“老師，在實(shí)驗(yàn)室里我把發(fā)酵罐的參數(shù)控制得完美無(wú)缺，為什么到了工廠實(shí)習(xí)，連最基礎(chǔ)的菌種擴(kuò)培都頻頻出錯(cuò)？” 剛結(jié)束工廠實(shí)習(xí)的生物工程專業(yè)學(xué)生李陽(yáng)，將實(shí)驗(yàn)記錄本重重摔在桌上，通紅的眼眶里滿是困惑與不甘。指導(dǎo)教師王教授拿起記錄本，指著上面整齊的曲線數(shù)據(jù)，無(wú)奈地?fù)u頭：“實(shí)驗(yàn)室的‘完美’，是排除了千擾的理想狀態(tài)；而工廠的‘不完美’，才是生物制造的真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)?！?這場(chǎng)發(fā)生在教學(xué)樓走廊里的激烈爭(zhēng)吵，恰恰揭開了生物制造人才培養(yǎng)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工廠實(shí)習(xí)的核心差異 —— 前者是精準(zhǔn)可控的 “象牙塔訓(xùn)練”，后者是復(fù)雜多變的 “實(shí)戰(zhàn)演練”，二者雖同屬實(shí)踐教學(xué)體系，卻在培養(yǎng)目標(biāo)、操作場(chǎng)景、問題應(yīng)對(duì)等維度存在天壤之別。
從操作環(huán)境與規(guī)模來(lái)看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)如同 “微型盆景”，工廠實(shí)習(xí)則是 “生態(tài)園林”，二者的空間維度與變量控制差異顯著。在高校生物實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生接觸的多為 5 - 50 升的小型發(fā)酵罐，培養(yǎng)基以分析純?cè)噭┡渲?，溫度、pH 值、溶氧量等參數(shù)由精密儀器自動(dòng)調(diào)控，甚至連空氣都要經(jīng)過(guò)三重過(guò)濾。以某高校的 “青霉素模擬發(fā)酵實(shí)驗(yàn)” 為例，實(shí)驗(yàn)前教師會(huì)提前滅菌好培養(yǎng)基，學(xué)生只需按步驟接種菌種，設(shè)定好程序后，電腦屏幕上便會(huì)實(shí)時(shí)顯示穩(wěn)定的發(fā)酵曲線。整個(gè)過(guò)程如同 “按圖索驥”，干擾因素被降到最低，學(xué)生能清晰觀察到單一變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。而在工廠實(shí)習(xí)時(shí)，場(chǎng)景則發(fā)生了顛覆性變化。某生物制藥企業(yè)的青霉素生產(chǎn)車間里，發(fā)酵罐容積達(dá) 50 立方米，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的 1000 倍。培養(yǎng)基不再是純度極高的試劑，而是以玉米漿、黃豆餅粉等工業(yè)原料配制，成分波動(dòng)較大；車間內(nèi)的溫度受外界環(huán)境影響，夏季需額外啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)；甚至空氣中的雜菌含量，都可能因通風(fēng)系統(tǒng)的微小故障而驟增。實(shí)習(xí)生張萌曾在記錄中寫道：“在實(shí)驗(yàn)室里，我能通過(guò)電腦精準(zhǔn)調(diào)節(jié)溶氧量至 20%，但在工廠，僅僅是管道壓力的微小波動(dòng)，就會(huì)讓溶氧量在 15% - 25% 之間劇烈跳動(dòng)，需要時(shí)刻手動(dòng)調(diào)整閥門，根本沒有‘穩(wěn)定期’可言?！?這種從 “微型” 到 “巨型”、從 “可控” 到 “復(fù)雜” 的環(huán)境轉(zhuǎn)變，正是實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工廠實(shí)習(xí)最直觀的差別。
在培養(yǎng)目標(biāo)與能力導(dǎo)向?qū)用?，?shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重 “原理驗(yàn)證與技能基礎(chǔ)”，工廠實(shí)習(xí)則聚焦 “工程思維與問題解決”，二者的能力培養(yǎng)維度截然不同。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心目標(biāo)，是讓學(xué)生理解生物制造的基本原理，掌握標(biāo)準(zhǔn)化操作技能。例如在 “酶固定化實(shí)驗(yàn)” 中，學(xué)生需要按照教材步驟，將纖維素酶固定在瓊脂糖載體上，測(cè)定固定化前后的酶活力與穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)清晰明確：酶活力回收率是否達(dá)到 80% 以上，固定化酶的重復(fù)使用次數(shù)是否超過(guò) 5 次。通過(guò)這類實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能熟練掌握移液、離心、比色等基礎(chǔ)操作，理解 “固定化可提高酶的穩(wěn)定性” 這一核心原理，但無(wú)需考慮 “如何降低固定化成本”“如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)化放大” 等工程問題。而工廠實(shí)習(xí)則要求學(xué)生跳出 “原理框架”，具備工程化思維。某生物乙醇生產(chǎn)企業(yè)曾安排實(shí)習(xí)生參與 “秸稈糖化工藝優(yōu)化” 項(xiàng)目，企業(yè)導(dǎo)師并未給出明確的實(shí)驗(yàn)方案，而是要求實(shí)習(xí)生結(jié)合車間實(shí)際生產(chǎn)情況，解決 “糖化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加” 的問題。實(shí)習(xí)生李偉發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室中使用的稀硫酸濃度為 1%，但在工廠大規(guī)模生產(chǎn)中，1% 的硫酸會(huì)對(duì)反應(yīng)釜造成嚴(yán)重腐蝕，需將濃度降至 0.5%，這就導(dǎo)致糖化效率下降。為解決這一矛盾，他查閱文獻(xiàn)后，嘗試在體系中添加微量的氯化鎂作為催化劑，經(jīng)過(guò)數(shù)十次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，最終在降低硫酸濃度的同時(shí)，將糖化時(shí)間從 8 小時(shí)縮短至 6 小時(shí)。這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅需要運(yùn)用酶催化的基本原理，更要綜合考慮設(shè)備腐蝕、成本控制、安全生產(chǎn)等工程因素，培養(yǎng)的是 “在限制條件下解決實(shí)際問題” 的核心能力。正如企業(yè)工程師所言：“實(shí)驗(yàn)室里的‘成功’，是在理想條件下的原理驗(yàn)證；工廠里的‘成功’，是在多重限制下的工程實(shí)現(xiàn)，二者的難度與思維方式完全不同?！?/div>
從問題應(yīng)對(duì)與風(fēng)險(xiǎn)處理角度分析，實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的是 “可預(yù)測(cè)的小故障”，工廠實(shí)習(xí)則需應(yīng)對(duì) “不可控的突發(fā)危機(jī)”，二者的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與處理邏輯相差甚遠(yuǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生遇到的問題多為可預(yù)判、易解決的小故障。例如在 “大腸桿菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)” 中，若發(fā)現(xiàn)菌液濃度未達(dá)到預(yù)期，大概率是接種量不足或培養(yǎng)溫度偏低，只需補(bǔ)加菌種或調(diào)整培養(yǎng)箱溫度即可解決，且故障僅影響單一實(shí)驗(yàn)樣品，不會(huì)造成重大損失。教師在實(shí)驗(yàn)前會(huì)提前告知常見問題及解決方案，學(xué)生只需 “對(duì)號(hào)入座” 進(jìn)行處理。但在工廠生產(chǎn)中，任何微小的問題都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，甚至導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)批次報(bào)廢。某氨基酸生產(chǎn)企業(yè)曾發(fā)生過(guò)一起 “溶氧驟降” 事故：凌晨 3 點(diǎn)，發(fā)酵車間的溶氧量突然從 20% 降至 5% 以下，若不及時(shí)處理，罐內(nèi)的谷氨酸棒狀桿菌會(huì)因缺氧而死亡，整個(gè)批次的損失將超過(guò) 100 萬(wàn)元。當(dāng)時(shí)值班的實(shí)習(xí)生陳悅，在企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下，迅速排查可能的原因：首先檢查空壓機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)壓力穩(wěn)定；接著查看空氣過(guò)濾器，發(fā)現(xiàn)濾芯因長(zhǎng)期未更換而堵塞，導(dǎo)致進(jìn)氣量不足。她立即協(xié)助工人更換濾芯，同時(shí)手動(dòng)開啟備用空壓機(jī)，經(jīng)過(guò) 20 分鐘的緊急處理，溶氧量終于恢復(fù)正常。事后陳悅回憶：“在實(shí)驗(yàn)室里，溶氧不足只需換個(gè)通氣泵，但在工廠，每一秒的延誤都可能造成巨大損失，需要在短時(shí)間內(nèi)快速排查多個(gè)環(huán)節(jié)，這種高壓下的應(yīng)急處理能力，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法模擬的?！?實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題，如同 “教科書式的習(xí)題”，有標(biāo)準(zhǔn)答案；而工廠實(shí)習(xí)中的危機(jī)，更像 “無(wú)劇本的突發(fā)事件”，需要靈活應(yīng)變，二者的風(fēng)險(xiǎn)處理邏輯有著本質(zhì)區(qū)別。
盡管實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工廠實(shí)習(xí)存在顯著差異，但二者并非對(duì)立關(guān)系，而是生物制造人才培養(yǎng)中相輔相成的兩個(gè)階段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的理論與技能基礎(chǔ)，如同為大廈筑牢地基；工廠實(shí)習(xí)則讓學(xué)生在真實(shí)的工程環(huán)境中錘煉能力，如同為大廈搭建框架。某生物制造企業(yè)人力資源總監(jiān)曾表示：“我們更愿意招聘那些既在實(shí)驗(yàn)室里做出過(guò)精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，又在工廠里處理過(guò)突發(fā)故障的畢業(yè)生 —— 他們既懂原理，又接地氣，能快速適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)奏?！?因此，高校在生物制造人才培養(yǎng)過(guò)程中，需進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工廠實(shí)習(xí)的銜接：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中適當(dāng)引入 “工程化問題”，例如讓學(xué)生設(shè)計(jì) “低成本的培養(yǎng)基配方”；在工廠實(shí)習(xí)前開展 “預(yù)實(shí)習(xí)培訓(xùn)”，幫助學(xué)生了解工業(yè)設(shè)備的基本原理。唯有如此，才能培養(yǎng)出既掌握扎實(shí)理論，又具備工程實(shí)踐能力的生物制造人才，為我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力。
