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生物技術的特點大致有[3]:①以生物為對象,不依賴地球上的有限資源,而是著眼于再生資源的利用;②在常溫、常壓下進行,過程簡單,可連續化操作,并可節約能源,減少環境污染;③開辟了生產高純度、優質、安全可靠的生物制品的新途徑;④可解決常規技術和傳統方法不能解決的問題;⑤可定向地按人們的需要創造新物種、新品種和其他有經濟價值的生命類型。
廢水生物處理是利用微生物的生命活動過程對廢水中的污染物進行轉移和轉化,從而使廢水得到凈化的處理方法。廢水生物處理技術發展迅速,好氧法、厭氧生物法以及生物發酵法已趨于成熟,所以,這里只介紹固定化等新興技術。
2.1固定化微生物技術固定化微生物技術是生物工程領域中的一項新技術。進入80年代后國內外開始應用這種具有獨特優點的新技術來處理工業廢水和分解難生物降解的有機物質,一些具有特異性的優勢菌種不斷得到改造或創造,將這些高效專性菌如脫色菌、脫氮、脫磷菌假單胞菌等進行固定化后,菌體密度提高,大大提高了處理效率,尤其是對難降解有毒物質有明顯優勢。王增長等人利用新研制的聚集—交聯固定化細胞技術,將篩選的高效優勢脫色菌種固定在活性污泥上,投加于“厭氧—好氧—生物濾池”工藝流程中,處理印染廢水,結果表明:出水色度極低,處理后的水可回用[4]。
2.2生物強化處理技術為了提高廢水處理的效果,而向廢水中投加從自然界中篩選的優勢菌種或通過基因組合技術產生的高效菌種,以去除某一種或某一類有害物質。主要強化方法有:①高濃度活性污泥法,以高污泥濃度和長泥齡來促進對難分解物質的處理,加快反應速度。日本用該法處理難分解的聚乙烯醇和糞便污水取得顯著效果[5]。②生物—鐵法,是在普通活性污泥中加入無機鹽,多用鐵鹽(氫氧化鐵或氧化鐵粉),形成生物鐵絮凝體活性污泥,具有高濃度活性污泥法的特點,主要用來提高除磷效果。③生物—活性炭法,綜合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力,使二者產生協同增效作用。在該系統中,每g活性炭去除1~3gCOD,分解廢水毒性能力明顯增強,同時提高脫氮水平。
2.3生物反應器技術生物反應器技術,是現代生物技術發展的一個主要方向。現代化的新型生物膜反應器,其共同特點是反應器內裝有比表面大的載體,有利于微生物附著生長形成生物膜,供氣或供給的其他反應條件優越,污染物具有充分的時間與微生物接觸,有利于增強微生物的分解代謝能力。目前,2000m3的反應器已經問世。雖然其處理能力較低,造價較高,但其管理方便,運行費用低,所以歐美地區約有7%的污水處理廠采用該技術[6]。3生物修復技術
生物修復技術[7]是利用生物,特別是微生物將土壤、地下水或海洋中污染物現場降解為CO2和H2O或轉化為無害物質的工程技術系統。這項技術正被用于清除地下水、廢水中的污染物。金屬雖然不能被生物降解,但微生物可將其轉移或降低其毒性。為了加快去除污染物的進程,常常采用許多強化措施,使自然生態系統維持原狀的前提下,使受污染的環境得以修復。研究表明,生物修復與傳統的物化法相比具有以下優點:①經濟,僅為物化法30%-50%;②對環境影響小,不產生二次污染,遺留問題少;③最大限度地降低污染物的濃度;④修復時間較短,就地修復,操作方便。
生物修復中主要涉及兩大問題,即有效性和安全性評價。為提高有效性今后將應用分子微生物學分離、鑒別、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。為提高生物修復的安全性評價水平,需發展鑒定微生物的分子生物技術,以確定微生物在環境中的去留和基因[8]。
4微生物水處理劑
微生物水處理劑主要集中在以下幾個方面:①微生態制劑。微生態制劑是一種由優勢互補的微生物菌群、繁殖促進劑和活化劑配制而成的活性微生物制劑,已經在保健領域發揮重要作用。用于環境凈化的微生態制劑由于其應用范圍廣、使用安全、無副作用,為區域環境保護提供了新的重要手段。歐美近年來加快了這方面的研究開發,已有采用微生態制劑原位修復水體的成功實例[9]。②生物吸附劑。生物吸附劑是廢水生物處理的一個新的發展方向,主要有兩大類:一類是高比表面積和高吸附率的生物體吸附水中的污染物;另一類是集生物吸附和生物降解能力為一體凈化廢水中的污染物的生物吸附劑。目前生物吸附劑的固定化技術使生物與離子交換樹脂一樣能解吸回收金屬和重復利用。③微生物絮凝劑。微生物絮凝劑是利用生物技術,通過微生物發酵,抽提精制而得到的一種具有生物分解性和安全性的新型、高效、無毒的廉價的水處理劑,這些是無機或有機合成高分子絮凝劑所不具備的。其特點是降解性能好,成本低,無二次污染等。目前,已篩選出19種具有絮凝能力的微生物,其中,霉菌8種,細菌5種,放線菌5種,酵母菌1種[10]。隨著生物技術的發展,微生物水處理劑的開發與應用具有良好的前景。
現代生物技術在水污染控制領域已顯示出獨特的魅力和應用前景。但筆者認為,今后應從四個方面進行深入研究:①分離、篩選和培養高效降解菌,利用微生物共代謝作用、多菌種協同作用降解難降解污染物;②構建高效反應器,優化運行條件,探索新技術新方法;③開發高效、無毒、廉價、可大批量生產的微生物水處理劑;④著力實踐和推廣生物修復示范工程,為生態環境建設提供有力的技術支持。
摘要:當今的水處理技術中,生物處理法已成為水污染控制的主要方法,尤其是現代生物技術將成為水污染控制領域重點開發和應用的技術手段。本文介紹了現代生物技術的內容與特點,著重綜述了現代生物技術在廢水生物處理、生物修復以及微生物水處理劑等方面的研究與應用狀況,在此基礎上提出今后現代生物技術在水污染控制領域中的研究方向。
關鍵詞:現代生物技術廢水生物處理生物修復水處理劑
參考文獻:
[1]李亞一.生物技術[M].北京:中國科學技術出版社.1994.1.
21世紀是生命科學的世紀,生物技術的發展對人類和社會的影響深遠。而生物技術引發的倫理問題,已成為世界的焦點議題。如何合理的應用生物技術造福人類和社會,是眾多學者和科學家急需解決的問題。
一、現代生物技術研究的新進展
進入21世紀,生物技術正處于發展成熟階段,生物技術的應用已經滲透到我們生活中許多與生物無關的角落。生物技術的發展至今已經揭示了許多生命現象的本質及其規律,但生命現象極其復雜,目前仍有許多課題有待深入研究和探索。目前在克隆、胚胎干細胞、轉基因食品、人類基因組計劃、組織工程等研究和實際應用等領域取得了成果。
(一)克隆技術。克隆原意是無性繁殖,即由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞系,該細胞系中每個細胞的基因都是相同的。克隆技術首先用于動物,動物克隆就是通過無性繁殖方式,由動物細胞產生的遺傳形狀相同的動物個體。克隆羊多莉是首例克隆成功的動物。動物克隆為我們進一步揭示生命的奧妙及人類的自我認識展現了全新的視野。
(二)胚胎干細胞。干細胞是生物體在生長發育過程中起“主干”作用的高度未分化細胞,它具有自我更新、高度增殖和多向分化的潛能。干細胞分為三大類:全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞。全能干細胞之所以全能,是指它可以分化成人體全部細胞類型,進而構建心、肝、腎、肺等多種組織和器官,最終發育成一個完整的個體。全能干細胞再進一步分裂、分化中又形成了各種多能干細胞。多能干細胞具有分化為多種細胞組織的潛能,但是卻失去了發育成完整個體的能力。
(三)轉基因食品。轉基因食品是利用生物技術將某些生物的基因轉移到其他物種中去,從而改造生物的遺傳物質,使其在性質、消費品質等方面向人類所需要的目標轉變。以轉基因生物為直接食品或以這種生物為原料,加工出來的食品都被稱為轉基因食品。轉基因食品在歐美應進入人們的日常生活中。有資料表明,在歐洲,玉米鉆心蟲每年要毀壞4000萬噸玉米,占世界玉米總產量的7%,但是如果把分離出來的抗鉆心蟲基因植入玉米中去,就可培育出抗蟲害的玉米,這種玉米就是轉基因食品。
二、現代技術發展引發的倫理問題
(一)關于克隆人的爭議。從“多莉”羊的克隆成功,待幾年來其他克隆動物的嘗試,克隆技術正不斷發展。目前科學界把對人體的克隆分為治療性克隆和生殖性克隆。科學界和倫理界對治療性克隆普遍支持。但生殖性克隆,即克隆完整的人則遭到很大的抵制。克隆人給倫理道德方面帶來了巨大的沖擊,對現有的社會關系、家庭結構造成了巨大的沖擊。另外,克隆人的身份難以認定,使人倫關系發生模糊、混亂乃至顛倒,進而沖擊傳統的家庭觀以及權利與義務觀。
(二)胚盤干細胞研究中的生命倫理問題。由于胚盤干細胞的制備是離不開人類卵子、胚盤以及克隆技術的,而卵子與胚盤在一些不同的國家和宗教界被視為是生命的起源,與活著的嬰兒沒有什么不同,所以在許多國家是被嚴格禁止的。堅持認為可以用人類胚胎做實驗的人認為:1、早期胚胎僅是一團細胞,尚難稱其為人的一條生命,從胚泡內細胞培養成人的胚胎干細胞,并沒有殺死細胞,只是改變細胞的命運;2、培養胚盤干細胞是用于治療現在還無法治愈的組織壞死性疾病,讓病人恢復健康,完全是合乎人類倫理道德。
(三)轉基因食品的潛在危險。對轉基因食品發展有兩種態度:支持者極力宣傳其帶給人類充足的糧食和新型抗病蟲策略;反對者則強調人為地用基因技術改變神武,會給人體健康和環境帶來危害。基因表達調控是個復雜的生命現象。目前,人類對基因的活動實施了解還不夠透徹,還沒有十足的把握控制基因中組后的結果。1993年英國的一份報告列出了一些人們對于轉基因食品應用的來努力方面的主要擔憂:1、人類基因轉入食品動物,如將人類基因因子與凝血的蛋白質的基因轉入綿羊中;2、某些宗教團體禁止食用的動物基因轉入他們通常食用的動物中,這可能觸怒猶太人和穆斯林,列入將豬的基因轉入綿羊;3、動物基因轉入植物中,可能會引起一些素食者的特別關注。
三、現代生物技術發展存在的倫理問題對策
21世紀是生命科學的世紀,生物技術的發展對人類和社會的影響深遠。而生物技術引發的倫理問題,已成為世界的焦點議題。如何合理的應用生物技術造福人類和社會,是眾多學者和科學家急需解決的問題。
一、現代生物技術研究的新進展
進入21世紀,生物技術正處于發展成熟階段,生物技術的應用已經滲透到我們生活中許多與生物無關的角落。生物技術的發展至今已經揭示了許多生命現象的本質及其規律,但生命現象極其復雜,目前仍有許多課題有待深入研究和探索。目前在克隆、胚胎干細胞、轉基因食品、人類基因組計劃、組織工程等研究和實際應用等領域取得了成果。
(一)克隆技術。克隆原意是無性繁殖,即由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞系,該細胞系中每個細胞的基因都是相同的。克隆技術首先用于動物,動物克隆就是通過無性繁殖方式,由動物細胞產生的遺傳形狀相同的動物個體。克隆羊多莉是首例克隆成功的動物。動物克隆為我們進一步揭示生命的奧妙及人類的自我認識展現了全新的視野。
(二)胚胎干細胞。干細胞是生物體在生長發育過程中起“主干”作用的高度未分化細胞,它具有自我更新、高度增殖和多向分化的潛能。干細胞分為三大類:全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞。全能干細胞之所以全能,是指它可以分化成人體全部細胞類型,進而構建心、肝、腎、肺等多種組織和器官,最終發育成一個完整的個體。全能干細胞再進一步分裂、分化中又形成了各種多能干細胞。多能干細胞具有分化為多種細胞組織的潛能,但是卻失去了發育成完整個體的能力。
(三)轉基因食品。轉基因食品是利用生物技術將某些生物的基因轉移到其他物種中去,從而改造生物的遺傳物質,使其在性質、消費品質等方面向人類所需要的目標轉變。以轉基因生物為直接食品或以這種生物為原料,加工出來的食品都被稱為轉基因食品。轉基因食品在歐美應進入人們的日常生活中。有資料表明,在歐洲,玉米鉆心蟲每年要毀壞4000萬噸玉米,占世界玉米總產量的7%,但是如果把分離出來的抗鉆心蟲基因植入玉米中去,就可培育出抗蟲害的玉米,這種玉米就是轉基因食品。
二、現代技術發展引發的倫理問題
(一)關于克隆人的爭議。從“多莉”羊的克隆成功,待幾年來其他克隆動物的嘗試,克隆技術正不斷發展。目前科學界把對人體的克隆分為治療性克隆和生殖性克隆。科學界和倫理界對治療性克隆普遍支持。但生殖性克隆,即克隆完整的人則遭到很大的抵制。克隆人給倫理道德方面帶來了巨大的沖擊,對現有的社會關系、家庭結構造成了巨大的沖擊。另外,克隆人的身份難以認定,使人倫關系發生模糊、混亂乃至顛倒,進而沖擊傳統的家庭觀以及權利與義務觀。
(二)胚盤干細胞研究中的生命倫理問題。由于胚盤干細胞的制備是離不開人類卵子、胚盤以及克隆技術的,而卵子與胚盤在一些不同的國家和宗教界被視為是生命的起源,與活著的嬰兒沒有什么不同,所以在許多國家是被嚴格禁止的。堅持認為可以用人類胚胎做實驗的人認為:1、早期胚胎僅是一團細胞,尚難稱其為人的一條生命,從胚泡內細胞培養成人的胚胎干細胞,并沒有殺死細胞,只是改變細胞的命運;2、培養胚盤干細胞是用于治療現在還無法治愈的組織壞死性疾病,讓病人恢復健康,完全是合乎人類倫理道德。
(三)轉基因食品的潛在危險。對轉基因食品發展有兩種態度:支持者極力宣傳其帶給人類充足的糧食和新型抗病蟲策略;反對者則強調人為地用基因技術改變神武,會給人體健康和環境帶來危害。基因表達調控是個復雜的生命現象。目前,人類對基因的活動實施了解還不夠透徹,還沒有十足的把握控制基因中組后的結果。1993年英國的一份報告列出了一些人們對于轉基因食品應用的來努力方面的主要擔憂:1、人類基因轉入食品動物,如將人類基因因子與凝血的蛋白質的基因轉入綿羊中;2、某些宗教團體禁止食用的動物基因轉入他們通常食用的動物中,這可能觸怒猶太人和穆斯林,列入將豬的基因轉入綿羊;3、動物基因轉入植物中,可能會引起一些素食者的特別關注。
三、現代生物技術發展存在的倫理問題對策
[中圖分類號]C961[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3437(2014)09-0129-02生物技術是一門實踐性很強的學科,其目標是培養能系統地掌握現代生物技術及相關學科的基本知識和理論,掌握生物學實驗原理及技術,熟悉生物技術學科的現狀、前沿及其在生產實踐中的應用;能夠在食品、商檢、農、林、牧、漁、醫藥、環保等與生物技術相關領域上從事生產、新產品開發以及生產技術管理的應用型專業技術人才。[1]加強實踐性教學環節改革,是新辦本科院校應用型人才培養的重要途徑。我院十分重視實踐教學環節工作,主要從校內實驗教學、校外教學基地、畢業論文等環節加強實踐教學改革。
一、實踐教學現狀分析
新辦本科院校的實驗課開設中,驗證性實驗多,綜合性實驗偏少,創新性、開放性實驗項目幾乎沒有,缺乏實踐能力和創新能力的訓練,從而與社會人才需求脫節,對企業新設備、新技術缺乏了解,創新能力、實踐能力較弱,畢業生進入社會的競爭力相對較弱,遠不能適應社會經濟發展對應用型人才的需求。
實驗教學存在的主要問題是學生的主動性不高,主要表現在:教師在實驗前,把必備的藥品配制好,所需儀器都調試好,把實驗原理、操作步驟、注意事項認真講清楚,造成學生可以不用預習和查資料,更不用動腦筋、觀察實驗現象和分析實驗結果就可以完成實驗,缺乏分析問題和解決問題的主動性。大部分實驗安排一組幾個人,造成有的學生不動手,抄襲同組數據了事;有的學生實驗沒有結果,也不重新實驗;也有少量學生實驗數據不正常也不分析等。
實習基地建設的問題也應引起重視。我系已建相對穩定的校外實習基地, 但學生的畢業實習還存在不少問題。首先,已建的校外畢業實習基地實習范圍較窄,導致學生實習效果不佳;其次,實習的時間偏短,實習基地成為一種負擔,也沒法把實習生的實習任務納入生產各個流程中;第三, 學生也處在尋找就業最好時間,沒心思去認真實習。針對以上問題,如何積極探索畢業實習教學模式以滿足生物技術應用型人才培養需要已迫在眉睫。
二、實踐教學改革探索
(一) 校內實驗室實驗
校內實驗室實驗有獨立課實驗、綜合性大實驗和生物工程課程設計。重點培養和訓練學生的實驗基本技能和規范實驗操作,[3]適當增加與本專業聯系緊密、實用性較強的實驗內容。盡可能在有限的學時內,讓每個人都要親自動手,制訂自己的訓練計劃,確實培養出實驗動手能力強,具備一定理論知識的社會應用型人才。
1. 獨立設置實驗課
經過多年的實驗教學改革創新的實踐,根據我院生物技術專業辦學特點和經驗,為適合生物技術專業應用型人才培養的實驗教學模式,首先從實驗課的課程體系上進行探索。減少驗證性實驗教學,增加綜合性實驗;然后過渡到創新性、設計性實驗,注重課程前后之間的關系,構成一個由淺入深、具有內在聯系的實驗課體系。各個實驗課都以獨立課程安排。例如基礎生物學實驗整合細胞生物學、遺傳學和分子生物學三門基礎課實驗;生物技術綜合實驗課程整合微生物工程、酶工程、細胞工程、生化工程和基因工程五門專業課實驗。學生不會感覺實驗課很多,又能保證學生實驗質量,實驗過程也是循序漸進地進行,學生也不會感覺很難,大大激發學生對實驗課的興趣。
2.開設綜合性實驗
以學生為出發點,側重于檢驗檢疫和食品技術兩個方向的生物技術人才的培養,為地方經濟建設服務。圍繞生物技術相關技能要求,以生物技術組成為線路建設了“基礎生物學實驗室”、“生物工程綜合實驗室”、“食品工藝綜合實驗室”和“檢驗檢測中心”。首先,組建了一支具有應用型生物技術技能培養要求的實驗教學隊伍,該團隊中有教授3人,副教授5人,助教1人,實驗師1人。其次,規范學生通過實驗過程操作獲取知識和技能的要求。綜合性實驗教學課程在教學上把實驗全過程和實施操作的主動權交給學生,由學生根據實驗教材或講義自己動手完成實驗,教師和實驗輔助人員只起指導操作和監督過程等作用。
3. 生物工程課程設計
讓學生們根據自己的研究興趣,選擇一個實驗課題,首先查閱相關參考文獻,寫出設計實驗方案,經教師修改同意后開始執行。實驗全部由學生獨立操作完成,指導老師進行全過程跟蹤,實驗結果以論文形式提交并交流。開設生物工程課程設計,能夠促使學生將已學的專業理論及實踐有效地結合,通過實際動手操作,培養學生綜合處理和解決問題的能力,提高學生的實際工作能力和綜合實踐能力,[4]為后續的本科生畢業論文工作和今后就業打下堅實的基礎。
(二) 校外教學基地建設
校外教學基地建設是加強生物技術專業知識教育,增加學生的感性認識,培養學生實踐能力、綜合素質和創新能力的重要綜合性訓練環節。[5]
1. 動植物野外實習
動植物野外實習可以使學生從課堂、實驗室走入大自然,辨別各種生物的形態結構,做到理論聯系實際,培養學生團結合作、吃苦耐勞精神,使學生實際工作能力和應用能力得到快速提高。在野外實習中我們都選擇動植物資源豐富的場所,如南日島、平海灣、九華山和龜山等,實地辨別和采集標本并進行樣地調查,回來后,要對采集的樣本進行初步處理、總結并進行交流,最后完成實習報告。
2.實習基地的建設
為了進一步加快生物技術專業應用型人才培養,我院加大了對校外實習基地的投入,現有實習基地基本上能夠滿足現有生物技術專業學生實踐教學的需要,但仍需在創新和提高實踐應用能力上進行改革,著力培養學生的基本操作技能、適應社會能力和創新能力,使學生在較強的實習基地環境中得到鍛煉。改革措施是: 第一,按學校的定位要求修訂和完善教學計劃和實習教學大綱,創造條件使學生較早參加校外實踐活動。第二,注意選擇工藝和設備比較先進,技術力量雄厚,能指導學生的企業作為校外實習基地。第三,探索運用暑假和短學期進行實習。為了真正達到畢業實習目的,分批組織學生到實習基地進行頂崗實習,做到畢業實習和學生就業相結合。第四,進一步完善校企產學研合作。經過幾年的校企合作, 我院與各生產企業建立了密切關系,一方面利用企業完善的設施、先進的設備,給學生提供了真實的實習環境,學生在學技術的同時, 也切實感受了現代企業的管理、企業的文化。另一方面,企業充分利用學校的優勢,為企業培訓人才,讓學生協助企業進行新產品開發,進一步加強了企業對實習工作的支持,密切了校企關系。
(三)畢業論文(設計)工作
畢業論文(設計)是我院對應用型人才培養實踐環節中重要的組成部分。我系非常重視畢業論文(設計)創作,首先在時間和條件上給予充分保證,畢業論文(設計)作品雖然安排在第八學期創作,但我們在第七學期就開始準備。其次對指導教師有嚴格規定和要求,對職稱和人數都有嚴格規定,如職稱要求講師以上或有碩士學位以上,講師所指導人數不得超過4人,副教授職稱以上教師不得超過指導8人。最后形成一套較完整畢業論文(設計)管理規程,主要包括指導教師資格審查、畢業論文(設計)題目審核、下達畢業論文(設計)任務書;對開題報告、文獻綜述進行修改不少于三稿;在實驗過程中,要及時審查學生的畢業論文(設計)方案、進程安排及工作進度,經常到實驗室與學生交流,了解進度,及時指導學生試驗中的各種問題,讓學生不走彎路保質保量完成任務;另對學生完成畢業論文(設計)進行修改不少于三稿,畢業論文(設計)定稿后進行,超過20%不能進行答辯;同時指導教師對畢業論文(設計)整個過程都要填好指導記錄表。為保證畢業設計(論文)有序、有效、有質完成,系、院也做好畢業設計(論文)前期、中期、后期檢查,檢查不符合要求及時進行整改。
總之,生物技術專業應用型人才的培養離不開校內實驗教學、校外實習基地建設和畢業設計(論文)工作,探索和改革校內實驗教學、校外實習基地建設和畢業設計(論文)工作的實踐教學體系模式對培養具有創新能力和適應地方經濟發展的應用型生物技術人才行之有效。
[參考文獻]
[1]錢國英,汪財生,朱秋華. 生物技術實驗教學體系的改革與實踐[J]. 實驗室研究與探索,2004(5):60-61.
[2]蔡敬民,魏朱寶. 應用型本科人才培養的戰略思考[J]. 中國高等教育,2008(12):151-153.
2.關注國內生物制品領域發展現實情況。
盡管目前我國生物制品的種類、數量不斷在增多、生產工藝持續改進,呈現良好的發展勢頭,但與該產業發達國家相比,我國生物制品在自主創新方面表現出明顯不足。具體表現為:新產品的研發多為仿制品或工藝改進品,科技含量高的新、特、優產品較少,且研發周期長,研發經費投入不足等[4]。以上原因導致國內新產品的研發跟不上疾病流行趨勢變化。我國政府對生物制品產業發展高度重視,生物技術研究在各級各類科學技術研究發展計劃中均占有重要位置,如國家“863”計劃、國家“973”計劃、十二五計劃等[4]。在政策、條件、人才、資源多方條件的協調下,我國生物制品產業也取得長足進步。我國生物制品的標準化研究和質量控制水平不斷提高。世界衛生組織(WHO)正式批準中國藥品生物制品檢定研究院為世界衛生組織的生物制品標準化和評價合作中心,標志我國從此跨入國際一流的生物制品質控隊伍行列[6]。新產品方面,我國已經先后批準上市多種細菌性疫苗、病毒性疫苗和血液制品以及36種國產生物技術藥物,其中7個品種在國際是首先批準上市,包括重組血管內皮抑素、重組葡激酶、重組人堿性成纖維細胞生長因子、神經生長因子等。整個產業產值方面,2010年我國的生物技術藥物銷售額已經超過1200億元[6]。以上這些現狀決定了高校生物制品課的設置的必要性和重要性。通過這樣的課程可以發展學生的專業興趣,提升學生的專業技能和創新能力,滿足我國生物技術產業振興的人才需要。因此,我們的教學過程中注意加強最新相關領域的發展趨勢,引導學生注意創新能力的培養,以期對其今后的研究和工作能夠發揮引導作用。
3.注重教材和講義的建設和更新。
生物制品的教材建設相對其他課程明顯落后,正式出版的教材屈指可數。針對這一現實,我們經過長期時間的研究總結,編著了一部由化學工業出版社出版的適合綜合院校本科相關專業使用的國家級“十二五”規劃教材。經過幾年的教學實踐,對于很多相關的問題有了更加深入的了解,加之相關研究內容和技術及授課教師的科研成果有了新的發展變化,因此對該部教材已經在進行新的修訂(第二版)。盡管如此,教材的修訂速度仍無法跟上相關研究和產業的最新發展趨勢。為彌補這一問題,實際教學過程中注意講義的不斷更新,在保證主要框架結構無改變的前提下,注意生物技術各個方面的最新發展以及應用到生物制品領域的最新變化。特定傳統生物制品品種的工藝改變和技術提升、以及最新制品的產生和生產是主要的關注點。
4.課程論文的作用。
傳統的考試考核方式效果顯著,但也有過于教條等缺點,在正常授課和考試考核的基礎上,把部分成績和課程論文聯系起來,用課程論文作為一些專業課考試形式,作用將非常巨大[7]。通過指定內容或自選內容相關領域的文獻閱讀,完成綜述論文的撰寫,達到成績評定和自身文獻閱讀能力培養的目的。通過廣泛的特別是英文文獻的閱讀,不但可以加強文獻閱讀能力培養,而且對于加強相關領域知識的了解也具有促進作用。此外,該論文作為成績評定的一部分還可以彌補單純考試的局限,經實際評估,該舉措是具有積極作用的。
中圖分類號:G4 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)03(b)-0044-02
生物科學代表著21世紀自然科學的前沿,是孕育關鍵性突破的學科之一。生物科學是研究生物的形態,結構,生理,分類,遺傳,變異和進化的科學,它以培養基礎性,研究性人才為主。海南醫學院是一個地方性本科醫學院校,為了適應地方經濟的發展需求和學校本身的發展,我校于2009年開設了生物科學專業,學制四年,同時,為了適應就業市場的需要,將生物科學專業設定為健康教育方向。
在專業開設之初,我們通過對一些院校的調研后發現,多數學校的生物科學專業普遍存在著沒有明確的學科定位,專業設置雷同,沒有具體的研究方向和針對性等現象。在教學過程中僅僅以理論課教學為主,缺少實驗教學和專業實踐。這種不顧自身特色和條件,追求時髦,一哄而起,搞形式主義的辦學,既保證不了教學質量,擴大不了辦學規模,又不能辦出其自身特色,也極大的浪費了教育資源。
本文在總結以上專業建設方面遇到的問題和分析國內醫學院校生物科學專業建設與就業市場趨勢的基礎上,闡述了我校在生物科學專業建設的一些做法和體會,以期為醫學類院校生物科學專業建設提供發展思路。
1 明確學科定位
在教育部2001年頒布的“高等學校本科專業目錄”中與生命科學有關的專業主要有三個:生物科學,生物技術和生物工程。許多學校都設置有其中的二個或者二個以上的該類專業。因此,人才培養方案中應使這三類專業有所區別。生物科學是一門基礎學科,它是研究生物的形態,結構,生理,分類,遺傳,變異和進化的科學,它以培養基礎性,研究性人才為主;生物技術是應用自然科學及工程學原理,依靠生物作為反應器,將物料進行加工,以提品為社會服務的技術,它是側重理科,理工管結合的復合型專業,以培養應用性人才為主;而生物工程則是生物技術研究中側重于后期產品處理的部分,是側重工科,理工管結合的復合型專業,仍以培養應用性復合型人才為主。這一分類特點決定了生物科學是基礎性學科,其他兩門應用性學科是在其基礎上,結合其他學科的研究成果發展出來的。
生物科學包括了微生物學,生物化學,細胞生物學,免疫學,育種技術等幾乎所有與生命科學有關的學科,同時又與化學,化學工程學,數學,微電子技術,計算機科學等生物學領域之外的尖端基礎學科相結合,從而形成一門多科學互相滲透的綜合性學科。因而作為生物科學專業的本科生經常面臨哪些基本知識,基本理論應該優先掌握的困惑;而作為教師也經常需要考慮哪些基本知識,基本理論應該優先重點向學生講授,如何培養出適應時展,緊隨世界潮流的生物科學專業人才。在一般綜合性大學中,這個專業的人才是以研究性的培養模式進行培養的,在一般本科醫學院校生物科學專業辦學總體思路是:“夯實基礎,拓寬知識面,立足于現代生物科學技術改造提升傳統產業,因地制宜,辦出特色,面向現代生物技術產業主戰場培養應用型,復合型生物科學人才”。
海南醫學院是地方性醫學院校,其辦學宗旨是為地方培養實用技術應用型人才,因此,生物科學專業建設不能像綜合性大學一樣,而應該從生物科學基礎理論入手,在專業方向上選擇由生物科學衍生的相關實用技術性方向,以就業為導向,培養適應市場需求技術型人才。從應用的角度來認識,生物科學是人類對生物資源的利用,改造并為人類提供服務的一門學科。在此認識的基礎上才能建立科學可行的教育體系,科研體系和管理體系。目前這三個體系涉及的主要研究領域和方向有如下幾個方面:(1)生物化工與材料;(2)環境與環境生態;(3)農業生物技術;(4)生物醫學醫藥工程;(5)食品生物技術;(6)能源生物技術;(7)生物制藥;(8)基礎生物技術;(9)生物工程技術仿生;(10)生物戰劑及其防御;(11)生物檢測檢驗技術。從以上專業方向發展分析,適合醫學院校生物科學應用技術型的專業方向有生物醫學醫藥工程、生物制藥和生物檢測檢驗技術。其中適合我校生物科學發展方向的是生物檢驗檢測。
綜合以上分析,我校的生物科學專業的學科定位是:以培養應用型人才為主的專業,是理工管結合,以理為主的新興復合型專業。通過培養使學生具有扎實的生物科學理論知識,掌握生物技術基本實驗技能,了解學科發展前沿,能在工業,醫藥,食品,環保等行業的企業,事業和行政管理部門從事與生物檢驗檢測有關的應用研究,技術開發,生產管理和行政管理等工作的高級專門人才。
2 完善課程體系設計
2.1 擴大基礎課教學,增加選修課比例,優化課程體系結構
調整課程結構是課程體系優化的前提。基礎課程一般都具有較高的穩定性和較寬的適應性,是培養和發展學生智能,增強畢業后發展潛力的重要基礎。為此要特別注意加強公共基礎,專業基礎課的教學。同時根據生物科學畢業生去向和我校的學分管理制度,我們在構建生物科學專業課程體系中,大量增設選修課,主要涉及人體解剖生理學,藥理學,細胞生物學,藥物化學,生物技術制藥,微生物檢驗等。通過增設選修課,可以增加專業基礎知識,加強素質教育與能力培養,拓寬專業口徑,使學生更能適應市場需求。
2.2 重視教學內容的改革
在改革課程結構的同時,重視課程內容的調整。教學大綱是進行課堂教學的基本依據,編好教學大綱是進行課堂教學的關鍵環節,對規范課程教學和保證教學質量具有重要意義。課程內容的改革要從教學大綱著手,通過調查,研究和討論,對每門課編制出切實可行的教學大綱,大綱強調突出重點,難點,加強了實踐環節,強調實驗,實習基本技能的掌握。細化各章內容,明確課程交叉內容所屬,例如基本原理部分前面課程已講授,后面應用的課程時就不再細講,確保課程內容不重復,實驗內容不雷同。
2.3 增強師資隊伍建設
根據教學體系和課程體系的教學需要培養和引進理工結合的高層次人才。在學科建設經費和學院的支持下,加強專業基礎課和專業課老師在教學及科研方面能力的提升。對年輕教師特別是非生物背景的教師進行了全方位的培養。建議全體在崗教師加速知識結構調整和知識更新。高素質師資隊伍的建設,有利于推進課程體系和教學內容的改革。為該學科專業的發展奠定了堅實基礎。
2.4 加強實習及畢業環節教學體系的建設
進行素質教育是時代對高等教育人才培養的基本要求。素質教育的核心是培養學生的創新精神和實踐能力。教學實踐環節在培養學生的工程實踐觀念,提高學生的素質,啟迪學生的創新思維,開發學生創新潛能,鍛煉學生創新能力,鞏固理論知識,提高學生實踐動手能力與獨立工作能力,以及培養學生理論聯系實際,分析問題,和解決問題的綜合能力方面具有其它教學環節無法替代的重要作用。在實習及畢業教學環節中,我們主要做了以下兩方面的工作:
(1)制定生產實習的動態監控措施及成績評定體系。評價指標體系是搞好評價工作的基礎,它不僅是對生產實習進行評價的依據,而且會對實習教學環節中的各項工作起到引導和推動作用。因此,一個科學的評價指標體系不僅應能客觀,全面地反映實習教學的水平及其效果,而且還應遵循科學性和可操作性。根據上述原則,我們設計了生產實習評價指標體系。修改,制訂了詳細而具體的生產實綱。摒棄了傳統的提綱式指導大綱,改為具體的以車間或工段為單位的實習要求內容和指導,讓學生充分明確實習的內容和要求,同時,可起到督促實習指導教師的作用。
(2)規范畢業設計(論文)開題報告,提高畢業設計(論文)質量。以表格形式,要求本科畢業論文之前,充分明確該課題的背景、意義、主要研究內容方法、技術路線、工作進度和技術指標等內容,并在全院范圍內進行公開的,正規的開題報告,給該專業的師生提供了一次較好的學術交流機會,有助于拓寬學生的專業視野,活躍學術氣氛,全面提升生物科學專業的畢業設計(論文)質量。與此同時,我們還制定了畢業設計(論文)批改方案,以規范畢業設計(論文)的撰寫,提高畢業設計(論文)質量。
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生物技術學生就業涉足到醫藥、食品、飼料、農藥、保健品、食品添加劑、燃料、環境及生命支撐系統等各個領域,經濟發展速度在某種程度上與生物技術的發展是緊密聯系在一起的,同時,也對生物技術型應用人才培養提出了更高的要求。地方普通高校培養應用技術型人才的應用性集中體現在兩個方面:一是學術、技術和職業三者結合;二是學生社會適應能力和創新能力的提高[1]。然而面對近幾年地方院校的生物技術專業畢業生從事與專業相關職業的就業率整體呈逐年下降趨勢的局面,通過什么途徑、如何培養學生的學習能力、實踐能力、創新能力,提高社會適應能力,是當前我們亟待需要解決的問題。
1改革實踐教學體系的必要性
生物技術是一門多學科交叉融合、理論與實踐并重的新型綜合性學科[2],實踐性、應用性、前沿性都很強,而專業的實驗性和實踐性是需要大筆資金作基礎的。但我校是以石油化工為特色的工科院校,按照有所為有所不為的建設策略,生物技術專業的實驗實訓條件都很難得到充分滿足,以應用型實踐能力培養的創新和創業教育在較長一段時間里難以得到體現。由于我校生物技術專業辦學時間較短,專業建設和人才培養經驗不足,一般化教育要求和一般化教學現象比較普遍,個性化、差異化、特色化教學還存在不少問題。從就業的適應性來說,生物技術專業的畢業生可在生物制品、醫藥、食品、輕化工、環保及農業等企業從事科學研究、技術開發等工作;也可在公安、安全、食品藥品管理、農產品管理、檢驗檢疫、海關及衛生防疫等部門工作。但由于生物技術的高新技術和高投入高回報的特點,使得目前的相關企業有范圍廣、規模小和要求高的特征[4]。按照目前的實踐教學體系,難以滿足點多、量少和技術含量高的要求。另一方面,隨著社會發展,學生擇業呈現個性化和多元化發展趨勢,畢業生去向的多元化在生物技術專業畢業生中表現尤其突出,畢業生去向有中學、事業單位、繼續深造讀研、營銷、生物化工生產企業和自主創業等。因此,傳統的實踐教學模式已遠遠不能滿足社會發展對生物技術專業人才培養的要求,必需深化教學實踐體系改革,創新實踐教學模式,構建多元化的實踐教學體系,才能滿足學生的個性發展,提高社會適應能力,增加學生的就業機會。
2適應社會需求,構建實踐教學體系
2.1整合實踐教學內容,創新實踐教學體系
完善的實踐教學體系是保證實踐教學質量的基礎,按照技術應用型高級人才培養目標要求,人才培養方案把統籌安排課堂實驗、認知實習、生產實習、課程設計和畢業論文(設計)五個主要環節的實踐能力要素分解為基礎、提高和綜合創新三個層次,在不同階段的著重點不同,做到多層次、立體化、全方位地培養學生實踐和應用能力[2-3]。在實驗教學方面,通過增加新知識、新方法、綜合性、設計性實驗,淘汰了大部分糖類、脂類的陳舊實驗項目,增加了現代生物化學實驗內容;通過減少驗證性實驗學時,著重增加綜合性、設計性實驗學時;通過增加開放性實驗室,增加學生的操作動手的機會,提高了學生自主實驗和實踐操作能力。另外,將原來分散的實驗與理論課剝離出來,整合成獨立開設的實驗課,構建成系統模塊化的專業實驗體系。如將原來獨立開設的《生物化學實驗》和《分子生物學實驗》整合為《生物化學與分子生物學實驗》,將《遺傳學實驗》和《細胞生物學實驗》整合為《基礎實驗二》,結果,既避免了原來附屬于理論課中的實驗內容和實驗項目的重復,又有利于實驗內容的綜合與提高,有利于設計性實驗和綜合性的開設,大大提高了學生綜合實驗操作和應用知識的能力。在實習實訓環節上,以生物與食品工程實驗教學中心為主要實踐基地,建立了植物組織培養、食品檢驗和發酵工程等實訓室。針對不同年級學生的實訓要求,構建了由認知實習、基礎分析測試實習、食品加工檢驗、藥品加工與檢測、綜合應用訓練、創新創業訓練等模塊組成的現代化實踐教學平臺。另外,安排了32學時在學校分析測試中心學習GC-MS聯用儀、高效液相色譜儀、傅立葉紅外光譜儀、原子吸收等儀器設備的原理和使用方法,安排2周專業技能培訓課程,結合企業生產實際需要,系統訓練食品微生物的檢測和理化分析能力,大大提高了學生實習實訓的效果。在設計環節上,將基礎課程設計和專業課程設計按照“由淺入深、由單項到綜合、循序漸進”的要求設計教學內容。在畢業設計和畢業論文方面,選題要結合企業的實際需求或教師科研項目和自己的興趣,這樣,既能實實在在做一些科研工作,又能得到足夠的經費的支持。另外,還要狠抓開題報告、中期檢查和畢業答辯等三個環節,經過畢業設計(論文)環節,學生的獨立科研實踐能力得到了大大的提升。在課外實踐方面,嚴格執行素質拓展計劃,并每年分別舉行一次微生物實驗大賽和生物化學實驗技能大賽,積極組織參加省級各類競賽和科研活動,如廣東省大學生創新性實驗訓練計劃項目、廣東省挑戰杯實驗大賽和廣東省大中專科技節之生物化學技能大賽等。通過課外社會實踐活動、志愿活動、公益勞動、創新創業活動、技能培訓和各類科技競賽等活動,培養和提高了學生政治思想素質、團結協作精神、創新創業意識和實踐動手能力。
2.2優化實踐教學資源,打造高水平教學平臺
高水平的實踐教學平臺是保障實踐教學體系中各個要素高效運作的關鍵,如果沒有平臺的支撐,再好的內容設計也將會顯得空洞無物。通過優化和調整校內實踐教學資源,精心打造不同類型的實踐教學平臺,為實踐教學的順利開展搭建起良好的平臺。生物與食品工程實驗教學中心是在原生物食品實驗中心的基礎上建立的以生物食品專業基礎教學實驗為主體,大類學科共享的專業實驗教學平臺為補充的實驗實踐教學平臺。實驗室分為食品工藝、食品營養、微生物學、生物化學、分子生物學、發酵工程等基礎實驗室,另外根據教師的課題和研究方向,建設多個功能研究室,彼此相對獨立,但資源共享,長期對學生開放,學生可在研究室內開展科學實驗和畢業論文(設計)活動。自大學二年級開始,從大學生創新訓練實驗項目入手,到組建課外科技團隊,組隊參加不同學科、不同層次的競賽,有計劃、有組織地對學生進行難易程度不同的科研訓練。近幾年有300多名學生直接參加了30多項科研項目,學生多次獲得挑戰杯和生化技能大賽的獎項。今年(2015年)的畢業論文(設計)的質量有了明顯的提高,大分子的研究深入到分子水平,小分子的分析充分利用先進的儀器設備,如高效液相,在線系統GPC-GC-MS聯用分析儀、傅立葉紅外光譜分析儀等已被廣泛使用,大大提高實驗的精確度和效率,同時提高學生的科研和創新能力。
2.3拓展實踐教學空間,創新實踐教學模式
在注重整合校內教學資源,構建校內實踐教學平臺的同時,學院大力加強與現代高新企業或研究開發機構的聯合辦學[5],通過共建實習實訓基地和實驗室,使學生培養與社會需求得到緊密結合。現已建成20多個穩定的校外實習基地,拓展了學生實習、實訓與畢業論文(設計)等實踐教學空間。學生根據專業特點和個人就業的方向,分別到不同性質的實習基地進行實習。實習基地為學生配備經驗豐富的科研和技術人員進行指導,如生物技術專業的學生主要集中到大中型企事業單位或學校實習,如茂名市質量技術監督局、廣東星河生物科技股份有限公司、維多生物制品公司、長興水產有限公司、茂名市第十六中學和茂名市官山學校等。充分利用實習基地的技術裝備優勢和人才優勢,組織學生到這些單位完成畢業論文(設計),如18位同學到茂名市質量技術監督局的中國化學危險品檢驗中心,12位同學到藥品檢驗所和10位同學到檢驗檢疫局進行實習的同時,進行畢業論文(設計)工作,采取“雙導師制”指導學生,結合實習單位的研發的內容和方向開展畢業論文(設計),部分研究成果直接應用到企事業單位或學校的實驗室建設中。實習結束后,要求學生撰寫3000字的實習報告,集中召開實結交流匯報會,以便學生了解所有實習點的情況,豐富實習內容,擴大知識面。各實習點選出一名代表就實習單位概況、實習工作內容和心得體會等方面借助PPT進行匯報交流,2010級共有12個代表作了發言。通過合理安排、嚴格紀律、認真指導、集中交流等相關工作,使實習教學質量得到提高。學生真正把從課本學到的知識應用到了生產實際中,專業知識得到進一步鞏固,知識面得到拓展,生產實踐能力有較大提高。
中圖分類號:G642.474 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)02(c)-0194-02
生物技術學科是人類新興的自然學科,其研究成果在在工業、醫藥、食品、農、林、牧、漁、環保、園林等行業應用前景廣闊,進入21世紀,以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術發展迅猛,并日益影響和改變著人們的生產和生活方式。曾經高等院校的生物技術專業是熱門專業,但近幾年呈下行趨勢,其原因一方面是社會急劇變化帶來的急功近利思想,更重要的原因是高校人才培養定位不準,方式落后帶來的人才培養不能適應我國經濟社會發展需要。隨著經濟社會的快速發展,人們逐漸意識到現代生物產業已經涉及生物醫藥領域,生物農業領域,生物能源領域,生物制造領域,生物環保領域五大領域,需要各類生物技術人才。高等學校獨立學院的學生培養目標是既有一定理論基礎、更重視實踐能力的應用型人才。生物技術是一門涉及領域寬、涵蓋范圍廣、基礎性和實踐性很強的學科,生物技術不僅能應用于生物科學,還與食品科學、醫學、藥物學等相關的學科關系極為密切,承擔著迎接可持續發展的生物經濟時代重要責任。生物技術應用人才前景廣闊,可以在推進農業革命、增加能源供給、改善環境狀況、確保生物安全與人類健康等方面發揮積極地作用。
高等院校獨立學院應用生物人才培養既要重視本科教學的學科體系,達到本科教學標準,更要適應社會經濟發展的需要,致力轉變教育理念,深化教育教學改革,積極探索培養學生實踐能力和創新精神的有效途徑。浙江師范大學行知學院自開辦生物技術專業以來,就著力以“應用型”生物技能人才培養為目標,構建具有特色的技能人才標準,探索實用生物技能人才培養模式,以適應經濟社會發展需要。
1 準確定位,構建有特色的應用型生物技術人才技能培養規格
由于應用性,實驗性、實踐性是生物技術專業最重要的特點,因而實踐教學具有獨特的教學特點和教學手段,在培養學生動手能力、創新能力、實踐能力等專業技能培養方面起著極其重要的作用。但長期以來,本專業實踐課程存在課程設置彼此獨立,實驗內容缺乏整體設計,實驗內容的專業方向特色不強,注重學科邏輯,實踐教學從形式到內容都存在圍繞課堂進行體驗式、驗證式實驗,而綜合性、應用性實驗很少,實驗教學模式落后、單一,缺乏對學生具體操作能力的培養,進而也實際影響學生專業技能、創新創業能力的提高,不適應獨立學院知識、能力、素養為一體的應用型人才培養的目標。制定應用型生物技術專業人才培養技能規格已成為教學改革的當務之急。
針對目前存在的問題,結合浙江師大行知學院“實基礎、厚素養、精技能、強能力、善創新”的應用型人才培養目標與教學實際,我們在2010級生物技術專業本科教學指導計劃的基礎上,大力提高實踐性教學課時數,制定了涵蓋生物技術專業人才的專業素質能力、專業基本技能、研發及創新能力、適應社會能力等4方面的人才培養規格。
(1)專業素質能力:主要體現“厚素養”,包括崇高的理想、高尚的道德品質,正確的人生觀、價值觀、健康的身心,良好的語言表達、人際交往和溝通能力,團隊協作與組織能力,社會適應與協調能力,基本的外語和計算機應用能力等等。主要通過相應的通識課程完成專業基本素質方面的訓練,共計48學分,其中實踐訓練460學時。
(2)專業基本技能:包括較為系統的生物技術基本理論和基本技能。主要通過學科平臺課程(18學分)、專業核心課程(30學分)中單獨開設的實驗課程進行。如有機化學實驗、儀器分析實驗、植物生物學實驗、動物生物學實驗、生物化學實驗、微生物學實驗、細胞生物學實驗、生化技術、發酵工程實驗等,以及集中于食品生物技術和生物制藥技術的專業方向課程完成相應的專業基本技能訓練,實踐總課時達到了942課時,遠高于理論課時。此外,還包括信息采集、加工、處理及項目申報與論文寫作能力的實踐訓練(36課時)。此部分重在培養學生掌握本專業的知識體系和基本技能,以大量的實驗課強化學生的專業實踐能力,夯實學生的技能儲備。
(3)研發及創新能力:通過專業基本技能訓練,學生掌握了專業基本的實驗技能,在此基礎上,大三大四年級通過設置相應的綜合實驗及實訓項目,進行相關實驗技能的綜合應用實訓,如發酵工程綜合實訓、生物技術綜合實訓、生物工藝綜合實訓、食品藥品檢驗技術及實訓等等(合計108學時),整合實驗項目,強化實踐能力和創新能力的訓練,使學生初步具備生物技術及其產品研發的能力,如具備從事發酵工藝、食品生物技術、生物技術制藥、功能食品開發、現代生物技術等的基本技能。同時,結合學術報告、學年論文以及鼓勵和指導學生進行相應的項目申報與、參加生命科學技能競賽、科技創新和創業大賽等(可獲得相應的學分)以及參加生物技術學分社團活動并通過考核可以獲得學分,進一步激發、鍛煉學生的研發及創新能力,促進學生個性發展。
(4)適應社會能力:主要包括對相關行業、單位的了解(始業教育、專業見習、社會實踐、形勢與政策專題講座等等),職業技能培訓、相關職業技能證書考證培訓,職前培訓及崗前實訓等。在大三暑期的實踐教學周設置了專業基本技能達標考核和國家高級職業技能證書考證工作,要求學生必須已獲得相應的實踐課程學分方可以參加此兩個考核,且必須通過專業基本技能達標考核并獲得至少一種本專業相關的國家高級職業技能證書,才可以進入大四的專業實習和畢業論文工作。同時,將專業實習延長至暑期開始至少4個月,并鼓勵學生將生產實踐中遇到的實際問題作為畢業論文的研究內容,使學生更有針對性地學習、研究,更有效地將專業技能應用于生產實踐,使學生在實踐中提高素質,獲得技能,增強了學習興趣,提高了學習效果,逐步實現與社會的無縫對接。
2 校企合作,共同探索學生的應用能力培養途徑
獨立學院生物技術應用人才的培養離不開學院的總體育人氛圍。近幾年來學院不斷探索“定制式”人才培養方式,根據行業需求,共創辦涉及農業、生物、制藥、制造業、金融、旅游服務等行業的32個人才培養特色班,聘任222名企業家為兼職教授。學院通過構建網絡服務平臺提升大學生“就業力”,通過實施“雙元雙重(學院與企業互為培養主體,企業與學院人才互為技術與教學骨干)”和“師傅帶徒弟”機制提升大學生適應力,為中小企業培養了一批能服務中小企業、扎根中小企業、推進中小企業可持續發展的高水平應用型人才。
積極探索與行業企業聯合,建立互惠互利、良性互動的合作關系,探索應用人才培養模式。生物技術應用型創新人才培養目標是系統掌握本專業必須的基本技能、方法和相關知識,適應當前與未來生物技術發展的能力;基礎知識寬厚、應用能力強、新知識和新技術的學習能力強,社會與崗位適應能力快、創新素質高、綜合素質好的高層次應用型人才;能在工業、醫藥、食品、農、林、牧、漁、環保、園林等行業的企、事業單位和行政管理部門工作的應用型創新人才。根據本專業特點,結合社會需求,給學生提供在生物技術產業單位實習的機會。讓學生深入具體崗位,理論聯系實際,大膽實習,放手操作,融會貫通。培養學生科研興趣,給學生提供個性發展的空間,提高學生科研素養和解決實際問題的能力,使畢業生與就業單位的科研、生產研發和管理達到“無縫接軌”,從而能夠在社會生產、管理和服務的第一線解決生物技術方面的實際問題。本院生物技術專業2010―2012級三屆學生的實踐看效果明顯。學生普遍具備了現代生物技術基礎實踐技能,顯著增強學生在食品生物技術與生物制藥技術兩個專業方向的專業技能,并具有一定的行業綜合技能,學生的應用研發能力、交流能力和創新思維能力有較大提升。畢業生基本勝任在食品、功能食品生產、產品開發、食品藥品檢驗及質量管理、生物技術制藥和醫藥衛生等領域從事應用研究、技術開發、產品營銷、生產管理等工作,受到用人單位普遍好評。
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Research about practical teaching system of higher vocational biotechnology and application profession
Hu Changxiao, He Feng, Ding Liangbin
Xuzhou bioengineering technical college, Xuzhou, 221006, China
Abstract: The running time of higher vocational biotechnology and application profession is short, but the corresponding industry is developing rapidly, practical teaching system construction obviously lagged behind. This paper analyzed construction principle of the biological technology and application profession practice system, put forward construction method of the practice content system, supporting system and evaluation system.
Key words: higher vocational education; biological technology and application profession; practical teaching system
在我國,高職生物技術類專業開設不足10年,實踐教學體系建設滯后于學科發展,嚴重影響了生物技術類專業的實踐教學質量,盡快制定較為完善的實踐教學體系已是當務之急。
1 生物技術及應用專業實踐教學體系構建的原則
1.1 與國家職業標準對接
生物技術及應用專業應以生物發酵、食品檢驗、酶制劑制造、食品類生產操作、生物制品等工種的職業功能、工作內容、技能要求、專業知識要求來確定實踐教學目標、內容及考核評價指標、配置實踐教學儀器設備,以提高實踐教學的針對性和實用性。
1.2 三維目標并舉原則
實踐教學體系與理論教學體系是相輔相成,不可分割的,共同促成專業培養目標。教學中要充分利用實踐教學這一素質教育的平臺和載體,在進行校內實踐、校外實踐和畢業設計三維目標體系和內容體系設計時,不僅要重視學生職業技能和職業知識的培養,而且要充分考慮學生敬業精神、誠信意識、紀律觀念、職業道德意識、團結協作和競爭能力等綜合素質的培養。
1.3 整體優化原則
依據生物技術及應用專業培養目標對技能和素質的整體要求,系統架構實踐教學體系以避免實踐項目的重復設置和技能點訓練的遺漏,達到提高實踐教學效率和質量的雙重目的。
1.4 層階遞進原則
生物技術應用專業的應用能力培養不是一蹴而就的,需要循序漸進,合理搭建單項實踐、綜合實踐、課程設計、企業實習、畢業設計(論文)由簡單到復雜的遞進訓練層級、遞進實踐教學內容體系。
1.5 技術應用與創新能力培養相結合的原則
國務院《關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》明確指出“高等教育要重視培養大學生的創新能力、實踐能力和創業能力”。實踐教學是創新能力培養最直接最有效的載體之一。實踐教學體系構建要盡量設置一些綜合性、設計性及具有探索性的實踐項目,讓學生參加一些高新技術項目的訓練,提升學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。
2 建構“五崗六層”生物技術及應用專業實踐教學內容體系
我校通過對生物技術及應用專業實踐教學體系的深入研究,開發了以生物發酵、酶制劑制造、食品檢驗、食品類生產操作、生物制品營銷崗位為依托,以單項實踐、綜合實踐、課程設計、社會實踐、企業實習、畢業設計(論文)為支撐的“五崗六層”生物技術及應用專業實踐教學內容體系框架(見表1),在進行崗位實踐教學能力結構分析的基礎上,制定出了各實踐項目的目標、內容及考核方式,編制了與之配套的微生物應用技術實踐、企業實習等15門實踐課程標準和實踐教學指導教材。
表1 “五崗六層”生物技術及應用專業實踐教學內容體系
3 架構“五位一體”的生物技術及應用專業實踐教學支撐保障體系
實踐教學設備、仿真環境與校內生產實訓基地、校外基地、實踐教學資源庫、雙師型教學團隊“五位一體”的支撐保障體系是生物技術及應用專業實踐教學體系得以實施的基礎。其中實踐教學設備以及仿真環境與校內生產實訓基地是生物技術及應用專業實踐教學得以實現的載體。近年來,我校生物技術及應用專業建成了基因工程、酶工程、細胞工程等18個實驗實訓室,購置600多萬元實踐教學儀器設備。建成了檸檬酸生產車間、啤酒釀造車間、果蔬汁生產車間、焙烤車間、今麥郎實訓室等校內生產實訓車間,基本滿足了發酵產品及生物制品的模擬式教學和體驗式教學的需要。深度合作的校外實習基地是保證頂崗實習順利進行的關鍵。我校生物技術及應用專業與青島啤酒(徐州)彭城有限公司、徐州恒順萬通食品釀造有限公司等8家生物技術、食品類企業建立了深度合作關系。實踐教學資源庫方面,我們不僅開發了實踐教學課程標準、實踐教學教材,還開發了一些動畫素材及多媒體課件。在師資隊伍建設方面,從行業企業聘請專家和工程技術人員構建專兼結合的實踐教學雙師團隊,不僅能大幅度提高實踐教學質量,而且為校內專業教師雙師素質的塑造提供了一個直接高效的培養機會。
4 謀構“三維二級”的生物技術及應用專業實踐教學質量評價體系
科學合理地評價實踐教學質量是保證和促進生物技術及應用專業實踐教學順利進行的基礎。課題組在深入研究基礎上,針對校內實踐、校外實踐、畢業設計(論文)三種實踐類型(三維)制定了生物技術及應用專業校內實踐教學質量評價指標、生物技術及應用專業畢業設計(論文)教學質量評價指標、生物技術及應用專業校外實踐教學教師及組織管理質量評價指標3個針對性的評價指標體系。評價指標均設立了二級,一級指標包括教學指導效果、學生學習效果、組織管理效果3個方面,每個一級指標又各設立了4~5個二級指標。該指標體系在2008~2010級生物技術及應用專業實踐教學中得以應用,取得了良好的效果,極大地促進了實踐教學質量的提高。
面向21世紀的生物科技發展的重要特點是學科間相互滲透與協調發展。事實上,這種滲透與發展趨勢在20世紀就已出現,現代生物學的每一個進步都離不開其他科學技術的發展。沒有化學就沒有現代酶學,沒有X射線衍射及計算機技術就不可能了解蛋白質的三維立體結構,也就沒有現代分子生物學。如果說過去的生物科技得益于引進物理學、化學和數學等學科的理論、方法和技術而得到長足的進步,那么,21世紀的生物科技研究就更離不開這些相關科學技術了。生物科技的這一發展趨勢,要求從事生物科技研究的人員應具備相當的數理化等基礎知識、寬厚的生物學知識以及相關的專業知識。然而,在我國現有的生物科技工作者中具備上述條件者為數不多,相當部分人已知識老化,專業狹窄,與目前生物科技的發展趨勢不相適應。這種狀況是制約我國生物科技發展的重要因素之一。從全球來看,生物科技的蓬勃發展正吸引著大量的優秀人才。近年來,在國外每年學習和從事生命科學研究的人數迅速增加。以美國為例,在近兩年統計的48萬博士學位獲得者中,生命科學占到51%。大量高素質的青年科學家流向生物科技領域,是美國生物科技得以迅速發展的重要動力,而在我國這種趨勢尚不明顯。為什么呢?一方面在于我國的人才培養機制尚未適應生物科技迅猛發展的全球化趨勢,人才培養計劃滯后于生物科技的發展;另一方面在于國內生物技術開發研究起步較晚,生物技術產業尚未形成有效的規模,導致相當部分的生物科技人才流向國外。因此,我國生物科技人才的質和量兩個方面都是不足的。對此,生物科技管理工作者應有清醒的認識。針對上述缺欠與不足,我們認為應采取三個措施:(1)打破學科間的界限,積極吸引物理學、化學、數學及其他專業技術人員直接參與生物科技的研究與開發,知識互補,相互協調,聯合攻關;(2)根據目前生物科技發展的現狀與趨勢,及時有效地對傳統生物科技人才培養模式進行改革,大力培養素質優良、基礎扎實、知識面廣的生物科技人才;(3)在國內大力發展生物科技產業,有效地吸引和使用優秀人才。
大力創造寬松的學術氛圍,強化與企業的聯合
從生物科技的發展來看,生物科技的每一個重大進步都來源于基礎研究領域中的突破。而在基礎研究領域,重大的發現和突破往往是難以預測的,很大程度上取決于科學家的觀念發展過程。因此,在生物科技項目的確立等方面應該尊重生物科技工作者的想法和建議,給他們以更大的自由空間以充分發揮他們的主觀創造性。過去,在相當長的時間里,在科技管理上,人們往往過于強調計劃和預測。這種作法禁錮了人們的思想,在某種程度上阻礙甚至扼殺了創新性的思維與工作。按照上述思路,在生物科技領域自主性研究應大力提倡。然而隨之帶來的問題是科研經費的不足。長期以來,能夠有充分的經費從事自己喜愛的工作一直是科學家夢寐以求的愿望。如何增加科技投入,為自主研究創造條件,是擺在科技管理者面前的一項新任務。目前科研基金的來源主要是國家自然科學基金和各省的自然科學基金。由于基金的申請要求有一定的工作基礎,加之申請者很多,競爭也很激烈,因此課題爭取難已經成為廣大科技人員最為頭疼的事。在國家經費有限的情況下,努力地從各個生產應用部門爭取科研經費是個好辦法。上海復旦大學生命科學院與上海新黃浦集團合作成立的上海生元基因開發有限公司(側重在人類基因的克隆和測序)和上海新黃浦復旦基因有限公司(側重功能基因的尋找和基因的功能開發)是一個例子。他們通過與企業的聯合,不但解決了國家科研經費不足的問題,又為經濟的發展、企業的騰飛注入了新的活力。現在,隨著知識經濟時代的到來,企業對知識的渴望將越來越強烈。管理部門應抓住這一良機,使全社會都意識到科技的發展將成為社會發展的強大推動力。促使企業設立各類研究基金,使科學研究與發展走上良性循環的道路。
與國際接軌,努力提高論文的質量和增加論文的數量
目前《科學引文索引》(SCI)、《科學技術會議索引》(ISTP)和《工程索引》(EI)檢索系統已被國際上公認為評估科研水平的重要評價工具。由于SCI主要涉及基礎研究,而生物科技大多屬于這個范疇。因此,目前生物科技的綜合水平一般可以采用SCI來評價。1996年美國科學情報研究所(ISI)編制了以期刊影響因子為主要指標的《期刊引用報告》(JCR),以此來評價學術期刊的論文被引用情況。所謂影響因子是指在一定時域內期刊論文的平均被引用次數。JCR編制的SCI論文平均影響因子見圖1。由圖1可見醫學和生物學領域的期刊平均影響因子最高,分別為1.959和1.755。從期刊的分布來看,生物學和醫學的SCI期刊數量在各自然科學期刊中也占有很大的比例,兩者之和占到所有期刊的49%,見圖2。這種統計充分說明了生物科技是當今科學技術中最為活躍的領域。然而,從1997年中國作者發表的11584篇SCI論文來看,其中生物學和醫學方面的論文數量僅占5.8%和10.55%。這表明,目前我國生物科技的研究還十分薄弱,研究所涉及的范圍及其研究水平與發達國家相比存在很大差距。造成這種差距的原因除了前述的我國生物科技人才培養不足和生物科技產業規模較小以外,我國現有的許多生物科技的研究還處于低水平的重復及跟蹤研究上,有創新的高水平研究論文很少。由于科學論文的數與量(特別是SCI論文的數與量)綜合反映了科學研究所涉及的范圍及水平高低。因此,我們一方面要注意培養造就一大批高素質的研究隊伍,另一方面還應該集中現有人才和財力,使有關生物科技的研究貼近當今國際研究的前沿,同時努力尋找和開拓新的生長點。由此努力提高研究論文的質量和數量,使我國生物科技的研究在國際上占有應有的地位。
面向國家經濟建設,強化專利保護意識
生物科學是一門應用性很強的科學,在農業、醫藥、化工、環保、能源等方面有著廣泛的應用前景。正因為如此,在加強生物科學基礎研究的同時,將國家有限的人力和財力用在能迅速加強國民經濟的有關生物科技的研究方面是完全必要的。目前,鼓勵廣大科研人員主動投身國民經濟主戰場已成為我國的基本國策。專利保護是實現投資補償和保證良性循環的有力武器,因此,許多國家都視專利為生物技術生存與發展的關鍵。以美國為代表的一些發達國家,在生物技術專利保護方面表現出了異乎尋常的超前意識,他們采取強占基本專利,先期收購專利等基本戰略,唯恐錯失良機。作者根據《中國專利年度索引》,按國際專利分類(IPC),對1990~1995年在我國申請并授權的涉及生物化學、微生物學、酶學、變異或遺傳工程的239項發明專利中的專利權人進行了統計,發現國內單位作為專利權人的僅有95項,約占這一領域發明專利的40%;而國外公司或個人作為專利權人的發明專利為144項,占這一領域發明專利的60%。在我國某些投資巨大的生物技術研究的產業化過程中,已經遇到因國外搶占專利而造成法律障礙與糾紛的事件。目前,我國即將加入世界貿易組織,入關以后,如不注重專利保護,此類事件將會大幅度上升。因此,研究專利工作如何介入生物技術的研究、開發和應用的工作模式與運行機制已是刻不容緩的重要課題。在專利注冊與保護方面,外國已有許多經驗。例如英國的約翰-英尼斯植物研究中心設有專業公司負責本所基因科研成果的專利申請。研究人員只要提供必要的材料,其他專利事務均由該公司辦理,該公司實際上是一個專利商業化機構,其最終目的是發現基因專利的商業前景并推銷專利,加速商品化的進程。借鑒于這些經驗,我們在大力倡導科技人員研究和開發生物科技產品的同時,應該建立公職發明顧問制度,在較大規模的研究機構內部中建立相應的專利機構,改變過去專利機構與科研院所、大專院校脫節的現象,使科研成果處于有效地專利保護之下。
生物技術專業培養的是適應社會主義現代化建設需要的,具有一定的知識廣度與深度、專業技能扎實、實踐能力強、綜合素質好,在農業、醫藥、化工、食品、環保等行業從事與生物技術有關的生產管理、技術開發與應用研究等工作的高素質復合型應用人才。因此,在人才培養過程中應該特別強調學生不僅具有堅實的專業理論基礎,熟練掌握基本實驗技能,而且要具有較強的社會實踐能力和開闊的知識視野,具有一定的創新能力和創業精神[2]。圍繞上述人才培養目標,在培養方案建設時特別強調“加強基礎,注重實踐,分流培養”。加強基礎主要是加強人文社科類綜合基礎、理科平臺基礎和生物技術相關基礎課的教育。注重實踐主要是強調對學生實踐技能的培訓,整個實踐教學的比重大大增強,實踐教學學時數占到總學時數的42%;實踐教學環節不僅包括了基礎實驗課程、綜合實驗課程、畢業論文設計,而且還強調到企業進行實訓和實習,以滿足學生在產學研結構鏈上的鍛煉。分流培養是發揮四川大學理、工、醫交叉融合辦學的特點與優勢,在統一的基礎教育基礎上,實行專業分流培養。根據學院的實際情況及社會對生物技術人才的具體需求,我院在生物技術專業設立了3個培養方向:生物技術基礎方向、生物制藥方向及生物化工方向,學生可根據自己的興趣與專長在上三年級時自由選擇其中一個方向進入專業課的學習階段。在新的人才培養方案指導下我們重建了課程體系,力求體現出以下特點:基礎課程板塊,突出“寬”的特征,使學生有堅實的數理化基礎及寬厚的生物學基礎、藥學基礎、化工基礎;專業必修課板塊則要考慮學科交叉、融合的特點,不僅開設了生物技術的相關基礎課,還增設了生物化工、生物制藥、天然藥物化學等課程。此外還開設豐富多樣的專業選修課程,包括生物醫藥類、化工類、管理類等課程,以此拓寬學生的學識范圍,培養復合型應用人才(見圖1)。
以學科建設為支撐,積極推進課程改革和教學內容改革,實現科教融合的教學方式
以生命學院、藥學院、化工學院為依托的生物技術專業擁有3個國家重點學科:植物學、遺傳學、藥劑學,以及一個創新藥物與中藥現代化研究交叉學科建設點。擁有國家“211工程”重點建設學科I期:資源生物學;II期:生物技術與生物資源的保護及利用。在生物技術專業建設的過程中充分利用這些學科優勢與特點,對課程內容進行了深入的改革與整合。我們要求所有任課教師有意識地、有針對性地引導學生既要專注本學科領域內知識的掌握運用與發展,又要放寬視野,關注相關學科的基本理論及發展的趨勢,力求教學內容符合新世紀對生物技術復合型應用人才培養的要求。鼓勵教師積極開展教學方法的改革與研討,開展具有特色與創新性的教學改革思路與舉措的探索。學院積極組織教師申報各級教學研究與改革項目,并給予相應的經費配套支持。近幾年本專業教師圍繞生物技術專業建設成功申報了20余項國家與省部級教研教改課題,如“生物技術跨學科人才培養模式創新示范區建設”,“生物技術特色專業建設”等,發表了近40篇教學研究論文,其中植物生物學、細胞生物學、普通生物學獲得國家級精品課程稱號,另有省級精品課程10門。生物技術是實驗科學,通過實驗訓練提高學生的科研素質及分析問題與解決問題的能力,是培養高質量生物技術人才的關鍵之一,生物技術專業建設的一個重要內容是對本專業實驗教學體系的改革。我們淘汰了落后的實驗,適量減少了驗證性實驗,增設了綜合性、研究性、設計性實驗。同時我們還強調將成熟的科研成果轉化為實驗內容,如油菜Toc33基因的克隆為國家自然科學基金項目的研究成果,引入分子生物學實驗課程,通過該實驗學生掌握了分子生物學的質粒提取、基因組DNA制備、PCR、電泳、DNA分子重組、遺傳轉化、重組子篩選鑒定、測序和生物信息分析等基本技術。再如以高原植物狼毒為研究對象的天然生物殺蟲劑的研究是科技部支撐計劃項目,該項目的部分研究成果引入到天然產物分離制備技術實驗課程中,使學生掌握了天然產物從分離制備到純度鑒定及性質分析所涉及的一系列實驗技術,這種綜合設計型實驗項目比單個的驗證實驗更能激發學生實驗的興趣,同時還讓學生獲得了近似于科研工作的綜合性訓練。
構建卓有成效的師資培訓與人才引進機制,優化師資隊伍結構
教學質量是高校的生命線,也是專業賴以生存的基礎,而師資隊伍的水平高低、學緣結構、學歷結構等因素都極大地影響著教學質量。在生物技術專業的建設過程中一方面通過政策保障,讓知名教授、博士生導師走上講臺為學生講授學科基礎課和專業基礎課;另一方面注重發揮有豐富教學經驗的老教師的傳、幫、帶作用,有計劃、有針對性地對青年教師進行教學素養、教學理念、教學方法的指導,促進青年教師的快速成長。學院陸續出臺一系列保障師資培訓的措施:如提倡和鼓勵中青年教師在職攻讀博士學位,對于在職攻讀學位的教師給予工作量的適當減免;實施教師研修計劃,選派拔尖人才、骨干課教師到國內外著名高校、研究機構進行短期和中長期研修,擴大國內國際交流規模,支持教師參加各種國內國際學術會議等等。完善而有保障的師資培訓措施,使得中青年教師的業務水平大幅度提高,成為本專業教學中堅力量。近幾年,本專業教師中有兩人獲得國家教學名師獎,1人獲得四川省教學名師稱號,3人獲得校級教學名師稱號,另有8人獲得校教學優秀獎。在加強中青年骨干教師培訓的同時,學院還積極采取有效措施從國內外引進高水平的學術帶頭人,做到人才培養與引進的有機結合。近幾年先后從國外引進了20余位優秀人才,這些高層次人才引進后均承擔了多門專業基礎課的教學,并開設多個前沿講座,將學科前沿與專業基礎有機地融合,取得了良好的教學效果。除此之外,為滿足生物技術特色專業的建設要求,還特別重視“雙師型”教師的引進與培養。我們選擇具有較高專業理論水平,有較強的教學、科研能力和熟練的專業實踐技能,同時還具有一定的組織生產經營和科技推廣能力的優秀、成功企業家和創業者作為“雙師型”教師為學生開設實踐環節教學課和創業實踐課。如世界著名生物學家、發明家梁朋博士、四川三葉草生物制藥公司創始人及董事長,為本科生講授生物制藥,同時指導本科生科研訓練。李伯剛博士,成都地奧集團董事長,為本科生講授制藥企業經營管理,同時指導學生在地奧集團的生產實習。此外,瀘州老窖酒業集團總經理張良以及水井坊集團副總經理賴登燡均作為我院兼職教授指導學生的生產實習。
以雄厚而獨具特色的科研優勢加強實踐訓練,促進生物技術復合型應用人才的培養