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生物工程專業簡介:
本專業培養掌握生物技術及其產業化的科學原理、工藝技術過程和工程設計等基礎理論、基本技能,能在生物技術與工程領域從事設計、生產、管理和新技術研究、新產品開發的工程技術人才。
主要課程:
1、 實習目的
這次認識實習是在完成基礎課程的學習后所進行的實踐環節。通過到工廠生產環節的實習和觀摩進一步鞏固加深課堂所學過的理論知識,將理論和生產實踐結合,并為本專業后續《生物化學》、《微生物學》等相關課程的學習奠定基礎,是我們對發酵、藥品等企業有一個初步的了解。
2、 實習內容
2.1 實習單位簡介
2.1.1湖北安琪酵母股份公司
湖北安琪酵母股份公司成立于1986年,是研究天然酵母,并進行規模化制造的專業化公司,酵母產業化水平在國內處于領先地位,是酵母行業唯一的高科技上市公司。公司經營范圍涉及酵母及深加工產品、生物制品、食品添加劑、豆制品、奶制品、調味品、糧食制品的生產、銷售;生化產品的研制、開發;生化設備、自控儀表、電氣微機工程的加工、安裝、調試;經營本企業自產及技術的進出口業務;經營本企業生產所需的原輔材料、儀器儀表、機械設備、零配件及技術的進口業務(國家限定公司經營和國家禁止進出口的商品除外);經營進料加工和“三來一補”業務;道路貨物運輸服務。片劑、沖劑、膠囊劑、原料藥的生產、銷售。飼料添加劑;有機復混肥料系列產品的生產、銷售。公司擁有年產15000噸干酵母生產線及國內最大的酵母生產基地.
2.1.2湖北金龍泉集團股份有限公司
湖北金龍泉集團股份有限公司是一家啤酒產銷量連續8年名列全國行業十強、位居湖北榜首的大型企業,主要產品有金龍泉系列啤酒,曼思萊系列葡萄酒,金龍泉系列純凈水,年啤酒生產能力達60萬噸。公司擁有固定資產15億元,2003年底加盟全球第一大啤酒釀造商英博集團,英博雄厚的資本實力、先進的管理和技術,為金龍泉做強做大注入了新的活力。主導產品金龍泉系列啤酒先后榮膺42項國際國內大獎,被人民大會堂確定為宴會用酒,并于1995年10月1日榮登中華人民共和國建國50周年慶典國宴,產品暢銷全國18各省市,并通過邊貿輻射到俄羅斯和東南亞地區。20年來,公司累計生產啤酒186萬噸,實現銷售收入30億元,創利稅10億元。其中2000年產銷啤酒38.07萬噸,實現銷售收入5.92億元,創利稅1.57億元,其啤酒產量,銷售收入,實現稅收,均以進入全國十強,位居湖北啤酒行業的榜首。
2.1.3宜昌三峽藥業有限責任公司
三峽藥業有限責任公司是一家生產抗生素、氨基酸原料藥及針劑、系列氨基酸輸液等綜合性產品的中型醫藥工業公司,國家GMP認證企業。三峽藥業有限責任公司現擁有二個分廠,一個藥物研究所,二個二級公司三個直屬車間,擁有高素質的員工1300人。各類工程技術人員占員工總數的30%。生產的品種品規達120多個,公司占地7.2萬㎡。主要產品有L-異亮氨酸、L-纈氨酸、L-亮氨酸、硫酸新霉素、鹽酸林可霉素,系列氨基酸酸輸液、針劑等。是國內最早開發生產L-異亮氨酸、L-纈氨酸和復合氨基酸輸液、針劑單位以及國內最大的硫酸新霉素生產基地。
2.2認識實習內容
2.2.1安琪酵母
在安琪集團,我們主要參觀了安琪集團擁有的國內最大的酵母抽提物生產線———年產5000噸酵母抽提物生產線日前在安琪酵母(600298)建成。公司利用上市募集資金建設的這條生產線技術水平達到國際領先,生產規模國內最大。該生產線的建成投產,標志著安琪酵母綜合技術水平、市場競爭力邁上新臺階,朝著“國際化專業化酵母公司”的目標又邁進了一步。
酵母抽提物是采用先進加工工藝生產的食用酵母深加工產品,是新型、高檔食品添加劑,屬高新技術產品,該產品代表國際調味品發展的趨勢和潮流。安琪酵母于1993年開始酵母抽提物的研究工作,該課題先后被列入國家“九五”科技攻關項目和國家技術創新試產項目。1997年,安琪公司建成了年產1000噸的酵母抽提物生產線。
據介紹,安琪年產5000噸酵母抽提物生產線是由歐洲著名生物工程公司設計的,引進歐洲工藝技術,關鍵設備全部進口。該生產線柔性化設計,可以生產各種高品質的純天然酵母抽提物,按照食品GMP標準設計和管理,產品衛生標準可以達到歐盟衛生標準,能滿足出口的各種要求。該系統可以充分保證生產過程和產品質量的穩定,并大幅度提高勞動效率。
然后,我們還參觀了安琪現代化的包裝車間以及自控設施.整個參觀給我們留下了深刻的影響.
2.2.1金龍泉啤酒
在金龍泉,我們系統的學習了啤酒的釀造工藝流程. 金龍泉啤酒以其卓越品質幾十年來馳譽國內,它采用了優質麥芽、大米、酒花和水,經過糖化、過濾、冷卻、發酵、包裝等工序精制而成,它成功的原因在于獨特的釀造工藝和嚴格的工藝管理,在繼續傳統釀造工藝的基礎上,通過不斷的技術改進,金龍泉啤酒的釀制工藝已日臻完善,而獨特的后熟工藝和優良的酵母菌種更使其錦上添花,保證了產品質量的優異和穩定。對金龍泉系列的啤酒的生產工藝而言,主要流程如下:
制麥------糖化------發酵------罐裝
在糖化車間,我們參觀了先進的計算機主控系統, 德國荷普曼糖化
裝備.在發酵車間,我們目睹了華中地區最大的露天發酵罐群的風采,然后在講解人員的介紹下,我們參觀了金龍泉科學合理的發酵系統.最后我們在包裝車間觀看了德國產36000瓶/小時自動化啤酒灌裝線.
通過學習,我不僅了解了啤酒的釀造工藝流程,還對相關的知識如啤酒的風味,食品行業的衛生質量要求有了一定的了解.此外,金龍泉“舉團結之旗、興認真之風、走拼搏之路、創領先之勢”的企業文化也深深吸引了我,我想,這對我們平時的學習同樣是有所啟發的.
2.2.1三峽藥業
在三峽藥業,我們參觀了氨基酸發酵生產的車間,了解了生物制藥的相關工藝,設備,以及藥品行業獨有的要求.同時,系統的了解了三峽藥業的主要抗生素產品情況,包含如下:
1.硫酸辛酶素 屬氨基糖苷類抗生素藥物。主要成份為新霉B。C抗菌譜及廣,對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌有極好的殺滅作用。廣泛應用于醫藥和獸藥領域,分子式:C23H46N6O13·3H2SO4白色或黃白色粉末。吸濕,極易溶于水,微溶于酒精,不溶于丙酮和乙醚。
2.氨基酸系列產品 主要包括:L-纈氨酸 ( L-Valine) L-異亮氨酸 (L-Isoleucine) L-亮氨酸 (L-leucine) L-醋酸賴氨酸 (L-lysine Acetate)
3.實習體會
我們開展分子生物學教學改革遵循兩條基本原則:一是適應普通高等教學需求的基本原則;二是適應本學科發展和人才培養需要的基本原則。在堅持兩個基本原則基礎之上,我們提出三條改革思路:一是針對生物工程類專業特點,突出分子生物學在現代工業微生物研究和改良中的應用趨勢和途徑,加強學生對專業的理解和本學科的認識;二是遵循高等院校教學特點,從教學方法和教學內容等方面進行改革和探索,建立一套能夠培養理論素養與實驗能力并重的工程化人才的分子生物學教學體系;三是加強理論知識與實際應用實例相結合的教學方式,在理論中強調應用,在應用中引出理論,使學生在有限的教學課時內消化理論知識的同時拓展視野并加強對本學科的理解。
2教學改革具體內容
2.1優化教學內容
我們在進行分子生物學課程的授學時,首先針對生物工程類專業特點選擇合適的教材并制定教學大綱。經過比較和分析,我們選擇趙亞華編著的《分子生物學教程》(第三版)(普通高等教育“十一五”國家級規劃教材)作為基礎教材,該教材主要闡述的是狹義分子生物學所涵蓋的范疇,編寫內容具有條理清晰,語言簡練,信息量大,實例豐富等特點,并且全書系統地在重要的知識點后附有簡要小結,便于學生在學習和復習過程中從繁雜的信息中快速的查找和理解重點內容,比較適合于普通高校生物工程類專業教學使用。分子生物學課時少而內容繁雜,在有限的課時之內不可能按教材內容全部講授,學生也不可能全部能夠接受。因此,在實際教學過程中,我們必須結合專業特點,對教科書內容進行取舍,并根據專業的培養目標進行補充,突出專業領域涉及的重點和難點。因此,選定教材之后,我們根據生物工程類專業特點對教學內容進行了優化:(1)弱化學科交叉重復部分,分子生物學是在多個學科的基礎上發展起來的,也決定了分子生物學中有很多理論知識與其它學科具有交叉和重復,如生物化學、遺傳學、酶學和微生物學等,我們在分子生物學的實際教學過程中對已經學習過的交叉部分的知識點采用復習的方式快速進行;(2)強化對與專業相關的理論知識講解,例如DNA的重組、真核生物與原核生物基因的轉錄和表達調控等內容;(3)引導介紹與本專業相關性不強的知識點,學生如有興趣可以利用課外時間進行學習,以滿足求知欲望較為強烈的學生的學習要求,如噬菌體基因的表達調控、病毒的分子生物學等;(4)結合專業方向補充教學內容,加大應用實例講解,促進學生對理論知識的理解,例如講解特異位點重組內容時,可以結合目前研究領域應用較多的Xer/dif重組系統進行講解,讓學生理解了特異位點重組概念和過程的同時,又學習了該重組理論最新研究進展及其在微生物代謝途徑工程中的應用,從而實現教學內容的理論性、專業性、實用性、學術性和前沿性并舉。
2.2改革教學方法
對大學生而言,分子生物學是一門及其抽象的學科,其中涉及的理論體系和生物過程復雜而又晦澀難懂,極其難以掌握,采用傳統的填鴨式教學,學生的學習興趣不高,學習效率有限,因此創新教學方法,改變授課方式,使抽象化的概念能夠直觀地呈現在學生面前,對提高學生的學習興趣并提升學習效率尤為重要。我們在實際教學中,對教學方法做了以下改革:(1)采用多媒體教學,結合大量精美圖片、動畫和視頻,將抽象的、理論的生物過程或概念中涵蓋的大量信息有效、生動、形象化地展現給學生,例如,蛋白質合成過程中涉及的起始、延生和終止三個過程以及延生過程中涉及的進位、轉肽和轉位三個反應實際上是一個連續的動態過程,中間涉及的概念和因子很多,通過板書無法有效地進行形象化演示和解釋,而在多媒體教學方式下,借助大量圖片和動畫實現靜態和動態相結合的方式講授該生物過程,可使學生有效地理解并掌握該部分內容;(2)大力利用網絡資源,搜尋與講授內容相關的精美圖片和科教視頻,補充教材內容的不足,從不同視角、不同階段對重點內容進行闡釋,幫助學生對難點的理解和掌握,例如,RNA干擾技術是一個比較抽象的概念和過程,課堂調查中發現學生很難理解雙鏈RNA的產生、水解蛋白的作用過程等概念,在我們的實際教學過程中選用一段網絡公開視頻通過三維動畫模擬,使學生輕松地“看到了”生物體內RNA干擾過程,極大地幫助了學生對相關過程的認識和理解;(3)利用生物學分析軟件演示促進學生理解,在現代分子生物學研究領域,無論是簡單基因的比對分析還是復雜的蛋白質定向進化模擬都離不開專業的生物學分析軟件,在教學方面利用生物學分析軟件也可以達到事半功倍的效果,例如,在講授蛋白質的編碼基因序列和開放閱讀框兩個概念的時候,學生短時間之內無法深刻理解,如果使用生物學分析軟件對一條基因進行分析演示,學生可以一目了然地“看到”CDS與ORF之間的聯系與區別;(4)結合實例對重點理論進行剖析,例如基因表達調控部分內容,在目前的科學研究領域和實際工業化應用領域研究都極為廣泛,但在實際教學時,由于知識點多,過程復雜,學生在學習過程中往往感覺到枯燥而不知所以然,此時即可在教學過程中結合某個具體的相關研究項目(例如碩士研究論文、博士研究論文或科研基金研究項目)的目的、意義和方法等進行講解,達到理論學習與實際應用相結合,在實例中引出理論概念和過程。通過大量實例的講解,不僅促進了學生對理論知識的理解和掌握,同時加深了學生對本學科的認識,拓展了學生的視野,培養了學生在實際應用中解決問題的思維能力。
2.3強化實驗教學
分子生物學是在實驗論證的基礎之上建立并發展起來的對實驗技能要求很強的一門實驗性學科,因此,分子生物學的教學也必須有實驗教學作為支撐,只有在理論教學和實驗教學相結合的模式下才能使學生學以致用,達到真正理解并掌握分子生物學的教學目的。對工科的生物工程類專業,實驗教學具有舉足輕重、不可替代的作用,是培養學生動手能力和創新能力的基礎。在我們的實驗教學改革中,將每個班分為10組,每組3~4人,每個學生可以且必須單獨完成實驗操作,掌握本專業應用最為廣泛的基因工程操作技術中常用的經典方法。實驗教學時間與課堂教學時間比例設置為1∶2,保障有1/3的教學時間用于實驗教學。實驗內容主要圍繞基因工程操作技術經典的四個步驟進行,即目的基因的獲取、重組載體的構建(克隆載體)、受體細胞(大腸桿菌)轉化、結果驗證,在此過程中連續進行染色體提取、連接、大腸桿菌感受態細胞制備、轉化、質粒提取、限制性酶切以及瓊脂糖凝膠電泳檢測等基本操作,使學生掌握DNA體外重組過程中使用的基本操作方法和技術原理。在上述實驗過程中,多數實驗步驟中都是微升級反應體系,對學生的動手能力和分析能力要求極高,因此,通過分子生物學實驗教學可以培養并強化學生的“精細化”實驗操作能力,為培養動手能力強,專業素質過硬,分析能力嚴謹的合格大學畢業生做出貢獻。
3結語
生物工程設備是為生物工程專業開設的核心課程。本文探討了陜西科技大學生物工程設備課程的歷史沿革、特點、課程體系、教學手方法改革等問題,認為應采用啟發式及學生參與式教學,調動學生的主觀能動性;采用參觀、演講式及電教片教學,擴大課堂信息量,鍛煉學生獨立分析問題和解決問題的能力。
【關鍵詞】生物工程設備;歷史沿革;特點;教學改革
生物工程設備課程是高校生物工程專業普遍開設的主干課程,目前許多高校已將該課程擴展到生物科學、生物技術等相關理科類專業,足見其該門課程的重要性及實用性。陜西科技大學生物工程設備課程體系主要涵蓋設備和工程兩部分內容。介紹生物工程產業中的生物反應器、生物反應物料預處理、分離純化、空氣凈化等設備的結構,工作原理、操作特性及設計放大、選用等,并結合目前生物工程企業生產案例進行討論,鞏固課堂教學內容和強化工程的觀念。
一、課程的歷史沿革及特點
陜西科技大學生物工程專業的前身是1985年成立的飲料和發酵工藝專科,為其開設《發酵設備》課程,側重討論發酵工業生產中的設備問題,即為現在《生物工程設備》課程的前身。1996年設置“生物化工”本科專業,開設的《發酵設備》課程教學體系中,增加了發酵工業生產中的工程內容。1998年,根據教育部普通高校本科專業目錄,本校生物化工專業調整為生物工程專業,課程更名為《生物工程設備》,突出了生物工業中的設備及工程內容,拓寬了專業知識面和內涵,課程授課所在單位的“食品科學與工程”為陜西省名牌專業,擁有“陜西省食品生物技術示范教學中心”、“陜西省中藥生物工程技術研究中心”、 “國家果蔬加工技術研發分中心”、“陜西農產品加工技術研究院”、“陜西省食品加工工程技術研究中心”等科研結構。
生物工程設備是為生物工程專業開設的一門非常重要的專業主干課,具有實踐性強、應用面廣、內容更新快的特點。該課程與化工原理等工程類課程密切相關,與微生物學、生物工藝原理、生物分離工程、發酵工廠設計等課程緊密聯系。通過本門課的學習,學生能夠較好地掌握生物工業企業的設備生產流程、設備結構特性及工作原理、主要設備的設計計算與選型,掌握生物工業設備的應用現狀及發展趨勢,了解通用及專用設備安裝維護的技術要求。本門課程的開設在培養高級生物工程技術人才中扮演著重要的角色。
二、課程體系及教學手段改革
《生物工程設備》與很多課程有著密切的聯系,生物工程專業開設的課程主要有《物理化學》、《化工原理》、《細胞生物學》、《微生物學》、《生物化學》、《微生物遺傳育種》、《基因工程》、《分子生物學》、《生物工藝原理》、《生物制藥工藝學》、《生物工程下游技術》、《生物工程分析》、《發酵工廠設計》、《細胞工程》、《酶工程》、《氨基酸工藝學》、《生物信息學》等課程。針對課程教學體系,辟面重復和不銜接問題,以提高教學效率和教學效果。注重學生對基本原理的理解,注重對實用性內容的掌握,注重講授體系中以點帶面,達到舉一反三的效果。本課程內容體系涵蓋三部分內容:第一部分生物反應器,以機械攪拌通風生物反應器和生物反應器比擬放大為主線、兼顧其它好氧、厭氧及其它發酵設備。第二部分包括生物反應物料預處理及產物分離純化設備,教學內容包括:(1)物料處理與培養基制備設備;(2)過濾、離心與膜分離設備;(3)離子交換與色譜分離設備;(4)干燥設備;(5)蒸餾設備等。第三部分為輔助系統設備,教學內容為空氣凈化系統及設備等。此外,我們還為學生簡要介紹國內外生物工程設備知名企業,如德國貝朗(Braun)、法國寶樂菲公司(Biolafitte)、瑞士比歐公司(Infors)、日本丸菱株式會社(B.E. Marubishi)、鎮江東方生物工程設備技術有限公司、上海傲中生物工程設備技術有限公司、華東理工大學國強生化工程裝備有限公司、上海理工大學高機生物工程設備技術有限公司等,并通過網絡查閱國內外專業書籍及期刊,如《Biochemical Engineeringand Biotechnology》、《Producing Biomolecular Substances with Fermenters,Bioreactors,and Biomolecular Synthesizers》、《Fermentation and Biochemical Engineering Handbook: Principles,process Design,and Equipment》等,通過將最新科研成果和技術及時地介紹給學生,使教學內容更具前沿性。
《生物工程設備》為工程類課程,這對沒有工業生產閱歷的學生,學習起來較為困難,影響其學習興趣。在教學中如何發揮學生的主動性、積極性,使一門被認為枯燥的課程變為一門有趣味、生動活潑的課程是《生物工程設備》教學中長期探索的課題。我們利用多媒體教學的特點,通過圖片、動畫、錄像等多種媒體信息,使枯燥的理論變得形象和直觀,并幫助學生理解一些抽象問題,激發學生對本課程的學習興趣,使上課信息量更大,課堂教學效果更佳。例如在講授膜分離設備的時候,采用了東方仿真的AVI視頻形式,演示了板式、管式、螺旋卷式、中空纖維式及動態壓力膜分離設備的內部結構及其運轉情況,形象生動,收到了事半功倍的效果。另外,通過生物工業企業生產設備的模擬設計計算,便于學生掌握教學內容,灌輸工程觀念,增強直覺感和實用感。
三、教學方法改革
采用啟發式及學生參與式教學,充分激發學生的求知欲,從而調動學生的主觀能動性。教師主要向學生提供信息源而不再是填鴨式的教學,學生的學習以信息資源為中心,并根據興趣進一步發掘和探索,從而使教學變成了學生對新知識的追求過程。例如在講生物反應器時,我們講授了通風發酵設備,厭氧發酵設備,并給學生簡要講述了固態發酵生物反應器的優缺點,并提供了一些國內外參考資料目錄,讓學生分組在后查閱資料,并進行備課準備,每組推薦學生進行上臺講授,再由同學提問討論,最后教師進行歸納和總結,這既可以培養他們勤于思考的學習態度,又能夠引導他們進行創新性思維,且這種教學方式深受同學們的喜愛。
參觀、演講式及電教片教學。結合教學內容,組織同學們去相關發酵參觀,在生產第一線讓學生增加對所學內容的理解,并邀請發酵企業有一定知名度或在發酵行業一線工作的工程師或總工程師為同學們進行專題演講,使同學對我國生物工程企業有了更深刻的了解和認識;此外學生放映了醬油釀造工藝、醋釀造工藝、啤酒生產工藝、液相色譜設備等電教片,增加了學生對相關設備的認識。
四、結語
通過對《生物工程設備》課題的課程體系、教學手段及方法等的改革,摸索出一種新的專業課教學模式,通過多媒體、視頻、錄像、電教片、參觀及演講式教學基本上解決了學生學習本課程時覺得枯燥的局面,擴大了課堂信息量,鍛煉了學生獨立分析問題和解決問題的能力。通過探索和改進教學手段和教學方法,才能與當代飛速發展的科技相適應,才能使培養出的生物工程專業畢業生具有更加深厚和廣泛的專業知識,更能適應新世紀對復合型人才的需要。
【參考文獻】
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關鍵詞:生物工程;全程導師制;設計與實施
一、我校生物工程專業導師制現狀
我校生物工程專業每年招生50人左右,現有專業教師25名左右,一年師生比約為1:2,這個數值與我國目前的研究生教育相當,這為全程導師制的實施提供了師資條件。目前,我校生物工程專業與其他大多數專業一樣,實行的主要是高年級導師制,學生在大三或大四選擇指導教師,指導教師主要指導學生完成畢業實踐,重點是提高學生的專業素質和能力。然而,對大一或大二的學生則缺乏有效的針對性指導,學生中出現的多種問題難以得到及時有效的處理,影響了學生身心健康以及大學生綜合素質的提高。
二、生物工程專業導師組的設立
實施全程導師制的前提是要有足夠數量的導師,而全程導師制的實施效果關鍵在于導師的綜合素養。一方面由于專業教師數量有限,教學科研工作任務較多;另一方面由于專業教師術業有專攻,各有所長,因此由2位教學科研互補型的教師組成一個導師組,取長補短,同時指導一組大學生。根據2018年生物工程專業師生現狀,總計分為13個導師組,每組指導4—5名大一新生。
三、生物工程專業全程導師制運行模式
不同年級的大學生,確定不同的重點指導內容。大學一年級,導師重點指導學生盡快熟悉校園生活,處理好班級及宿舍學生之間的關系,做好學業規劃,重視公共基礎課學習,尤其是外語與計算機的學習,適當參加學生社團活動,注重身心健康。大學二年級,鼓勵學生在做好專業基礎課學習的基礎上,注重綜合素質與實踐能力的培養。導師根據學生自身的特長與興趣,鼓勵學生參加不同的課外實踐活動,比如社會服務、勤工助學、各種大學生競賽等。大學三年級,鼓勵學生在完成好專業課程學習的同時,進入導師實驗室開展科研工作,申請大學生創新創業訓練計劃項目,閱讀專業文獻,撰寫科技論文,提高專業素質與能力。同時,計劃考研的學生開始復習準備。大學四年級,鼓勵學生在做好校內畢業設計、順利完成畢業答辯的基礎上,積極參加校外企事業單位的實習實踐工作,部分學生做好就業準備,準備考研的學生做好研究生初試及復試等工作。導師組對學生的指導可以采取多種形式,導師組與學生組可以面對面進行交流,也可以通過網絡、電話進行集中或個別指導。指導的頻次根據導師和學生的時間來確定,每個學期初和學期末至少當面指導1次。全部導師組每學期至少召開1次指導經驗交流會。
四、生物工程專業全程導師制效果評價
全程導師制指導效果可以通過以下多種指標進行綜合評價,如學生學分積點、學生獎學金、英語四六級通過數、計算機等級考試通過數、學生數、學生競賽獲獎數、大學生科技創新立項數、學生考研數、學生就業數、學生社會服務情況、學生社會實踐情況、學生對導師的評價等。