孔維寶， 楊 紅， 曾家豫， 牛世全

(西北師范大學 生命科學學院， 蘭州 730070)

生物技術本科專業(yè)“酶工程”課程的教學實踐與思考

孔維寶， 楊 紅， 曾家豫， 牛世全

(西北師范大學 生命科學學院， 蘭州 730070)

“酶工程”課程是生物技術專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，在專業(yè)教學和構建學生的專業(yè)知識體系中具有重要作用。總結了在本科生物技術專業(yè)開設“酶工程”課程中的教學實踐和經驗，提出了一些教學改革建議和方法措施，旨在為提高本課程的教學質量和學習效果提供教學參考。

生物技術專業(yè)；酶工程；教學實踐；教學思考

生物技術、信息科學和材料科學被認為是當今世界的三大前沿科學技術。在21世紀，生物技術的作用將更加突顯。美國科學家預言，美國的第二個硅谷將會是正在興起的生物技術產業(yè)?；仡?0 世紀，生物科學與生物工程在全球崛起并迅速發(fā)展，已經從整體水平發(fā)展到細胞水平和分子水平，在基礎與應用研究領域取得了舉世矚目的成果。酶工程作為生物工程的重要組成部分，其作用之重要、研究成果之顯著已為世人所公認[1-2]。自20世紀50年代發(fā)明固定化酶技術以來，酶工程發(fā)展非常迅速，并成為與基因工程、細胞工程和微生物工程并駕齊驅的現(xiàn)代生物技術的重要組成部分。酶工程技術也在生產實踐中得到了廣泛而深入的應用?！睹腹こ獭纷鳛樯锛夹g與相關專業(yè)(如生物科學、生物工程、制藥工程和生物化工等)的主干必修課程，其教學質量和教學效果直接關系到學生專業(yè)知識水平的提高和專業(yè)思想的培養(yǎng)，在專業(yè)教學中占有相當重要的地位[3]。筆者將2000年以來在《酶工程》課程理論與實踐教學方面積累的一些教學體會和課程建設思考做一總結。

1 合理安排教學內容與教學進度

1.1 注重緒論部分的講解，激發(fā)學生的學習興趣

講授好第一章緒論部分的內容是吸引學生學習本課程注意力、激發(fā)學生學習興趣和動力的關鍵所在。在講授緒論部分時應從以下三方面著手，盡量培養(yǎng)和激發(fā)學生學習的積極性和主動性。一是要讓學生了解酶與酶工程的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，以及其中的一些重要歷史事件(例如酶本質的證實、核酶的發(fā)現(xiàn)、固定化酶技術的建立等)；二是要讓學生對本課程所講授的內容框架有個整體的了解；三是要根據生活實際(加酶洗衣粉、面包改良劑、酒類釀造等)、重大科學事件和重要科學人物(如與酶研究有關的諾貝爾獎獲得者)對學生進行課程興趣培養(yǎng)[4]。其中尤以第三點為主，盡量多引用學生感興趣的現(xiàn)實例子。

1.2 理清課程框架、銜接好各章節(jié)的講授順序

根據教材編者的專業(yè)背景、科研成果和出版年份的不同，不同教材的編排在章節(jié)目錄上各有優(yōu)缺點。在實際的課程講授當中，應根據酶工程學科本身的特點和學生先導基礎課程知識的積累，對教材內容做一梳理和編排，做好各章節(jié)講授內容的銜接工作[5]。例如，在完成緒論內容的講授之后，應根據酶學基礎知識、酶的生產、酶的改性和酶的應用等四編進行分塊處理，然后將相關的章節(jié)再分配到各編中。例如可將微生物發(fā)酵產酶、動植物細胞培養(yǎng)產酶和酶的分離純化章節(jié)的內容編排在酶的生產中，酶的分子修飾、酶的固定化和酶的非水相催化編進酶的改性。然后根據酶的生產、改性和應用的先后順序進行講授，以便使學生有一個清晰的課程學習思路。另外，還可以根據生物酶工程和化學酶工程兩大塊進行課程編排。

1.3 注意學科滲透，突出課程重點、難點

酶工程是一門綜合性的學科，包括生物化學、微生物學、細胞工程、化工原理、生物分離技術和生物反應器等不同學科的主要內容，在講授過程中要充分注意學科之間的相互滲透，把握好課程的重點和難點。例如，在酶學基礎知識的講解中應讓學生掌握酶的分類原則、酶反應的基本特性、酶促反應動力學、抑制動力學和測定酶活力的基本原理和方法，為后面章節(jié)的深入講解打好理論基礎。而對于后面章節(jié)中與微生物工程(微生物發(fā)酵產酶)、細胞工程(動植物細胞培養(yǎng)產酶)、生物分離工程(酶的分離純化)和生物反應器工程(酶反應器)課程交叉的內容，應與學生當前并行開設的有關課程的任課教師進行溝通和交流，以便能更好地把握本課程所講授的重點和難點內容。

1.4 結合學科前沿，做好研究新進展的及時更新

酶工程是一門發(fā)展較為迅速的學科，特別是在以“生物催化”為核心技術的工業(yè)生物技術不斷掀起新高潮的大好形勢之下，其新發(fā)現(xiàn)、新成果和新進展不斷涌現(xiàn)[6]。因此，講授好本課程還須要結合當前的學科前沿，及時補充更新授課內容，根據各章節(jié)知識的相關性講授一定課時量的前沿進展課外講座。例如，在講授完酶學基礎知識之后，可以附加有關“核酶、端粒酶”的研究進展；在進行酶的分子修飾改性內容的講授中可適當補充有關“酶的體外定向進化”方面所取得的新進展內容；在講授酶的非水相催化時，可適當補充講解“酶在離子液體中的催化特性”；此外還可以補充講述有關“組合生物催化技術”的新觀點。通過這種補充講授，可以大大拓寬學生的知識面、激發(fā)學生對新知識的求知欲望、加深對學科的理解。

2 改進教學方法，豐富教學手段

2.1 明確教學要求，注重學生綜合素質的培養(yǎng)

一般酶工程課程在大學三年級第一學期開設。這個階段學生已基本掌握了大學的學習方法，對生物技術專業(yè)也有了一個較為全面的認識，再加上酶工程課程的綜合交叉性特點，所以在講授過程中應明確教學要求，注重培養(yǎng)和提高學生的綜合能力和素質。例如，在教授的同時應設有適量的自學內容章節(jié)、課外閱讀相關教材、查閱有關酶與酶工程的中外文文獻、撰寫一般的文獻綜述報告、進行工廠見習等內容。作者在教學中根據課程內容的特點，在對基礎知識和重點章節(jié)進行講授的同時，將“酶的應用”一章作為學生小組自組織、集體自學、集體撰寫文獻綜述報告、展示講解幻燈片的綜合考核內容。這樣，一方面提高了學生學習的興趣和主動性，另一方面為學生提供了一個團隊協(xié)作、查閱文獻和展示自己的舞臺。

2.2 講授注重理論與實踐相結合

酶工程是一門工程應用類學科，有很強的應用實踐性。因此在講授理論課的過程中應注重與生產實踐相結合，多搜集實際生產生活中的實例，提高學生學習的興趣，培養(yǎng)學生工程化、產業(yè)化的專業(yè)思想。例如可將當前生物質產品行業(yè)中將酶(如蛋白酶、淀粉酶、青霉素?；傅?應用于酒類生產、食品生產、醫(yī)藥生產和大宗生物基產品生產的產業(yè)化實例實時地貫穿于整個課堂講授中。此外，還應積極收集有關工程化生產和應用酶的圖片和視頻材料作為輔助教學材料，以提高學生對酶工程學科和產業(yè)的認識[7]。

2.3 采用多媒體教學手段，提高課堂教學質量

與以往任何一種先進媒體的應用相比，多媒體技術的引入，使傳統(tǒng)的教育方式發(fā)生了更深刻的改革，教學質量和教學效率也有了顯著提高，其中最關鍵的因素是多媒體信息對教育有著巨大的促進作用。通過在本課程教學中利用多媒體教學手段，引用適當的圖片、視頻和動畫等輔助教學材料，可有以下三方面的收效：一是可以將抽象的內容和復雜的過程直觀化、動態(tài)化，便于學生理解。例如采用視頻和動畫材料可以使學生較為容易的理解酶促反應過程，酶生物合成中轉錄、反轉錄和翻譯的復雜過程。二是可以通過動畫視頻輔助教學材料，加深學生對重要技術原理的理解。例如通過動畫演示教學可以加深學生對凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析和凝膠電泳技術等重要的酶分離純化技術基本原理的理解。三是通過多媒體教學可以活躍課堂氣氛，提高學生接受新知識、新內容的主動性和積極性。但是，需要注意的是在多媒體教學中應避免大篇幅、高密度引用教材文字，內容講授和幻燈片放映過快等，防止學生產生視力和心理厭倦，不能及時做好課堂筆記等問題[8]。

2.4 注重考核方式的多樣化

在以往的教學中，往往以期中與期末考試成績或直接以期末考試成績作為學生對本課程學習程度的考核依據，由此造成了一刀切的弊端，不能從全方位來考查學生對知識的認知情況。為了能更準確全面地反映學生對本課程知識的學習和理解情況、注重學習過程、減輕學生因考試而產生過重的心理負擔、提高學習的積極性，作者采用了多樣化的考核方式，收到了較好的效果。例如在實際教學中采用了“平時表現(xiàn)(10%)+重點章節(jié)作業(yè)(20%)+文獻翻譯與分析(20%)+課堂講座(10%)+期末考試(40%)”的全方位考核方式。

3 加強實踐教學，提高學生綜合技能

3.1 不斷改進實驗教學內容

酶工程是一門實踐性很強的學科，因此開設好實驗課對于幫助學生理解理論知識、提高動手操作能力、培養(yǎng)實驗技能、開展創(chuàng)新性綜合實驗設計和研究都具有非常重要的促進和推動作用。在實踐性教學中應根據本學科的交叉性特點，在開設好本課程實驗教學課程的同時，應積極配合生物化學課程中有關酶學基礎、分子生物學中有關酶基因的提取和表達、高年級階段開設的生物技術與工程綜合實驗(生物工程中的上、中和下游技術綜合設計實驗)的有關實驗教學，不斷改進實驗課程教學方法、盡力完善實驗教學內容，使酶工程的理論與實踐教學有機結合。

3.2 注重參觀和生產實習

根據酶工程所具有的實踐性、應用性和綜合化等特點，在上好理論課和實驗課的同時應注重培養(yǎng)學生的工程化、產業(yè)化專業(yè)思想[9]。學校應積極創(chuàng)造良好的校企聯(lián)合環(huán)境，為理工科專業(yè)學生的有關課程參觀見習、專業(yè)實習建立平臺，使學生能在畢業(yè)之后盡早適應企業(yè)生產的要求。例如在講授完酶的分離純化、酶反應器和酶的應用等有關章節(jié)后，應積極組織學生進行參觀實習，能較為深入地認識和了解大生產線上的相關設備和操作技能，為學生今后的就業(yè)和上崗做好準備。

4 幾點建議與思考

4.1 精選教材

教材是教學資源的重要組成部分，是教學內容的主要載體。酶工程的主要內容包括酶學基礎知識、酶的生產、酶的分離純化、酶的分子修飾、酶的固定化、酶的非水相催化、酶分子工程、酶反應器、特殊酶(模擬酶、抗體酶、印跡酶、雜合酶和核酶等)以及酶的應用等主要內容。這些主要內容都應該包含在所選用的教材中。教師一方面要根據酶工程學科的內容框架鉆研教材，熟悉和掌握相關知識章節(jié)，另一方面應精選教材。在選擇教材時要從以下幾方面著手：一看作者，二看級別，三看出版社，四看出版日期和版次。從目前國內出版的教材情況分析，由郭勇主編、高等教育出版社出版的“生物技術和生物工程專業(yè)規(guī)劃教材”《酶工程原理與技術》，袁勤生主編、華東理工大學出版社出版的“國家十五重點圖書”《酶與酶工程》，陳守文主編、科學出版社出版的《酶工程》，吳敬主編、科學出版社出版的《酶工程》等教材均非常適合本科層次生物技術與生物工程專業(yè)學生作為《酶工程》教材[10]。

4.2 強化創(chuàng)新性綜合設計實驗內容

《酶工程》一般在大學三年級開設。此時學生都具有一般的生物技術與生物工程專業(yè)的基礎知識和實驗技能，另外由于同時開設有分子生物學、微生物學、基因工程和微生物工程等理論課程和實驗課程，因此在開設好本課程實驗教學的基礎上結合其他相關課程，開設大綜合、研究型、專業(yè)型實驗，對于強化創(chuàng)新性綜合設計實驗內容、提高學生在學習專業(yè)課程中的主觀能動性和創(chuàng)造性都具有非常重要的意義[11]。根據生物工程操作單元中的上中下游流程，可開設綜合有基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和生物分離工程的大綜合實驗，例如通過對某一酶基因的克隆與表達，構建工程菌(上游)；然后進行發(fā)酵產酶的過程控制與條件優(yōu)化(中游)，再進行酶的提取、分離和純化(下游)，最后進行酶學性質的研究和初步的應用實驗。通過開設這種綜合大實驗，一方面可提高學生的知識水平和實驗設計能力，另一方面可使學生對專業(yè)有一個系統(tǒng)、整體的認識。

4.3 發(fā)揮精品課程的帶動作用

精品課程的建設旨在全面提高教育教學質量，尤其是課程教學質量。精品課程的建設是一個系統(tǒng)的工作，也是一個高技術性和較高學術水平的工作。通過建設一門核心必修課的精品課程，可以帶動一個學科群的發(fā)展和一個教學科研團隊的壯大[12]。例如根據學科的交叉和融合特點，可以在建設《生物化學》、《微生物學》精品課程的基礎上，帶動《酶工程》、《微生物工程》和《生物分離工程》等有關課程的發(fā)展。在達到教學資源共享、教師隊伍優(yōu)勢組合和學科對話的同時也不斷完善教學設施和條件，提高教學質量。

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Practice and thinking of enzyme engineering course teaching for biotechnology undergraduate major

KONG Wei-bao, YANG Hong, ZENG Jia-yu, NIU Shi-quan

(College of Life Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China)

Enzyme engineering course is one of the professional core courses in biotechnology major, and it plays an important role in professional teaching and constructing the students′ professional knowledge system. This paper introduces the teaching practice and experience in professional courses of enzyme engineering for biotechnology undergraduate major. Some ideas and suggestions are put forward to improving the teaching quality and learning effectiveness.

biotechnology major; enzyme engineering; teaching practice; thoughts on teaching

2014-11-13；

2014-11-28

西北師范大學重點教學研究項目資助(2013010B)

孔維寶，博士，副教授，研究方向為應用微生物與酶工程，E-mail: kwbao@163.com；

牛世全，碩士，教授，研究方向為微生物學，E-mail: sqniu@nwnu.edu.cn。

G420; Q814

C

2095-1736(2015)05-101-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.05.101