醫(yī)學(xué)類專業(yè)微生物工程課程教學(xué)探索與實踐

杜紅延

（南方醫(yī)科大學(xué) 生物技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510515）

醫(yī)學(xué)類專業(yè)微生物工程課程教學(xué)探索與實踐

杜紅延

（南方醫(yī)科大學(xué) 生物技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510515）

醫(yī)學(xué)類專業(yè)微生物工程課程的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)是醫(yī)藥領(lǐng)域的工業(yè)發(fā)酵菌種、發(fā)酵生產(chǎn)的原理、微生物發(fā)酵在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用等內(nèi)容。教師應(yīng)注意采用多樣化教學(xué)手段，盡量使抽象的理論知識直觀化，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。為了增強(qiáng)實驗教學(xué)的完整性、目的性和趣味性，教師可以把自己的科研課題與學(xué)生實驗結(jié)合在一起。

醫(yī)學(xué)院校；微生物工程；生物技術(shù)；教學(xué)

人們對微生物工程的認(rèn)識源于食品行業(yè)的發(fā)酵工程，我國大學(xué)工科的發(fā)酵工程專業(yè)也脫胎于農(nóng)學(xué)院的農(nóng)產(chǎn)品加工專業(yè)。1952年全國高校院系調(diào)整時，農(nóng)產(chǎn)品加工專業(yè)的發(fā)酵專業(yè)方向劃歸工學(xué)院食品工業(yè)系，這才有了工科的發(fā)酵工程專業(yè)方向，隨后發(fā)展為發(fā)酵工程專業(yè)。最初利用微生物加工產(chǎn)品的工程統(tǒng)統(tǒng)被列入發(fā)酵工程的范疇，然而隨著生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、應(yīng)用分子生物學(xué)和遺傳工程、生物化工等學(xué)科的發(fā)展，多學(xué)科相互交叉滲透，人們對微生物許多新功能的認(rèn)識不斷深入，大大拓展了人們利用微生物進(jìn)行生產(chǎn)的范圍（如微生物可應(yīng)用于環(huán)境治理和生物冶金等），發(fā)酵工程逐漸發(fā)展為微生物工程。1998年頒布的高等學(xué)校本科專業(yè)目錄把發(fā)酵工程劃歸生物工程類，肯定了發(fā)酵工程的生物學(xué)性質(zhì)。

隨著生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，社會需要越來越多的專門人才從事該領(lǐng)域的研究開發(fā)工作，與之相適應(yīng)，目前很多醫(yī)學(xué)院校逐步增設(shè)了生物工程和生物技術(shù)專業(yè)。作為四大生物工程（基因工程、細(xì)胞工程、微生物工程和酶工程）之一的微生物工程，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵，因此，微生物工程課程也就自然地成為生物工程和生物技術(shù)專業(yè)必不可少的一門專業(yè)必修課。

微生物工程是將微生物學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)工程的基本原理有機(jī)地結(jié)合起來，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種技術(shù)體系，是將傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代的基因工程、細(xì)胞工程、代謝工程、生物信息工程和計算機(jī)控制等新技術(shù)結(jié)合并迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。微生物工程課程涉及的理論和技術(shù)多，且由于歷史原因許多教材在內(nèi)容安排上多傾向于食品類專業(yè)，因此，醫(yī)學(xué)類專業(yè)微生物工程課程教學(xué)改革的重點(diǎn)在于教學(xué)內(nèi)容的取舍。

1 結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)合理選擇教學(xué)內(nèi)容

最早開設(shè)發(fā)酵工程課程的是食品類專業(yè)，因此目前許多微生物工程教材在內(nèi)容安排上多傾向于食品類專業(yè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)院校生物技術(shù)和生物工程專業(yè)的需要，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)有針對性地選擇教學(xué)內(nèi)容是該課程任課教師肩負(fù)的使命。對于生物技術(shù)和生物工程專業(yè)來說，在微生物工程課程的教學(xué)中“秉承工科特色，加強(qiáng)理學(xué)研究”的學(xué)科辦學(xué)理念顯得尤為重要?？紤]到醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的工科基礎(chǔ)薄弱，教學(xué)大綱應(yīng)該有針對性地圍繞與微生物生產(chǎn)有關(guān)的生物醫(yī)藥產(chǎn)品展開，以生產(chǎn)和應(yīng)用過程的主要單元操作原理與工藝條件為主要內(nèi)容，從而使學(xué)生能夠掌握利用微生物生產(chǎn)生物醫(yī)藥產(chǎn)品的基本理論，進(jìn)而由理論指導(dǎo)實踐，學(xué)會分析生產(chǎn)和應(yīng)用過程中存在的技術(shù)問題。為了激發(fā)學(xué)生的求知欲望，教師在教學(xué)中不能局限于教材內(nèi)容，要根據(jù)教學(xué)大綱的要求，結(jié)合課程的具體內(nèi)容，進(jìn)行相關(guān)知識的補(bǔ)充和刪減[1]。

1.1 從緒論入手強(qiáng)調(diào)微生物發(fā)酵的重要作用

任何一門課程的講授都是從開篇性的緒論部分開始的，內(nèi)容包括課程的主要研究領(lǐng)域、研究方法、發(fā)展歷程、特點(diǎn)和發(fā)展前景等。通過緒論部分的教學(xué)，要使學(xué)生對課程有一個輪廓性認(rèn)識，了解該課程在自己所學(xué)專業(yè)中的地位和意義，明白學(xué)習(xí)該課程的重要性和必要性，清楚該課程的重點(diǎn)從而在后面的學(xué)習(xí)中能夠有的放矢。對于醫(yī)學(xué)院校生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的微生物工程課程來說，緒論部分的教學(xué)應(yīng)當(dāng)立足于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，著重強(qiáng)調(diào)微生物發(fā)酵在醫(yī)藥行業(yè)的重要性。

從微生物工程的發(fā)展歷史來看，雖然人們最初是從天然的無意識的釀酒開始認(rèn)識發(fā)酵現(xiàn)象的，但是被稱為第二代微生物發(fā)酵技術(shù)（大規(guī)模深層培養(yǎng)技術(shù)）的開發(fā)，則是源于第二次世界大戰(zhàn)期間青霉素的生產(chǎn)，源自生物醫(yī)藥研究。從微生物工程的應(yīng)用領(lǐng)域來看，雖然其較早的應(yīng)用主要在輕工食品行業(yè)，但隨著人們對微生物的不斷了解和認(rèn)識，以及微生物遺傳學(xué)和生物化學(xué)等學(xué)科的相互滲透，微生物工程在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。目前發(fā)現(xiàn)的6000余種抗生素絕大多數(shù)都是由微生物產(chǎn)生的，醫(yī)用氨基酸、維生素、甾體激素、藥用酶、酶抑制劑以及一些疫苗等生物制品和基因工程藥物，都來自于微生物的發(fā)酵生產(chǎn)，可以說當(dāng)今的生物醫(yī)藥生產(chǎn)與微生物發(fā)酵工程有著密不可分的聯(lián)系。目前，全球發(fā)酵產(chǎn)品的年銷售額在400億美元以上，并以每年7%～8%的速度遞增；我國微生物發(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)有5000多家，主要發(fā)酵產(chǎn)品的年產(chǎn)值1400億元左右[2]。通過以上知識的介紹，能使學(xué)生認(rèn)識到自己所學(xué)專業(yè)與微生物工程之間的密切聯(lián)系，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)微生物工程課程的熱情和積極性。

1.2 引導(dǎo)學(xué)生深刻認(rèn)識醫(yī)藥領(lǐng)域的工業(yè)發(fā)酵菌種

微生物在自然界無處不在，種類繁多，目前人們認(rèn)識的微生物不超過總數(shù)的5%。醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生最初接觸微生物大多數(shù)是從病源微生物開始的。在微生物工程課程中，教師要使學(xué)生認(rèn)識到微生物的兩面性，即雖然一些病源微生物可以導(dǎo)致人類疾病的發(fā)生，但有很多微生物對人類是有益的，例如，許多藥物的生產(chǎn)菌種均來自于自然界，只要人們篩選出合適的微生物種類，就可以利用它們生產(chǎn)出許多可用于臨床的藥物和生物制品；隨著分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等學(xué)科的介入，還可以通過基因工程的方法構(gòu)建大腸桿菌和酵母的基因工程菌，進(jìn)而生產(chǎn)我們所需的產(chǎn)品。在教學(xué)中，教師還可結(jié)合工作經(jīng)驗給學(xué)生介紹從自然界篩選有益菌種的常規(guī)方法，例如，我們曾經(jīng)用常規(guī)方法從豆豉中篩選出了一種微生物，這種微生物能夠產(chǎn)生用于治療心血管疾病的纖溶酶。掌握基因工程和分子生物學(xué)知識對于醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生來說是十分重要的，強(qiáng)化基因工程菌內(nèi)容的教學(xué)，既有利于學(xué)生真正了解微生物，也有利于學(xué)生掌握、鞏固基因工程和分子生物學(xué)知識。

1.3 從醫(yī)藥產(chǎn)品入手介紹發(fā)酵生產(chǎn)的原理

區(qū)別于其他工科院校以輕工、食品和化工能源等為重點(diǎn)的特點(diǎn)，醫(yī)學(xué)院校生物技術(shù)專業(yè)微生物工程課程的重點(diǎn)應(yīng)放在生物醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)原理上。很多藥物和生物制品多為微生物次級代謝的產(chǎn)物，因此在介紹發(fā)酵生產(chǎn)的原理時要側(cè)重于次級代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)。通常，次級代謝產(chǎn)物是微生物生長到一定階段才開始合成生產(chǎn)的，而初級代謝產(chǎn)物與微生物的生長相偶聯(lián)。合成次級代謝產(chǎn)物時，可以應(yīng)用合理的發(fā)酵生產(chǎn)模式和合理的發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。在教學(xué)中，教師可以以抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)工藝作為切入點(diǎn)，通過比較初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵方式，使學(xué)生掌握不同發(fā)酵方式的特點(diǎn)，明確不同發(fā)酵方式之間的區(qū)別，以便更好地加以區(qū)分和利用。另外，教師在課堂教學(xué)中從具體的產(chǎn)品開始展開發(fā)酵生產(chǎn)原理這一教學(xué)內(nèi)容，更能吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.4 落腳于微生物發(fā)酵在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

微生物工程是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域是微生物工程應(yīng)用最廣泛、成績最顯著、發(fā)展最迅速、潛力最大的領(lǐng)域，利用微生物工程可以從各方面改進(jìn)醫(yī)藥的生產(chǎn)，開發(fā)新的藥品，改善醫(yī)療手段，從而提高社會醫(yī)療水平，因此，微生物工程在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)生物技術(shù)和生物工程專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，微生物工程課程的授課重點(diǎn)應(yīng)落腳于微生物發(fā)酵在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。微生物工程課程一般從微生物菌種的選育、培養(yǎng)基的準(zhǔn)備、種子擴(kuò)大培養(yǎng)到發(fā)酵過程的控制這一主線來安排授課內(nèi)容，在課程的最后通常要安排微生物發(fā)酵生產(chǎn)的應(yīng)用實例，借助這些生產(chǎn)實例將學(xué)生學(xué)過的知識點(diǎn)串起來形成系統(tǒng)，加深理解和記憶。教師在選擇應(yīng)用實例時，應(yīng)充分考慮學(xué)科特點(diǎn)，突出課程的專業(yè)特色，可選擇抗生素、藥用維生素、氨基酸等作為重點(diǎn)詳細(xì)介紹，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握這些類型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝。

2 采用多樣化教學(xué)手段，切實提高教學(xué)效果

微生物工程課程的教學(xué)會涉及很多圖片和表格，采用多媒體教學(xué)手段能夠起到事半功倍的教學(xué)效果。課件的質(zhì)量直接影響著多媒體教學(xué)的效果，為了充分發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢，教師既要學(xué)會自己動手制作具有豐富圖片和表格的多媒體教學(xué)課件，還要注意收集視頻、音頻、動畫、圖片、文字等多媒體資源。在制作多媒體課件時，教師要注意通過視頻、音頻、動畫和圖片的合理使用使抽象的理論知識直觀化，使課堂教學(xué)更加生動有趣。例如，在講授發(fā)酵生產(chǎn)的三種類型（即分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵）時，可以制作簡單的模式動畫圖，將分批發(fā)酵的一次投料和一次放料，補(bǔ)料分批發(fā)酵的多次投料和一次放料，連續(xù)發(fā)酵的邊投料邊放料，都清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，再加上教師合適的穿插講解，十分有利于學(xué)生掌握這部分重點(diǎn)內(nèi)容；在此基礎(chǔ)上，還可以利用表格列出三種發(fā)酵方式的不同特點(diǎn)，清晰地向?qū)W生展示三種發(fā)酵方式的區(qū)別，使學(xué)生掌握選擇發(fā)酵方式的原則。

多媒體教學(xué)的課堂容量大，利于教師在常規(guī)教學(xué)內(nèi)容外補(bǔ)充一些反映最新研究進(jìn)展的內(nèi)容。在微生物工程課程的教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充一些反映國內(nèi)外現(xiàn)代微生物工程研究進(jìn)展的內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索激情。例如，在講授發(fā)酵生產(chǎn)實例這部分內(nèi)容時，可以結(jié)合醫(yī)學(xué)院校的特點(diǎn)，重點(diǎn)選擇目前臨床上比較成功的生物醫(yī)藥產(chǎn)品（如白介素1和腫瘤壞死因子α等）和一些亟待大規(guī)模開發(fā)的生物醫(yī)藥產(chǎn)品（如紫杉醇等）作為對象，首先給學(xué)生介紹這些方面的最新研究成果，然后導(dǎo)出要講授的知識，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并適時鼓勵和引導(dǎo)有興趣的學(xué)生利用課余時間參加課外興趣小組，培養(yǎng)科研能力。

3 理論與實踐相結(jié)合，注重學(xué)生實踐能力的提高

微生物工程課程與生產(chǎn)實踐有著十分密切的聯(lián)系，教師在教學(xué)過程中應(yīng)盡量把有關(guān)生物產(chǎn)品生產(chǎn)與應(yīng)用的實例引入課堂，以豐富學(xué)生的感性認(rèn)識，使學(xué)生加深對理論知識的理解，提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力[3]。微生物工程的實驗課教學(xué)是理論與實踐結(jié)合的關(guān)鍵。為了提高實驗教學(xué)的完整性、目的性和趣味性，教師可以把自己的科研課題與學(xué)生實驗結(jié)合在一起。例如，在教學(xué)實踐中，我們讓學(xué)生參與到“利用基因工程菌生產(chǎn)白介素1（IL-1）”這一與科研相關(guān)的實驗中，該實驗圍繞尋找合適的發(fā)酵生產(chǎn)條件和參數(shù)展開，能使學(xué)生熟悉實驗室小規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)過程，掌握小型發(fā)酵罐的使用方法和發(fā)酵生產(chǎn)條件的優(yōu)化措施，有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和實驗興趣，提高學(xué)生的專業(yè)能力。

發(fā)酵原料通過菌種完成工業(yè)化轉(zhuǎn)化有一個完整的工藝流程，但醫(yī)學(xué)院校學(xué)生缺乏相應(yīng)的工藝學(xué)概念，渴望了解真正的生產(chǎn)過程。針對這一問題，我們通過組織學(xué)生到工廠參觀，使學(xué)生在課堂上學(xué)到的理論知識與生產(chǎn)實際結(jié)合起來。通過對發(fā)酵生產(chǎn)工廠的參觀，學(xué)生見識了萬噸以上的發(fā)酵罐體，了解了工廠發(fā)酵生產(chǎn)的規(guī)模，普遍反映收獲頗豐。

[1] 楊柳，葉永康，葉明，等．發(fā)酵工程課程教學(xué)改革探討[J]．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2007，21(1)：44―46．

[2] 宮衡，陳長華，葉勤，等．發(fā)酵工程教學(xué)的改革與實踐[J]．化工高等教育，2005，84(2)：36―38．

[3] 衛(wèi)功元，王大慧．提高微生物工程教學(xué)效果的幾點(diǎn)體會[J]．湖北教育學(xué)院學(xué)報，2006，23(2)：95―97．

G642.0∶ Q819

A

1006-5261(2011)02-0091-03

2011-01-30

杜紅延（1976―），女，河南洛陽人，博士，講師．

〔責(zé)任編輯 張繼金〕