“酶工程”教學(xué)的實(shí)踐與體會(huì)

牛莉莉　華子義

摘要：酶工程課程是一門生物技術(shù)領(lǐng)域中的重要課程。為加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和提高教學(xué)質(zhì)量，本文結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法等方面介紹了該門課程教學(xué)改革的體會(huì)及思考。

關(guān)鍵詞：酶工程；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）03-0178-03

酶工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，其特點(diǎn)是利用酶、含酶細(xì)胞器或細(xì)胞作為生物催化劑來完成某些重要的化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)用范圍包括醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、診斷分析和生物傳感器等。其市場(chǎng)需求、生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)值均很可觀，并已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。酶工程與基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程及生物技術(shù)等密切相關(guān)，共同形成了相互滲透交叉的不可分割的整體。因此，酶工程課程作為一門生物技術(shù)領(lǐng)域中的重要課程，提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生及時(shí)、扎實(shí)地掌握最新的酶工程理論知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，是酶工程教學(xué)工作亟需解決的問題。本論文結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法等方面介紹了該門課程教學(xué)改革的體會(huì)及思考。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.以緒論為導(dǎo)向。“良好的開始是成功的一半”。作為教學(xué)過程中的第一次課，授課效果的好壞在整個(gè)學(xué)科教學(xué)過程中有著特殊的地位和重要意義。緒論教學(xué)的目的之一就是激發(fā)學(xué)生對(duì)新課程的向往，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生明確本課應(yīng)該學(xué)，學(xué)了有用、有益，解決“為什么學(xué)”的問題。對(duì)于剛接觸酶工程這門課的學(xué)生來講，在學(xué)習(xí)這門課之前，首先關(guān)心的是什么是酶工程？它是怎樣的一門課程？要學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容？從學(xué)生關(guān)心的問題出發(fā)，簡(jiǎn)明扼要地把這些問題闡述清楚，并且運(yùn)用豐富的實(shí)例把學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容串聯(lián)起來。這樣系統(tǒng)地，有條理地將課程歸納為幾個(gè)方面，為學(xué)生理清思路，進(jìn)一步學(xué)習(xí)本課程奠定基礎(chǔ)。

2.及時(shí)補(bǔ)充新內(nèi)容。專業(yè)課的最大特點(diǎn)就是知識(shí)更新快。酶工程發(fā)展日新月異，新發(fā)現(xiàn)、新理論、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，要求教師在備課時(shí)要查閱相關(guān)資料，及時(shí)獲取國(guó)內(nèi)外酶工程及其相關(guān)領(lǐng)域里的科研動(dòng)態(tài)和科技成果，充實(shí)課堂教學(xué)內(nèi)容，以確保教學(xué)內(nèi)容的前沿性，使學(xué)生了解酶工程的發(fā)展方向。作為身處教學(xué)第一線的教師，為了緊跟知識(shí)和學(xué)科發(fā)展的步伐，為了培養(yǎng)高質(zhì)量人才的需要，必須經(jīng)常和及時(shí)為自己充電，不斷更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。向?qū)W生介紹酶產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)與國(guó)際市場(chǎng)，產(chǎn)品的更替趨勢(shì)，世界知名企業(yè)產(chǎn)品所占市場(chǎng)份額情況等，使學(xué)生從中找出我國(guó)與國(guó)際酶工程發(fā)展的差距，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

3.以科研促教學(xué)。講到每一章相關(guān)研究進(jìn)展時(shí)，我們都會(huì)介紹一些在酶工程研究領(lǐng)域取得豐碩成果的科研單位和院校，為學(xué)生以后考研提供參考。只有長(zhǎng)期參加科研實(shí)踐的教師，才能使自己講課的內(nèi)容更具前沿性、獨(dú)創(chuàng)性和啟發(fā)性。參加科研不僅可激發(fā)自己的想象力和創(chuàng)造力，還可熟悉國(guó)內(nèi)外有關(guān)領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)，掌握多種研究方法和先進(jìn)儀器的使用，培養(yǎng)自己的科學(xué)探索精神，從而極大地豐富自己的教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、改進(jìn)教學(xué)方法和手段

1.比喻教學(xué)法的應(yīng)用。所謂比喻教學(xué)法就是通過打比方的方法，將兩個(gè)本質(zhì)上有異曲同工之處的事物建立聯(lián)系，通常情況下，選擇一個(gè)熟悉的事物，引伸到未知事物的影子，從而達(dá)到讓學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)新事物的目的。恰當(dāng)?shù)谋扔饔袝r(shí)勝過千言萬語，讓人豁然開朗。酶工程中有些內(nèi)容是學(xué)生從來沒接觸的新概念和新技術(shù)。運(yùn)用恰當(dāng)?shù)谋扔骺梢允顾腊搴涂菰锏膬?nèi)容變得生動(dòng)，讓抽象的事物變得具體化，可以使學(xué)生更好地理解和掌握所學(xué)知識(shí)，也使學(xué)生的思維更寬闊。例如，酶的固定可以看成“籠中夜鶯”。鳥被關(guān)在狹小的籠子（聚合凝膠）中無法逃離（泄露），但也保護(hù)了它們不被貓（蛋白酶、細(xì)菌）抓到。食物、水和氧氣（底物）可以自由進(jìn)出，代謝物也可以很容易地處理掉。觀賞者可以看到鳥的活動(dòng)，聽見它們的鳴叫，由于鳥類較長(zhǎng)的壽命，這種享受也可以重復(fù)存在。在這個(gè)例子中，將固定化酶比喻為鳥市上賣的“籠中鳥”，將固定化酶的概念和優(yōu)點(diǎn)形象地展現(xiàn)出來，給學(xué)生留下深刻的印象?！秾W(xué)記》中說“君子之教，喻也”。教學(xué)中恰當(dāng)而巧妙地運(yùn)用比喻，能使抽象的概念形象化、趣味化，能使學(xué)生抓住事物的特征，在理解和記憶上產(chǎn)生某種聯(lián)想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，有效地提高課堂效率。

2.案例分析方法在教學(xué)中的應(yīng)用。①生活案例分析在教學(xué)中的應(yīng)用。一些隨處可見的生活常識(shí)和相關(guān)知識(shí)的恰當(dāng)聯(lián)系可以加深學(xué)生的理解，也可以啟發(fā)學(xué)生留意生活中的現(xiàn)象和問題，思考如何利用所學(xué)的知識(shí)去解釋和解決。例如，在講授影響酶作用的因素這一小節(jié)時(shí)，在激活劑的作用下，酶的催化活性可以提高。例如，氯離子是唾液淀粉酶的激活劑。這時(shí)就聯(lián)系到生活中的吃飯問題，形象地引入“看菜下飯”的酶。一口飯含在嘴里經(jīng)幾分鐘咀嚼后就會(huì)出現(xiàn)甜味，這是因?yàn)橥僖褐泻械耐僖旱矸勖赴l(fā)揮了水解作用，它將米飯中的淀粉轉(zhuǎn)變成甜味的麥芽糖；我們經(jīng)常會(huì)因?yàn)闆]有咸味的菜而感到米飯變得難以下咽，這時(shí)菜中加的鹽具有雙重功效，它既可以調(diào)味，激發(fā)食欲，又能提高淀粉酶的活性，幫助消化，食鹽中的氯離子成了唾液淀粉酶的激活劑。②實(shí)驗(yàn)方法案例分析在教學(xué)中的應(yīng)用。酶工程課程的開設(shè)是大學(xué)本科的第六學(xué)期，其中全部同學(xué)或多或少都有進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)驗(yàn)。在錢偉長(zhǎng)教育思想的指導(dǎo)下，上海大學(xué)特別重視對(duì)本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，很多同學(xué)從大二開始組成創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，根據(jù)他們自己的興趣愛好，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展各個(gè)研究方向的創(chuàng)新項(xiàng)目，包括課題的設(shè)想與具體實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施。在教學(xué)過程中如果把枯燥的原理和機(jī)制等問題與具體的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法聯(lián)系起來，一方面可以讓學(xué)生理解某些實(shí)驗(yàn)操作的原理，而不是人云亦云，只知其然，不知其所以然，這樣在遇到相關(guān)問題時(shí)可以游刃有余地解決；另一方面，可以在某些實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)上起到開闊思路的作用。在側(cè)鏈基團(tuán)分子修飾小節(jié)中，講到通過焦碳酸二乙酯（DEPC）等修飾劑與咪唑基反應(yīng)，使酶分子中的組氨酸殘基發(fā)生改變，從而改變酶分子的結(jié)構(gòu)和催化特性。聯(lián)系到進(jìn)行RNA相關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作時(shí)，要采取一系列的措施防止RNA酶對(duì)RNA分子的降解，其中一些玻璃和塑料器皿等工具要用DEPC水浸泡處理，它是一種實(shí)驗(yàn)室通用的RNA酶抑制劑，通過和活性基團(tuán)組氨酸的咪唑環(huán)結(jié)合使RNA酶蛋白變性，從而抑制酶的活性。再例如，實(shí)驗(yàn)室常用的巰基修飾劑-二硫蘇糖醇（DTT），它在酶蛋白的提取過程通常作為常用的還原劑，有抗氧化作用，它能保護(hù)酶分子上的還原性基團(tuán)，維持還原性環(huán)境，穩(wěn)定酶的活性。通過將這些實(shí)驗(yàn)室操作中常規(guī)的操作技術(shù)和酶工程教學(xué)中的原理聯(lián)系起來，可以加深學(xué)生的理解，起到事半功倍的作用。另外，還可以通過自己的科研經(jīng)歷或課題組同學(xué)或同事在實(shí)驗(yàn)中遇到的事例與相關(guān)內(nèi)容結(jié)合，使空洞的理論知識(shí)真實(shí)生動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的求知欲，從而引導(dǎo)他們分析問題和解決問題。比如蔡世淳等在研究瘤胃微生物降解纖維素酶時(shí)，在培養(yǎng)物繼代的過程中，會(huì)出現(xiàn)纖維素降解能力的退化，經(jīng)查閱文獻(xiàn)和改進(jìn)方法，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)過程中添加一定濃度的纖維二糖可以在一定程度上提高纖維素的降解效率。通過該案例分析，與添加誘導(dǎo)物提高酶產(chǎn)量的措施這個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，尤其是有些酶的反應(yīng)產(chǎn)物可以作為誘導(dǎo)物為學(xué)生所不熟悉，以纖維二糖作為纖維素酶降解纖維素的產(chǎn)物可以誘導(dǎo)纖維素酶的生物合成作為案例，可以有效提高課堂效率。③產(chǎn)業(yè)化案例分析在教學(xué)中的應(yīng)用。生物催化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)出現(xiàn)大量的產(chǎn)業(yè)化實(shí)例，通過大量的應(yīng)用實(shí)例介紹，使學(xué)生切實(shí)了解酶工程在工業(yè)化生產(chǎn)中的巨大作用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。因此，要使學(xué)生學(xué)會(huì)如何利用酶工程原理指導(dǎo)實(shí)踐并應(yīng)用于實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)把“應(yīng)用”放在重要的位置。通過產(chǎn)業(yè)化實(shí)例講述，不僅加深了學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的理解，豐富和外延教學(xué)內(nèi)容，還培養(yǎng)了學(xué)生繼續(xù)獲取新知識(shí)和獨(dú)立思考的能力。例如：利用自己的科研經(jīng)歷講述植酸酶的重要性及生產(chǎn)植酸酶的主要方法等，引申出全球主要生產(chǎn)廠家之一，丹麥的諾維信公司在2003年里依靠以植酸酶為代表的動(dòng)物飼料酶的生產(chǎn)就獲得了1億美元的凈收入。經(jīng)過纖維素、植物油等進(jìn)行固定化包埋技術(shù)處理的商品化植酸酶在80～85℃的高溫下依然具有活性，適應(yīng)動(dòng)物飼料高溫加工?，F(xiàn)在，綠色生物技術(shù)已經(jīng)開始將植酸酶基因轉(zhuǎn)入到玉米、大米和大豆中，并對(duì)植酸含量低但磷儲(chǔ)備量又比較高的突變植株進(jìn)行篩選。但是，由于植物轉(zhuǎn)基因基礎(chǔ)成本高，且由于轉(zhuǎn)基因的安全性還有爭(zhēng)議，在短期內(nèi)，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生植酸酶制劑仍將是市場(chǎng)的主打產(chǎn)品。再比如以SOD酶為例，引導(dǎo)學(xué)生探討SOD酶的功能、應(yīng)用的領(lǐng)域，現(xiàn)階段常規(guī)SOD酶的局限性以及通過什么樣的酶工程技術(shù)手段可以改進(jìn)。并結(jié)合成功的SOD酶產(chǎn)業(yè)化實(shí)例，如中國(guó)科學(xué)院微生物所充分利用我國(guó)豐富的極端環(huán)境微生物資源，研發(fā)出高度穩(wěn)定性的、可耐受100℃高溫的耐高溫SOD酶。經(jīng)改良的耐高溫SOD酶，打破了SOD產(chǎn)業(yè)的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了耐高溫SOD酶產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

3.多媒體應(yīng)用和傳統(tǒng)教學(xué)方法的結(jié)合。酶工程教學(xué)課時(shí)短，要在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)豐富的教學(xué)內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)手段是解決兩者矛盾的有效方法。從圖形、色彩、圖表、視頻等多方面刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。例如，講到酶反應(yīng)器一章時(shí)，將酶反應(yīng)器的動(dòng)畫設(shè)計(jì)和圖片呈現(xiàn)在學(xué)生面前，抽象的反應(yīng)器類型和運(yùn)作原理就變得形象生動(dòng)，易于理解。調(diào)查問卷的結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)相關(guān)的視頻資料更感興趣，所以時(shí)間允許的條件下，盡量多補(bǔ)充一些視頻資料，比如酵母細(xì)胞的固定化，生物柴油的提煉過程、色譜分離的原理等，通過這些優(yōu)秀的視頻資料，一方面調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性，另一方面加深其印象，更好地消化理論知識(shí)。運(yùn)用多媒體課件輔助酶工程理論教學(xué)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也有一定的局限性，尤其不能替代教師身體語言所傳達(dá)的信息，所以不能完全依賴多媒體教學(xué)。要達(dá)到很好的教學(xué)效果，還應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)?shù)陌鍟?，增加老師的肢體語言，增加師生之間的信息交流，這樣才能提高學(xué)習(xí)效果。板書要整潔有序，尤其要注意分區(qū)，比如分提綱區(qū)和注釋區(qū)，另外對(duì)于一些需重點(diǎn)講述的理論在注釋區(qū)內(nèi)板書更可加深印象，這樣學(xué)生就會(huì)感覺到主線突出，層次清晰。講課時(shí)注意必要的重復(fù)，表情、手勢(shì)和體態(tài)等形體語言與口頭語言配合默契，可以讓課堂更具有生動(dòng)性。

4.發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在授課過程中，不是采取滿堂灌的“填鴨式”教學(xué)，而是根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，拿出一些章節(jié)讓學(xué)生自主授課，能發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。比如，“酶的應(yīng)用”這一章就是采取這種形式。將全班同學(xué)進(jìn)行分組，自愿組合，每組大約4～5人，大家集思廣益，小組討論，確定主題，查找大量資料文獻(xiàn)，進(jìn)行歸納分析整理，群策群力制作圖文并茂、講解思路清晰的課件，最終推選代表上臺(tái)演講，或者全組成員每人講述一部分。演講完畢，由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，提問，并鼓勵(lì)臺(tái)下的其他同學(xué)提問由臺(tái)上的同學(xué)解答。經(jīng)過這樣的自主授課的形式，鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力、邏輯思維能力和分析問題解決問題的能力。另一方面，在這個(gè)過程中進(jìn)行分工合作，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和語言表達(dá)能力，為學(xué)生未來踏上工作崗位提供了很好的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)?？傊诿腹こ陶n程的教學(xué)中靈活地運(yùn)用這種教學(xué)角色轉(zhuǎn)換的教學(xué)模式，學(xué)生的綜合能力得到了鍛煉，獲取知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的能力上取得了較好的效果。

三、教學(xué)效果

在近幾年的《酶工程》課程實(shí)踐教學(xué)中，我們通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和手段、完善考核形式等環(huán)節(jié)，教學(xué)實(shí)踐取得了一定的效果。首先學(xué)生學(xué)習(xí)《酶工程》的積極性大大提高，學(xué)生出勤率很高，并且除了生命學(xué)院，還有外學(xué)院的學(xué)生選修《酶工程》，甚至沒有選該課程的學(xué)生也來旁聽。在學(xué)校教務(wù)處組織學(xué)生進(jìn)行的教師課堂教學(xué)質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)中，連續(xù)幾年得分均在90分以上。學(xué)生在進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐、參與老師的科研項(xiàng)目以及做畢業(yè)論文時(shí)，愿意選擇與酶工程相關(guān)的研究課題，例如“氧化物歧化酶的分離、純化與活性鑒定”，“纖維素酶產(chǎn)生菌的篩選”，“納米銀膠對(duì)煙草細(xì)胞SOD酶活力的影響”，“曲霉中原果膠酶的分離純化及性質(zhì)研究”，“降血脂的部分中草藥提取物對(duì)脂蛋白脂酶的酶活力影響”及“溶壁酶的固定化”等。通過這些課題的訓(xùn)練，學(xué)生在理論聯(lián)系實(shí)際，基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用能力及分析問題解決問題的能力得到了更好的提升。

四、結(jié)語

《酶工程》是生物技術(shù)領(lǐng)域的重要課程。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中，注重充實(shí)前沿發(fā)展，圍繞優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法等環(huán)節(jié)不斷探索與實(shí)踐，并取得了較好的教學(xué)效果，使生物工程和生物技術(shù)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的過程中，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，掌握了較扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，而且綜合能力也得到了鍛煉。

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