混合教學模式下“酶工程”的教學優(yōu)化研究

李劍睿，王曉麗，趙潤柱

（太原工業(yè)學院 環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008）

酶工程是生物學的分支學科，是在酶學基本理論的基礎上，與化工技術相互滲透結合，發(fā)展而成的一門新的技術學科。基于酶的生物合成調控、酶的發(fā)酵生產(chǎn)、酶的分離純化和酶的分子修飾和固定化研究，酶工程著重探討作為一種高效生物催化劑的酶在工業(yè)上推廣的問題，以及作為一種高效生物大分子的酶在基因工程應用的問題，旨在通過酶的催化動力學特性分析、酶反應器的設計，使酶能夠在農業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)境保護等領域上發(fā)揮其獨特的作用?！拔⑸飳W”“生物化學”是專業(yè)先修課程，其主要任務是使學生在了解酶的生物催化特性、酶的作用原理和酶的生物學功能的基礎上，全面掌握課程的主要內容及其工藝過程，為進一步開發(fā)酶的新產(chǎn)品及酶的應用奠定堅實的理論基礎和操作技能。

我國高等學校的教學改革，改到深處是課程，改到痛處是教師，其最終目標要通過具體的課程改革方案的落實來實現(xiàn)，而課堂教學又是課程改革的主要抓手，課堂教學不僅是教育體系的構建支點，也是人才培養(yǎng)模式的關鍵與核心，因而探索高效的課堂教學模式是教育改革的關鍵和最終落腳點。高效課堂是教與學高效率與高效益的統(tǒng)一，高效率即提高學生的知識掌握能力，高效益就是培養(yǎng)學生的優(yōu)良品質與完美人格[1，2]。

“酶工程”課程內容綜合性、理論性較強，一些知識點需要基礎課程知識支撐，課程難度較大，學生學習時不易理解，積極性不高，而且課程教學內容較多，學時較少，有限學時主要用于課堂教師講授，課堂師生互動討論和知識點答疑的時間偏少。顯然，以教師講授為主的傳統(tǒng)教學模式，已經(jīng)不能完全適應高等教育發(fā)展的現(xiàn)狀，而混合式教學模式提倡以教師為引導、以學生為主體，教師在教學過程中只起到輔助作用，強調學生學習的積極性和主動性，采取多種方式培養(yǎng)學生創(chuàng)新、合作的能力，優(yōu)勢明顯[3-5]。

一、總體思路

隨著我國社會變革、思想觀念和科學技術的迅猛發(fā)展，高等教育和教學改革迫在眉睫。高校作為高等教育改革的主陣地，只有適應國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，深化教育改革，創(chuàng)新完善人才培養(yǎng)模式，才能更好承擔新形勢下服務社會經(jīng)濟發(fā)展的職能。應用技術型本科是指以應用技術為辦學定位的普通本科院校，應用型本科教育對于滿足中國經(jīng)濟社會發(fā)展與社會對高層次應用型人才的需要，以及推進中國高等教育大眾化進程起到了積極的促進作用。作為生物工程專業(yè)的基礎課，“酶工程”“基因工程”“細胞工程”“發(fā)酵工程”“生物反應工程”和“生物分離工程”課程共同構成了現(xiàn)代生物工程技術體系的核心內容，其內容繁雜、實踐性強，利用傳統(tǒng)教學模式很難實現(xiàn)學生對知識的融會貫通。因此，本文以高質量教學技術平臺為支撐，以學生專業(yè)核心競爭力培養(yǎng)為目的，著力構建形成一套線上線下相結合，基礎理論知識教授與生產(chǎn)案例分析相協(xié)同，專業(yè)理論教學與課堂學生價值觀塑造相互補的課程綜合教學評價改革總體方案。

二、課堂教學設計

（一）線下線上相結合

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，高校課程內容急劇增加，在課時數(shù)有限的情況下，必須對現(xiàn)有教學內容進行重新規(guī)劃，在保證教學進度和教學質量的前提下，根據(jù)“酶工程”各章節(jié)內容的不同特點，采取不同的方式，以方便學生自主靈活學習，提高課程教學效果[6]。

在課程線下教學過程中，傳統(tǒng)板書與數(shù)字化教學相結合，充分發(fā)揮多媒體課件將圖像、文字、視頻等融為一體的功能。對于“酶工程”課程出現(xiàn)的新章節(jié)內容，如《酶的固定化》《酶分子修飾》和《酶的非水相催化》，教師可以采取線下為主的教學方式，增加與學生接觸的時間和機會，將知識傳授和答疑解惑同步進行，提升課堂教學效率。在課程線上教學過程中，針對在其他課程中已系統(tǒng)講解的內容章節(jié)，如《酶合成的生物調控》《酶的發(fā)酵生產(chǎn)》，學生完全具備自學的條件和能力，可以采取線上預習、線下討論的教學模式，并作必要的補充，為新章節(jié)內容的講解省出更多時間。

（二）理論傳授與案例分析相結合

在傳統(tǒng)的課堂教學模式下，學生常常學習興趣較低，學習效率不高，而案例教學法可以解決這一問題。首先由教師提出具體案例，然后師生共同討論分析，成功調動學生學習的積極性。當然，學生必須通過查閱大量相關文獻，形成自己的基本觀點，是案例教學法的學情基礎。此外，案例的設計與選擇是案例教學能否成功的關鍵[7，8]。向學生介紹一些知識面廣、代表性強的酶工程經(jīng)典案例，從生產(chǎn)方案中的設備選型、酶的類型選擇、酶的技術改造、反應參數(shù)調控等方面，通過具體的實驗數(shù)據(jù)，對酶轉化生產(chǎn)過程進行科學分析與全面評估，實現(xiàn)現(xiàn)有生產(chǎn)方案的優(yōu)化升級，提高學生的綜合職業(yè)素養(yǎng)和解決實際問題的能力。例如在催化環(huán)境對固定化青霉素?；复呋阅艿挠绊懓咐校婕暗闹R點包括青霉素?；傅奈⑸锖铣蓙碓?、結構特點、催化特性及在β-內酰胺類抗生素工業(yè)生產(chǎn)中的作用，青霉素?；傅墓潭ɑ^程，影響酶催化效率的環(huán)境參數(shù)因子（溫度、pH、有機溶劑等）等多方面的內容。此外，還包括一些細節(jié)層面的知識點如標準曲線的制作、酶活力的測定方法等。在案例教學討論互動的過程中，教師要引導學生將知識體系化、系統(tǒng)化，學生要做到在理解相關專業(yè)理論知識的同時，綜合把握各知識點間的有機聯(lián)系，指出現(xiàn)有工程技術路線的不足并提出改進方案，最終實現(xiàn)融會貫通、學以致用的學習目標。

（三）章節(jié)內容教學的個性化能力培養(yǎng)

“酶工程”教改目標的設定要以我國高等教育改革精神和《生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案》中規(guī)定的畢業(yè)能力要求為主要依據(jù)，將知識傳授和學生專業(yè)能力培養(yǎng)有機統(tǒng)一，樹立授之以漁的教育理念，培養(yǎng)學生終身學習的能力。第一，通過《酶的生物合成及其調節(jié)》章節(jié)具體內容的講解，引導學生了解蛋白酶的生物合成途徑、蛋白酶的生物合成調控機理及重組酶的基因構建和異源蛋白生產(chǎn)菌株的構建過程，使學生能夠設計出一系列對不同物種來源的酶進行高水平表達的細胞工廠以滿足生產(chǎn)實際需求。第二，通過《微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)與控制》章節(jié)的學習，引導學生了解酶制劑的產(chǎn)酶微生物菌種、微生物酶發(fā)酵動力學與控制理論、微生物深層發(fā)酵與酶制劑生產(chǎn)技術，培養(yǎng)學生經(jīng)過預先設計、人工操作，利用微生物生命活動獲得所需酶的能力。第三，通過《酶的分離純化提取》章節(jié)的講解，使學生了解主要酶分離技術的原理和過程，能夠通過酶分離技術的科學組合，實現(xiàn)目標蛋白酶的高效分離。第四，通過《酶分子修飾》章節(jié)的掌握，引導學生了解利用物理化學法對酶分子修飾及利用基因工程對酶分子改造等內容，培養(yǎng)學生通過分析酶結構和催化特性的關系，設計和定向改造酶分子。第五，通過《酶的非水相催化》章節(jié)的講授，引導學生了解水和非水介質對酶催化反應的影響、酶在非水介質中催化作用特性及酶在非水介質中的催化反應條件，培養(yǎng)學生通過研究非水介質中酶結構和功能的關系，設計拓展酶在生產(chǎn)實踐中的應用范圍。第六，通過《酶的固定化》章節(jié)的學習，引導學生了解酶固定化原理、方法及應用，培養(yǎng)學生根據(jù)生產(chǎn)需求設計酶的固定化方法，并對固定化酶的酶活力、專一性和穩(wěn)定性作出綜合評價。第七，通過《酶的應用》章節(jié)的介紹，引導學生了解酶在國民經(jīng)濟各行業(yè)的應用，使學生能夠針對應用對象和環(huán)境進行酶的設計和優(yōu)化，以便最大程度發(fā)揮酶的作用效率?？傊?，本門課程的教學目標是使學生深刻認識和理解如何實現(xiàn)酶催化效率的最優(yōu)化問題，以及酶轉化技術在工業(yè)產(chǎn)業(yè)化過程中的地位和作用。

此外，實踐是創(chuàng)新的基礎，實踐能力體系與理論教學是相互協(xié)調和相輔相成的關系，要重視大學生實踐能力的培養(yǎng)。要通過大學生創(chuàng)新訓練項目、高校學科競賽、企業(yè)實踐實訓、本科畢業(yè)設計等途徑，加深學生對“酶工程”課程基礎理論知識的理解，強化實踐和實驗動手操作的能力，對促進大學生知識的轉化和拓展、增強大學生的社會意識和適應能力、提高個人素質修養(yǎng)等方面都有積極作用。

三、課堂學生價值觀的塑造

高校教學的基本任務除了促進學生的知識積累和知識結構優(yōu)化以外，還要培養(yǎng)學生正確的世界觀、道德觀、愛國情懷和良好的個性品質。2020年4月，我國教育部等八部門聯(lián)合印發(fā)《關于加快構建高校思想政治工作體系的意見》，要求全面推進所有學科課程思政建設[9]。課程思政進入全面建設的新階段。自然科學課程是高校課程體系中的重要組成部分，蘊含著豐富的科學和人文精神，是思想政治教育目標實現(xiàn)的重要載體。

“酶工程”主要介紹酶的修飾改造技術和典型的酶轉化生產(chǎn)過程，課程內容與人們生產(chǎn)生活息息相關，蘊含著豐富的思政元素，因此，教學團隊不僅備課程，也要備思政，結合學生所思所悟、社會熱點價值引導、專業(yè)知識點觸發(fā)，共同挖掘課程蘊含的思政元素，優(yōu)化課程思政設計[10-12]。第一，將思政元素融入課程前言教學中，力爭實現(xiàn)知識傳授與育人目標的雙贏。“酶工程”課程知識點主要分為酶的生產(chǎn)、改造和酶在國民經(jīng)濟各行業(yè)的高效利用兩部分，第一部分是酶轉化工程產(chǎn)業(yè)化的基礎，解決的是技術層面的問題，如酶的修飾、酶的固定化、酶的非水相催化等；第二部分是以基本技術為支撐的酶的應用推廣，二者相輔相成、缺一不可。對學生有哪些教育啟發(fā)意義呢？眾所周知，近年來我國積極推進科技自立自強，高質量發(fā)展取得新成效，但高科技領域技術“卡脖子”問題依然突出，因此，要不斷強化科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性，加強基礎研究投入，大力發(fā)展專精特新中小型企業(yè)。大學生應該立大志、做大事，夯實自我成長，筑牢專業(yè)根基，為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢而貢獻一份力量。第二，將思政元素融入專業(yè)知識點中。很多專業(yè)知識點都蘊含著豐富的人生哲理。如酶的發(fā)酵生產(chǎn)部分，培養(yǎng)基設計和參數(shù)控制是影響生產(chǎn)效率的關鍵要素；再如酶的固定化部分，載體的類型、載體的活化方法和酶的因素都是酶高效固定的重要因子，使學生深刻領會個人和集體的關系及團隊協(xié)作的重要性，各個環(huán)節(jié)都是事情成功的保障。第三，把相關的社會熱點問題適時地引入課堂中進行剖析，引導學生自主思考，在加深對知識理解的同時，培養(yǎng)學生的人文精神等核心素養(yǎng)，實現(xiàn)學生專業(yè)素質和思政水準的雙贏。

四、課程教學質量評價體系

課程教學質量評價是教學質量管理的核心內容，是不斷提高教學質量的關鍵舉措。我們本著課程考核方式的多元化、客觀化原則，將學生總成績劃分為平時成績、中期綜合考查和期末卷面考試三部分。首先，細化平時成績的構成，將到課率、課堂提問討論、作業(yè)情況等均納入平時成績考核范圍，本部分占總成績的20%。其次，實施中期綜合考查，通過考查學生查閱資料、撰寫專題報告的能力，了解學生在課程上半學期的學習效果，同時，有助于教師反思在教學中的問題，及時進行相應調整，本部分占總成績的15%。最后，通過期末卷面考核，評價學生對本課程專業(yè)理論知識的總體掌握情況，本部分占總成績的65%?？傊ㄟ^課程綜合成績的合理設置，以期達到客觀公正的教學評價效果。

沒有任何一種課堂教學模式能適用于所有的教師，也沒有任何一種課堂教學模式能適用于所有的學生。我們應該注重挖掘海量課堂教學模式所蘊含的思想精髓和教育實踐活動各個環(huán)節(jié)的內在聯(lián)系，找出一套符合特定高校、具體專業(yè)、特定課程和復雜學情的特色課堂教學模式，是每個高校教學科研工作者值得深思的問題。

通過以工程案例分析和章節(jié)內容教學的個性化能力培養(yǎng)為中心的教學改革方案的實施，再輔以大量課堂思政元素的融入和綜合教學質量評價體系的構建，促使學生能夠設計出針對生物技術領域復雜工程問題的解決方案，以及滿足特定需求的生物工程領域新產(chǎn)品、新工藝和新技術。同時，培養(yǎng)學生的自主學習意識及不斷適應和引領行業(yè)發(fā)展的能力。