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關鍵詞:生物工程,卓越工程師計劃,課程改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)51-0268-02
生物工程是指諸如化學、生物化學、化學工程、微生物學以及計算機科學等相關學科通過有機的交叉而逐漸發展起來的一門具有一定復雜性并且涉及醫藥、食品以及輕工等領域的學科。有人將21世紀譽為“生物的世紀”,隨著生物基礎理論的不斷突破,如何將其余生物工程實踐相結合,將很大程度上決定了我們未來的某些行為方式。生物工程技術如今也稱為了最為熱門的科技領域之一,但是現實中,生物工程相關的拔尖應用型技術人才匱乏非常嚴重,一方面高校或者研究機構的研究人員具備深厚的理論基礎,但是缺乏工程實踐;但是企業員工具有非常完善的生產經驗,但是理論知識比較匱乏。生物工程產業的市場空間與現有生物工程專業先關人才匱乏之間的矛盾一定程度上也促使了生物工程專業教學的改革。在此背景下,2010年6月,教育部就啟動和實施了“卓越工程師教育計劃”,該計劃就是對《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010―2020)》和《國家中長期人才發展規劃綱要(2010―2020)》強有力的貫徹實施,也是兩綱要在工程教育上的重點項目,國家也將其作為促使我國又工程教育大國轉變為工程教育強國的重要措施。該計劃的目的就是要培養造就一大批創新能力和工程能力強、能夠適應目前我國經濟發展方式轉變所需要的高質量的各類型工程人才,為我國走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略做出積極的貢獻。其中,揚州大學的生物工程專業入選了教育部“卓越工程師教育培養計劃”,在不斷的探索與思考中獲得了很多非常寶貴的經驗,本文正是在此基礎上對于生物工程專業卓越工程師培養方案的探索、實施等方面進行探討,從而為培養創新型生物工程人才提供理論指導和實踐創新模式。
一、當前我國生物工程教育存在的問題
1.課程設置比例不合理,與市場需求脫節比較嚴重。生物工程專業屬于工學領域,而生物科學屬于理學;前者主要關注與生物科學在實際生產中的應用,是生物科學的延伸;后者主要探索生物體內的科學問題,是整個生物產業大廈的根基。從以上分析,可以看出二者關注的重點不同,因此在高等教育過程中,相關專業的課程設置應該能夠充分考慮到二者的特點。但是現實情況是,生物工程專業的課程設置理論課的比例嚴重超過其實踐環節的份額。學生大一學期除了應付諸如高等數學、馬克思哲學、大學物理、無機化學以及有機化學等非專業性課程之外,根本不能接觸到與生物工程相關的微生物學、酶學等課程。從學生的心理角度分析,我們可以看出這一階段的學生對于所選專業的興趣以及好奇被嚴重的壓制,有的學生甚至出現了迷茫,最終會導致很多孩子的心理發生不良的反應。其次,及時進入專業課學習階段,理論課的學習比例仍然過大,學生應對這類考試的方式就是“死記硬背”的應試心態,根本無法從最深處去理解生物科學知識在實際中的應用。最后,生物科學發展迅猛,甚至一年內就會產生很多具有實際意義的成果,但是很多時候教師的知識背景跟新不快,無法滿足當今生物產業的需求,最終導致誤人子弟。
2.實驗內容單一枯燥,學生實踐環節薄弱。生物工程專業肩負著為國家培養具有扎實理論基礎,對工程環節的了解也非常深入的人才。這類人才的本質仍然以實踐為主。但是通過調研,我們發現大部分開設生物工程專業的院校未能豐富實驗環節內容,仍然以生物最基本的實驗為主。雖然基礎實驗是根本,但是現實實踐中,這類實驗不能夠為企業提供非常實用的技術建議。長期以往,企業會對所培養的學生失去信任。
3.生物工程專業教師匱乏。雖然我國已經有很多院校都已經開設了生物工程專業,從表面來看,學校也都配置了相應的專業教師,但是這類教師的教育背景大多數是理科,工程背景很薄弱;即使某些老師工程背景比較雄厚,但是缺乏比較系統的生物科學的知識。造成這種局面的主要原因,還是與我國先關專業的培育體系有很直接的關系。
4.實習基地匱乏,企業無法提供長期的實地培訓。生物工程專業實踐環節進行的好壞,其實與學校企業間的關系密切相關。如果企業能夠在一定程度上真正為生物工程專業的學生提供實踐的機會,那么勢必會造成雙贏的局面,企業的知名度進一步的擴大,學生的生產實踐能力得到顯著的增強;但是顯示情況下,企業一般會出于技術保密的考慮,只為學生提供見習參觀的機會,無法從根本上提高咱們學生的實際動手能力。
二、“生物工程卓越工程師培訓計劃”實施的必要性和意義
為了努力培養一批具有國際視野、技術能力過硬以及具有很強實踐能力的工程技術人才,教育部于2010年正式啟動了“卓越工程師教育培養計劃”。該計劃是立足與我國工程技術人才匱乏這一現實,契合國家走新型工業化道路,加快培養能適應未來經濟社會發展需要的高素質的工程技術人才。作為《國家中長期教育改革與發展規劃綱要(2010―2020)》組織實施的一個重大研究項目,其主要目標是面向教育系統培養理論雄厚、工程技術熟悉的教師隊伍;面向企業界輸送具有當今最新的生物科技知識,具有解決實際生產難題的技術人才。“生物工程卓越工程師”計劃正式在此基礎上應運而生。該計劃實施的主目的地主要是在保證學生有足夠多的理論背景下,努力創造條件,加強學生工程實踐、設計以及創新能力方面的培養。雖然,我國“生物工程卓越計劃”起步晚,經驗欠缺,存在的問題還很多,但是我們也相信在我們不斷的摸索中肯定會開出立足本國國情的一條適合自己發展的道路。“生物工程卓越工程師”計劃的實施勢必會為我國邁向科技強國注入很強的能量。
三、生物工程專業卓越工程師計劃實施方案的探討
該計劃實施的關鍵就是做好“學校”與“企業”的良好銜接。因為學校是提供理論教學的主要組成部分,企業擔負著培養學生實踐能力的重任,如何做好二者的銜接關系到該計劃是否得以有效的實施。
1.生物工程專業卓越工程師計劃的總體框架。該計劃主要由兩部分組成,分別為校內教學與企業實踐,前者主要通過設置合理的專業,為學生提供較為全面的理論教育,使得學生對于生物工程相關的理論課程有一定深入的理解,比如生物化學涵蓋了幾乎生物工程先關問題的所有理論基礎,學生很有必要對其進行深入的學習;后者主要負責學生的實踐環節,各相關企業應該根據自身的狀況以及所感興趣的領域為學生設計合理的企業實踐環節。
2.生物工程專業卓越工程師計劃的機構設置。該計劃的實施除了對學校和企業的分工進行明確之外,還應該設置一個部門,專門對該計劃的實施進行監督、調研以及對調研中所產生的問題進行匯總。但是機構設置會出現一個問題,學校和企業本身只是合作關系,因此為了更好的加強交流,需要在企業和學校內部均設置相應的部門,由這兩個部門分別對學校和企業所承擔的事物進行管理。
3.“生物工程專業卓越工程師計劃”校內培訓階段。①“生物工程專業卓越工程師計劃”學院的遴選,參與該計劃的學員均是本專業排名在年級前10%~20%內的優秀學生,經過由學校以及企業組成的學員遴選委員會的面試最終入圍該計劃。此外,本計劃的選拔完全是在充分透明的情況下進行,符合條件的學生可以自愿申請,并提交先關的證明,對通過專家初審的學生進行上榜公布,確定面試名單;最后學院以及企業組成的學員遴選委員會對入圍學生進行面試,然后通過綜合面試成績對學員進行錄取。②“生物工程專業卓越工程師計劃”校內培訓方案,本計劃的基本模式就是“3+1”模式,即學員需要在校內完成3學年的課程學習。區別于其他學生的課程,該計劃需要設置針對性比較強的專業課程。③“生物工程專業卓越工程師計劃”企業實踐階段,針對企業內部各部門之間分工的不同,需要參與培訓的學員“先輪崗后定崗”。企業大多數實行“先輪崗后定崗”,期待學員通過這一階段的了解,一方面對企業有更深入的認識,另一方面學員自己也能找到比較稱心如意的崗位,只有學員本身對該崗位感到滿意,他才能釋放所有的能量,進而做出自身的貢獻。
學員定崗后,將享受與“正式員工”相同的福利待遇,并且公司也會經常舉行相應的活動,豐富員工工作外的時光,還能夠增加部門間員工的交流,進而提高部門間配合的效率。此外,企業在為實習員工給予豐富的福利待遇之外,企業還應該發揮它的監督作用,定期為實習員工進行實踐指導,為其配置“一帶一”企業導師。該導師主要負責該計劃內學員畢業課題的選題、開題以及課題的開展等程序。
以上方案也是先關人員在充分前期調研的基礎上,結合生物工程學科的本身特點制定的一份計劃方案。通過該方案的實施,我們期待在中國生,生物工程專業的從業人員的比例進一步的提高,素質更高;也期待未來參與該計劃的學員能夠更快的找到自己的角色。
我所任教的學校是江西省高安二中,作為一名教師,以什么樣的知識內容來吸引學生,在課堂上如何調動學生的學習積極性?這些問題我在教學過程中都有了比較深刻地體會,我總結:在學習生物課程的內容時,特別是在學習生物科學前沿的時候,學生聽得比以前更認真,積極發表自己的看法,有些問題是我都沒有想到的,這也給了我一個學習的機會。這些課程都在輕松愉快的氣氛中渡過。所以我認為在教育中適當的增加科學前沿知識是有一定必要的。
生物科學前沿知識要盡可能的和學生所學的知識有聯系,這樣既可以鞏固他們所學的知識,又可以擴展他們的知識面。比如他們的課本在講解遺傳物質在細胞核中,就是從克隆羊多利引入,其中講到了將融合的細胞在另外的母羊代孕,不是很明白,如講解動物胚胎工程技術,這樣就可以讓學生知道代孕的含義。在講解基因是DNA上的有效遺傳片段,講解轉基因技術就可以讓學生明白基因就是控制生物的性狀,如人的高矮,頭發的卷直。生態系統由生物因素和非生物因素組成,生物因素包括生產者、消費者和分解者,其中分解者是微生物,這時候就可以講解微生物發酵,讓學生明白大多數物質的分解是通過微生物發酵進行分解的。
下面我以《基因工程》為案例,闡述怎么利用生物科學前沿知識吸引學生積極學習。
資料準備:基因工程(DNA重組及轉基因技術)——外源DNA與載體分子的連接就是DNA重組,這樣重新組合的DNA叫作重組體或重組子。DNA重組技術(也稱基因工程、分子生物學技術或克隆)純化、處理和使用遺傳材料的技術總和。這些技術主要基于對從細菌和動物細胞里純化出的酶的使用,使得DNA復制、轉化為RNA、轉譯為蛋白質都可以在實驗室完成。這些步驟包括在DNA特異位點切割,連接和切斷DN段和很多其它修飾直至對單個堿基對的處理。這些技術使得DNA的處理、在細菌和酵母體內將這些基因通過表達轉化成蛋白質、病毒生物工程等生物工程產物、基于DNA的法庭診斷測試的發展成為可能。 轉基因技術是生命科學前沿的重要領域之一。它是指用人工分離和修飾過的外源基因導入生物體的基因組中,從而使生物體的遺傳性狀發生改變的技術,可分為轉基因動物與轉基因植物兩大分支。主要介紹轉基因植物:抗除草劑轉基因植物、抗病毒轉基因植物、抗蟲轉基因植物、抗逆境轉基因植物等。
導入:大家都看過鯉魚和鯽魚嗎?它們有什么區別?學生回答后總結,我們都知道鯉魚比鯽魚大,但是鯽魚味道鮮美,如果有一種魚既有鯉魚的大個頭,又有鯽魚的美味這樣就很完美了。有這種可能嗎?這就是我們今天講的轉基因技術。
基因:DNA上的有效遺傳片段,代表生物的性狀,如人的高矮,胖瘦。
根據基因的概念我們可以知道鯉魚的大個頭由基因控制,鯽魚的美味也有基因控制,當我們把鯉魚和鯽魚的基因整合到一起,這時的魚就表現出鯉魚大個頭和鯽魚的美味,我們可以把它叫做轉基因鯉魚,像這樣的技術就是轉基因技術。
轉基因技術:指用人工分離和修飾過的外源基因導入生物體的基因組中,從而使生物體的遺傳性狀發生改變的技術。
既然我們現在知道這種技術,那么它有什么作用,主要應用在哪些方面?
轉基因技術的應用:轉基因動物與轉基因植物。我們開始講的轉基因鯉魚就是轉基因動物,還有植物方面的應用,有以下兩個方面:
1.抗蟲性 將具有殺蟲活性產物的基因導入植物后, 其表達產物可以影響取食害蟲的消化功能, 抑制害蟲的生長發育甚至殺死害蟲, 從而使植物獲得對取食害蟲的耐性, 減少或替代農藥的使用,如棉花的棉鈴蟲,當棉花導入此基因就可以減少棉鈴蟲的危害,提高產量。
2.抗逆性 通過利用轉基因技術, 研究具有抗旱、抗鹽堿、抗重金屬污染的或自身有生物固氮等特性的以及高光合效率的植物品種。在干旱地區的水稻導入抗旱基因就可以減少因干旱使水稻減產。
本文就找出那么幾對看似是孿生的專業,讓大家來辨別一下。
生物技術 vs 生物工程
這兩個專業都屬于生命科學學院,差別在于“技術”和“工程”,從字面上,基本無法很清晰地分析出區別。它們在學習的前兩年的基礎課程有很多重疊的部分,但是進入專業課的學習后,就開始走上不同的道路。
最大的區別在于,生物技術是理科,而生物工程是工科。前者偏理論,后者注應用。
生物技術學習的是生命科學的基本理論和系統的生物技術的基本理論和技能,學習的內容偏于理論,從微生物到細胞到分子到基因,一切都是為了向更高端的生命科學發展而努力,所以很多學生都會考研或是在研究機構做研究工作。
而生物工程相比生物技術來說,誕生的時間要晚一點。它是以生物科學為基礎,應社會之需要而興起的,所以更注重應用。簡單來說,就是對生物進行創造和設計,在分子、細胞、組織和個體這些不同的層面上,對生命有機體進行新的改造,比如利用固定化菌體或固定化酶來大規模生產果糖漿來代替蔗糖。生物工程需要學習不少藥學相關的課程,很多學生畢業后都進入了生物醫藥這樣的高新技術產業做工藝和裝備的研究、開發和設計工作。或者是進入政府的工商稅務、海關、藥檢等部門從事監管工作。
高分子材料與工程 vs 材料科學與工程
想必大家已經發現這兩個專業最大的差別了:“高分子”和“材料”。有機高分子材料是材料中種類非常豐富的一個大類,橡膠和塑料都屬于高分子材料。材料科學與工程的“材料”里并不包括有機高分子材料,它研究的是金屬材料和無機非金屬材料(如陶瓷、水泥、混凝土材料)。
雖然都是材料,不過最大的區別在于,高分子材料與工程和化學的關系緊密,而材料科學與工程和物理相伴。這一點看看它們的課程設置就明白了。前者要學習無機化學、分析化學、有機化學和物理化學,基本涵蓋了所有基礎化學課程。后者則要學固體物理、量子力學和材料物理等課程。在學習的內容上,它們就很不一樣。
就業方面,高分子更注重新型材料的運用和研發,反而是一些和化學沾邊的公司更需要這一專業的學生,比如著名的陶氏化學。當然,說到橡膠和塑料,化工、汽車、電子、航空等行業同樣需要相關人才。而材料科學與工程專業的學生在傳統機械制造類行業更有優勢,比如航天、船舶、重工業的相關企業。
環境科學 vs 環境工程
讀到這里,也許你已經猜到了,這兩個專業最大的區別在于前者偏理論,后者重實踐,理學vs工學。的確,前者更多地注重在科研方面,而后者則注重在工程上。
環境科學專業的學習內容比較宏觀,比如一個地區的生態環境的營造、環保的規劃。學的是理學,對環境化學、環境毒理、環境微生物等方面的研究,偏重于理論上的學習。
相比之下,環境工程屬于工程類專業,它的應用性要強得多,很多課程都是實打實地去學如何控制污染,比如水污染控制、大氣污染控制、固體廢棄物全過程管理,以及環境的評測。
有人開玩笑地說,這兩個專業的區別在于,環境科學是指認垃圾的,而環境工程則是處理垃圾了。這種說法或許不完全正確,但可以給我們參考。
計算機科學與技術 vs 電子信息科學與技術 vs 電子科學與技術 vs 光信息科學與技術
首先,讓我們鎮定一下,千萬別被這一連串的“科學與技術”給繞暈了。這四個專業,都和物理、計算機密不可分,但是細究起來,差別卻不小。
從學習內容上來看,計算機主要學習計算機軟件、硬件和應用系統的學習,學的是計算機。電子信息學的是如何獲取、傳輸、處理和設計電子信息系統,偏重在電路和電子上,它的口徑比較寬,電子、信息技術和計算機都有所涉獵,我們日常生活中所使用到的電信、廣播、雷達、聲吶和導航都是它的應用領域。電子科學與技術是信息科學和材料科學的交叉學科,學習的是各種電子材料、元器件、集成電路等的設計、制造和相關的知識。最后一個光信息則是現代光學和信息科學緊密結合的專業,研究的是如何用光取代電信號對聲音、圖像和數據等信息進行處理,比如光纖通信。