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點。為完成這項國策，迫切需要培養大批新興工程科技人才。我國已經建成世界上最大規模的高等工程教育，工程教育專業認證體系實現國際實質等效，國家統籌推進世界一流大學和一流學科建設，為加快建設和發展新工科奠定了良好基礎。我國生物技術與西方發達國家相比，存在起步晚、起點低等一系列問題。盡管如此，國家十分重視生物技術的發展、創新和實際運用，其發展速度相對較快，尤其是國家863計劃的制定、相關專項基金的創建，為生物技術的研究、發展和創新運用提供重要支持?，F階段，我國生物技術發展初具規模，以醫藥生物技術產業為主，其中醫藥生物制品多達五十余種。相關統計數據顯示：截至2015年，我國生物技術類企業有2000多家，從業人員達50000多人。同時，生物技術產業生產總值逐年增加，成為國民經濟產業的核心支柱［8］。但是，專業化、技能型、高素質人才資源相對缺乏，大大限制了相關行業的發展。

1．2成功的課程建設應滿足企業對人才的要求在不同社會背景下，人才類型的需求不同，故課程建設的目標和理念也存在一定差異。目前，諸多高校已經通過各種方式進行多方調研，得知企業普遍認為生物工程類學生培養存在一定不足。因此，在學生培養過程中，應充分考慮上述因素，培養滿足社會和企業需求的工程類人才。近年來，國內高校采取了多種措施來培養學生綜合能力，如完善課程體系，增加課程設計等［9－10］。在高等院校課程設置中，偏重于《基因工程》《細胞工程》《酶工程》等傳統課程的講授，在教學研究中，分離技術和工程實踐也往往被忽視。因此，應重視學生下游工程技術開發和創新的能力，以更好地為企業生產服務。一方面，可通過研究課題進行鍛煉；另一方面，作為主干課程，應加強生物分離技術相關課程的建設，通過課程教育，系統地講授相關理論和實踐案例，以培養學生成為具有一定工程能力和創新能力的研發主體。

2課程建設的主要路徑培

養具有創新精神和創新能力的工程研究型人才是我國高等教育的一項重要任務。在分析現有工科本科生培養模式的基礎上，建議從教師自身素養、教學方法轉變、實踐教學環節改革、考核方式改革等方面著手，推動相關課程建設，推動工科創新型人才培養。

2．1教師自身素養作為一名合格的高等院校授課教師，教師要在教學生涯中加強自身專業知識和專業技能的提高，重視科學研究，注重人格精神建設，確立終身學習觀念，真正提升自身素養，以適應現代教育發展的需要。除了應具備扎實的理論基礎和良好的授課技能，還應注重教師自身的工程能力、實踐能力、產業化經驗等方面的能力，以提高教師授課能力。在《現代生物分離技術》和《生物分離工程》課程的建設中，課程組負責人為在生物分離工程領域擁有多年工程實踐經驗的資深教授，長期從事一線生物分離工程技術研究，完成企業分離技術開發項目十余項，并且實現產業化應用；課程任課教師能夠清晰講解工廠生產實踐中的實際工程問題，而不再是停留在傳統的理論授課，學生的學習興趣也大大提高。可見，選聘合適的教師，對課程的授課效果起到了積極推動作用。不僅應選聘合適的授課教師，還應加強授課教師教學團隊的建設。浙江工業大學生物工程學院以教學團隊為單位，承擔學院的各項教學任務。教學團隊的組建，不僅保證了授課工作的順利開展，更有利于培養年輕教師。采用“導師制”的培養方式，在導師的帶領下，一方面開展科學研究；另一方面傳授課程授課經驗和教學理念，順利地完成了“老帶新”的教師隊伍培養，有利于課程建設的長足發展。

2．2教學方法轉變相關課程中涉及的分離技術包括沉淀分離、萃取分離、膜分離、吸附與離子交換、色譜分離、結晶技術和濃縮技術等多項技術，每項技術所涉及的知識點和儀器設備均有較大差異。傳統的模塊化教育下學生可掌握單獨的某一項技術，實際生產中，往往需要多項技術聯合使用，而學生在這方面的能力相對較差。傳統的課堂教學偏重理論教育，雖在教學過程中穿插諸多教學案例，但仍很難向學生展示工廠的實際生產過程，導致了學生對分離工程技術停留在理論階段，實踐理解和操作能力較差。另外，分離技術和設備更新換代較快，即使是最新的教材，也很少涉及到國內外最新的產品和生產技術，分離設備的發展更是迅速，如模擬移動床、膜技術等［11－12］，每年都會有新的突破，進而給課程建設帶來了阻力和困難。針對上述問題，為了提高教學效果，課程組在教學方法上進行了以下幾個方面的探索：1）設備模型和操作視頻的使用。自制萃取罐、離心機、膜設備、離子交換柱、結晶罐和蒸餾塔等常見分離設備的模型，模型中包括各個管路的連接及關鍵模塊的展示，教學視頻中，應展示相關分離技術的使用流程以及組合應用情況。2）將企業車間作為第二教學課堂。與生物發酵企業，展開合作，帶領學生參觀產品提煉車間，了解產品提煉工藝流程，熟悉相關設備構造和管路連接情況，并與企業車間工作人員共同分析討論各個工藝環節的原理和關鍵注意事項。3）案例分析和討論。由熱點話題引入當前國際上重要的生物制品，介紹該產品生產工藝中存在的問題，講述相關工藝開發的背景故事，隨后引出相關理論，最后對相關理論進行拓寬，引起學生的學習興趣，并將理論和工業應用相結合。4）分離技術綜合應用訓練。通過課堂實際案例分析討論，讓學生理解各項分離技術聯合使用的目的、意義及優勢，課后查閱文獻，設計相關產品的分離工藝，并分析其可行性。5）最新國際研究進展介紹。引導學生查閱生物分離技術最新研究進展，分析討論研究熱點和應用過程中的難點，使學生具有開闊的視野和先進的研究理念。6）創新案例分析。結合自身科研項目和企業合作項目，分析討論生物產品分離過程中的創新案例，引導學生培養創新思維，并通過課外實踐培養其創新能力。通過上述教學活動的開展，課程取得了較好的教學效果，學生不但掌握了扎實的理論基礎，還對生產實踐有一定的了解，同時，受益于創新思想啟蒙，部分畢業生畢業后甚至專門從事生物分離技術研究。

2．3考核方式改進在傳統的考核中，授課教師往往注重學生的卷面成績和平時課堂表現，忽視了學生其他方面的表現。在“新工科”背景下，課程組對考核方式進行了改革，主要有以下方面：1）理論考核。考察學生是否充分掌握了相關理論知識，具有扎實的理論基礎，主要以考試和案例分析形式完成；布置學生完成生物產品分離工藝的設計，可以通過查閱文獻、企業調研等方式進行，最后進行課堂PPT展示，向老師和同學講解相關工藝的原理、應用情況和工藝改革可能性等，全面考察學生的理論掌握情況和創新能力。2）解決實際工程問題的能力考核?？疾鞂W生是否具有解決相關工程問題的能力，一方面，通過課堂案例分析過程中的提問環節考查；另一方面，通過工廠參觀和實踐過程中的個人表現進行評價。3）創新能力考核。通過課堂提問，引導學生進行發散性思維，并通過課堂案例分析及PPT展示工藝革新內容，考察其創新能力。4）團隊協作能力考核。通過團隊合作完成課堂PPT展示。在該過程中，隨機組合學生，進行綜合評價和組內自評，引導學生進行團隊協作，以適應今后的工作和生活。通過考核方式的改革，引導學生提高工程能力、創新能力、團隊協作能力等，以培養滿足企業需求的高級研發人員。

3結論

在科技和工業迅速發展的時代浪潮下，“新工科”教育應運而生，生物技術迎來了迅猛的發展，面臨生物工程下游技術人才短缺的問題，因此，高水平生物工程類學生的培養尤為重要。通過《現代生物分離技術》和《生物分離工程》課程的建設工作開展，獲得以下效果：1）全面提升授課學生的工程能力，使其不僅具有扎實的理論基礎，還能夠在實際生產實踐中綜合運用各項分離技術；2）拓寬學生的國際視野，了解國內外生物分離技術的最新研究進展和研究熱點，具有一定的外文文獻查閱能力，能夠閱讀生物分離技術領域的相關文獻，并理解和掌握文獻中的各個關鍵點；3）培養學生具有一定的創新思想和創新能力，以達到具有科學研究和生產實踐能力的要求；4）課程組成員對實施課程建設和教學改革后的第一屆畢業生開展電話回訪時，畢業生普遍認為課程所學內容與企業需求關系較為緊密，相關課程的改革促進其更好、更快地適應工作崗位；對用人單位的調研時，相關部門負責人認為學生的工程能力和實踐能力較前幾屆有顯著提高，能夠更快地融入工作；5）通過《現代生物分離技術》課程的成功改革，可以將改革經驗輻射至同類學科，如《食品生物分離技術》《藥物分離工程》《天然產物分離與純化》等相關分離課程。本文得到了浙江工業大學本科生教學改革項目（KG201624）和研究生核心課程建設項目（2016004）的資助。

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作者：陸躍樂陳小龍朱林江、包瑩玲、嘉曉勤、應向賢單位：浙江工業大學生物工程學院