省屬院校酶工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與思考

程志德 楊艷燕 李順意

摘 要：酶工程實(shí)驗(yàn)課具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和實(shí)踐性。依據(jù)“酶工程”實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)，本文從實(shí)驗(yàn)要求、教學(xué)方式等方面介紹了酶工程實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)狀，并針對(duì)高校酶工程實(shí)驗(yàn)中存在的一些問(wèn)題，提出了合理的建議和解決方法。

關(guān)鍵詞：酶工程 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 改革與思考

Abstract： Enzyme engineering experiment course is a professional and practical class. Based on the characteristics of the “enzyme engineering” experiment course， this article described the current situation today in terms of enzyme engineering test requirements， teaching methods， and also put forward reasonable proposals and solutions to solve the the problems that existd in university enzyme engineering experiments，

Keywords： enzyme engineering； experimental teaching mode； reform and consideration

酶工程建立于生物學(xué)和化學(xué)學(xué)等多種學(xué)科基礎(chǔ)之上，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，與科研、生產(chǎn)都有緊密聯(lián)系。酶工程實(shí)驗(yàn)課作為一種重要的教學(xué)手段，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、幫助學(xué)生更好地理解書(shū)本理論，同時(shí)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。加強(qiáng)酶工程實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)探索，有利于提高該專(zhuān)業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為社會(huì)輸送合格的酶工程生產(chǎn)及科研人員。

一、酶工程技術(shù)的發(fā)展概況

酶工程科學(xué)主要研究關(guān)于蛋白質(zhì)化合物生物催化的相關(guān)功能。酶具有的特殊生態(tài)型、不同于化學(xué)催化劑的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使酶類(lèi)催化劑具有高效、安全、生態(tài)環(huán)保等特點(diǎn)。自酶的特性被發(fā)現(xiàn)后，酶工程技術(shù)得到人們重視，相關(guān)技術(shù)被廣泛運(yùn)用于食品、醫(yī)藥、石油、環(huán)保等20多個(gè)領(lǐng)域。在烘焙食品方面，向面粉中添加0.1%的淀粉酶可以使面粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得完善，提高食品的質(zhì)量；在制作面包時(shí)，當(dāng)面團(tuán)很硬的時(shí)候可以加入適當(dāng)?shù)牡鞍酌?，使面團(tuán)變軟，改善面包的質(zhì)量，以較快的速度完成烘焙。在醫(yī)藥方面，酶類(lèi)藥物是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，該類(lèi)藥物具有安全、高效的特點(diǎn)，如尿激酶、降纖酶、膠原酶等多種酶類(lèi)藥物可應(yīng)用于心腦血管疾病治療、減肥、抗衰老等各個(gè)方面。目前，酶的應(yīng)用研究發(fā)展十分迅速，除開(kāi)食品和醫(yī)藥行業(yè)，其在化工、環(huán)保等行業(yè)也得到應(yīng)用[1]。酶工程是一門(mén)交叉學(xué)科，其發(fā)展不僅能夠帶動(dòng)生物、化學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域研究水平的提高，而且也為極端環(huán)境技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用拓展空間。

二、省屬院校酶工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

1.選擇實(shí)驗(yàn)避重就輕

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的省屬院校酶工程試驗(yàn)教學(xué)安排，酶工程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容較為豐富。然而因?yàn)榈貌坏街匾曇约叭狈?shí)驗(yàn)器件和材料，學(xué)校在選擇實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上只能多選擇實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)容易而且耗時(shí)較短的實(shí)驗(yàn)，以完成教學(xué)指標(biāo)。但這些較為簡(jiǎn)單和陳舊的實(shí)驗(yàn)課程，很難激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和探索思想，嚴(yán)重影響了學(xué)生對(duì)酶工程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的整體把控和認(rèn)識(shí)，降低了實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)

質(zhì)量。

2.教學(xué)效果欠佳

酶工程的某些試驗(yàn)需要純度高、活性好的蛋白質(zhì)，以及一些能夠在試驗(yàn)過(guò)程中保證蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)變化的儀器設(shè)備。這種要求比通常的化學(xué)試驗(yàn)的條件要嚴(yán)格。要使試驗(yàn)課堂的前沿性和探索性達(dá)到一定水平，需要試驗(yàn)室的配套建設(shè)相當(dāng)完善。對(duì)于某些省屬院校來(lái)說(shuō)，這是一筆巨大投入，往往也成為限制試驗(yàn)課堂效果的關(guān)鍵因素。酶的生物學(xué)催化效果往往只是某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的變化，相比于化學(xué)催化試驗(yàn)，其缺乏光影和形態(tài)上的變化，整個(gè)過(guò)程下來(lái)，學(xué)生只能通過(guò)細(xì)微的觀察得到一些感官體驗(yàn)。這種試驗(yàn)結(jié)果如果不通過(guò)某些手段放大，激發(fā)不了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也讓學(xué)生會(huì)不明就里地完成試驗(yàn)。對(duì)于這類(lèi)枯燥的試驗(yàn)，學(xué)生往往會(huì)應(yīng)付了事，一些學(xué)生相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量。

三、省屬院校酶工程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的改革

1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

選擇合適的試驗(yàn)內(nèi)容是促進(jìn)酶工程實(shí)驗(yàn)課發(fā)生質(zhì)的變化的重要方式。實(shí)驗(yàn)課的選擇要從試驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程容易觀察、試驗(yàn)內(nèi)容具有一定深度、試驗(yàn)結(jié)果容易讓學(xué)生產(chǎn)生成就感等方面出發(fā)。省屬院校的酶工程試驗(yàn)課教學(xué)老師應(yīng)精心篩選優(yōu)質(zhì)的試驗(yàn)方案，并結(jié)合試驗(yàn)室條件，逐步完善，有序提升試驗(yàn)課內(nèi)容。針對(duì)酶工程實(shí)驗(yàn)課中相對(duì)分散、獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多的問(wèn)題，可以結(jié)合酶工程在當(dāng)前食品、醫(yī)藥、環(huán)保、能源開(kāi)發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域中的運(yùn)用，編排新的試驗(yàn)方案。例如在微生物發(fā)酵產(chǎn)酶實(shí)驗(yàn)中，可以把篩選產(chǎn)酶微生物菌株和如何鑒定的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合，讓學(xué)生可以從最初的樣品篩選到菌株的鑒定；從固、液態(tài)發(fā)酵如何產(chǎn)生酶，到酶活力值的測(cè)定環(huán)節(jié)上，開(kāi)展長(zhǎng)周期試驗(yàn)，全面的了解一系列生物化學(xué)變化。這種完整性的實(shí)驗(yàn)不僅讓學(xué)生掌握了扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能，而且可以激發(fā)學(xué)生成就感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[3]。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式多樣化

實(shí)驗(yàn)課應(yīng)是一類(lèi)特別重視實(shí)踐的教學(xué)課程。為加強(qiáng)教學(xué)效果，一些研究正探索試驗(yàn)+工廠+情景教學(xué)的一體化教學(xué)模式，這種新型教學(xué)模式兼具有實(shí)習(xí)教學(xué)和情景教學(xué)的特點(diǎn)。實(shí)習(xí)教學(xué)是一種重實(shí)踐的教學(xué)方式，在實(shí)踐過(guò)程中完成教學(xué)，不僅能將抽象的理論知識(shí)變得生動(dòng)具體化，而且能讓學(xué)生學(xué)以自用，舉一反三。通過(guò)與校辦工廠或者企業(yè)的合作，可以開(kāi)展實(shí)習(xí)教學(xué)。例如教師在講到酶發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，就可以結(jié)合學(xué)生在相關(guān)實(shí)習(xí)企業(yè)中了解的糖化酶生產(chǎn)案例給學(xué)生講解，從酶株的取得方式到成本控制以及如何提高酶產(chǎn)量的方面進(jìn)行介紹，使學(xué)生記憶深刻，從而提高教學(xué)質(zhì)量[4]。情景教學(xué)也是重要的教學(xué)方式，教師可挑選出具有代表性的小實(shí)驗(yàn)，例如酶微生物菌種的篩選，將3到4個(gè)學(xué)生分為一組進(jìn)行小組討論，讓學(xué)生獨(dú)立的查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，然后通過(guò)教師的引導(dǎo)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后，老師和學(xué)生一起總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且通過(guò)討論找出實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的不足。這樣的互動(dòng)教學(xué)方式，不僅提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和分析能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，為以后的學(xué)生走上社會(huì)打下基礎(chǔ)[5]。試驗(yàn)+工廠+情景教學(xué)的一體化教學(xué)模式有助于改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的單一模式，增加實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)多樣化，從而為提高教學(xué)質(zhì)量找到新的突破口。

3.加強(qiáng)多媒體在酶工程教學(xué)中的使用

多媒體教學(xué)在酶工程實(shí)驗(yàn)中不可或缺，通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式，彌補(bǔ)酶反應(yīng)過(guò)程中缺乏光影效應(yīng)的缺點(diǎn)，展示酶結(jié)構(gòu)變化的過(guò)程，是酶工程試驗(yàn)課堂區(qū)別其他試驗(yàn)課堂的特點(diǎn)。多媒體將空洞的理論知識(shí)通過(guò)文字、圖像、聲音的方式展現(xiàn)在學(xué)生的面前，可以彌補(bǔ)口頭講解的不足。多媒體教學(xué)的關(guān)鍵在于制作優(yōu)秀的多媒體教學(xué)資料，比如動(dòng)畫(huà)，小電影和PPT等，酶工程實(shí)驗(yàn)課老師應(yīng)加強(qiáng)這方面的探索。在酶工程實(shí)驗(yàn)課中，多媒體實(shí)驗(yàn)課堂比單純的實(shí)驗(yàn)課堂優(yōu)勢(shì)明顯。例如在講到酶反應(yīng)器這一章節(jié)時(shí)，可以通過(guò)使用三維動(dòng)畫(huà)制作，將酶反應(yīng)過(guò)程通過(guò)多媒體形式展示出來(lái)，讓學(xué)生可以一目了然，減輕了教師的教學(xué)壓力，也提高了教學(xué)質(zhì)量。為獲得優(yōu)秀的多媒體教學(xué)資源，省屬院校之間應(yīng)建立多媒體技術(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，相互借鑒學(xué)習(xí)，為學(xué)生創(chuàng)造有利的學(xué)習(xí)環(huán)境。

結(jié)語(yǔ)

酶工程是一門(mén)新的交叉學(xué)科，教育改革者應(yīng)不斷的對(duì)其實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行思考與探索，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和發(fā)散思維，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

程志德（1981- ），男，湖北黃岡人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

楊艷燕（1951-），女，湖南株洲人，碩士，教授，主要研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)。

李順意（1966- ），男，湖南衡陽(yáng)人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)。

*為通訊作者：李順意