理科高校酶工程課程建設與教學改革

張石柱　戴亦軍

摘要：酶工程是生物技術專業(yè)及相關專業(yè)的重要專業(yè)課之一。理科學生雖然具有較好的生物學基礎，但缺乏工程學知識基礎和實踐經(jīng)驗，因而對學習工程性較強的專業(yè)基礎課不適應，因而酶工程成為理科和綜合類高校學生較難學習和掌握的一門課程。本文針對理科生專業(yè)知識背景，探討了酶工程在教學內容、教學方法、實踐教學和考核形式等方面的改革措施及方案。

關鍵詞：酶工程；生物工程；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）32-0156-02

2009年5月國務院通過《促進生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》，將生物產(chǎn)業(yè)培育成為高技術領域支柱產(chǎn)業(yè)，把生物技術作為未來高技術產(chǎn)業(yè)迎頭趕上的重點。加強生物技術課程建設，提高課程教學質量，對培養(yǎng)高質量的生物技術人才尤為重要。作為現(xiàn)代生物技術專業(yè)的必修課酶工程是酶學和工程學相互滲透結合、發(fā)展而成為一門新的技術科學，是理論與實際應用的橋梁，要求學生既要有生物工程的基礎，又要有化學工程的相關知識。

2015年國內開設生物技術專業(yè)的高校已達375所，這些高校中很多是依托于生命科學設置了生物技術專業(yè)。與工科高校相比，學生雖然具有較好的生物學基礎，但缺乏工程學知識基礎和實踐經(jīng)驗，因而對學習工程性較強的專業(yè)基礎課不適應，因此酶工程成為理科和綜合類高校學生較難學習和掌握的一門課程。如何針對和結合理科類學生的特點，加強和提高酶工程課程教學質量，提高學生的工程學素養(yǎng)，對保障和提升生物技術專業(yè)的辦學水平有較為重要的作用和意義。筆者結合近年酶工程教學實踐，針對酶工程課程建設中存的一些問題，在教學內容與教學方法等進行了一些探索和改革。

一、合理安排教學內容

（一）優(yōu)化教材內容

1971年第一屆國際酶工程會議上正式命名酶工程。酶工程作為酶學的應用型學科，在46年的發(fā)展過程中，發(fā)行了多個版本的教材，大部分教材在內容上偏重于工科院校。理科類學生雖然有較好的生物學理論知識，但普遍缺乏生物化工和工程設計基礎，因而對學習工程性很強的專業(yè)基礎課不適應。因此，選取符合理科和師范院校學生使用的教材是酶工程課程教學改革的關鍵[1]。相比較而言，施巧琴主編，科學出版社出版的《酶工程》教材內容安排合理，層次分明，重點、難點突出，非常適合理科和師范院校學生使用。另外，郭勇主編，科學出版社出版的《酶工程》第4版教材在酶的非水相催化，酶反應器等內容安排上更適合酶工程課程的基礎教學。因此，可以將這兩種教材結合使用，提高教學效果。

（二）模塊化教學

為了在有限的課時內讓學生很好地理解、掌握酶工程的理論和技術，筆者根據(jù)酶工程的實踐和教學經(jīng)驗，將教材內容重新編排，形成了5大教學模塊。它們分別是：酶學基本知識（包括酶在水相中的結構與性質、酶反應動力學等和酶非水介質中酶的催化作用等），酶的發(fā)酵生產(chǎn)（包括產(chǎn)酶微生物的分離和選育和酶生物合成的調節(jié)等），酶的分離和純化，酶的修飾（包括酶的固定化、酶分子的化學修飾和酶的蛋白質工程）和酶的應用等。具體到每個模塊，根據(jù)實際情況，采用合適的教學形式和教學方法。

（三）補充最新研究進展

由于酶工程發(fā)展迅速，為開拓學生視野，豐富教學內容，任課教師要隨時注意學科發(fā)展，將最新的酶工程研究領域信息引入課堂教學。同時提供一些相關科研單位和院校是研究進展，為學生以后深造提供參考[2]。另外，在教學過程中介紹一些國內、國際著名的酶制劑公司的信息，如全球工業(yè)酶制劑和微生物制劑的主導企業(yè)丹麥的諾維信公司。

二、靈活運用多種教學方法

（一）豐富傳統(tǒng)講授法

講授式教學是常用的傳統(tǒng)教學方法，它雖然能系統(tǒng)全面地傳授知識，但是單純的講授法不能很好地激發(fā)學生自主學習的熱情[3]。為了提高教學質量，教師可以在傳統(tǒng)講授法的基礎上適量增加了提問式、討論式及答疑等新的教學方式，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學習的效率。例如，在講授酶的發(fā)酵生產(chǎn)時，對微生物的分離及培養(yǎng)等微生物學的相關內容不再做詳細講述，在講授中多以提問的形式與學生互動。又比如酶工程與前期開設的生物化學、基因工程、發(fā)酵工程等課程的相關章節(jié)有較大的重復性，因此可以就課程交叉點展開啟發(fā)式和討論式教學，突出學科的聯(lián)系性和側重點。

（二）充分利用多媒體技術

長時間的單一性教學手段容易引發(fā)學生疲勞。采用多媒體教學手段可以從圖形、色彩、視頻等多方面刺激學生的學習效率，強化學習效果。比如酶反應器部分，由于現(xiàn)場參觀各種酶反應器的條件有限，因此可以通過視頻、動畫等形式生物形象地展示多種酶反應器的外觀，原理和操作特點等。又比如酶的分離純化部分，可以通過原理動畫展示和實驗操作視頻等方式提高教學效率。但是要注意的是多媒體教學不能完全替代教師的作用，教師在教學中還要根據(jù)教學內容適當講解，增加互動。

（三）增加自主授課

加強學生作為教學中的主體，圍繞著酶工程最新進展將學生分成若干課題小組，每個小組負責酶工程發(fā)展前沿領域，如“酶的固定化”、“酶的非水相催化”、“酶分子的改造”和“新型酶反應器”。每個課題小組的學生通過查閱文獻、制作課件，課件講解等環(huán)節(jié)介紹相關知識。通過這樣的一系列環(huán)節(jié)不僅能加強學生對課程相關知識點深度與廣度的了解，而且能夠增強學生的團隊協(xié)作能力。

三、強化實踐教學

（一）增加現(xiàn)場教學

酶工程課程的建設不僅是讓學生更好地學習專業(yè)知識，更要培養(yǎng)社會需要的應用型人才。因此，安排學生進行實際操作訓練，不僅加深了對理論知識的理解，而且有利于培養(yǎng)動手能力。近幾年來，我校微生物學科建立了南京微生物工程技術研究中心和江蘇省資源微生物產(chǎn)業(yè)化工程技術研究中心，購置了雙向電泳，高效液相色譜，板框壓濾機，大容量高速冷凍離心機，真空冷凍干燥儀等設備，可開展酶的分離純化中試生產(chǎn)。我們將酶工程課程建設與工程中心建設銜接起來，進行現(xiàn)場講授，學生實際操作，加深學生對酶工程理論知識的理解。另外，通過實踐性教學建設，也能進一步豐富教師的工程經(jīng)驗，彌補師資力量的不足。

（二）鼓勵學生參加創(chuàng)新訓練小組

我校學生在大二期間有機會參加“大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃”，學校有專項經(jīng)費支持。通過酶工程的學習有更多學生參與到相關老師的科研項目以及畢業(yè)論文時愿意選擇與酶工程相關的研究課題。比如葡聚糖水解酶分離純化，幾丁質酶的克隆和表達，通過這些課題的訓練，學生在基礎知識的掌握，理論聯(lián)系實際以及分析問題和解決問題方面的能力有了很大提升。

四、改革考核方式

由于酶工程是一門理論與實踐緊密結合的課程，單純的閉卷考試模式（題型包括填空、選擇、問答、判斷、論述等）很難體現(xiàn)出學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。因此除了最后的期末考試評價方式外還應該注重過程性、多樣化考核和記分。成績采用百分制，具體核算及組成如下：出勤率（10%）、課堂參與度（10%）、小論文（2次）（10%）、自主授課（10%）、期中考試（10%—20%）、期終考試（50%—40%）。

總之，酶工程是一門理論與實際密切聯(lián)系的應用科學，開展適合專業(yè)背景的教學改革，將有助于學生深入掌握課程重點，讓學生真正認識酶工程在生物領域的重要作用，培養(yǎng)既懂理論又懂實踐的人才。

參考文獻：

[1]高啟禹，張文博，李小英，等.酶工程課程教學模式改革的探索與實踐[J].新鄉(xiāng)醫(yī)學院學報，2012，29（1）：77-78.

[2]唐乾.提高《酶工程》教學質量的幾點體會[J].教育教學論壇，2013，（14）：108-109.

[3]韓進，張宇燕，萬海同.酶工程課程教學模式的改革與探索[J].科技創(chuàng)新導報，2014，（23）：125-125.