前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的生命科學和生物工程主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
本文以生物工程人工生命的科學技術基礎為題展開了相關的分析與探討,重點就材料技術型生物醫(yī)學工程、組織工程以及生物工程人工生命這三者間的相關性展開了深入的研究,結合本次研究最終對材料技術型生物醫(yī)學工程、組織工程、人工工程以及具備改善人體組織器官功能的人工組織進行了詳細的論述。
關鍵詞:
生物工程;人工生命;組織工程;人工組織;人工器官
0引言
從廣義層面上來說人工生命即為具備有人的生命指征、功能、結構以及外在形象的人工制造系統(tǒng),是人對于自然生命的一種模擬與拓展。廣義上的人工生命是多門學科合并之后的產物。一般認為人工生命學科是由生物科學技術與工程科學技術所結合而產生出的一門學科。下文將主要就針對材料技術型生物醫(yī)學工程與組織工程、人工生命間的相關性,以及材料技術型生物醫(yī)學工程、組織工程、人工組織及器官展開具體的論述。
1材料技術型生物醫(yī)學工程
此種工程學科的主要研究目標即為各類生物材料及人工器官組織,其中就涵括了組織工程學科。在此方面研究工作中涵括有材料科學、生物科技、化學、信息技術、計算機技術、醫(yī)學以及生命科學等多門學科的基礎知識。生物材料也就是對于生物體進行臨床診治以及將其受損組織器官替換下來,亦或是增強人體某一部分功能的材料,因此就必須要求其能夠植入到人體當中并不出現(xiàn)排異反應,確?;铙w細胞可以在此材料之上自然生長。生物材料亦可被視作構成人工組織與器官的核心材料。生物醫(yī)學材料在未來一段時期的主流發(fā)展趨勢,即為給予組織工程的發(fā)展提供優(yōu)勢特性顯著的活性生物材料,應確保其具備良好的生物相容特點;親水特性;性;預防組織粘附特性;抗炎特性;抗凝特性等。以保障活體細胞能夠在所制成的人工材料上生長并對病變組織起到良好的改善、恢復效果,使之免疫識別與生物催化性能得以有效提高。依據(jù)生物醫(yī)學材料的屬性可將之主要劃分為以下幾種:
(1)無機非金屬生物材料。①同人體組織力學間具備良好的相容性,同時還可改善組織生長的材料。②具備人體有機以及無機結構的復合型材料。
(2)金屬生物材料。①毒性較低,彈性模量更加符合入骨特點的合金材料。②各種植入人體當中的器械材料,如較為常見的人工關節(jié)、種植牙、心臟支架等。③接入性診治所采用的醫(yī)療器械設備如官腔支撐架、引導絲等。
(3)生物醫(yī)用高分子材料。①可將血液之中的毒副物質吸出的材料。②能夠在臨床上應用于免疫性病癥治療的材料。
2組織工程與人工組織
目前臨床上所面臨的主要醫(yī)學問題當中主要就包括了組織與器官的衰竭、損傷,而臨床上在應對此類問題時所較常采用的措施方法主要包括以下三方面:
(1)自體移植。由人體自身的部分組織來對損傷位置進行修復,例如,對面部皮膚大面積燒傷患者進行面部手術修復時通常會取其自身大腿位置的皮膚來進行修復損傷組織。
(2)異體移植。例如,某患者在遭遇意外事故時,家屬自愿將其身體部分組織如眼角膜、腎臟等組織捐獻給有需要的人。然而此種情況時常會出現(xiàn)異體組織的兼容性問題,同時需要被捐助的人員與每年的捐獻人數(shù)相比差距過大,供體不足情況十分顯著。
(3)人工器官。這種方式能夠徹底解決供體不足的情況,但是其目前所存在的問題也是十分顯著的即異體反應與感染情況十分明顯,絕大多數(shù)的患者在接受器官移植后都是應各類感染致死。對此人們也就設想若是能夠采用母體細胞以及生物降解材料在人體當中構建起新的組織器官,也就是進行結構組織,代謝組織以及細胞系統(tǒng)的重新建構。目前這一設想已經不再是僅存在于人們腦海之中的假想,而已經走進了現(xiàn)實生活當中,可以預見組織工程的發(fā)展必將會促成這一設想的實現(xiàn)。當前,組織工程研究的主要內容即為:適宜的母體細胞來源;能夠為細胞粘附生長提供空間的細胞外基質;可應用在促進細胞組織再生長的因子;以及組織間的相容性。開展組織工程通常會應用以下三種策略:
(1)細胞以及生物材料的雜化體系,例如由小塊活體組織將特異細胞分離出來,通過體外擴散增大之后種植于生物相容性較好同時能夠生物降解的聚合物所建立起的多孔支架當中,在體外培養(yǎng)一段時間后可將細胞和支架結構置入于患者體內;伴隨著組織缺損部位的重新構建,聚合物將會逐漸降解并消失。
(2)僅具備生物降解材料體系,借助于生物生長方式促使細胞成長為多孔支架結構,在通過增殖、分化來產生為相應的組織結構,并且與周邊組織相整合。例如采用珊瑚骨加支撐的羥基磷灰石陶瓷,其孔隙架構與人體骨架構極為接近,可被應用在骨組織工程支架中。
(3)細胞體系,經過移植的細胞經由生物過程演變?yōu)槲⒔Y構。
3結束語
總之,從廣義性的角度上來說人工生命必須要基于工程科學技術、生物科學技術以及生物工程科學技術的基礎上。因而大量的工程、生物以及生物工程均是廣義上的人工生命科學技術基礎。材料技術型生物醫(yī)學是工程的研究對象主要是生物材料與人體的各個身體器官。組織工程則是借助于生命科學以及工程科學的基礎理論與方法,來探究并開發(fā)出具備修復以及改善人體組織器官功能的新型臨床應用取代物,也就是人工組織,因而材料技術性生物醫(yī)學工程以及組織工程也便是生物工程人工生命的基礎。
參考文獻:
[1]楊國為,陳國江,涂序彥等.廣義人工生命的科學基礎(Ⅱ)--生物工程基礎[J].計算機工程與應用,2013(09).
[2]杜嚴勇,胡春風.人工生命技術引發(fā)的哲學思考——全國人工生命技術的哲學思考研討會綜述[J].哲學分析,2013(03).
關鍵詞:生物化學實驗;創(chuàng)新計劃;教學促進
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)51-0249-02
生物化學是從分子水平和化學變化的深度闡明生命活動機理的科學,是整個生命科學的領先學科和中心支柱。近幾十年來生命科學取得驚人成就,生物化學也成為該領域最活躍的學科之一,是發(fā)展生命科學各學科和生物工程技術的重要基礎,特別是21世紀隨著人類基因組框架圖的繪制完成,生命科學邁入了后基因時代,應用各種生物化學技術手段也成為生命科學研究領域的主流,作為生命科學基礎學科的生物化學無論從理論還是從實驗技術方面都占有重要的地位。生物化學及其實驗課程是生物工程等專業(yè)開設的重要專業(yè)基礎課,其教學效果直接影響到學生對后續(xù)課程,如微生物學、基因工程與分子生物學、微生物生理學、酶工程等的學習。在學習生物化學理論的同時,需要通過實驗來驗證所學理論,以便熟練掌握實驗技能,為今后繼續(xù)深造和參加科學研究打下堅實的基礎。
筆者所在學院開辦生物工程專業(yè)已有二十余年,其前身是原貴州工學院輕工系1986年建立的發(fā)酵工程專業(yè)。生物化學及其實驗課程是目前我院生物工程、釀酒工程、食品科學與工程的專業(yè)基礎課,其教學地位十分重要。然而目前生物化學實驗教學面臨的主要困境是開設的實驗項目較為陳舊,人均實驗學時偏少,難以適應現(xiàn)代生物化學的研究與發(fā)展,也不能滿足學生掌握新技術、新方法的要求。針對現(xiàn)有生物化學實驗教學的不足,筆者認為通過大學生創(chuàng)新性實驗計劃,可以激發(fā)學生的主觀能動性,提高他們的實驗動手能力以及分析問題和解決問題的能力。
一、生物化學實驗教學存在的主要問題
我院自開設生物化學實驗課程以來,雖然實驗內容經過多次調整和改進,但受制于實驗經費不足、師資缺乏,以及教學改革帶來的課程學時壓縮等因素,目前開展的實驗教學已很難適應現(xiàn)代生物化學的研究與發(fā)展。筆者認為當前實驗教學主要存在以下幾方面問題,需要進一步改進才能提高整個生物化學課程的教學效果。
1.人均實驗學時少,學生缺少足夠的動手訓練機會。筆者所在學院開設的生物化學實驗課程主要面向生物工程和釀酒工程專業(yè)。生物化學是一門理論和實驗結合很強的課程,需要開設足夠的實驗來驗證相關的理論知識,同時提高學生的實際動手能力。然而隨著多次教學改革的實施,實踐教學部分得到加強,課堂教學和實驗教學課時卻減少了。目前我院生物化學實驗課程總共16~18學時,遠遠低于省外一般大學和211院校,無法滿足學生對該門課程的實際實驗需求。另一方面,由于受實驗經費、場地以及師資匱乏等因素的制約,學生在開展實驗時往往2~4人一組,每個人只負責實驗的某個環(huán)節(jié),很多實驗不是獨立完成,因而學生缺少必要的實驗鍛煉。雖然近幾年在省政府的大力支持下,學?;A實驗教學用地等方面得到很大提升,但短期內很難顯著提高學生人均實驗學時數(shù)。
2.驗證性實驗為主,限制了學生的創(chuàng)造性。目前我院生物化學課程開設的實驗,如氨基酸的層析分離、酪蛋白的制備、考馬斯亮藍法測定蛋白質等,大多屬于驗證性實驗,而綜合性實驗比較少。由于驗證性實驗一般都會有比較明確的實驗預期,所以可能會出現(xiàn)一些學生實驗不認真,甚至根據(jù)預期編造實驗結果,同時抄襲他人實驗報告的現(xiàn)象也時有發(fā)生,這些都不利于培養(yǎng)學生的嚴謹學風。另一方面,生物化學屬于專業(yè)基礎課,筆者所在學院一般安排在大二上學期開設該門課程,而這階段學生思維還是沿襲了高中的授課方式,以老師灌輸為主,學生的動手能力及自主思維創(chuàng)新的能力較差。雖然授課教師會反復強調課前預習的重要性,但由于很多學生自覺性較差,并不能按時預習。在實驗的過程中只是按照實驗教材中的步驟機械地進行,部分同學對實驗的原理、步驟和現(xiàn)象不理解,教學效果欠佳。長此以往就會造成學生慣于接受、疏于思考、依賴性變強的惡性循環(huán),其主觀能動性和創(chuàng)造性進一步降低。
3.開設的實驗內容滯后,難以滿足現(xiàn)代生物技術發(fā)展需求。隨著學校辦學規(guī)模的提高以及專業(yè)的進一步細化,最近我院在原先生物工程基礎上,結合貴州省白酒產業(yè)發(fā)展的需求,新開辦了釀酒工程專業(yè),這對生物化學及實驗教學提出了新要求。目前生物化學教學一直沿用原先發(fā)酵工程的模式,實驗內容及大綱只是在原有基礎上做了細微的調整,沒有體現(xiàn)各專業(yè)對生化實驗技能的特殊要求。另一方面,最近十幾年生物技術突飛猛進,生命科學邁入了后基因時代,應用各種生物化學技術手段也成為生命科學研究領域的主流。受制于教學條件和師資力量的匱乏,我院目前開設的生物化學實驗課程基本停留在簡單的定性驗證,且實驗對象大多數(shù)集中在糖和蛋白質,核酸部分的實驗學時偏少,學生很難接觸到分子生物和基因工程等先進儀器設備,難以掌握現(xiàn)代生物技術的實驗技能。
二、大學生創(chuàng)新性實驗計劃對教學的促進作用
為了全面提高學生的創(chuàng)新能力和綜合素質,教育部和許多院校都設立了以本科生為主體的創(chuàng)新能力培養(yǎng)計劃,即國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃,其目的是通過學生參與科研實驗,激發(fā)他們的學習興趣和創(chuàng)新精神,鍛煉他們分析問題和解決問題的能力。近年來,我校也加強了本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),設立了專項經費用于支持大學生創(chuàng)新性實驗計劃。筆者這幾年作為指導教師,帶領本科生完成了國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃和貴州大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃。通過這些計劃的實施,學生動手能力和綜合素質普遍得到加強,可以一定程度上彌補現(xiàn)有實驗教學的缺陷。
1.實驗時間有保障,動手能力得到加強。教學實驗一般要求學生在規(guī)定的時間內完成,且教學課時比較少,所以很多學生缺少機會進行充足訓練。相比而言,大學生創(chuàng)新性實驗計劃則比較靈活,一般是在空余時間安排學生進行實驗。雖然大部分創(chuàng)新性實驗計劃只資助半年或一年,但項目結束后仍可在老師指導下繼續(xù)參加導師項目研究,甚至還可以結合本科畢業(yè)論文進行持續(xù)鍛煉,因而學生做實驗的時間有充分保障。另一方面,大學生創(chuàng)新性實驗計劃遠遠大于教學實驗工作量,雖然每位參與學生在課題執(zhí)行中承擔各自的任務,但人均實驗量還是比較大,學生有充足的時間來鍛煉動手能力。
2.進一步開闊學生的視野。本科教學實驗開設的內容相對比較滯后,無法滿足學生對掌握新技術、新方法的需求。創(chuàng)新性實驗計劃的模式是按照科研項目的評價體系來申報和驗收的,因而實驗需要突顯一定的創(chuàng)新性。本科生在參與大學生創(chuàng)新性實驗計劃時,需要在老師指導下閱讀一定量的文獻,了解與研究相關的前沿技術,同時在實施過程中有機會接觸和使用先進的儀器設備。近年來生物科學進展日新月異,特別是后基因時代涌現(xiàn)很多新技術和新方法,而現(xiàn)有的實驗教學基本停留在原先的模式,學生很難掌握日益革新的實驗技能。通過大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實施,可以進一步拓寬學生的視野,提高他們的綜合實力。
3.激發(fā)學生主觀能動性和創(chuàng)造力。本科生物化學開設的實驗大多屬于驗證性質,同時實驗內容較為單一,缺少對知識理論的綜合運用。相比而言,大學生創(chuàng)新性實驗計劃的基本屬于探索性研究,實驗結果一般不可預知,這可以在一定程度上激發(fā)學生的主觀能動性。創(chuàng)新性實驗計劃的實驗較為系統(tǒng),不僅僅是由單一實驗構成,需要學生對知識的綜合運用。筆者指導的大學生創(chuàng)新性實驗計劃,需要學生完成微生物的接種和培養(yǎng),固態(tài)發(fā)酵工藝的控制和優(yōu)化,以及蛋白酶的分離純化和酶促反應動力學測定,不僅要求學生掌握蛋白質化學的基本理論和實驗技能,同時也加強了學生對微生物培養(yǎng)這塊的理論和實驗操作技能。另一方面,在創(chuàng)新計劃的實施過程中,除了前幾次實驗需要指導老師進行準備和示范,后續(xù)的研究一般要求學生學會獨立設計方案,并進行相關實驗準備和具體實施,在遇到問題時能夠通過小組討論,提出解決問題的切實方案。因此,通過大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實施,可以激發(fā)學生主觀能動性和創(chuàng)造力。
三、結語與展望
通過大學生創(chuàng)新性試驗計劃的實施,可以一定程度上解決現(xiàn)有生物化學實驗教學中的一些弊端,并激發(fā)學生的主觀能動性和創(chuàng)造力,全面提高學生的綜合素質,滿足學生掌握新技術、新方法的要求。然而受資金等因素的限制,大學生創(chuàng)新性試驗計劃只能在有限的范圍內開展??紤]到一般學校很多老師的科研項目與生物化學專業(yè)知識體系密切相關,所以筆者認為可以將學生吸納到教師的科研實驗進行鍛煉,讓更多的學生有機會接觸前沿技術,并通過創(chuàng)新研究提高自身的綜合實力。
參考文獻:
[1]胡曉倩,陳來同.生物化學實驗教學改革實踐與思考[J].實驗室研究與探索,2006,25(8):960-962.
關鍵詞:生命科學;發(fā)展;人類生活;影響;分析
科學的發(fā)展與人類的生活需要息息相關,尤其是生命科學的發(fā)展,對人類的生產、生活和健康的影響是非常巨大的。生物科學技術直接關系到與人民生活、衛(wèi)生、健康密切相關的農業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)和化學工業(yè)的發(fā)展,同時對環(huán)保、能源等科學技術的發(fā)展也有很大的滲透、交叉作用,能夠產生難以估量的社會效益和經濟效益,現(xiàn)代生物技術的開發(fā)和應用將對二十一世紀的人類生活產生廣泛而深刻的影響。
一、生命科學概述
1、生命科學的概念。生命科學即生物學,是通過分子遺傳學為主的研究生命活動規(guī)律、生命的本質、生命的發(fā)育規(guī)律,以及各種生物之間和生物與環(huán)境之間相互關系的科學,最終能夠達到治療診斷遺傳病、提高農作物產量、改善人類生活、保護環(huán)境等目的。生命科學研究不但依賴物理、化學知識,也依靠后者提供的儀器,如光學和電子顯微鏡、蛋白質電泳儀、超速離心機、X-射線儀、核磁共振分光計、正電子發(fā)射斷層掃描儀等等,舉不勝舉,生命科學學家也是由各個學科匯聚而來,學科間的交叉滲透造成了許多前景無限的生長點與新興學科[1]。
2、生命科學的產生和發(fā)展。自從有了人類,就有了生命科學,早期對生物的觀察既是生命科學的開始,也是對生命現(xiàn)象研究的開端,后來人們對生物學的興趣從簡單觀察轉向了實際應用,例如對動、植物的馴化和飼養(yǎng),但這些觀察和應用的目的都是為了滿足人類自身食物和住所的實際需求,而并非有意識的探索[2]。由此可見,生命科學是在人類的生活實踐中自發(fā)產生的,早期最為引人矚目的生物學研究者是希臘哲學家亞里士多德,他對生物體進行了大量的觀察,深刻地解釋了許多自然現(xiàn)象。他研究了多種水生生物的生命史和自然史以及雞的胚胎發(fā)育,開始了生物科學的第一次飛躍和革命。盡管這些研究還只是代表著生物研究的最初階段,但這是人類開始有意識地將它作為一門學科來進行的研究,所以亞里士多德被稱為“動物學之父”。
二、生命科學的發(fā)展對人類生活的影響
1、對倫理道德中公平觀的影響。傳統(tǒng)倫理道德上的公平,是指普遍存在的一種人與人、人與自然、人與社會之間合理享有的基本價值,如自由、自尊、機會、榮譽等的倫理道德關系和倫理道德要求,強調對于所有的人來說都具有作為人的共同點,在此范圍內他們是公平的,同樣它也要求生命科學的研究和應用要有公平性,而生命科學的發(fā)展卻給這種倫理道德觀的破壞提供了可能。根據(jù)當代分子生物學研究的進展,遺傳學家們發(fā)現(xiàn)原以為與遺傳背景無關的諸多疾病,甚至性格特征、行為方式等性狀已被證明與遺傳背景有關[3]。譬如武斷的個性60%源于遺傳背景,具有XYY型染色體的男性容易犯罪。把人們原有的“人生而平等”的觀念轉換為“人生而有優(yōu)劣不同”,從而帶來基因歧視的問題。當人類有能力選擇下一代的基因成分而制造“完美嬰兒”時,社會中現(xiàn)存的有缺陷的人會更容易受到歧視,他們的尊嚴也會受到打擊;再譬如,由于世界各國對基因圖譜的公開和共享達成了共識,個人的基因信息將不可避免的成為像身份證上的信息一樣公開化,這對于那些被檢測出有基因缺陷的人來說,就有可能遭受到來自社會各方的歧視。
2、解決環(huán)境污染問題的有效武器。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展,環(huán)境污染問題已成為世界范圍內的難題。解決環(huán)境污染的方法有物理法、化學法和生物法三類,其中生物法應用最為普遍。在污水處理、大氣凈化和環(huán)境監(jiān)測等方面正在廣泛使用生物技術。特別在二十世紀七十年代以后,人們發(fā)現(xiàn)了許多具有特殊降解能力的細菌,它們分別含有具有不同降解特點的降解質粒或代謝質粒,在生物工程技術的幫助下,已培育出分解性能高并在混合系統(tǒng)中能夠占優(yōu)勢的菌種,如利用重組DNA技術把甲苯質粒中的甲苯降解基因和萘質粒中的萘降解基因在大腸桿菌中克隆,獲得的多質粒細菌降解石油的效率會大大提高;又如通過生物工程技術培養(yǎng)的新細菌,可以把污染物中的有機汞轉變成金屬汞,以用于處理含有機汞的廢水,同時回收金屬汞,從而化害為利,變廢為寶;再如細菌浸礦在采銅和采鈾工業(yè)中得到應用,經生物技術改造的細菌,不但對金屬的親合力強,耐酸、耐熱和抗金屬毒性能力都得到提高,既可以降低生產成本,又可以降低對環(huán)境的污染[4]。
3、有效解決了能源危機。再生能源是能夠成為二十一世紀能源的一個必要條件,所謂再生能源,是指不隨本身的變化或被利用而日益減少的能源,如風能、海洋能、地熱能、太陽能等,它們可以從自然界源源不斷地得到補充。與其相反,非再生資源的化石燃料、核燃料是隨著被人類利用而逐漸減少的能源,特別是化石燃料將面臨著枯竭的危機,而可再生能源家族中現(xiàn)實可行的能源是生物能源。我們的生活離不開能源,但我們的生活同樣離不開美麗的環(huán)境,新世紀我們需要的是潔凈、可再生和無污染的新一代能源。中國科學家從一種灌木的果實中,成功提取并加工出與柴油相近但更加環(huán)保的燃油,這種新型燃油可適用于各種柴油發(fā)動機,并在閃點、凝固點、硫含量、一氧化碳排放量、顆粒值等關鍵技術上均優(yōu)于國內零號柴油[5]。生物柴油的燃油無論是用在農用發(fā)電機、拖拉機還是汽車,都沒有出現(xiàn)傳統(tǒng)柴油容易導致的黑煙彌漫的現(xiàn)象。
三、結語
綜上所述,現(xiàn)代生物技術和生命科學的新進展,將進一步影響到社會進步和人們的社會生活。按照人類的意愿和需要改造現(xiàn)有的生物類型和生物機能,或創(chuàng)造全新的生物類型和生物機能,來造福人類正在逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。
作者:陸沐寧
參考文獻
[1] 黃鍇.芻論物聯(lián)網的發(fā)展對人類生活與管理方式的影響[J].科技創(chuàng)新與應用,2017,(05):300.
[2] 黃國瓊,秦宇彤,羅長坤.生命科學的發(fā)展對醫(yī)學的影響[J].醫(yī)學與哲學(人文社會醫(yī)學版),2011,32(02):13-15+30.
[3] 蔡太生.淺談生命科學的發(fā)展對人類生活的影響[J].生物學通報,2007(02):28-30.
關鍵詞:生物學 實驗教學 技能培養(yǎng)
生命科學是實驗性科學,生命科學研究及其應用的技術和手段是推動理論研究及相關產業(yè)形成發(fā)展的動力;同時,隨著我國高校的大規(guī)模擴張,培養(yǎng)學生技術創(chuàng)新能力,拓展學生的就業(yè)面,直接服務于國民經濟建設也已成為當前高校的重要任務之一。因此,我院實驗教學體系與教學內容隨著生命科學發(fā)展及社會需求進行了改革,創(chuàng)造生命科學本科生技能平臺,強化學生的實驗與實踐技能,使畢業(yè)生既能在科研機構或高等學校從事科學研究或教學工作,也能在工業(yè)、醫(yī)藥、食品、農、林、牧、漁、環(huán)保、園林等行業(yè)的企業(yè)、事業(yè)和行政管理部門從事與生物科學及技術有關的應用研究、技術開發(fā)、生產管理和行政管理等工作。以適應飛速發(fā)展的生命科學與生物產業(yè)的需要。
生命科學本科生技能平臺建設一直是我院本科教學中的重點之一。1978年學院成立了獨立建制的生物學教學實驗室;1996年,學院被批準建設“國家生物科學理科基礎研究和教學人才培養(yǎng)基地”,同時建設生物學國家理科基地實驗教學中心,2004年被遴選為江蘇省生物學實驗教學示范中心。
在生命科學本科生技能平臺建設中,我們重點進行了下列幾方面的改革與實踐:
1 明確實驗教學定位,創(chuàng)新實驗教學理念。生命科學發(fā)展是依賴研究方法、技術和手段的創(chuàng)新,因此生物學實驗教學中人才培養(yǎng)的理念應體現(xiàn)四個觀念:
發(fā)展觀:所培養(yǎng)的人才具有可持續(xù)發(fā)展觀,掌握生命科學前沿技術;
整合觀:能夠整合并靈活運用生命科學研究方法和各種資源;
科學觀:所培養(yǎng)的人才具備嚴謹求實的科學精神:
創(chuàng)新觀:培養(yǎng)的人才富有原創(chuàng)性思維,為在科學研究、生產實踐和社會建設中做出創(chuàng)新性的成果發(fā)揮作用。
2 注重生物學實驗教學分層分類與系統(tǒng)性的結合,構建實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學體系。
2.1
以“口徑寬、基礎厚、能力強”為人才培養(yǎng)目標,注重整個課程體系中實驗教學內容的整合,積極把最新科研成果轉化為實驗項目,按基礎型實驗、提高型實驗(綜合性、設計性、應用性實驗等)、研究創(chuàng)新型實驗設計實驗內容,以培養(yǎng)和提高學生的實驗能力。按基礎實驗、拓展實驗、開放實驗、科研訓練和專業(yè)實習構建實驗教學體系,綜合性實驗占總實驗的20%,設計性實驗占總實驗的10%,創(chuàng)新性實驗占總實驗的10%。使生物學實驗教學體系形成基礎性實驗、綜合性專業(yè)訓練、研究創(chuàng)新性實踐三個層次。其中第1個層次主要是系統(tǒng)學習從宏觀到微觀的生物學知識,第2、3個層次重點是培養(yǎng)學生的實踐能力和研究能力。
2.2 充分發(fā)揮南京師范大學生物學實驗教學中心空間的巨大優(yōu)勢。統(tǒng)一布局基礎實驗室、專業(yè)實驗室、拓展實驗室、大型設備實驗室及博物館,加快創(chuàng)新實驗室、模擬車間工廠和校內實踐基地建設,在學院教師科研實驗室中遴選培育可持續(xù)性發(fā)展的大學生科研訓練的基地。開展低年級學生與高年級學生組合、本院學生與校內外學生聯(lián)合等形式的科技創(chuàng)新實踐團隊建設,獲得高水平的訓練成果。
2.3 建設大學生創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力訓練實驗室:現(xiàn)代生物科學研究技術實驗室和生物技術制品研發(fā)與產業(yè)化過程模擬訓練實驗室。
現(xiàn)代生物科學研究技術實驗室:依托學科優(yōu)勢,從分子水平、細胞水平及系統(tǒng)生物學層次,構建生物化學與分子生物學技術、細胞生物學與遺傳學技術、生物多樣性與生態(tài)學技術、生物信息學等訓練平臺,開展研究性教學,開設設計性、綜合性實驗。開展SRT研究、畢業(yè)論文及大學生創(chuàng)業(yè)競賽,學生自主選題與教師指導相結合,重在訓練學生獨立思考、查閱文獻、自主設計實驗的能力。在逐步學習和掌握實驗技術、驗證科學假設的同時,完成課題。將研究性學習、綜合能力培養(yǎng)、科學研究成果及轉化等產學研一體化理念寓于實驗教學,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。
生物技術制品研發(fā)與產業(yè)化過程模擬訓練實驗室:建設生物發(fā)酵工程及其下游技術體系、生物活性成分提取、分離與純化技術體系、生物功能分子功能評價技術體系與生物制品技術體系四個專業(yè)體系;與上述四大體系配套的生物工程下游技術、生物藥學綜合大實驗二門實驗教學課程體系。開展本科學生生物工程與生物制品相關的研究開發(fā)的初步訓練和畢業(yè)實踐,掌握基本的實驗方法,培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力,為國家培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)人才,為地方經濟服務。
3 實驗教學與科研、工程和社會應用實踐結合。開放實驗和科研訓練為廣大師生創(chuàng)造科研條件,促進學生科研水平和能力的提高,學生根據(jù)自己的科研興趣在導師指導下申報科研訓練項目,在良好的實驗條件下取得了豐碩的科研成果。借助教師科學研究的基礎,積極開展大學生創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)計劃策劃與競賽,獲得第五屆“挑戰(zhàn)杯”江蘇省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽的特等獎。
積極安排有針對性的專業(yè)實習,建設實習基地,使學生直接投入到疾病監(jiān)控與預防、環(huán)境監(jiān)控與保護、生物資源調查和收集、生物資源開發(fā)、生物茶品的工業(yè)化生產等實際工作。
多渠道、多方位開展社會實踐活動,開創(chuàng)性地開展主題為科技興農、環(huán)保宣傳、水質調查、生物夏令營和衛(wèi)生咨詢等社會實踐活動,服務地方的各項建設,取得了優(yōu)異成績。
強化動植物野外實習對全面訓練與提高學生綜合素質的重要作用。圍繞實習基地區(qū)域及生物多樣性的特點,通過立項的形式,開展有針對性的科研實踐活動,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力,促進學生知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展,增強學生的創(chuàng)新意識。2008年和2009年都設立天目山野外綜合實習科研訓練計劃項目。
4 注重實驗教學的改革與創(chuàng)新的研究。實驗教學,關鍵是讓學生能夠獨立操作動手,是教技能、教方法,大學提供的就是良好的設備條件和技術服務,從菜種理想要求來看,生命科學的實驗技能方法應是了解和掌握得愈多愈好,愈能開拓思路,愈能技高膽大有創(chuàng)新意識,有創(chuàng)造作為。為進一步推進我院本科教學創(chuàng)新,提高教學質量,強化績效,鼓勵廣大教師注重教學工作,積極投身教學研究與改革,實施《國家理科基地高等教育教學研究與改革項目基金計劃》。
我們鼓勵廣大教師、實驗技術人員積極爭取實驗教學研究立項,鼓勵自編教材,獎勵實驗教學研究成果,讓生物實驗教學培養(yǎng)出更多能動手干事、有扎實專業(yè)技術本領的優(yōu)秀人才來。資助實驗教學教師和實驗技術人員參加各類的實驗
教學研究與改革學習,通過本科的實驗教學,努力改變學生不僅僅會“看”,更多是會“做”。強調技能培訓,堅持技能考核過關,嚴格規(guī)范的進行專業(yè)實驗技能學習,讓學生能真正牢固的掌握專業(yè)技術本領,為今后的學習研究和工作打下扎實的基礎。結合學院的學科優(yōu)勢和以往的實驗教學特色項目從2000年起自編使用了八本實驗講義:“植物學實驗”、“植物生理學實驗”、“動物學實驗”、“動物生理學實驗”、“微生物學實驗”、“細胞生物學實驗”、“遺傳學實驗”和“生化下游技術實驗”,收到了良好的教學效果。其中,“植物生物學實驗”教材已出版,“動物生理學實驗”還被南京醫(yī)科大學采用,已使用了四屆,受到好評。
設立實驗內容完善、更新與創(chuàng)新研究基金,不斷改革更新實驗教學內容,提高技能培訓的份量,強調實際動手能力的提高和實用方法技術的掌握,同時積極創(chuàng)造條件,跟進相應設備條件的改善和添置補充。
為了強化本科生科研素質和能力的培養(yǎng),強化績效,鼓勵教師積極開展大學生科研訓練計劃,取得顯著的科研訓練效果與成果,為此,生命科學學院實施國家生物學理科基地基礎人才培養(yǎng)創(chuàng)新能力訓練基金計劃。資助教師承擔大學生科研訓練項目與競賽項目、大學生科研訓練。
5 實驗教學方法與手段信息化,實行準入制與開放式。完善生物學實驗教學中心的實驗教學與管理網絡平臺。利用blackboard平臺,全面實行實驗教學網絡化,開發(fā)生命科學實驗的系列多媒體教學軟件和網絡視頻課程,推廣虛擬、仿真等實驗技術手段,輔助生物科學實驗教學,實現(xiàn)生命科學實驗的遠程教學?,F(xiàn)在的實驗教學中心有了完善的教學資源和信息平臺,它是我們倡導的實驗教學要“精講多練”的重要前提。擁有生物互動顯微鏡室,每門實驗課程都建有基于“畢博平臺”的網絡課件,學生可以方便地在網上瀏覽實驗多媒體課件,可以在網上預習,與老師交流等。學生在做實驗前,必須通過預習考核,方可進入實驗室。因此,每位學生做實驗都是“有備而來”,所以教師只需講解要點、難點,讓學生有更多的時間動手操作。生物學實驗教學中心網站集實驗中心管理、實驗教學、中心新聞、實驗教學論壇、設備管理、學生預習、學生選課等功能于一身。
實驗教學中心是校院兩級管理、相對獨立運作的開放性實體,實驗教學實行準入制與開放式運行:①生物學基礎實驗教學實行預習準入制,學生在線完成教學內容預習和測試、獲得合格后,進入實驗室進行開放性操作,允許在一定時間范圍內完成。②拓展性實驗和學生SRT項目,實施全開放。
6 注重實驗教學中心實驗教學保障體系建設。硬件保障:生物學實驗教學中心專用建筑面積達7200m2。中心下設儀器臺套件數(shù)充足的生物學基礎實驗室和專業(yè)實驗室、設備先進及精密的創(chuàng)新性實驗室和大型設備實驗室、資源豐富及實踐性強的博物館、生物工程中試車間及校內動、植物學實踐基地。截至目前,實驗儀器已超過2000臺(套),資產超過2500萬元,設備完好率100%,設備利用率100%。為開展研究性實驗教學、開放性實驗教學提供了保證。
經過多年的建設,南京師范大學生物學實驗教學中心已經擁有一支教學梯隊整齊、年齡與職稱結構合理、學術背景多樣、研究領域開闊、教學與實踐經驗互補的實驗教學團隊。參與實驗教學的教師隊伍中,現(xiàn)有教授15人、副教授12人、高級實驗師4人、講師和實驗師3人、助教7人。博士學位獲得者20人、碩士學位獲得者12人。平均年齡不到40歲,以中青年教師為主體的師資配備,年齡梯隊呈現(xiàn)出良好的發(fā)展?jié)摿?。分別來自于中國科學院、南京大學、南京農業(yè)大學、中國藥科大學、南京師范大學等院校以及多位從國外留學回國的高層次人才,涉及生物學、農學、醫(yī)學、藥學、海洋、化學、食品、工程、環(huán)境科學、生態(tài)學等學科,具有良好的學緣結構,具有多學科交叉、互補的優(yōu)勢。
中心建制:生物學實驗教學中心實行校院兩級管理、相對獨立的實體運作,工作任務相對獨立,所有實驗課程獨立設課,承擔生科院內外的全部實驗教學任務,在生科學院教學委員會和實驗教學中心管理委員會指導下,開展實驗教學課程體系、實驗內容、實驗教學方法的改革與研究,進行教學實驗室的建設與管理。
人事制度:設立實驗教學關鍵崗、高職崗位,建立人性化、激勵先進、職稱及進修深造有發(fā)展空間的人事制度,穩(wěn)定了實驗教學隊伍。
7 發(fā)揮南京師范大學師范教育特色,推進中小學實驗教學。南京師范大學生命科學學院是江蘇省中學生物教師培養(yǎng)基地,是中學教師生命科學理論更新和現(xiàn)代生物學教師技能培訓的基地,承擔國家中學生物學教學課程標準制定、教育與實驗的編寫及主辦《中學生物學》雜志,每年承擔江蘇省中學骨干教師培訓的實驗教學任務。
8 利用南京師范大學生物學教學中心資源優(yōu)勢,發(fā)揮輻射作用。目前,生物學實驗教學示范中心開設的實驗課程數(shù)為12門,實驗項目數(shù)144個。每年承擔6個專業(yè)類(逾千名本科生)186000實驗人時數(shù)的實驗教學任務。2004年,生物學實驗教學中心被江蘇省教育廳遴選為首批面向南京仙林大學城的基礎課共享共建實驗室,是省校院三級共建項目,接受南京醫(yī)科大學、南京中醫(yī)藥大學、常熟理工學院和南京曉莊學院等院校本科生來本中心進行實驗課程學習,接受了省內外幾十家高校的參觀學習,已成為共享的生物學實驗教學基地。
參考文獻
生物工程技術也稱生物工程,它是在分子生物學基礎上建立的、為創(chuàng)建新的生物類型或新生物機能的實用技術,是現(xiàn)代生物科學和工程技術相結合的產物。具體而言,生物工程技術包括轉基因植物、動物生物工程技術、農作物的分子育種技術、納米生物工程技術、重要疾病的生物治療等;基因操作技術包括人類功能基因組研究、重要動植物功能基因組研究等;生物信息技術包括生物信息的獲取與開發(fā)、加工與利用,以及結構基因組和蛋白質組學研究、藥物篩選、小分子藥物設計等;創(chuàng)新藥物和產業(yè)化開發(fā)上,將重點建立完善的藥物篩選體系、研制重要藥物品種、實驗室建設、藥物制劑技術等。生物工程技術有五個方面的特征:
1.大科學工程研究方式的出現(xiàn)。20世紀八十年代中期開始的基因組的研究,使得生物工程技術的研究從作坊式轉而進入了大科學的運作方式。基因組研究以人類基因組為代表,其研究對象是一個非常復雜的系統(tǒng),要在整體上破譯遺傳信息,不可能用以前零敲碎打的方式,而是采用了其他學科的一些運作方式,包括大規(guī)模、高通量、信息化的工業(yè)運作方式。由于人類基因組計劃對產業(yè)的巨大帶動作用,引起實業(yè)界濃厚的投資興趣,投資量逐年遞增。
2.精細分析和廣闊綜合的統(tǒng)一。生物工程技術在分子、細胞、組織、器官、整體乃至群體的多層次、全方位研究,以及生物工程技術與數(shù)學、物理學、化學、信息科學的前所未有的整合,使得很多生命系統(tǒng)復雜問題的解決出現(xiàn)了可能。
3.科學進步和技術革命互為因果。生物工程技術的每一次突破,都與技術革命相關,科學與技術之間的界限也是越來越模糊了。
4.基礎與應用的結合。生物工程技術與醫(yī)學、農學有著不可分割的聯(lián)系,是這些應用學科的基礎,也能從應用學科中獲取基礎研究的源頭活水。很多重大社會需求的問題會構成揭示自然規(guī)律的一些重大科學工程的出發(fā)點,如對艾滋病、腫瘤、人口控制、抗病蟲植物等方面的研究。
5.產業(yè)化的速度大大加快。各種生物工程技術的發(fā)展,使得生物工程技術基礎研究到實現(xiàn)產業(yè)化的距離較之以往大大縮短。
二、生物工程技術的應用
生物工程技術作為21世紀高新技術的核心,對人類解決面臨的食物、資源、健康、環(huán)境等重大問題將發(fā)揮越來越大的作用。大力發(fā)展生物工程技術及其產業(yè)已成為世界各國經濟發(fā)展的戰(zhàn)略重點。近十幾年是世界生物工程技術迅速發(fā)展時期,無論在基礎研究方面還是在應用開發(fā)方面,都取得了令人矚目的成就,生物工程技術的研究成果越來越廣泛地應用于農業(yè)、醫(yī)藥、輕工食品、海洋開發(fā)及環(huán)境保護等多個領域。生物工程技術將是21世紀的主導技術之一,甚至可能引發(fā)一次新的工業(yè)革命,對人類社會的生產、生活各方面必將產生全面而深刻的影響。
1.農業(yè)生物工程技術。近幾年來,國際農業(yè)生物工程技術發(fā)展之快,對農業(yè)產業(yè)結構的改善和產量增加的作用之大,已引起世界各國政府和科學家的高度重視。農業(yè)生物工程技術領域中研究最活躍的是應用轉基因技術,將目的基因導入動植物體內,對家畜、家禽及農作物進行品種改良,從而獲得高產、優(yōu)質、抗病蟲害的轉基因動植物新品種,達到充分提高資源利用效率、降低生產成本的目的。
2.海洋生物工程技術。海洋生物學與生物工程技術相結合,產生了海洋生物工程技術這一新的領域。海洋生物工程技術作為加速開發(fā)利用海洋生物資源、改良海洋生物品種、提高海產養(yǎng)殖業(yè)產量和質量、獲取有特殊藥用和保健價值的生物活性物質的新途徑,越來越受到人們的重視,許多國家已將海洋生物工程技術作為21世紀發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。
3.輕工、食品生物工程技術。輕工、食品行業(yè)是生物工程技術應用的重要領域之一,主要體現(xiàn)在以下三個方面:一是利用生物工程技術進行農副原料加工直接制成商品,如發(fā)酵制品、釀造等產品;二是以生物工程技術產品為基礎,進行二次開發(fā)形成的新產業(yè),如低聚糖加酶洗滌劑、高果糖漿等;三是以生物工程技術為手段對傳統(tǒng)工藝進行改造,從而降低消耗、提高產品質量。
4.醫(yī)藥生物工程技術。醫(yī)藥生物工程技術是生物工程技術研究開發(fā)的熱點,近十多年來一些發(fā)達國家投放大量的人財物力研究和開發(fā)醫(yī)藥領域的生物工程技術,已取得新的進展,其中基因治療技術和新型生物藥劑方面的開發(fā)應用最為廣泛。5.其他生物工程技術。隨著世界生物工程技術的迅速發(fā)展,生物工程技術除廣泛應用于農業(yè)、海洋、食品、醫(yī)藥等領域外,在其他諸如環(huán)境保護、石油化工等領域也開展了大量的研究工作。
三、生物工程技術產業(yè)發(fā)展趨勢
[關鍵詞]地方本科院校 生物工程 專業(yè)綜合改革
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2015)03-0139-03
懷化學院生物工程專業(yè)是湖南省普通高等學?!笆濉睂I(yè)綜合改革試點項目專業(yè),如何開展生物工程專業(yè)綜合改革,主動適應國家戰(zhàn)略和地方經濟社會發(fā)展需求,推動地方本科院校專業(yè)改革與發(fā)展,更好地發(fā)揮項目建設在教學改革深入、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構建、教學特色和人才培養(yǎng)水平提高上的引領、示范、輻射作用?筆者圍繞專業(yè)綜合改革的建設目標、建設內容、教學管理等進行探索和實踐。
一、專業(yè)綜合改革的建設目標
生物工程專業(yè)建設的總體目標是以服務地方經濟社會發(fā)展為導向,以應用型人才培養(yǎng)為目標,教學改革為核心,能力培養(yǎng)為重點,師資隊伍建設為根本,教學條件改善為基礎,依托現(xiàn)有學科平臺,通過調整專業(yè)建設思路,改革人才培養(yǎng)模式,培養(yǎng)學生融“知識、能力、素質”三位一體產學研合作育人模式,為地方經濟建設培養(yǎng)生物工程合格人才,努力將本專業(yè)建設成為省內一流,國內有影響的特色鮮明、人才培養(yǎng)質量高、社會聲譽好的品牌專業(yè)。
二、專業(yè)綜合改革實施內容
(一)適應經濟社會發(fā)展對人才的需求,構建科學的應用型人才培養(yǎng)模式
為適應行業(yè)競爭日益激烈、社會對應用型人才高素質能力的需求,我們積極轉變辦學理念,堅持“實基礎、強能力、高素質、接地氣”應用型人才的培養(yǎng)定位,立足學生以適應社會就業(yè)為導向,確立多樣化的專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和培育途徑,經過幾年的探索,構建以專業(yè)能力培養(yǎng)為主的3個“三位一體”生物工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式。[1]
1.構建融“知識、能力、素質”為一體的人才培養(yǎng)規(guī)格
滿足人才培養(yǎng)的行業(yè)和社會需求,圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標,構建融“知識、能力、素質”于生物工程專業(yè)“三位一體”的應用型人才培養(yǎng)規(guī)格,即:由基礎平臺知識、生物學基礎知識、生物工程專業(yè)知識、專業(yè)能力發(fā)展知識構成的知識體系;由價值判斷能力、交流溝通能力、身心調適能力、信息處理能力、數(shù)理、生物學、工程學等自然科學知識運用能力,生物工程與技術領域從事生產、管理、設計和新技術、新產品開發(fā)等專業(yè)綜合能力,能獨立進行生物技術產業(yè)化項目可行性論證、生物工程上游技術研究、生物工程工藝和設備設計、生物制品分離純化工藝和設備設計、生產工藝運行管理與監(jiān)察、生物制品質量監(jiān)控等專業(yè)發(fā)展能力構成的能力體系;以及由思想道德素質、人文素質、業(yè)務素質、身心素質、工程素質和科研素質等構成的素質體系。以期使學生成為知識結構完善、專業(yè)技術過硬、能力突出、素質優(yōu)良的應用型人才。
2.構建融“公共能力、專業(yè)能力、發(fā)展能力”為一體的人才培養(yǎng)課程體系
遵循“實基礎、強能力、高素質、接地氣”的辦學定位,構建公共能力培養(yǎng)課程、專業(yè)能力培養(yǎng)課程、發(fā)展能力培養(yǎng)課程的3個專業(yè)課程模塊,即:以培養(yǎng)學生價值判斷能力、交流溝通能力、身心調適能力、信息處理能力的公共能力模塊課程;自然科學基礎能力、生物學基礎能力、生物工程工藝研發(fā)能力、生物工程設計與咨詢能力的專業(yè)能力模塊課程;以及發(fā)酵食品生產技術必修能力、植物資源利用必修能力、新型發(fā)酵技術選修能力和生物過程監(jiān)控與產品營銷選修能力的“2+1”模塊課程。其中公共能力培養(yǎng)課程學時占34.8%,專業(yè)能力培養(yǎng)課程學時占47.7%,發(fā)展能力培養(yǎng)課程學時占17.5%,實驗實訓和綜合實踐學分占總學分的43.39%。這樣形成了實基礎、重實踐,培養(yǎng)知識、能力和素質協(xié)調發(fā)展的高素質人才培養(yǎng)課程體系。
3.構建融“課堂教學、實驗實訓、校園文化活動”為一體的人才培養(yǎng)途徑
為了提高學生的綜合素質,提升地方本科院校生物工程專業(yè)學生的市場適應力,以校系文化活動為載體,構建融“課堂教學、實驗實訓、校園文化活動”為一體的生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)途徑,協(xié)調發(fā)展學生的知識、能力和素質,幫助學生提高具有職業(yè)導向性的專業(yè)能力素質,實現(xiàn)自我發(fā)展,更好地適應人才多樣化的市場需求。如,校園文化活動以課程的形式體現(xiàn)在人才培養(yǎng)計劃中,生物工程校園文化活動課程占總學時數(shù)的13%,公共能力培養(yǎng)模塊開設有價值判斷能力素質拓展、交流溝通能力素質拓展、身心調適能力素質拓展、信息處理能力素質拓展等活動項目;專業(yè)能力培養(yǎng)模塊開設“特色酸奶工藝設計”、“啤酒生產工藝設計”等課程;專業(yè)能力設置“生物科學節(jié)”、“食品文化節(jié)”等系級文化特色活動課程。為了讓學生及早與社會、企業(yè)聯(lián)系,提高學生的專業(yè)興趣和社會適應能力,構建了專業(yè)及社會實踐教學體系。
此外,積極探索與企業(yè)、行業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)學研產用應用型人才模式,采取學校與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)的形式,充分發(fā)揮校企雙方優(yōu)勢,促進學研產用有機結合。我們與懷化正大公司、正好公司建立校企聯(lián)合培養(yǎng)的“正大班”、“正好班”,校企雙方每年召開兩次校企合作人才培養(yǎng)研討會(現(xiàn)場或網絡形式),共同研討相關專業(yè)培養(yǎng)計劃與方案,探討產學研合作項目和方式。學生在完成正常教學計劃之外,根據(jù)企業(yè)對人才的需求,每學期進入企業(yè)進行社會實踐短期訓練,探索培養(yǎng)與企業(yè)相適應的學研產用應用型技術人才。
(二)引聘與培養(yǎng),專兼與合作,打造一支較高水平師資隊伍
圍繞學科發(fā)展和應用型人才培養(yǎng)的要求,采取積極有效措施,引進重點大學、科研院所的高學歷、高層次人才以及教學名師;重視中青年骨干教師的培養(yǎng),制訂并實施“傳幫帶”教師培養(yǎng)計劃,鼓勵青年教師攻讀學位或進修,有計劃、分步驟安排教師到企業(yè)生產一線掛職鍛煉,有針對性地開展專業(yè)技能訓練,技術開發(fā)、技術應用推廣等合作研究,培育具有工程背景的“雙師、雙能型”教師;同時聘請國內外著名高校、科學院所、企業(yè)的專家,知名企業(yè)家做講座和客座教授,形成一支結構合理、數(shù)量充足、工程化背景明顯、團隊合作精神強、專兼結合的高水平教師隊伍,為專業(yè)建設發(fā)展提供良好的師資保障。
(三)推進課程改革與教學資源建設,全面提升教育教學效果
立足地方植物資源優(yōu)勢,突出地方本科院校特色,以省級、校級重點建設學科為龍頭,充分發(fā)揮學科平臺、學科團隊優(yōu)勢特色,構建“植物成分利用”相關特色課程群為生物工程專業(yè)發(fā)展能力模塊,突出地方院校的專業(yè)特色,提升核心競爭實力和人才質量。以省、校級精品課程建設為重點,突出以專業(yè)能力培養(yǎng)為中心,優(yōu)化課程結構,改革教學內容,圍繞學生知識體系、素質結構、能力結構的形成編制課程提綱,培養(yǎng)專業(yè)知識扎實、工程實踐能力突出,具有創(chuàng)新思維能力的高素質應用型人才。加強系部網站、學科專業(yè)網站、精品課程網站建設,開設“學習園地”、“前沿資訊”、“教學科研”、“交流論壇”等欄目,搭建師生互動網絡平臺,幫忙學生了解生命科學前沿,及時解答學生專業(yè)課程學習、科學研究、考研就業(yè)等相關問題,傾聽學生的建議與意見,為促進生物工程專業(yè)教學質量和教學水平整體提高提供通暢的網絡平臺,全面提升教育教學效果。
(四)構建獨立實踐教學體系,突出實踐教學,提升學生實踐創(chuàng)新能力
為提高學生實踐動手能力、科研創(chuàng)新能力、適應社會能力,在實踐教學實施過程中,把培養(yǎng)學生實踐能力、科研創(chuàng)新能力、適應社會能力的各個環(huán)節(jié)作為一個整體,構建了“3+3”(3層次實驗+3個結合)的實驗教學模式,即3個實驗教學層次(基礎型實驗、綜合設計型實驗、研究創(chuàng)新型實驗)和3個結合(基本操作訓練和綜合應用訓練相結合、實驗課與學生科研訓練相結合、實驗課與實驗中心開放相結合),形成了由實驗課50%,課外活動30%(包括企業(yè)見習、校外考察、專業(yè)實習、課外活動小組),科技活動20%(包括學生參與教師科研項目、自行設計實驗項目)組成的學生實踐和創(chuàng)新科研能力培養(yǎng)的新模式。同時,為了讓學生及早與社會、企業(yè)掛鉤,構建了分年級、循序漸進的專業(yè)見習,專業(yè)社會實踐調研,生物產品設計,工廠畢業(yè)實習的生物工程專業(yè)社會實踐教學體系,讓學生實現(xiàn)對企業(yè)從感性認知到理性提升的跨越,大大增強了學生的專業(yè)興趣。
以培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)造性、激發(fā)學生的潛能、發(fā)展和完善學生的個性為核心,設立 “懷化學院大學生科技創(chuàng)新基金”和“生命科學系大學生科技創(chuàng)新基金”,創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制。以主動參與、協(xié)同合作、自主發(fā)展為特征,以做課題、查文獻、做實驗、寫論文、作報告等活動為途徑,培養(yǎng)學生“五會”、“四知”、“三懂”、“兩能”、“一有”,即會識圖表,會擬摘要,會擬關鍵詞,會閱讀專業(yè)文獻,會鑒定生物種類;知道找尋課題,知道查找資料,知道制訂研究路線,知道設計研究方法;懂得獲得研究器材途徑,懂得記錄整理研究資料,懂得交流研究信息;能按計劃開展研究工作,能撰寫專業(yè)論文或報告;有解決生物工程領域生產實踐中關鍵技術問題的綜合能力。此外,按照學科劃分“實驗室”的布局,建立學生基礎實驗室、學科實驗室、創(chuàng)新平臺一體化分布格局,通過開設大量綜合性設計性實驗,實施以研究型為主線的“課上-課下-社會實踐應用”相互滲透的開放式研究型實驗教學模式,讓學生從低年級開始接受科研訓練,促進學生創(chuàng)新能力的提高。[2]
(五)深化教學方法與考試改革,全面提高人才培養(yǎng)質量
加強教學內容和教學方法改革,夯實學生的專業(yè)基礎知識。對專業(yè)能力模塊理論課程推行學習性教學,讓學生掌握基礎知識,實行過程考核,即小考制度,小考的次數(shù)按每門課程的學分來計算(一學分一次小考),督促學生學習;實驗課程教學在學生掌握實驗原理、實驗方法的基礎上,強調規(guī)范操作儀器設備,突出培養(yǎng)學生的動手能力等。專業(yè)發(fā)展能力模塊課程的理論課程采取案例化、專題化教學方法,實驗課程采用項目化教學,突出教學內容的實用性。
積極探討課程考試方式改革,全面綜合評價學生。理論課實行過程考核,面試與筆試相結合,設立3-5人組成的課程考核小組,綜合評價學生的學習??己顺煽冇扇龎K組成:平時考核50%,面試30%,期末考試20%。實驗課采取多元實驗成績考核方法,考核成績由平時考核占60%-70%(實驗習慣10%、實驗操作40%、實驗結果10%、實驗報告10%),期末實驗操作和理論考試占20%,設計創(chuàng)新性實驗占10%-20%,建立“平時成績記分簿”,把學生的實驗習慣納入實驗考核范疇,制定了學生實驗行為18條規(guī)定,違反一條扣0.5-3分,累計扣除10分后,取消該門實驗成績,并要求重修。學生在反饋意見中,都感謝“實驗室”對學生實驗習慣的培養(yǎng),使學生終身受益。
三、深化教學管理改革,形成特色鮮明的教學管理模式
(一)常規(guī)教學管理出“特”
將“三查四考勤三評”改為“三查四考勤三評二督二通報”的特色教學常規(guī)管理。“三查”:查早晚自習、查課堂、查教師教學;“四考勤”:系值班領導、教務干事或學生輔導員、任課老師或班主任、班干部的四級考勤;“三評”:教學指導委員會、教研室、學生對教師的課堂評價;“二督”:值班領導對課堂直接督導、教研室對老師教學環(huán)節(jié)督導;“二通報”:學生一天一通報、教師一周一通報。這樣有效促進了良好學風和教風的形成。
(二)專業(yè)技能標準從“實”
根據(jù)生物工程專業(yè)特點和人才培養(yǎng)的要求,以生物工程教研室為首,連同實驗室與系部共同制訂了生物工程專業(yè)的實驗技能標準,對學生的實驗技能進行嚴格要求,系統(tǒng)規(guī)范,并在三年級第二學期舉行專業(yè)技能大賽和專業(yè)技能過關測試,提高了學生實驗操作技能,營造了良好的實驗教學氛圍。
(三)教學質量保證體系推“新”
我們制定了生命科學系各級各類人員的崗位職責、管理條例,形成了自己完善的教學質量監(jiān)控體系。一是教學檢查制度:由系主任組織教研室主任、實驗室主任定期開展教學檢查,全面了解教學情況;二是教學督導制度:聘請教學經驗豐富的教師組成教學督導組,不定期到課堂聽課,了解師生的教學情況;三是系領導聽課制度:不定期檢查教師的授課情況;四是學生信息員制度:及時了解和反映學生對教學工作的意見和建議;五是學生評教制度:促進教師改進教學工作,提高教學水平;六是青年教師教學質量優(yōu)秀獎評選制度;七是畢業(yè)生跟蹤調查制度:了解用人單位對畢業(yè)生的評價以及社會對人才培養(yǎng)的意見與建議,為改革人才培養(yǎng)模式提供依據(jù)。
四、結束語
專業(yè)綜合改革是高等學校進一步優(yōu)化高校專業(yè)設置,提升專業(yè)建設水平、提高人才培養(yǎng)質量以及專業(yè)特色的重要手段。[3]懷化學院生物工程專業(yè)綜合改革,堅持以服務地方經濟社會發(fā)展為導向,以應用型人才培養(yǎng)為目標,教學改革為核心,能力培養(yǎng)為重點,師資隊伍建設為根本,教學管理規(guī)范為保障,培養(yǎng)專業(yè)基礎扎實、工程實踐能力和創(chuàng)新能力較強、適應地方經濟社會發(fā)展需求的高素質應用型工程技術人才。專業(yè)綜合改革是時展的需要,是高等教育規(guī)律的使然,只有更進一步轉變教育觀念,明確目標,自覺探索和實踐,才能為相關專業(yè)的建設和發(fā)展起到引領、示范作用,為國家和地方建設培養(yǎng)合格人才。
[ 注 釋 ]
[1] 胡興,劉勝貴,皮建輝,等.以能力為主的“三位一體”生物工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式研究[J].懷化學院學報,2013(5):85-87.
2010年3月,教育部發(fā)出了關于征求本科專業(yè)目錄修訂工作意見和建議的通知,在2011年《普通高等學校本科專業(yè)目錄(修訂一稿)》中,生物科學類專業(yè)在原有生物科學專業(yè)、生物技術專業(yè)的基礎上又增加了生物信息學專業(yè)和生態(tài)學專業(yè),生物工程類專業(yè)在原有生物工程專業(yè)的基礎上又增加了生物醫(yī)藥專業(yè),以適應我國經濟社會發(fā)展和高等教育改革發(fā)展的需要,具有前瞻性,有利于提高人才培養(yǎng)質量,有利于優(yōu)化學科專業(yè)結構。生物技術專業(yè)是生物學領域一個新興的本科專業(yè),1998年正式列入教育部專業(yè)目錄。該專業(yè)的設立旨在適應我國生物學應用研究型人才培養(yǎng)的需要,以服務我國新興生物技術產業(yè)快速發(fā)展的需求。教育部1998年頒布的《普通高等學校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》中指出,生物技術專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具備生物科學的基本理論和較系統(tǒng)的生物技術基本理論、基本知識和基本技能,能在農、林、牧、漁、環(huán)保、園林、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的企業(yè)、事業(yè)和行政管理部門從事與生物技術有關的應用研究、技術開發(fā)、生產管理等工作的專門人才。生物技術專業(yè)開設的主要課程有微生物學、生物化學、細胞生物學、遺傳學、分子生物學、細胞工程、基因工程、微生物工程、生化工程、發(fā)酵工程設備、生物工程下游技術等,還有實驗課和必要的生產實習等實踐教學環(huán)節(jié)。
生物技術專業(yè)教育和建設的共識
回顧我國生物技術教育短暫的歷史,可以得到一些生物技術教育發(fā)展規(guī)律和生物技術專業(yè)建設的共識與啟迪。生物技術教育的發(fā)展是國家產業(yè)結構調整對人才需求與時俱進的結果生物技術產業(yè)作為一個正在崛起的主導性產業(yè),已成為產業(yè)結構調整的戰(zhàn)略重點和新的經濟增長點,最終將成為我國趕超世界發(fā)達國家生產力水平、實現(xiàn)后發(fā)優(yōu)勢和跨越式發(fā)展最有前途、最有希望的領域。經過一系列戰(zhàn)略部署和努力,探索了適合我國國情的人才引進、培養(yǎng)和使用機制,我國生物技術人才培養(yǎng)工作取得了長足發(fā)展,培養(yǎng)了一批優(yōu)秀人才,吸引了一批海外尖端人才,已形成一支初具規(guī)模的生物技術人才隊伍,并在一定程度上提高了我國生物技術領域科研創(chuàng)新能力,生物技術人才培養(yǎng)工作呈現(xiàn)良好局面。但是,也必須清醒地認識到,我國生物技術人才發(fā)展的總體水平與世界先進水平相比還有明顯差距,在支撐我國生物技術科技與產業(yè)發(fā)展方面還有許多不相適應的地方。因此,我國發(fā)展生物技術科技與產業(yè)需要一支數(shù)量足、素質高的人才隊伍,對生物技術人才的培養(yǎng)應當適度超前,以確保人才源頭供給,也要注意規(guī)模適度,切忌供過于求。充分認識生物技術專業(yè)的實踐性特點生物技術專業(yè)是以理為主、以工為輔、理工復合型辦學專業(yè),培養(yǎng)應用研究型人才,人才培養(yǎng)目標與規(guī)格具有突出的實踐性特點,并與生物技術產業(yè)的發(fā)展密不可分,學生不僅要掌握扎實的生物學基礎理論和基本知識,還應接受嚴格的生物技術基本技能與研發(fā)能力的訓練。這就要求高校必須有充足的經費投入、完備的教學儀器設備、規(guī)范的生產實習基地、完善的實驗課和實踐教學環(huán)節(jié)等。師資隊伍是保證教育質量的關鍵高質量的生物技術教育必須依賴于高素質的師資隊伍,生物技術專業(yè)培養(yǎng)目標的實現(xiàn)、課程的開設、生產實習的指導關鍵在教師。目前的當務之急是要提高教師的業(yè)務素質和教學水平,特別是提高教師的創(chuàng)新能力,實踐能力以及生產經驗和應用研究、技術開發(fā)、生產管理的能力。進一步豐富教育資源、完善課程體系、更新教學內容生物技術專業(yè)辦學經驗積淀較少,而且在一定意義上又是“高消費”辦學專業(yè),因此進一步豐富教育資源、完善課程體系、更新教育內容,是適應辦學規(guī)模日漸擴大,提高和確保教育教學質量,促進生物技術教育健康發(fā)展的重要方面。
地方高師院校生物技術專業(yè)建設存在的主要問題
根據(jù)生物技術專業(yè)當前的發(fā)展速度與招生規(guī)模以及許多學?,F(xiàn)有的辦學條件,對該專業(yè)教育的影響因素大致有如下幾個值得重視的問題。專業(yè)的學科定位和培養(yǎng)目標有待進一步規(guī)范在許多地方高師院校,生物科學專業(yè)是傳統(tǒng)的師范專業(yè),在該基礎上,又開設了生物技術專業(yè)甚至生物工程專業(yè)。在這3個專業(yè)中,特別是生物技術與生物科學專業(yè)之間,在培養(yǎng)方案、課程體系、教學實踐環(huán)節(jié)等方面大同小異(多數(shù)學校課程差異不足10%),專業(yè)定位不準,課程體系缺乏特色,生產實習等實踐環(huán)節(jié)難以落實或質量難以保證,真正實現(xiàn)生物技術專業(yè)培養(yǎng)應用研究型人才的培養(yǎng)目標還有一定難度。與生物技術專業(yè)相關的應用型師資力量薄弱地方高師院校的生命科學學院或生物系教師中,絕大多數(shù)甚至全部都畢業(yè)于與生命科學相關的理科專業(yè),畢業(yè)于生物工程、發(fā)酵工程等工科專業(yè)的教師很少,應用技術和實踐能力較差。因此,微生物工程、生化工程、發(fā)酵工程設備、生物工程下游技術等生物技術專業(yè)的主干課程和應用性強的選修課程以及實驗課、實踐教學環(huán)節(jié)等方面均缺乏優(yōu)秀的技術型、應用型師資,嚴重影響教學質量和學生實踐能力的培養(yǎng)。辦學規(guī)??焖倥蛎浗o原本緊張的教學資源帶來很大壓力生物技術專業(yè)從設置之初就受到社會的廣泛關注,辦學和招生規(guī)模迅速擴大,這在地方高師院校中尤其明顯。特別是新辦該專業(yè)的學校辦學積淀少,經費不足,設備匱乏,實習基地建設跟不上,實踐教學環(huán)節(jié)薄弱,教學質量問題比較突出。生物技術專業(yè)特色不明顯地方高師院校生物技術專業(yè)大多是在原有的生物科學專業(yè)基礎上設置的,又是非師范專業(yè),在高師院校的重視程度遠不如傳統(tǒng)的師范專業(yè),因此以上3個問題尤為突出。此外,課程體系千校一面,缺乏學校特色、學科特點和地域優(yōu)勢。所以,地方高師院校生物技術專業(yè)的特色培育已刻不容緩。專業(yè)特色培育的過程,也是不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)、提高教學質量的過程,因此,專業(yè)特色培育必須立足學校所在的區(qū)域,從而使其可以更好地為地方經濟社會發(fā)展服務。
突出學生學習能力、綜合實踐動手能力的評價,采用口試、答辯和解決實際問題等形式,考核評價學生的學習效果。鑒于實踐課程內容的復雜性、實踐時間的長期性,專業(yè)將過程考核應用于成績考核當中,不再以最終的成績確定學生的實踐動手能力,而將同學的準備情況、實踐態(tài)度、思考過程及難易度、實驗結果等都納入到實踐教學考核體系當中。學生既是被考核對象,又是考核監(jiān)督對象,提高了學生的參與熱情。
2專業(yè)核心技能提升訓練體系
2.1專業(yè)基本技能培訓體系結合專業(yè)人才培養(yǎng)方案,已制定實踐教學培訓計劃和專業(yè)技能基礎體系,以培養(yǎng)學生的專業(yè)基本技能。相關實踐教學課程包括:一是基礎技能:生物化學、分子生物學、微生物學、細胞生物學、基因工程、免疫學、化工原理等;二是生物工藝過程基本技能相關課程:工業(yè)發(fā)酵分析、淀粉分析與檢驗、變性淀粉、發(fā)酵工程、發(fā)酵設備等。
2.2科研訓練提升專業(yè)基本技能培訓體系塑造了學生最基本的專業(yè)技能,為提高專業(yè)技能,生物工程專業(yè)在實踐教學過程中制定了相應的“研究式”實踐教學模式,即將學生融入教師的相應課題研究中,利用課余時間,進行課題研究。
2.3社會實踐鍛造生物工業(yè)過程實習主要包括:酶工程實習、化工原理實習及生物工藝學實習。是生物工程專業(yè)實踐性教學中一個極其重要的環(huán)節(jié)。本實踐環(huán)節(jié)在前述實踐教學基礎上,通過構建學生自主實習、校內外雙導師制、廠校雙重考核等實踐教育模式,讓學生進入生物工程公司每一個操作工段。通過這一環(huán)節(jié)的實踐學習,讓學生更加深刻理解生物工程工藝流程,加深了對理論知識的理解與掌握,專業(yè)技能和素養(yǎng)在工業(yè)環(huán)境中得到進一步提升,同時提高了學生的工程意識和工程能力以及創(chuàng)新能力。
年僅36歲的黃方曾求學于瑞士巴塞爾大學,并在英國劍橋大學蛋白質工程中心進修與工作,在此期間他創(chuàng)造性地將單分子熒光共振能量轉移技術應用于蛋白質折疊的研究,取得重要研究成果,2008年6月被MRC(英國醫(yī)學研究委員會)蛋白質工程中心聘為研究科學家(永久性職位)。2009年,黃方回國加入中國石油大學(華東)生物工程與技術中心,領導海洋膜蛋白實驗室的工作,成為國內生物科學領域卓越的學科帶頭人。
黃方及其領導的實驗室以蛋白質研究為切入點,在生物醫(yī)學和生物能源兩大領域展開攻關。生物醫(yī)學方面?zhèn)戎氐鞍踪|折疊機理和膜蛋白功能的研究;生物能源方面主要從事生物制氫以及海洋微藻制生物柴油的研究。兩大領域皆為國際領先和熱門科研方向,一旦獲得突破,將對生命科學、節(jié)能減排產生重大影響。
生物醫(yī)學是當前生命科學研究的最大熱點之一,關系到疾病治療、壽命延長和人類對生命的探索,黃方所從事的蛋白質折疊是生命科學領域皇冠上的明珠,是分子生物學中心法則中尚未解決的重要問題。
上世紀五六十年代的研究已表明蛋白質的空間構型是由蛋白質序列決定的,但蛋白質的序列如何決定其構型,即蛋白質如何折疊仍然是世界難題。當前的研究已經發(fā)現(xiàn),蛋白質的錯誤折疊會導致許多疾病發(fā)生,如瘋牛病、老年癡呆癥、帕金森氏病以及許多癌癥,蛋白質折疊機理研究對許多疾病的治療將產生重要影響。
黃方能在如此尖端的科研領域有所建樹與他的教育經歷有關。本科與碩士在山東大學化學學院學習熒光技術,2000年留學巴塞爾大學轉向生物領域后,他的化學基礎得到了意想不到的應用――將具有超長熒光壽命的有機熒光探針和時間分辨熒光技術用于蛋白質折疊速率極限和多肽鏈柔軟性研究,前者是蛋白質折疊研究中一個至關重要的問題,后者可為蛋白的設計及蛋白藥物開發(fā)提供新的思路。學科交叉為黃方帶來了豐碩的研究成果。在劍橋期間,黃方將熒光共振能量轉移和單分子熒光技術引入蛋白質折疊課題,取得一系列突破。
在生物能源領域,目前國際上已有一些成果應用于商業(yè)化,但生物乙醇、生物柴油等新能源的獲取主要依賴陸地生物尤其是農作物,產生了與人爭糧的問題,而地球擁有巨大的海洋面積,如果能利用海洋生物提供能源,節(jié)能、減排和糧食問題都將得到極大緩解。