化工專業(yè)講授生物化學工程基礎(chǔ)的教學體會

□天津大學 喬建軍

化工專業(yè)講授生物化學工程基礎(chǔ)的教學體會

□天津大學 喬建軍

生物化學工程基礎(chǔ)主要介紹生物工程研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)?；瘜W工程專業(yè)開設(shè)生物化學工程基礎(chǔ)可以開拓學生的專業(yè)視野，拓展未來的發(fā)展領(lǐng)域。本文針對化學工程專業(yè)學生的培養(yǎng)目標，結(jié)合生物化學工程基礎(chǔ)的課程特點，分析了化工專業(yè)講授生物化學工程基礎(chǔ)所遇到的挑戰(zhàn)和困難，從教材選用、探索新的教學手段、緊跟學術(shù)前沿、課堂與生產(chǎn)實踐結(jié)合、培養(yǎng)良好學習方法等方面進行了較為詳細的探索和總結(jié)。

化工工程與工藝；生物化學工程基礎(chǔ)；多元教學手段；教學方法

隨著生命科學的快速發(fā)展，生物工程與技術(shù)在食品醫(yī)藥開發(fā)、能源開發(fā)及環(huán)境保護等方面的應用日益廣泛，對于國民生產(chǎn)的重要性也日益突出。及時了解生命科學的發(fā)展動態(tài)，掌握最新的生物技術(shù)，開發(fā)有效的生物產(chǎn)品已成為經(jīng)濟發(fā)展的新增長點。生物工程產(chǎn)品的大規(guī)模開發(fā)和生產(chǎn)離不開化學工程的基礎(chǔ)技術(shù)。針對化學工程與技術(shù)專業(yè)的學生開設(shè)生物化學工程基礎(chǔ)，可以將生物工程的研究進展和應用，結(jié)合化學工程技術(shù)進行講授，以擴展化工學科學生的學識、研究視野和就業(yè)渠道。1993年，在全國化學工程專業(yè)教學指導委員會在福州會議上決定，化學工程專業(yè)必需開設(shè)生物化學基礎(chǔ)課。教育部“面向21世紀化工類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及課程內(nèi)容體系改革研究與實踐”重點研究課題組也將生物化學內(nèi)容列入化工類專業(yè)必修課內(nèi)容之一，而生物化學工程基礎(chǔ)是介紹生物化學應用研究的重要課程。

一、生物化學工程基礎(chǔ)的課程特點及內(nèi)容

生物化學工程基礎(chǔ)課程結(jié)合現(xiàn)代分子生物學及傳統(tǒng)生物技術(shù)，不僅有扎實的理論基礎(chǔ)，而且結(jié)合典型產(chǎn)品的開發(fā)過程進行闡述，反映了現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展方向，體現(xiàn)了生物技術(shù)發(fā)展和應用的最新前沿。生物化學工程基礎(chǔ)是隨著生物科學的發(fā)展而不斷更新的課程，需及時調(diào)研最新的發(fā)展方向及研究熱點。該課程全面闡述了基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和生化工程等課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，其主要囊括以下幾個方面。

工業(yè)微生物工程：介紹微生物的特點、分類、生理、育種及培養(yǎng)等方面的技術(shù)和方法；

代謝工程：介紹微生物次生代謝產(chǎn)物的代謝調(diào)控機制和方法；

基因工程：介紹生物遺傳的基本知識及應用現(xiàn)代基因工程技術(shù)改變微生物遺傳特性的方法，并且介紹蛋白類藥物的研發(fā)和生產(chǎn)過程；

細胞工程：介紹應用植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)生產(chǎn)高附加產(chǎn)值的花卉、藥物等；

酶工程：介紹工業(yè)用酶和藥用酶的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、固定化及開發(fā)等方面的技術(shù)；

生物反應器：介紹生物反應器的工作原理、設(shè)計方法以及應用；

全面介紹生物技術(shù)的最新進展、應用以及生物技術(shù)應用過程中需要化工知識的范例。

生物化學工程基礎(chǔ)課程是在無機化學、有機化學、分析化學、生物化學基礎(chǔ)上進行學習的。本課程對于非生物類專業(yè)學生進行了系統(tǒng)的生物學技術(shù)及最新研究進展的介紹，讓學生了解生物學的基本思想及技術(shù)，同時將現(xiàn)代生物技術(shù)的應用與化學工程技術(shù)進行交叉講授，重點說明了化學工程技術(shù)在生物工程領(lǐng)域可能的應用范圍，使學生掌握現(xiàn)代生物技術(shù)的基本工藝流程及發(fā)展前沿。目前，化學工程與技術(shù)專業(yè)的學生普遍存在生物學基礎(chǔ)知識薄弱的問題，如何在較短的學時內(nèi)，將生物工程的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題講解清楚，并且將生物工程技術(shù)和化學工程有機的結(jié)合起來，讓學生充分感受到交叉學科帶來的機遇和挑戰(zhàn)，這無疑對授課教師提出了更高的要求，需要教師不斷總結(jié)現(xiàn)有的教學模式，不斷地改進教學過程和教學方法。

二、化工專業(yè)生物化學工程基礎(chǔ)教學中存在的問題

鑒于該課程屬于學科交叉，在教材選擇、實驗配套、講解內(nèi)容難易程度把握等方面，均需要不斷地探討和摸索。目前，該課程教學過程中存在的重點和難點問題主要有：如何在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上豐富教學內(nèi)容，利用多媒體等手段，及時地更新課程內(nèi)容并介紹最新的發(fā)展動態(tài)；如何把握教學過程中深度與廣度的平衡；如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高學生的學習熱情，使他們能夠主動深入地探討生物工程與化學工程學科交叉所帶來的機會與挑戰(zhàn)；如何能夠?qū)⒄n程講解內(nèi)容與生產(chǎn)實際結(jié)合起來，讓同學們切實體會到化學工程在生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的應用；如何鼓勵學生在假期或平時尋找一切機會去生物制品生產(chǎn)企業(yè)進行實踐，從中體會化學工程技術(shù)在生物產(chǎn)品生產(chǎn)中的具體應用。

1.教材很難在深度和廣度間平衡

目前，本課程所選教材為化工出版社的《生物化學工程基礎(chǔ)》（工科專業(yè)適用，李再資主編，2006年版本），該教材在國內(nèi)高?；瘜W工程專業(yè)有較為廣泛的應用，具有簡單明了、講解清楚的特點，適合于生物工程專業(yè)以外的其他專業(yè)使用。但是該教材也存在諸多不足之處，如教材內(nèi)容仍然沒有擺脫理科教學的模式和框架，生物工程原理的講解深度不足，同時，教材對于化學工程與生物工程如何結(jié)合方面的內(nèi)容也講解得太少。為了做好生物化工導論的教學工作，必需結(jié)合化學工程專業(yè)學生的特點和研究應用實例，選擇相關(guān)學科的教材作為補充，以便在授課過程中增加相應的內(nèi)容，進而提高學生的理解和吸收程度。

2.實驗環(huán)節(jié)缺乏

現(xiàn)在的課堂教學仍然以教師講授為主，學生處于被動接受的狀態(tài)。由于生物化工導論是理論與實踐緊密結(jié)合的課程，而教學實驗環(huán)節(jié)缺乏，學生往往很難理解生化反應及其應用過程。所以，需要進一步改變傳統(tǒng)的課堂教學模式，可以采用講授與討論相結(jié)合、課堂內(nèi)外相結(jié)合、理論與實際相聯(lián)系等多種教學形式，利用先進的多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，豐富和活躍教學過程，激發(fā)學生的學習熱情，提高整體教學質(zhì)量。同時，也可以通過講解學生身邊的研究實例，調(diào)動學生的積極性，并且配備一些實驗講解及生產(chǎn)實習來提升學生的興趣和理解程度。

三、生物化學工程基礎(chǔ)課程教學的幾點體會

筆者從2001年開始一直從事生物化學工程基礎(chǔ)的教學工作，課程面向?qū)ο笾饕獮榛瘜W工程與工藝專業(yè)、過程控制專業(yè)及分子工程專業(yè)的學生，每年選修人數(shù)在200人以上。在授課過程中，注重以產(chǎn)品為例，說明化學工程技術(shù)在生物產(chǎn)品開發(fā)過程中的重要性，從而加強了學生對于化學工程知識應用于生物工程領(lǐng)域的信心。另外，注重將理論內(nèi)容與本?；W院及兄弟院系的科研內(nèi)容進行融會貫通地講授，大大提高了同學們對于該課程的理解和熱愛，也促進了學生對于生物工程與化學工程有機結(jié)合的全新認識。在教學實踐中，結(jié)合介紹天津市著名生物工程企業(yè)大量需要化學工程的實例，力求讓同學們明白，生物工程的下游產(chǎn)業(yè)化的實質(zhì)就是化學工程的應用。教學實踐也使筆者體會到，要完成好該課程的教學任務(wù)，需要授課教師熟悉生物化學、生物工程、化工原理等教學內(nèi)容，更需要授課教師不斷總結(jié)教學經(jīng)驗，以便逐步提高教學質(zhì)量。

1.建設(shè)教學團隊，認真調(diào)研學習

授課教師需要組織強有力的課程建設(shè)小組，對國內(nèi)外工科類生物化工導論課程進行調(diào)研，包括其他院校的教改情況、已有的化工類的生物化工導論教材、學生本人對課程內(nèi)容及授課方式的期望、相關(guān)專業(yè)對該課程的反饋信息等諸多方面。授課教師還需要吸收先進的教學思想、技術(shù)與內(nèi)容，借鑒國內(nèi)外其他院校教學情況，結(jié)合專業(yè)設(shè)置的特點和實際，總結(jié)教學經(jīng)驗與效果。針對面向21世紀的教學和培養(yǎng)要求，要認真總結(jié)化工類本科生生物化學工程基礎(chǔ)課程的教學內(nèi)容、教學計劃及教學方式及教學中的注意事項，要通過對其他優(yōu)秀或重點課程的學習觀摩或邀請教學經(jīng)驗豐富的老教授親臨課堂指導等多種途徑，進行教育素質(zhì)訓練，以提高教師的授課水平。

2.提供并選好主講教材和高水平的輔助教材

針對現(xiàn)有的試用教材，及時引入前沿科學和技術(shù)的最新成果，篩選、引進配套的輔助教材（包括國外教材），編寫與之相配的教學大綱。李再資老師主編的生物化學工程基礎(chǔ)教材知識點全面，重點內(nèi)容詳盡。除此之外，我們還注重推薦國內(nèi)知名的生物化學、生物工程、工業(yè)微生物學等相關(guān)教程以及國外英文原版教材作為課外輔助教材，建議學生每人手里都有一本英文原版教材。另外，在每次授課結(jié)束時，都提前告之下次課程內(nèi)容的基本點和重點，要求學生提前做好預習或難點標注，注重發(fā)揮學生自身學習的主動性和積極性，使他們永葆學習的熱情和動力。實踐表明，學生通過使用英文教材獨立預習課程，他們的專業(yè)英語水平也會得到快速提高，為今后使用英語完成相關(guān)工作任務(wù)打下良好的基礎(chǔ)。

3.探索新的授課模式和教學手段

多媒體教學可以讓學生通過圖和動畫直觀地理解生物過程和反應機理，也可以直觀地學習生物工程科學研究和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。為此，要完善多媒體系統(tǒng)，適時增加課堂教學信息量。同時，可以采用啟發(fā)式、討論式、研究式等教學方法，將課堂講授與課外輔導相結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新與自學能力。如果能夠?qū)⒄n程講解內(nèi)容與生產(chǎn)實際結(jié)合，將課堂講授內(nèi)容與具體的實驗相結(jié)合，加強與學生交流，深入探討生物工程與化學工程學科交叉所帶來的機會與挑戰(zhàn)，必將會進一步激發(fā)學生學習的積極性，提高教學質(zhì)量。

4.課堂講授內(nèi)容與前沿性專業(yè)知識緊密結(jié)合

在大學課堂里，讓學生隨時了解相關(guān)學科的前沿進展是一個重要的授課內(nèi)容。因此，在每節(jié)課學習重點知識的過程中，需要用最新發(fā)表的相關(guān)研究進展信息豐富課堂內(nèi)容，使學生了解學科前沿和發(fā)展方向。比如，在介紹酶的開發(fā)過程時，可介紹量子力學、分子動力學和計算機工具在研究酶的反應過程和機理中的應用，并且把研究中的困難展示給大家，激發(fā)學生探究和追尋科學發(fā)展的欲望，吸引他們投入到生命科學的研究和生物技術(shù)的開發(fā)中去。同時，也可以介紹酶的生產(chǎn)過程中所面臨的問題和挑戰(zhàn)，鼓勵學生用化工知識嘗試解決生產(chǎn)中的問題。

5．鼓勵課堂教學和生產(chǎn)實踐結(jié)合

生物化學工程基礎(chǔ)偏向?qū)嶋H應用，課堂講授內(nèi)容需要與具體的生產(chǎn)實踐相結(jié)合，因此，要讓同學們切實體會到化學工程的知識在生物制品生產(chǎn)過程中的應用。另外，要積極聯(lián)系生物工程方面的生產(chǎn)企業(yè)，組織同學們進行參觀，結(jié)合課堂教學內(nèi)容，讓同學們充分體會到化學工程技術(shù)與生物工程技術(shù)學科交叉的意義和重要性，鼓勵感興趣的同學去相關(guān)的生物工程企業(yè)進行短期實習，了解生物工程產(chǎn)品的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)流程和注意事項，體會化學工程技術(shù)在生物產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中的重要地位。

6．培養(yǎng)學生良好的學習方法

生物化學工程基礎(chǔ)在“化學工程與技術(shù)”專業(yè)的要求不僅局限于重點知識的掌握和基本技能的培養(yǎng)，對學生的學習方法的培養(yǎng)也是一個重要的內(nèi)容。如果學生在學習過程中能夠有一套行之有效的學習方法，將會起到事半功倍的效果。例如，筆者在組織學生討論酶的研究與開發(fā)時，有意識地向同學提問：“請你結(jié)合所熟悉的酶（比如脂肪酶）的結(jié)構(gòu)、性能以及應用，再提出你認為的其它應用”。這樣的問題，對學生來說是有一定難度的。實踐中，筆者對回答問題深入詳盡的學生加分并且作為最終評價學生本門課程成績的一個重要依據(jù)，從而大大提高了學生思考的積極性。盡管最初學生覺得這樣的問題很有壓力，但是幾次課后，學生不僅適應了這種教學方式，也深感這種方法很有啟發(fā)性，學習效果非常好。

課后復習和作業(yè)是鞏固知識的一個很好的辦法。作業(yè)可以分為課本上的課后題和課本外的題目兩種形式，課后題一般都有答案，不需要花費很多時間去推敲；而課外作業(yè)的內(nèi)容應該具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，是對學生的課堂重點內(nèi)容的補充，有利于提高同學對于知識難點的理解，激發(fā)學生的主動性和求知欲。如果學生能積極完成類似的作業(yè)，他們對課堂所學知識就會有更加全面和深刻的理解。這種完成課外作業(yè)的方式還能夠培養(yǎng)學生良好的科研習慣，提高學生閱讀文獻以及使用電子信息資源的能力，是一舉多得的好方法?？傊?，生物化學工程基礎(chǔ)的重點是要求學生能夠掌握現(xiàn)代生物技術(shù)的基本方法，了解生物工程發(fā)展的最新動態(tài)，能在掌握的基礎(chǔ)上靈活運用，對生物科學及生物技術(shù)有較為深刻的認識。該課程不僅為化學工程與技術(shù)本科專業(yè)的學生將來從事生物類產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)工作奠定基礎(chǔ)，也為拓展研究和就業(yè)領(lǐng)域提供了新的選擇。對于教師來說，在一個傳統(tǒng)的化學工程與工藝專業(yè)領(lǐng)域開設(shè)生物學應用方面的課程，會有很多從未遇到的困難，需要教師根據(jù)學生的實際情況，有針對性地開展教學活動，合理運用教學方法。這樣，才有可能取得滿意的效果。

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G643

項目名稱：天津大學本科教學綜合改革項目。項目號：11JY2Y006。