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生物工程专业简介:
本专业培养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、基本技能,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、新产品开发的工程技术人才。
主要课程:
1、 实习目的
这次认识实习是在完成基础课程的学习后所进行的实践环节。通过到工厂生产环节的实习和观摩进一步巩固加深课堂所学过的理论知识,将理论和生产实践结合,并为本专业后续《生物化学》、《微生物学》等相关课程的学习奠定基础,是我们对发酵、药品等企业有一个初步的了解。
2、 实习内容
2.1 实习单位简介
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,并进行规模化制造的专业化公司,酵母产业化水平在国内处于领先地位,是酵母行业唯一的高科技上市公司。公司经营范围涉及酵母及深加工产品、生物制品、食品添加剂、豆制品、奶制品、调味品、粮食制品的生产、销售;生化产品的研制、开发;生化设备、自控仪表、电气微机工程的加工、安装、调试;经营本企业自产及技术的进出口业务;经营本企业生产所需的原辅材料、仪器仪表、机械设备、零配件及技术的进口业务(国家限定公司经营和国家禁止进出口的商品除外);经营进料加工和“三来一补”业务;道路货物运输服务。片剂、冲剂、胶囊剂、原料药的生产、销售。饲料添加剂;有机复混肥料系列产品的生产、销售。公司拥有年产15000吨干酵母生产线及国内最大的酵母生产基地.
2.1.2湖北金龙泉集团股份有限公司
湖北金龙泉集团股份有限公司是一家啤酒产销量连续8年名列全国行业十强、位居湖北榜首的大型企业,主要产品有金龙泉系列啤酒,曼思莱系列葡萄酒,金龙泉系列纯净水,年啤酒生产能力达60万吨。公司拥有固定资产15亿元,2003年底加盟全球第一大啤酒酿造商英博集团,英博雄厚的资本实力、先进的管理和技术,为金龙泉做强做大注入了新的活力。主导产品金龙泉系列啤酒先后荣膺42项国际国内大奖,被人民大会堂确定为宴会用酒,并于1995年10月1日荣登中华人民共和国建国50周年庆典国宴,产品畅销全国18各省市,并通过边贸辐射到俄罗斯和东南亚地区。20年来,公司累计生产啤酒186万吨,实现销售收入30亿元,创利税10亿元。其中2000年产销啤酒38.07万吨,实现销售收入5.92亿元,创利税1.57亿元,其啤酒产量,销售收入,实现税收,均以进入全国十强,位居湖北啤酒行业的榜首。
2.1.3宜昌三峡药业有限责任公司
三峡药业有限责任公司是一家生产抗生素、氨基酸原料药及针剂、系列氨基酸输液等综合性产品的中型医药工业公司,国家GMP认证企业。三峡药业有限责任公司现拥有二个分厂,一个药物研究所,二个二级公司三个直属车间,拥有高素质的员工1300人。各类工程技术人员占员工总数的30%。生产的品种品规达120多个,公司占地7.2万㎡。主要产品有L-异亮氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、硫酸新霉素、盐酸林可霉素,系列氨基酸酸输液、针剂等。是国内最早开发生产L-异亮氨酸、L-缬氨酸和复合氨基酸输液、针剂单位以及国内最大的硫酸新霉素生产基地。
2.2认识实习内容
2.2.1安琪酵母
在安琪集团,我们主要参观了安琪集团拥有的国内最大的酵母抽提物生产线———年产5000吨酵母抽提物生产线日前在安琪酵母(600298)建成。公司利用上市募集资金建设的这条生产线技术水平达到国际领先,生产规模国内最大。该生产线的建成投产,标志着安琪酵母综合技术水平、市场竞争力迈上新台阶,朝着“国际化专业化酵母公司”的目标又迈进了一步。
酵母抽提物是采用先进加工工艺生产的食用酵母深加工产品,是新型、高档食品添加剂,属高新技术产品,该产品代表国际调味品发展的趋势和潮流。安琪酵母于1993年开始酵母抽提物的研究工作,该课题先后被列入国家“九五”科技攻关项目和国家技术创新试产项目。1997年,安琪公司建成了年产1000吨的酵母抽提物生产线。
据介绍,安琪年产5000吨酵母抽提物生产线是由欧洲著名生物工程公司设计的,引进欧洲工艺技术,关键设备全部进口。该生产线柔性化设计,可以生产各种高品质的纯天然酵母抽提物,按照食品GMP标准设计和管理,产品卫生标准可以达到欧盟卫生标准,能满足出口的各种要求。该系统可以充分保证生产过程和产品质量的稳定,并大幅度提高劳动效率。
然后,我们还参观了安琪现代化的包装车间以及自控设施.整个参观给我们留下了深刻的影响.
2.2.1金龙泉啤酒
在金龙泉,我们系统的学习了啤酒的酿造工艺流程. 金龙泉啤酒以其卓越品质几十年来驰誉国内,它采用了优质麦芽、大米、酒花和水,经过糖化、过滤、冷却、发酵、包装等工序精制而成,它成功的原因在于独特的酿造工艺和严格的工艺管理,在继续传统酿造工艺的基础上,通过不断的技术改进,金龙泉啤酒的酿制工艺已日臻完善,而独特的后熟工艺和优良的酵母菌种更使其锦上添花,保证了产品质量的优异和稳定。对金龙泉系列的啤酒的生产工艺而言,主要流程如下:
制麦------糖化------发酵------罐装
在糖化车间,我们参观了先进的计算机主控系统, 德国荷普曼糖化
装备.在发酵车间,我们目睹了华中地区最大的露天发酵罐群的风采,然后在讲解人员的介绍下,我们参观了金龙泉科学合理的发酵系统.最后我们在包装车间观看了德国产36000瓶/小时自动化啤酒灌装线.
通过学习,我不仅了解了啤酒的酿造工艺流程,还对相关的知识如啤酒的风味,食品行业的卫生质量要求有了一定的了解.此外,金龙泉“举团结之旗、兴认真之风、走拼搏之路、创领先之势”的企业文化也深深吸引了我,我想,这对我们平时的学习同样是有所启发的.
2.2.1三峡药业
在三峡药业,我们参观了氨基酸发酵生产的车间,了解了生物制药的相关工艺,设备,以及药品行业独有的要求.同时,系统的了解了三峡药业的主要抗生素产品情况,包含如下:
1.硫酸辛酶素 属氨基糖苷类抗生素药物。主要成份为新霉B。C抗菌谱及广,对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌有极好的杀灭作用。广泛应用于医药和兽药领域,分子式:C23H46N6O13·3H2SO4白色或黄白色粉末。吸湿,极易溶于水,微溶于酒精,不溶于丙酮和乙醚。
2.氨基酸系列产品 主要包括:L-缬氨酸 ( L-Valine) L-异亮氨酸 (L-Isoleucine) L-亮氨酸 (L-leucine) L-醋酸赖氨酸 (L-lysine Acetate)
3.实习体会
我们开展分子生物学教学改革遵循两条基本原则:一是适应普通高等教学需求的基本原则;二是适应本学科发展和人才培养需要的基本原则。在坚持两个基本原则基础之上,我们提出三条改革思路:一是针对生物工程类专业特点,突出分子生物学在现代工业微生物研究和改良中的应用趋势和途径,加强学生对专业的理解和本学科的认识;二是遵循高等院校教学特点,从教学方法和教学内容等方面进行改革和探索,建立一套能够培养理论素养与实验能力并重的工程化人才的分子生物学教学体系;三是加强理论知识与实际应用实例相结合的教学方式,在理论中强调应用,在应用中引出理论,使学生在有限的教学课时内消化理论知识的同时拓展视野并加强对本学科的理解。
2教学改革具体内容
2.1优化教学内容
我们在进行分子生物学课程的授学时,首先针对生物工程类专业特点选择合适的教材并制定教学大纲。经过比较和分析,我们选择赵亚华编著的《分子生物学教程》(第三版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)作为基础教材,该教材主要阐述的是狭义分子生物学所涵盖的范畴,编写内容具有条理清晰,语言简练,信息量大,实例丰富等特点,并且全书系统地在重要的知识点后附有简要小结,便于学生在学习和复习过程中从繁杂的信息中快速的查找和理解重点内容,比较适合于普通高校生物工程类专业教学使用。分子生物学课时少而内容繁杂,在有限的课时之内不可能按教材内容全部讲授,学生也不可能全部能够接受。因此,在实际教学过程中,我们必须结合专业特点,对教科书内容进行取舍,并根据专业的培养目标进行补充,突出专业领域涉及的重点和难点。因此,选定教材之后,我们根据生物工程类专业特点对教学内容进行了优化:(1)弱化学科交叉重复部分,分子生物学是在多个学科的基础上发展起来的,也决定了分子生物学中有很多理论知识与其它学科具有交叉和重复,如生物化学、遗传学、酶学和微生物学等,我们在分子生物学的实际教学过程中对已经学习过的交叉部分的知识点采用复习的方式快速进行;(2)强化对与专业相关的理论知识讲解,例如DNA的重组、真核生物与原核生物基因的转录和表达调控等内容;(3)引导介绍与本专业相关性不强的知识点,学生如有兴趣可以利用课外时间进行学习,以满足求知欲望较为强烈的学生的学习要求,如噬菌体基因的表达调控、病毒的分子生物学等;(4)结合专业方向补充教学内容,加大应用实例讲解,促进学生对理论知识的理解,例如讲解特异位点重组内容时,可以结合目前研究领域应用较多的Xer/dif重组系统进行讲解,让学生理解了特异位点重组概念和过程的同时,又学习了该重组理论最新研究进展及其在微生物代谢途径工程中的应用,从而实现教学内容的理论性、专业性、实用性、学术性和前沿性并举。
2.2改革教学方法
对大学生而言,分子生物学是一门及其抽象的学科,其中涉及的理论体系和生物过程复杂而又晦涩难懂,极其难以掌握,采用传统的填鸭式教学,学生的学习兴趣不高,学习效率有限,因此创新教学方法,改变授课方式,使抽象化的概念能够直观地呈现在学生面前,对提高学生的学习兴趣并提升学习效率尤为重要。我们在实际教学中,对教学方法做了以下改革:(1)采用多媒体教学,结合大量精美图片、动画和视频,将抽象的、理论的生物过程或概念中涵盖的大量信息有效、生动、形象化地展现给学生,例如,蛋白质合成过程中涉及的起始、延生和终止三个过程以及延生过程中涉及的进位、转肽和转位三个反应实际上是一个连续的动态过程,中间涉及的概念和因子很多,通过板书无法有效地进行形象化演示和解释,而在多媒体教学方式下,借助大量图片和动画实现静态和动态相结合的方式讲授该生物过程,可使学生有效地理解并掌握该部分内容;(2)大力利用网络资源,搜寻与讲授内容相关的精美图片和科教视频,补充教材内容的不足,从不同视角、不同阶段对重点内容进行阐释,帮助学生对难点的理解和掌握,例如,RNA干扰技术是一个比较抽象的概念和过程,课堂调查中发现学生很难理解双链RNA的产生、水解蛋白的作用过程等概念,在我们的实际教学过程中选用一段网络公开视频通过三维动画模拟,使学生轻松地“看到了”生物体内RNA干扰过程,极大地帮助了学生对相关过程的认识和理解;(3)利用生物学分析软件演示促进学生理解,在现代分子生物学研究领域,无论是简单基因的比对分析还是复杂的蛋白质定向进化模拟都离不开专业的生物学分析软件,在教学方面利用生物学分析软件也可以达到事半功倍的效果,例如,在讲授蛋白质的编码基因序列和开放阅读框两个概念的时候,学生短时间之内无法深刻理解,如果使用生物学分析软件对一条基因进行分析演示,学生可以一目了然地“看到”CDS与ORF之间的联系与区别;(4)结合实例对重点理论进行剖析,例如基因表达调控部分内容,在目前的科学研究领域和实际工业化应用领域研究都极为广泛,但在实际教学时,由于知识点多,过程复杂,学生在学习过程中往往感觉到枯燥而不知所以然,此时即可在教学过程中结合某个具体的相关研究项目(例如硕士研究论文、博士研究论文或科研基金研究项目)的目的、意义和方法等进行讲解,达到理论学习与实际应用相结合,在实例中引出理论概念和过程。通过大量实例的讲解,不仅促进了学生对理论知识的理解和掌握,同时加深了学生对本学科的认识,拓展了学生的视野,培养了学生在实际应用中解决问题的思维能力。
2.3强化实验教学
分子生物学是在实验论证的基础之上建立并发展起来的对实验技能要求很强的一门实验性学科,因此,分子生物学的教学也必须有实验教学作为支撑,只有在理论教学和实验教学相结合的模式下才能使学生学以致用,达到真正理解并掌握分子生物学的教学目的。对工科的生物工程类专业,实验教学具有举足轻重、不可替代的作用,是培养学生动手能力和创新能力的基础。在我们的实验教学改革中,将每个班分为10组,每组3~4人,每个学生可以且必须单独完成实验操作,掌握本专业应用最为广泛的基因工程操作技术中常用的经典方法。实验教学时间与课堂教学时间比例设置为1∶2,保障有1/3的教学时间用于实验教学。实验内容主要围绕基因工程操作技术经典的四个步骤进行,即目的基因的获取、重组载体的构建(克隆载体)、受体细胞(大肠杆菌)转化、结果验证,在此过程中连续进行染色体提取、连接、大肠杆菌感受态细胞制备、转化、质粒提取、限制性酶切以及琼脂糖凝胶电泳检测等基本操作,使学生掌握DNA体外重组过程中使用的基本操作方法和技术原理。在上述实验过程中,多数实验步骤中都是微升级反应体系,对学生的动手能力和分析能力要求极高,因此,通过分子生物学实验教学可以培养并强化学生的“精细化”实验操作能力,为培养动手能力强,专业素质过硬,分析能力严谨的合格大学毕业生做出贡献。
3结语
生物工程设备是为生物工程专业开设的核心课程。本文探讨了陕西科技大学生物工程设备课程的历史沿革、特点、课程体系、教学手方法改革等问题,认为应采用启发式及学生参与式教学,调动学生的主观能动性;采用参观、演讲式及电教片教学,扩大课堂信息量,锻炼学生独立分析问题和解决问题的能力。
【关键词】生物工程设备;历史沿革;特点;教学改革
生物工程设备课程是高校生物工程专业普遍开设的主干课程,目前许多高校已将该课程扩展到生物科学、生物技术等相关理科类专业,足见其该门课程的重要性及实用性。陕西科技大学生物工程设备课程体系主要涵盖设备和工程两部分内容。介绍生物工程产业中的生物反应器、生物反应物料预处理、分离纯化、空气净化等设备的结构,工作原理、操作特性及设计放大、选用等,并结合目前生物工程企业生产案例进行讨论,巩固课堂教学内容和强化工程的观念。
一、课程的历史沿革及特点
陕西科技大学生物工程专业的前身是1985年成立的饮料和发酵工艺专科,为其开设《发酵设备》课程,侧重讨论发酵工业生产中的设备问题,即为现在《生物工程设备》课程的前身。1996年设置“生物化工”本科专业,开设的《发酵设备》课程教学体系中,增加了发酵工业生产中的工程内容。1998年,根据教育部普通高校本科专业目录,本校生物化工专业调整为生物工程专业,课程更名为《生物工程设备》,突出了生物工业中的设备及工程内容,拓宽了专业知识面和内涵,课程授课所在单位的“食品科学与工程”为陕西省名牌专业,拥有“陕西省食品生物技术示范教学中心”、“陕西省中药生物工程技术研究中心”、 “国家果蔬加工技术研发分中心”、“陕西农产品加工技术研究院”、“陕西省食品加工工程技术研究中心”等科研结构。
生物工程设备是为生物工程专业开设的一门非常重要的专业主干课,具有实践性强、应用面广、内容更新快的特点。该课程与化工原理等工程类课程密切相关,与微生物学、生物工艺原理、生物分离工程、发酵工厂设计等课程紧密联系。通过本门课的学习,学生能够较好地掌握生物工业企业的设备生产流程、设备结构特性及工作原理、主要设备的设计计算与选型,掌握生物工业设备的应用现状及发展趋势,了解通用及专用设备安装维护的技术要求。本门课程的开设在培养高级生物工程技术人才中扮演着重要的角色。
二、课程体系及教学手段改革
《生物工程设备》与很多课程有着密切的联系,生物工程专业开设的课程主要有《物理化学》、《化工原理》、《细胞生物学》、《微生物学》、《生物化学》、《微生物遗传育种》、《基因工程》、《分子生物学》、《生物工艺原理》、《生物制药工艺学》、《生物工程下游技术》、《生物工程分析》、《发酵工厂设计》、《细胞工程》、《酶工程》、《氨基酸工艺学》、《生物信息学》等课程。针对课程教学体系,辟面重复和不衔接问题,以提高教学效率和教学效果。注重学生对基本原理的理解,注重对实用性内容的掌握,注重讲授体系中以点带面,达到举一反三的效果。本课程内容体系涵盖三部分内容:第一部分生物反应器,以机械搅拌通风生物反应器和生物反应器比拟放大为主线、兼顾其它好氧、厌氧及其它发酵设备。第二部分包括生物反应物料预处理及产物分离纯化设备,教学内容包括:(1)物料处理与培养基制备设备;(2)过滤、离心与膜分离设备;(3)离子交换与色谱分离设备;(4)干燥设备;(5)蒸馏设备等。第三部分为辅助系统设备,教学内容为空气净化系统及设备等。此外,我们还为学生简要介绍国内外生物工程设备知名企业,如德国贝朗(Braun)、法国宝乐菲公司(Biolafitte)、瑞士比欧公司(Infors)、日本丸菱株式会社(B.E. Marubishi)、镇江东方生物工程设备技术有限公司、上海傲中生物工程设备技术有限公司、华东理工大学国强生化工程装备有限公司、上海理工大学高机生物工程设备技术有限公司等,并通过网络查阅国内外专业书籍及期刊,如《Biochemical Engineeringand Biotechnology》、《Producing Biomolecular Substances with Fermenters,Bioreactors,and Biomolecular Synthesizers》、《Fermentation and Biochemical Engineering Handbook: Principles,process Design,and Equipment》等,通过将最新科研成果和技术及时地介绍给学生,使教学内容更具前沿性。
《生物工程设备》为工程类课程,这对没有工业生产阅历的学生,学习起来较为困难,影响其学习兴趣。在教学中如何发挥学生的主动性、积极性,使一门被认为枯燥的课程变为一门有趣味、生动活泼的课程是《生物工程设备》教学中长期探索的课题。我们利用多媒体教学的特点,通过图片、动画、录像等多种媒体信息,使枯燥的理论变得形象和直观,并帮助学生理解一些抽象问题,激发学生对本课程的学习兴趣,使上课信息量更大,课堂教学效果更佳。例如在讲授膜分离设备的时候,采用了东方仿真的AVI视频形式,演示了板式、管式、螺旋卷式、中空纤维式及动态压力膜分离设备的内部结构及其运转情况,形象生动,收到了事半功倍的效果。另外,通过生物工业企业生产设备的模拟设计计算,便于学生掌握教学内容,灌输工程观念,增强直觉感和实用感。
三、教学方法改革
采用启发式及学生参与式教学,充分激发学生的求知欲,从而调动学生的主观能动性。教师主要向学生提供信息源而不再是填鸭式的教学,学生的学习以信息资源为中心,并根据兴趣进一步发掘和探索,从而使教学变成了学生对新知识的追求过程。例如在讲生物反应器时,我们讲授了通风发酵设备,厌氧发酵设备,并给学生简要讲述了固态发酵生物反应器的优缺点,并提供了一些国内外参考资料目录,让学生分组在后查阅资料,并进行备课准备,每组推荐学生进行上台讲授,再由同学提问讨论,最后教师进行归纳和总结,这既可以培养他们勤于思考的学习态度,又能够引导他们进行创新性思维,且这种教学方式深受同学们的喜爱。
参观、演讲式及电教片教学。结合教学内容,组织同学们去相关发酵参观,在生产第一线让学生增加对所学内容的理解,并邀请发酵企业有一定知名度或在发酵行业一线工作的工程师或总工程师为同学们进行专题演讲,使同学对我国生物工程企业有了更深刻的了解和认识;此外学生放映了酱油酿造工艺、醋酿造工艺、啤酒生产工艺、液相色谱设备等电教片,增加了学生对相关设备的认识。
四、结语
通过对《生物工程设备》课题的课程体系、教学手段及方法等的改革,摸索出一种新的专业课教学模式,通过多媒体、视频、录像、电教片、参观及演讲式教学基本上解决了学生学习本课程时觉得枯燥的局面,扩大了课堂信息量,锻炼了学生独立分析问题和解决问题的能力。通过探索和改进教学手段和教学方法,才能与当代飞速发展的科技相适应,才能使培养出的生物工程专业毕业生具有更加深厚和广泛的专业知识,更能适应新世纪对复合型人才的需要。
【参考文献】
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[5]黎先发.《生物工程设备与原理》课程教学改革的探索与实践[J].中国酿造,2008(16)119-120.
关键词:生物工程;全程导师制;设计与实施
一、我校生物工程专业导师制现状
我校生物工程专业每年招生50人左右,现有专业教师25名左右,一年师生比约为1:2,这个数值与我国目前的研究生教育相当,这为全程导师制的实施提供了师资条件。目前,我校生物工程专业与其他大多数专业一样,实行的主要是高年级导师制,学生在大三或大四选择指导教师,指导教师主要指导学生完成毕业实践,重点是提高学生的专业素质和能力。然而,对大一或大二的学生则缺乏有效的针对性指导,学生中出现的多种问题难以得到及时有效的处理,影响了学生身心健康以及大学生综合素质的提高。
二、生物工程专业导师组的设立
实施全程导师制的前提是要有足够数量的导师,而全程导师制的实施效果关键在于导师的综合素养。一方面由于专业教师数量有限,教学科研工作任务较多;另一方面由于专业教师术业有专攻,各有所长,因此由2位教学科研互补型的教师组成一个导师组,取长补短,同时指导一组大学生。根据2018年生物工程专业师生现状,总计分为13个导师组,每组指导4—5名大一新生。
三、生物工程专业全程导师制运行模式
不同年级的大学生,确定不同的重点指导内容。大学一年级,导师重点指导学生尽快熟悉校园生活,处理好班级及宿舍学生之间的关系,做好学业规划,重视公共基础课学习,尤其是外语与计算机的学习,适当参加学生社团活动,注重身心健康。大学二年级,鼓励学生在做好专业基础课学习的基础上,注重综合素质与实践能力的培养。导师根据学生自身的特长与兴趣,鼓励学生参加不同的课外实践活动,比如社会服务、勤工助学、各种大学生竞赛等。大学三年级,鼓励学生在完成好专业课程学习的同时,进入导师实验室开展科研工作,申请大学生创新创业训练计划项目,阅读专业文献,撰写科技论文,提高专业素质与能力。同时,计划考研的学生开始复习准备。大学四年级,鼓励学生在做好校内毕业设计、顺利完成毕业答辩的基础上,积极参加校外企事业单位的实习实践工作,部分学生做好就业准备,准备考研的学生做好研究生初试及复试等工作。导师组对学生的指导可以采取多种形式,导师组与学生组可以面对面进行交流,也可以通过网络、电话进行集中或个别指导。指导的频次根据导师和学生的时间来确定,每个学期初和学期末至少当面指导1次。全部导师组每学期至少召开1次指导经验交流会。
四、生物工程专业全程导师制效果评价
全程导师制指导效果可以通过以下多种指标进行综合评价,如学生学分积点、学生奖学金、英语四六级通过数、计算机等级考试通过数、学生数、学生竞赛获奖数、大学生科技创新立项数、学生考研数、学生就业数、学生社会服务情况、学生社会实践情况、学生对导师的评价等。