碩士研究生“生物分離工程”案例式課程教學(xué)的實(shí)踐與體會(huì)

劉俊果

（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050018）

案例式教學(xué)方式最早起源于二十世紀(jì)初的哈佛大學(xué)商學(xué)院，因其卓越的教學(xué)效果，在世界范圍內(nèi)廣受重視，應(yīng)用領(lǐng)域也由商科、管理學(xué)科等拓展到理工學(xué)科[1-3]。我國教育部“關(guān)于加強(qiáng)專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見”中也提到:案例教學(xué)是通過案例真實(shí)情境的再現(xiàn)，將課堂的理論知識(shí)與實(shí)踐工作有機(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題的分析與理解并加以解決的能力，從而真正掌握理論、形成觀點(diǎn)的教學(xué)方式[4]。

在“生物分離工程”課程教學(xué)領(lǐng)域，鞠鑫等[5]在面向本科生的“生物分離工程”課堂教學(xué)中選取了接近工業(yè)化應(yīng)用的大腸桿菌工業(yè)酶發(fā)酵、單克隆抗體生產(chǎn)和莽草酸植物提取等三個(gè)案例,以教師指導(dǎo)下分組討論的形式對(duì)問題的分析和解決進(jìn)行了模擬。邵玲莉等[6]在面向高職高專學(xué)生的“生物分離技術(shù)”教學(xué)中引入典型案例,使理論與實(shí)踐相結(jié)合。實(shí)踐表明,案例教學(xué)法在高職“生物分離技術(shù)”課程中的應(yīng)用,有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,取得了較好的學(xué)習(xí)效果。目前文獻(xiàn)中未發(fā)現(xiàn)有面向研究生階段“生物分離工程”課程案例教學(xué)的相關(guān)研究報(bào)道。

而面向發(fā)酵工程、生物工程、生物化工及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)碩士研究生開設(shè)的“生物分離工程進(jìn)展”，是一門重要的工科專業(yè)學(xué)位課，課程本身強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，因此在該課程的教學(xué)研究及實(shí)施過程中，撰寫適合研究生教學(xué)使用的案例，探索教學(xué)案例的有效使用方法，將大大促進(jìn)對(duì)發(fā)酵工程、生物工程專業(yè)碩士研究生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。作者在該領(lǐng)域進(jìn)行了一定的探索與嘗試，現(xiàn)予總結(jié)，供同仁參考。

1 教學(xué)案例的來源類型以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)

工程類研究生課程教學(xué)，最重要的是讓學(xué)生加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解，拓展理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，了解行業(yè)的最新進(jìn)展，初步獲得對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)各種復(fù)雜技術(shù)問題的分析判斷能力?；诖四康模砉た频慕虒W(xué)案例應(yīng)該如何選??？來源有哪些？根據(jù)教學(xué)案例的來源不同，有以下幾種途徑。

1.1 工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐

根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)撰寫教學(xué)案例，優(yōu)點(diǎn)是貼近生產(chǎn)實(shí)際，除了可以討論學(xué)習(xí)各種基礎(chǔ)理論外，還可以介紹生產(chǎn)過程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并就此展開討論；缺點(diǎn)是案例涉及的產(chǎn)品不夠新，對(duì)學(xué)生的吸引力不夠。因?yàn)樾庐a(chǎn)品的生產(chǎn)工藝一般屬于商業(yè)機(jī)密，任課教師即便知道也不便于公開談?wù)摗?/p>

1.2 應(yīng)用基礎(chǔ)研究、小試及中試規(guī)模的科研實(shí)踐

根據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究、小試及中試規(guī)模的科研實(shí)踐撰寫教學(xué)案例，優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)的最新進(jìn)展對(duì)教學(xué)案例進(jìn)行更新，使教學(xué)內(nèi)容與科技的發(fā)展同步；同時(shí)這種案例的撰寫往往和作者本人的業(yè)務(wù)經(jīng)歷密切相關(guān)，在借由案例討論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論、拓展應(yīng)用的同時(shí)，可以滲透談?wù)劷處煴救藢?duì)于科研與技術(shù)開發(fā)的體會(huì)，同時(shí)也是對(duì)教師、專業(yè)、學(xué)校的宣傳過程。

1.3 五年以內(nèi)公開發(fā)表的中英文期刊論文、專利

根據(jù)公開發(fā)表的中英文期刊論文、專利撰寫教學(xué)案例，并以論文專利的原始文檔作為教學(xué)材料，優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：①可以根據(jù)科學(xué)研究的最新進(jìn)展對(duì)教學(xué)案例進(jìn)行更新，使教學(xué)內(nèi)容與科技的發(fā)展同步更新；②在借由案例討論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論、拓展應(yīng)用的同時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生注意思考論文及專利的結(jié)構(gòu)與寫法，二者之間的區(qū)別與聯(lián)系等等，提高學(xué)生科技寫作的能力；③在討論學(xué)習(xí)論文專利類型的案例時(shí)，常常會(huì)有與作者不一致的觀點(diǎn)或者認(rèn)為原作者的試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)及分析可能有不妥之處，可以引導(dǎo)學(xué)生與原作者聯(lián)系，進(jìn)行更廣泛的交流，學(xué)生借此往往可以增加自信或者認(rèn)識(shí)到自己的缺陷與不足；④采用英文論文，還可以鍛煉學(xué)生的專業(yè)文獻(xiàn)閱讀能力。這種教學(xué)案例的缺點(diǎn)是與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際有一點(diǎn)距離。

1.4 五年以內(nèi)的碩士和博士中英文學(xué)位論文

與期刊論文相比，根據(jù)學(xué)位論文撰寫案例，并以學(xué)位論文的原始文檔作為教學(xué)材料，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：①由于學(xué)位論文的篇幅一般都很長，對(duì)方法和設(shè)備都有很詳細(xì)的介紹，同時(shí)有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)相關(guān)的背景知識(shí)，可以展開更深入的分析與討論，討論的信息點(diǎn)也較多，教學(xué)過程中可以有針對(duì)性地進(jìn)行取舍；②可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)位論文的結(jié)構(gòu)與寫法，為將來撰寫學(xué)位論文做鋪墊。期刊論文來源的案例擁有的第①②③項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，學(xué)位論文來源的案例也都具有。

2 案例編寫的基本原則以及注意事項(xiàng)

（1）涉及的產(chǎn)品品種要比較新，要能夠和學(xué)生的生活、興趣關(guān)聯(lián)在一起，吸引學(xué)生的興趣。本作者案例教學(xué)過程中涉及到的案例品種，比如重組促紅細(xì)胞生成素（EPO）可以從某著名運(yùn)動(dòng)員因?yàn)镋PO被取消金牌談起引起學(xué)生興趣，輔酶CoQ10可以從化妝品、中老年保健角度進(jìn)行介紹，吸引學(xué)生注意?？傊捎酶鞣N能想到的策略讓學(xué)生感興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

（2）編寫過程中要考慮學(xué)生知識(shí)背景的差異性，對(duì)于案例中沒有寫出來的相關(guān)背景知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)要列出具體可靠的參考文獻(xiàn)，便于學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況查閱相關(guān)背景知識(shí)。研究生招生經(jīng)常出現(xiàn)跨專業(yè)，即便是本專業(yè)的學(xué)生，也因?qū)W校、畢業(yè)時(shí)間、工作經(jīng)歷的不同，造成學(xué)生的知識(shí)背景存在很大的差異性。針對(duì)相關(guān)背景知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)，給出具體可靠的參考文獻(xiàn)，便于不同背景的學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行查閱學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過程個(gè)性化，因人而異，也是案例式教學(xué)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（3）注意難度的控制。根據(jù)維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，案例教學(xué)的難度也應(yīng)控制在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，為學(xué)生提供帶有適當(dāng)難度的內(nèi)容，便于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個(gè)發(fā)展區(qū)的發(fā)展。如果案例教學(xué)的難度超過了最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生可能會(huì)覺得難度太大而出現(xiàn)厭學(xué)、棄學(xué)現(xiàn)象。

（4）要考慮學(xué)生能力的差異，也就是說，案例撰寫中多為基本內(nèi)容，適合于大多數(shù)學(xué)生；同時(shí)也提供一些難度較大的拓展性內(nèi)容，適合能力高一點(diǎn)的學(xué)生。

（5）針對(duì)特定的案例，設(shè)計(jì)分析思路以及配套的思考問題。這些思考問題直接反映教學(xué)目標(biāo)。問題要具體，要學(xué)生經(jīng)過思考判斷才能得到結(jié)論，同時(shí)要注意問題要具有可延展性，便于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入而全面的思考，這樣教學(xué)過程從一個(gè)生動(dòng)形象具體的案例切入，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本領(lǐng)域共性問題進(jìn)行思考，從而達(dá)到以點(diǎn)帶面的教學(xué)效果。以“重組人促紅細(xì)胞生成素的分離純化”為例，所設(shè)計(jì)的分析思路如下：

配套給出的討論問題如下：

①在灌流培養(yǎng)液中，本例中DEAE Sepharose Fast Flow色譜的上樣條件和洗脫條件是什么？設(shè)計(jì)上樣及洗脫條件的基本原則有哪些？

②DEAEsepharoses色譜填料的結(jié)構(gòu)是什么？適合于吸附哪一類物質(zhì)？適合于去除哪些雜質(zhì)？

③DEAE上樣體積流速是60mL/min,線速度是多少？如果采用內(nèi)徑為1m的柱子，體積流速應(yīng)該選多少？

④20mmol/L和150mmol/L的氯化鈉溶液分別用于洗脫雜質(zhì)和EPO，機(jī)理是什么？20mmol/L洗脫的是哪一類雜質(zhì)？鹽溶液濃度的變化對(duì)于離子交換和疏水性相互作用分別產(chǎn)生什么影響？

⑤凝膠色譜的技術(shù)特點(diǎn)及其在蛋白質(zhì)EPO純化中的作用？

⑥反相色譜的上樣及洗脫條件分別是什么？反相色譜與疏水性相互作用色譜在原理、顆粒結(jié)構(gòu)及應(yīng)用幾方面有哪些異同？

⑦反相色譜操作中，上樣后，先用水洗脫，后用20%、60%乙醇溶液洗脫，道理何在？乙醇濃度對(duì)疏水性相互作用的影響是什么？

⑧蛋白質(zhì)料液的脫鹽技術(shù)手段有哪些?本例中選擇凝膠過濾色譜、填料SepharoseG25，其優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？

⑨本案例學(xué)習(xí)過程中的感想、體會(huì)與建議有哪些？

（6）案例教學(xué)過程結(jié)束之后，要求學(xué)生針對(duì)老師列出的思考問題進(jìn)行回顧總結(jié)，撰寫討論報(bào)告，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)個(gè)人感興趣或者有疑問（而教師沒有列出）的問題進(jìn)行總結(jié)，并給予加分。撰寫討論報(bào)告，是學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)新知識(shí)的一個(gè)回顧總結(jié)的過程，是將知識(shí)體系化、邏輯化、結(jié)構(gòu)化的過程，而知識(shí)的體系化、邏輯化、結(jié)構(gòu)化是知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化的重要前提。撰寫討論報(bào)告，有助于培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)本領(lǐng)域復(fù)雜現(xiàn)象和問題時(shí)，具有分析和解決問題的能力。

3 關(guān)于案例教學(xué)過程中幾個(gè)細(xì)節(jié)問題的思考

（1）討論過程中，有些學(xué)生會(huì)覺得在手機(jī)或者電腦上查一查，也有助于搞明白相關(guān)問題。本著有教無類、殊途同歸的原則，在達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的前提下教學(xué)手段可以根據(jù)實(shí)際情況靈活掌握。所以建議討論過程中允許學(xué)生使用各種電子產(chǎn)品查閱相關(guān)教學(xué)信息。

（2）討論結(jié)束后，小組代表總結(jié)與教師總結(jié)相結(jié)合。小組代表總結(jié)有利于鍛煉學(xué)生在公開場合的語言表達(dá)能力，但是由于專業(yè)經(jīng)歷和知識(shí)背景的欠缺，對(duì)問題的認(rèn)識(shí)往往不夠深刻。在此情況下，由任課教師進(jìn)行總結(jié)、深入以及拓展，彌補(bǔ)學(xué)生發(fā)言的不足；同時(shí)由于學(xué)生就該問題已經(jīng)看過案例說明書，也討論過，意識(shí)到了哪些地方不懂，所以此時(shí)教師講解，學(xué)生會(huì)聚精會(huì)神地聽。

4 結(jié)論

案例式教學(xué)有助于加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，顯著提高學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)能力的培養(yǎng)。課程組成員在面向研究生的“生物分離工程”案例式課程教學(xué)領(lǐng)域做了積極的探索與嘗試，本文對(duì)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)進(jìn)行了總結(jié)，內(nèi)容包括教學(xué)案例的幾種來源以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)、案例編寫的基本原則以及注意事項(xiàng)以及關(guān)于案例教學(xué)過程中幾個(gè)細(xì)節(jié)問題的討論三個(gè)方面。

對(duì)本課程學(xué)生的教學(xué)效果調(diào)查表明，案例式教學(xué)的特點(diǎn)：①促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的缺陷與不足，進(jìn)而加強(qiáng)課下自學(xué)，提高專業(yè)興趣和對(duì)本課程的興趣；②討論后教師的點(diǎn)評(píng)和講解給學(xué)生留下的印象更加深刻；③多年的應(yīng)試教育養(yǎng)成喜歡聽講、喜歡答題，而不喜歡自主思考、分析及判斷的習(xí)慣，案例式教學(xué)恰恰起到鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)、思考及判斷，去培養(yǎng)解決問題的方法與思路；④案例式教學(xué)受到學(xué)生們的歡迎。