應(yīng)用型本科《酶工程》課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

肖連冬，李慧星，李杰，程爽

(南陽(yáng)理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，河南南陽(yáng)473004)

酶工程是生物工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課，是酶學(xué)、微生物學(xué)的基本原理與工程學(xué)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的交叉性學(xué)科。該課程涉及大量的基礎(chǔ)理論，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，需要面對(duì)復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題和工程問(wèn)題(如酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì))，課程內(nèi)容十分龐雜，不易掌握［1］。因此，授課老師如何從該課程的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合生物工程專業(yè)發(fā)展方向和應(yīng)用型本科培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化課程體系，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，顯得尤為重要。筆者結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，對(duì)如何優(yōu)化酶工程教學(xué)體系，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進(jìn)行了初步探索。

1 合理選擇、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，注重教學(xué)過(guò)程中的內(nèi)容取向

1.1 教學(xué)內(nèi)容要結(jié)合本校專業(yè)發(fā)展方向和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展

應(yīng)用型本科是為社會(huì)提供具有一定技能性和創(chuàng)新精神的工業(yè)、工程等領(lǐng)域應(yīng)用型技術(shù)人才［2］，因此，酶工程講授內(nèi)容首先要結(jié)合本校專業(yè)發(fā)展方向和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，面向工業(yè)，面向應(yīng)用。在具體教學(xué)過(guò)程中，合理優(yōu)化內(nèi)容結(jié)構(gòu)，突出自身的辦學(xué)特點(diǎn)和專業(yè)發(fā)展方向，才能凸顯自己的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，提高辦學(xué)質(zhì)量，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)［3］。我校生物工程專業(yè)是培養(yǎng)應(yīng)用型生物工程專業(yè)技術(shù)人才，主要服務(wù)于南陽(yáng)及其周邊地區(qū)區(qū)域性經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，主要專業(yè)方向?yàn)楣I(yè)發(fā)酵，包括酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)、燃料乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)、抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)及黃原膠的發(fā)酵生產(chǎn)，是南陽(yáng)的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，這些產(chǎn)品涉及到酶的生產(chǎn)及酶在其他發(fā)酵工業(yè)上的應(yīng)用問(wèn)題。為此，首先將與“生物工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)”有關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，如酶的生產(chǎn)及提取純化、酶的修飾、酶固定化及其應(yīng)用、酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及操作等作為酶工程教學(xué)主要敘述內(nèi)容，并結(jié)合與地方企業(yè)如河南天冠集團(tuán)、河南宛西制藥集團(tuán)合作項(xiàng)目的具體實(shí)踐，充分體現(xiàn)學(xué)有所用，讓學(xué)生看到所學(xué)課程的應(yīng)用發(fā)展前景。

1.2 教學(xué)內(nèi)容的安排應(yīng)突出工科專業(yè)特點(diǎn)，注重應(yīng)用型教學(xué)理念

作為工科專業(yè)，其教學(xué)內(nèi)容要突出工科特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育。因此，對(duì)酶工程教學(xué)內(nèi)容的酶學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)部分只作粗略的回顧總結(jié)，可根據(jù)需要適當(dāng)拓寬其知識(shí)面;重點(diǎn)突出酶工程相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用部分，包括酶的分子修飾(酶的化學(xué)修飾和酶的分子定向進(jìn)化)、酶的固定化技術(shù)、酶的非水相催化、酶反應(yīng)器等，指導(dǎo)酶工程技術(shù)如何應(yīng)用于實(shí)踐。其中酶反應(yīng)器是酶工程、化學(xué)工程和設(shè)備的結(jié)合體，更體現(xiàn)工程特色，在介紹酶反應(yīng)器類型及其基本原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)講述酶反應(yīng)器的選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算和操作應(yīng)用，并進(jìn)行一定程度的工程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際情況出發(fā)思考和解決問(wèn)題的能力;對(duì)于組合生物催化、抗體酶、模擬酶、印跡酶等新進(jìn)展內(nèi)容必須進(jìn)行介紹，以擴(kuò)展、完善酶工程內(nèi)容，但因尚無(wú)完整成熟的技術(shù)理論，不需占過(guò)多篇幅。這樣既突出了教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)理念，又保證了教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、完整性。

1.3 把握學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)充實(shí)新知識(shí)、新內(nèi)容

專業(yè)課的最大特點(diǎn)就是知識(shí)更新快，每年的授課內(nèi)容都有所變動(dòng)。盡管編寫了新教材，但酶工程發(fā)展日新月異，新發(fā)現(xiàn)、新理論、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，要求教師在備課時(shí)要查閱相關(guān)資料，及時(shí)獲取國(guó)內(nèi)外酶工程及其相關(guān)領(lǐng)域里的科研動(dòng)態(tài)和科研成果，充實(shí)課堂教學(xué)內(nèi)容，以確保教學(xué)內(nèi)容的前沿性，使學(xué)生了解酶工程的發(fā)展方向，同時(shí)也充實(shí)了教師自身的知識(shí)體系，為今后的教學(xué)和科研工作打下基礎(chǔ)。

2 改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生積極活躍的思維方式和探究能力

教學(xué)方法是師生之間傳授與學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容所運(yùn)用的方法，教授方法在教學(xué)中占重要的地位，教得好才能學(xué)得輕松、掌握的牢固，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣也是由好的教學(xué)方法帶動(dòng)下所產(chǎn)生。在酶工程教學(xué)中，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容采用了以下幾種教學(xué)方法，并通過(guò)不斷改革和實(shí)踐，取得了較好的效果。

2.1 通過(guò)提出問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生積極思維，在探究和解決問(wèn)題中完成知識(shí)的傳授

在課堂教學(xué)中，對(duì)每節(jié)課的內(nèi)容編排和設(shè)計(jì)非常重要。怎么開(kāi)場(chǎng)?如何深入?最后怎么解決?一步步吸引和引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生在期待、探知中獲取知識(shí)。上課開(kāi)始，先把與本節(jié)內(nèi)容關(guān)系緊密的知識(shí)作一簡(jiǎn)單回顧，在此基礎(chǔ)上引出問(wèn)題，此問(wèn)題一定是本節(jié)要解決的或與其直接相關(guān)的，開(kāi)啟學(xué)生對(duì)要講知識(shí)的應(yīng)對(duì)思維，抓住學(xué)生的好奇心和探究問(wèn)題的興趣，再通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析，逐步深入找出解決辦法(方法)。例如在講授《酶的分子修飾》時(shí)，先對(duì)酶的催化特性如高效性、專一性、反應(yīng)條件溫和等進(jìn)行回顧，然后提出，既然酶有如此優(yōu)良的催化特性，那么“為什么要對(duì)酶進(jìn)行分子修飾”呢?再引導(dǎo)學(xué)生去分析:目前使用的酶主要是蛋白質(zhì)類，而蛋白質(zhì)所具有的缺點(diǎn)(或弱點(diǎn))酶都存在，如穩(wěn)定性差、作用最適條件的限制、酶的主要?jiǎng)恿W(xué)性質(zhì)的不適應(yīng)以及它所具有的抗原性有可能引起的人體過(guò)敏反應(yīng)等。所以人們希望通過(guò)人工方法來(lái)改造酶，克服缺點(diǎn)，使其更適合不同行業(yè)的需要。怎么改造即如何修飾?指出其修飾途徑有二:一是從分子生物學(xué)水平進(jìn)行，即用基因工程方法對(duì)DNA分子進(jìn)行改造，以獲得化學(xué)結(jié)構(gòu)更合理的酶蛋白;二是對(duì)天然酶分子直接進(jìn)行改造。最后引出具體修飾方法。

2.2 引入實(shí)例，結(jié)合實(shí)際，把抽象內(nèi)容具體化

在教學(xué)中適時(shí)引入相關(guān)實(shí)例，不僅能將抽象、枯燥的知識(shí)變得具體、生動(dòng)，使學(xué)生容易理解接受，而且也使學(xué)生知道學(xué)以所用。例如講到酶的發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，就結(jié)合學(xué)生在天冠集團(tuán)實(shí)習(xí)時(shí)了解的糖化酶生產(chǎn)實(shí)例給學(xué)生講解，從產(chǎn)酶菌株的獲得、發(fā)酵方法及工藝條件的控制、提高酶產(chǎn)量措施到酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題，使介紹變得直觀、易懂;講到固定化酶時(shí)，結(jié)合發(fā)酵工業(yè)使用的酶?jìng)鞲衅髦圃旒皯?yīng)用、臨床上糖尿病患者測(cè)定血液或尿液中葡萄糖含量時(shí)所使用的酶試紙生產(chǎn)及原理進(jìn)行介紹，進(jìn)一步講解各種不同的固定化方法，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)理解和應(yīng)用分析能力。

2.3 利用課堂討論，活躍課堂氣氛，拓寬知識(shí)信息

教學(xué)中可選擇一些合適的內(nèi)容，由老師正面講解轉(zhuǎn)變成若干問(wèn)題提出，讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)共同討論。此方法要求首先由教師設(shè)計(jì)、提出問(wèn)題，以反問(wèn)、設(shè)問(wèn)形式把要求掌握的內(nèi)容在課前布置給學(xué)生，使學(xué)生有一定時(shí)間在課下閱讀教材、查閱資料、引發(fā)思考。然后，在課堂上學(xué)生利用已經(jīng)獲得的知識(shí)信息，在老師引導(dǎo)下進(jìn)行課堂討論。最后，老師對(duì)內(nèi)容進(jìn)行梳理總結(jié)。例如在介紹核酶、模擬酶、抗體酶等一些相關(guān)內(nèi)容時(shí)，就采用此教學(xué)方法，獲得了較好的教學(xué)效果，使學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)了查閱資料和分析問(wèn)題的能力。

2.4 培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性

在教學(xué)中，一些簡(jiǎn)單敘述性的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)，老師僅作簡(jiǎn)單的提示或布置課后作業(yè)來(lái)加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。該授課方法使學(xué)生逐步改變完全依賴教師獲取知識(shí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，逐漸養(yǎng)成從課堂外自主獲得知識(shí)的能力，這也是大學(xué)生在校期間必須培養(yǎng)起來(lái)的一種非常重要的學(xué)習(xí)技能。在自學(xué)過(guò)程中若學(xué)生有問(wèn)題，可隨時(shí)與老師交流、探討，開(kāi)拓視野，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

3 科學(xué)選擇教學(xué)手段，協(xié)助突破教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)，提高教學(xué)效果

3.1 采用多媒體教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

多媒體集文字、圖像、聲音于一體，直觀生動(dòng)的表述和豐富寬厚的信息量，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。例如，在講到酶反應(yīng)器一章時(shí)，用AutoCAD軟件繪制各種酶反應(yīng)器，其畫面直觀清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，減輕了教師的講解和復(fù)雜畫圖之勞，提高了教學(xué)效果。在課件制作中，一定要精心策劃和組織演示內(nèi)容，應(yīng)做到以下幾點(diǎn):①內(nèi)容主線清晰，層次分明，重點(diǎn)突出。對(duì)于每一章、節(jié)所講內(nèi)容首先以目錄形式展示給學(xué)生，指出要解決的重點(diǎn)和(或)難點(diǎn)，然后層層展開(kāi);②圖片、動(dòng)畫等資料的配置合理得當(dāng)。圖片和動(dòng)畫的形象、直觀性，能使教學(xué)內(nèi)容變得簡(jiǎn)單易懂，但配圖不能雜亂無(wú)章，要緊扣教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)插入動(dòng)畫或圖片，使課件動(dòng)靜結(jié)合、圖文并茂、互為補(bǔ)充;③精練純文本內(nèi)容，避免大篇幅綴文出現(xiàn)，這樣可強(qiáng)化主線，學(xué)生容易抓到學(xué)習(xí)重點(diǎn)。

3.2 適當(dāng)?shù)陌鍟v授，提升教學(xué)效果

現(xiàn)代化多媒體教學(xué)雖有很多優(yōu)勢(shì)，但并不能完全取代傳統(tǒng)的教學(xué)方式。我們?cè)诙嗝襟w教學(xué)中均結(jié)合適當(dāng)?shù)陌鍟?，讓學(xué)生更明確講述的內(nèi)容骨架，加深對(duì)所講內(nèi)容的記憶。板書還利于教師身體語(yǔ)言的表達(dá)，吸引學(xué)生注意力，增強(qiáng)師生互動(dòng)。在課堂上，需要與學(xué)生有眼神的“碰撞”，以了解學(xué)生的聽(tīng)課情緒和對(duì)知識(shí)的理解狀況，并對(duì)學(xué)生反饋回來(lái)的聽(tīng)課信息及時(shí)作出回應(yīng)，包括授課節(jié)奏調(diào)整、內(nèi)容闡述精略、授課方式轉(zhuǎn)換等，以提高學(xué)習(xí)效果。另外，適當(dāng)?shù)陌鍟€能給同學(xué)思考、記筆記的時(shí)間，及時(shí)消化課堂知識(shí)，利于課后復(fù)習(xí)與記憶。

總之，通過(guò)對(duì)酶工程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐，充分體現(xiàn)培養(yǎng)人材的目標(biāo)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到鍛煉和提高，為生物工程專業(yè)學(xué)生就業(yè)奠定了良好基礎(chǔ)。

［1］ 肖連冬，張彩瑩.酶工程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:11.

［2］ 劉曉保.“應(yīng)用型本科教育”辨析［J］.江西教育科研，2007，(1):38-40.

［3］ 羅世民.本科院校開(kāi)展應(yīng)用型本科教育的必要性［J］.中國(guó)成人教育，2006，(2):77-78.