“酶工程”課程改革探討與實(shí)踐

楊立 龔乃超 柯斌清

摘 要 “酶工程”是生物工程、生物技術(shù)、生物制藥等專業(yè)的專業(yè)必修課。針對課程內(nèi)綜合知識點(diǎn)和學(xué)科間交叉知識較多，知識體系較完整，課內(nèi)學(xué)時較少等因素，學(xué)生學(xué)習(xí)存在較大難度，想系統(tǒng)學(xué)好較難。但課內(nèi)學(xué)時有限，針對以上問題，作者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)對該門課程傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革，推崇過程教學(xué)環(huán)節(jié)監(jiān)控及課程內(nèi)綜合知識及課程間交叉知識的梳理，推崇設(shè)計相應(yīng)實(shí)踐案例讓學(xué)生完成深入學(xué)習(xí)。從而讓學(xué)生能夠較大可能學(xué)好該門課程及其相關(guān)知識體系。

關(guān)鍵詞 酶工程 過程教學(xué) 綜合知識點(diǎn) 實(shí)踐案例

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.01.040

Abstract "Enzyme engineering" is a required course for bioengineering， biotechnology， biopharmaceutical and other majors. In view of the factors such as more comprehensive knowledge points and interdisciplinary knowledge in the course， more complete knowledge system and less class hours in the course， it is difficult for students to learn well systematically. But the class hours are limited. In view of the above problems， the teaching team of the author reformed the traditional teaching method of the course， praised the process teaching link monitoring and the combing of comprehensive knowledge and cross knowledge in the course， and praised the design of corresponding practice cases for students to complete in-depth learning. So that students can learn the course and its related knowledge system well.

Keywords Enzyme engineering; process teaching; comprehensive knowledge points; practice case

1過程教學(xué)監(jiān)控

1.1課堂內(nèi)教學(xué)效果監(jiān)控

在平時成績設(shè)定中，為了避免傳統(tǒng)教學(xué)方式中，學(xué)生學(xué)習(xí)不夠主動，課堂中與教師互動較少等缺陷，設(shè)定了課堂互動占平時成績的30%;課堂互動主要由兩部分組成，教師主動提問和學(xué)生主動講解兩部分組成。

教師每節(jié)課45分鐘隨堂至少提問3次，問題涉及主要包括上節(jié)課重點(diǎn)知識回顧，本節(jié)課難點(diǎn)知識理解與實(shí)踐性較強(qiáng)問題的理解等。由于不定時的提出問題，使學(xué)生上課時的注意力，必須時刻保持集中。如不知道問題或問題回答極端錯誤，直接扣5分，問題回答部分正確，不扣分不得分，問題回答基本正確，得3分;問題回答正確得全分5分。

學(xué)生主動講解每次課不多于2次，每次不超過3分鐘。一般安排在第一節(jié)課上課前5分鐘進(jìn)行。教師提出綜合性或?qū)嵺`性較強(qiáng)問題，由學(xué)生搶答，回答完全正確得5分，部分正確得3分，錯誤得0分，此項(xiàng)不扣分。課堂互動單項(xiàng)滿分100分，占平時成績的30%。

通過課堂互動，發(fā)現(xiàn)不論學(xué)生坐在教室哪里，都必須認(rèn)真聽講，避免了以前學(xué)生坐在后面幾排，偷懶玩手機(jī)等現(xiàn)象。另外通過學(xué)生主動講解發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在課間與課余時分，經(jīng)常就一些老師上課中提到的重難點(diǎn)知識進(jìn)行交流，相互探討，期望把知識弄懂有機(jī)會在課堂上進(jìn)行講解。并且形成了較好的學(xué)風(fēng)，大家都相互比拼，相互幫助，班級整體學(xué)習(xí)氛圍大為提高。

1.2課堂外自學(xué)過程監(jiān)控

課堂外的學(xué)習(xí)是大學(xué)生重要的學(xué)習(xí)階段，如何較好監(jiān)控困難較大。以我校為例，對大一新生進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定上晚自習(xí)外，其余年級晚上的時間都是靈活的。即使少量班級自行組織上晚自習(xí)，但自習(xí)外的課余時間，還是難以有效監(jiān)控，作業(yè)抄襲或借鑒現(xiàn)象尤為普遍。針對“酶工程”知識體系復(fù)雜，課程綜合知識點(diǎn)和學(xué)科間交叉知識點(diǎn)較多，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計了案例分析，工藝設(shè)計及單元測試環(huán)節(jié)。學(xué)生利用課外時間，需要完成2次的案例分析，滿分100分，每次滿分50分，占平時成績的10%，完成2次工藝設(shè)計，滿分100分，每次滿分50分，占平時成績的10%;通過共計四次的案例分析與工藝設(shè)計，學(xué)生在課外的學(xué)習(xí)時間與質(zhì)量就可以得到保證。并且由于同門的案例不同，大家都必須獨(dú)立完成自己的，就不懂的問題可以相互交流，有效避免了傳統(tǒng)作業(yè)抄襲的現(xiàn)象。并且大多案例分析聯(lián)系生活緊密，使學(xué)生們對學(xué)科學(xué)習(xí)產(chǎn)生了較大興趣，區(qū)別于傳統(tǒng)作業(yè)，理論知識太強(qiáng)，實(shí)際性較弱的缺點(diǎn)。

2 綜合知識點(diǎn)及案例習(xí)題

2.1 課程內(nèi)綜合知識點(diǎn)和課程間綜合知識點(diǎn)的系統(tǒng)梳理及針對性講解，方便學(xué)生進(jìn)行理解

2.1.1 課程內(nèi)綜合知識點(diǎn)

以郭勇版《酶工程》教材為例，[1]第六章酶固定化與第九章酶反應(yīng)器知識點(diǎn)聯(lián)系緊密，其中填充床化反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等適用于固定化酶，需要學(xué)生們熟悉固定化酶的相關(guān)屬性及其特點(diǎn)，才能靈活將其運(yùn)用于生物反應(yīng)器中。除去會在生物反應(yīng)器中運(yùn)用固定化酶生產(chǎn)外，還要靈活根據(jù)固定化酶的屬性，設(shè)計或選擇合適的生物反應(yīng)器，提高生產(chǎn)效率或使游離酶等無法催化的反應(yīng)得到高效催化從而發(fā)生反應(yīng)。

2.1.2 課程間綜合知識點(diǎn)

“酶工程”第二章微生物發(fā)酵產(chǎn)酶（特別是其中產(chǎn)酶微生物特點(diǎn)與產(chǎn)酶微生物發(fā)酵工藝特點(diǎn)）與課程“微生物學(xué)”中微生物自身生長屬性，發(fā)酵生產(chǎn)類型及后續(xù)產(chǎn)物分布位置等緊密關(guān)聯(lián);“酶工程”第二章發(fā)酵工藝條件及其控制：活化和擴(kuò)大、pH值、溫度和溶解氧的控制與課程“發(fā)酵工程”中溶解氧的控制，發(fā)酵過程控制及代謝調(diào)控，直接測定與間接測定發(fā)酵反應(yīng)過程參數(shù)等知識緊密關(guān)聯(lián);“酶工程”第四章酶的提取與分離純化與課程“生物工程下游技術(shù)”產(chǎn)物的分離純化方法等知識點(diǎn)緊密相關(guān)，“酶工程”第五章酶分子修飾與課程“無機(jī)化學(xué)和課程有機(jī)化學(xué)”交叉度較高;第八章酶反應(yīng)器與課程“發(fā)酵工程”發(fā)酵罐的設(shè)計與放大和課程“生物工程設(shè)備”生物反應(yīng)器的分類，生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，生物反應(yīng)器的設(shè)計等知識點(diǎn)交叉緊密。

2.2 設(shè)計綜合知識點(diǎn)習(xí)題與案例分析題

2.2.1 設(shè)計綜合知識點(diǎn)習(xí)題

論述固定化細(xì)胞的特點(diǎn)及其在生物反應(yīng)器中的實(shí)踐運(yùn)用？

開闊思路，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，說明酶制劑等產(chǎn)品在醫(yī)學(xué)上進(jìn)行運(yùn)用，用途有哪些？

細(xì)胞經(jīng)過固定化后，特性發(fā)生哪些變化？固定化酶和游離酶相比，有何優(yōu)缺點(diǎn)？并舉例說明固定化酶（細(xì)胞）的制備過程及原理？

寫出多種分離純化酶蛋白的生產(chǎn)方法，并說明其工藝方法？

借助所學(xué)知識，說明填充床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？

列舉所學(xué)習(xí)的酶反應(yīng)器類型，通過比較說明各類酶反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)。

根據(jù)所學(xué)知識，談?wù)勎⑸飫恿W(xué)方程式與酶動力學(xué)方程式的聯(lián)系與區(qū)別，借此說明實(shí)踐生產(chǎn)中兩者之間的聯(lián)系。

發(fā)酵工程課程中發(fā)酵罐的分類與酶工程中酶反應(yīng)器的分類之間的區(qū)別與聯(lián)系？

2.2.2 案例分析題

案例可以是具體的科研課題或者是生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的具體問題，使教學(xué)內(nèi)容跟上學(xué)科的時代發(fā)展。[2]作為一種互動式的教學(xué)，教師提出問題，適時啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析并解決實(shí)際問題，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，將傳授知識從單向的灌輸轉(zhuǎn)為雙向的交流，使學(xué)生變由被動聽講轉(zhuǎn)為主動參與，深化理解知識點(diǎn)，有利于提高教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生各項(xiàng)綜合能力的培養(yǎng)。[3]

（1）酶在污水治理中的應(yīng)用。通過生物酶打開污染物中更復(fù)雜的化學(xué)鏈，酶分子可以使反應(yīng)物分子中化學(xué)鍵拉長、扭曲和變形，使他們更容易被水解，因而加速有機(jī)物的分解，達(dá)到去除污染物的目的。與其它微生物處理相比，生物酶催化處理法具有催化效能高、對廢水質(zhì)量及設(shè)備情況要求較低，反應(yīng)速度快，對溫度、濃度和有毒物質(zhì)適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。隨著材料學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，模擬酶及酶的屬性都在不斷優(yōu)化中。并且隨著環(huán)境保護(hù)力度的加大，對污水治理的需求量，全國各地需求量在不斷加大。

（2）酶在甲醛清除中的運(yùn)用。采用氨基酸解大豆蛋白，并添加一種從純天然植。物中提取的活性酶，成功制備出生物清醛酶（又名氨基酸解大豆蛋白）新產(chǎn)品。該新產(chǎn)品結(jié)合了生物酶催化、吸附和分解等技術(shù)。生物清醛酶可以高效迅速的去除居室內(nèi)的甲醛等污染物，可使其降解為CO2、H2O等無機(jī)物。作用迅速，無二次污染物的產(chǎn)生。將酶與空氣凈化器聯(lián)合應(yīng)用的研究及其產(chǎn)品，目前市場上越來越多。

3 改革后教學(xué)效果總結(jié)與討論

3.1 對于考研等基礎(chǔ)較好學(xué)生而言

課程內(nèi)綜合知識點(diǎn)和課程間綜合知識點(diǎn)的系統(tǒng)梳理及針對性講解備受考研學(xué)生歡迎。幫助學(xué)生們對本門課及其學(xué)科體系中的其他課程的知識點(diǎn)理解更加深入，相互之間的聯(lián)系更加清楚。能夠明確區(qū)分哪些知識點(diǎn)是獨(dú)立知識點(diǎn)，可以獨(dú)立記憶;哪些是綜合或交叉知識點(diǎn)，需要花費(fèi)更多時間進(jìn)行理解記憶。這種知識點(diǎn)分類學(xué)習(xí)法，對學(xué)生的學(xué)習(xí)幫助較大，在學(xué)生第二課堂的自學(xué)和復(fù)習(xí)過程中，效果較明顯。也是考研復(fù)習(xí)過程中，對學(xué)生所掌握知識點(diǎn)的一種考量，學(xué)生再進(jìn)入到第二輪專業(yè)課復(fù)習(xí)中，應(yīng)該就達(dá)到這種水平?？吹讲煌R點(diǎn)能夠較好分析出，知識點(diǎn)是單獨(dú)知識點(diǎn)還是交叉知識點(diǎn)。到復(fù)習(xí)第三輪時，應(yīng)該有效能夠完成。

3.2 對于基礎(chǔ)相對較差學(xué)生而言

通過近幾年研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計綜合知識點(diǎn)習(xí)題與案例分析題，實(shí)踐性更強(qiáng)，容易激發(fā)此類學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而慢慢從完全不懂，不愿意學(xué)轉(zhuǎn)化為開始接受本門課程中的知識點(diǎn)，逐步改變?yōu)楦信d趣，愿意花時間弄懂習(xí)題中涉及的相關(guān)理論知識點(diǎn)，從而達(dá)到相關(guān)教學(xué)要求與人才培養(yǎng)方案中的相關(guān)規(guī)定。

改革之后，近幾年試卷卷面及格率提高了近20%，穩(wěn)定在60%以上，本門課程學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)時間在30小時以上，實(shí)現(xiàn)課外自主學(xué)習(xí)學(xué)時達(dá)到36學(xué)時及以上。完成作業(yè)質(zhì)量也明顯提高。作者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)，近三年重點(diǎn)關(guān)注了近10名大二時期，專業(yè)課有一至兩門不合格的學(xué)生，第五學(xué)期學(xué)習(xí)本門課程，有一半以上學(xué)生通過本門課程考試，整體學(xué)習(xí)氛圍明顯改善，教學(xué)改革取得一定成果。

4 結(jié)語

“酶工程”是理論聯(lián)系實(shí)踐極為緊密的專業(yè)理論課，其主要內(nèi)容包括了酶的提取與分離純化，酶的固定化，酶的非水相催化，酶的定向進(jìn)化，酶生物反應(yīng)器等。由于酶已廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)，對培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有重要的意義。通過“酶工程”課程教學(xué)的改革與實(shí)踐探索，摸索出一套適合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的必修專業(yè)課教學(xué)方法。這次改革從課程教學(xué)監(jiān)控，到教學(xué)方法改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)交叉知識點(diǎn)的總結(jié)講解，對于成績較好的考研學(xué)生或基礎(chǔ)較差的找工作學(xué)生幫助都較大，而大量案例的教學(xué)方式，會幫助學(xué)生培養(yǎng)學(xué)科興趣。本課程組通過幾年教學(xué)積累及教學(xué)改革，取得了較好的教學(xué)效果。酶工程在生物工程、生物技術(shù)、生物制藥、食品安全與檢測等專業(yè)將繼續(xù)發(fā)揮核心課程的支撐作用。

基金項(xiàng)目：武漢工商學(xué)院2017年校級教學(xué)改革研究項(xiàng)目：2017Y08

參考文獻(xiàn)

[1] 郭勇.酶工程（第4版）[M].北京：科學(xué)出版社，2014：12-46.

[2] 吳士筠，魏艷芬，樂薇.生物工程專業(yè)酶工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革探索與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2014（03）：122-123.

[3] 周海巖，王亞軍，牛坤，賈東旭，王遠(yuǎn)山，鄭裕國.“酶工程”課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究（電子版），2016.6（03）：40-43.