生物化學(xué)工程教學(xué)研究

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一、生物化學(xué)工程基礎(chǔ)的課程特點及內(nèi)容

生物化學(xué)工程基礎(chǔ)課程結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)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(yīng)用的最新前沿。生物化學(xué)工程基礎(chǔ)是隨著生物科學(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)器：介紹生物反應(yīng)器的工作原理、設(shè)計方法以及應(yīng)用；全面介紹生物技術(shù)的最新進展、應(yīng)用以及生物技術(shù)應(yīng)用過程中需要化工知識的范例。生物化學(xué)工程基礎(chǔ)課程是在無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、生物化學(xué)基礎(chǔ)上進行學(xué)習(xí)的。本課程對于非生物類專業(yè)學(xué)生進行了系統(tǒng)的生物學(xué)技術(shù)及最新研究進展的介紹，讓學(xué)生了解生物學(xué)的基本思想及技術(shù)，同時將現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用與化學(xué)工程技術(shù)進行交叉講授，重點說明了化學(xué)工程技術(shù)在生物工程領(lǐng)域可能的應(yīng)用范圍，使學(xué)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(xué)工程與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生普遍存在生物學(xué)基礎(chǔ)知識薄弱的問題，如何在較短的學(xué)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(xué)工程有機的結(jié)合起來，讓學(xué)生充分感受到交叉學(xué)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(xué)模式，不斷地改進教學(xué)過程和教學(xué)方法。

二、化工專業(yè)生物化學(xué)工程基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問題

鑒于該課程屬于學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)過程中深度與廣度的平衡；如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們能夠主動深入地探討生物工程與化學(xué)工程學(xué)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(xué)們切實體會到化學(xué)工程在生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的應(yīng)用；如何鼓勵學(xué)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(xué)工程技術(shù)在生物產(chǎn)品生產(chǎn)中的具體應(yīng)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(xué)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(xué)工程專業(yè)有較為廣泛的應(yīng)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(xué)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(xué)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(dǎo)論的教學(xué)工作，必需結(jié)合化學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的特點和研究應(yīng)用實例，選擇相關(guān)學(xué)科的教材作為補充，以便在授課過程中增加相應(yīng)的內(nèi)容，進而提高學(xué)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(xué)仍然以教師講授為主，學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)。由于生物化工導(dǎo)論是理論與實踐緊密結(jié)合的課程，而教學(xué)實驗環(huán)節(jié)缺乏，學(xué)生往往很難理解生化反應(yīng)及其應(yīng)用過程。所以，需要進一步改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)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(xué)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(xué)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高整體教學(xué)質(zhì)量。同時，也可以通過講解學(xué)生身邊的研究實例，調(diào)動學(xué)生的積極性，并且配備一些實驗講解及生產(chǎn)實習(xí)來提升學(xué)生的興趣和理解程度。

三、生物化學(xué)工程基礎(chǔ)課程教學(xué)的幾點體會

筆者從2001年開始一直從事生物化學(xué)工程基礎(chǔ)的教學(xué)工作，課程面向?qū)ο笾饕獮榛瘜W(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生對于化學(xué)工程知識應(yīng)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(xué)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(xué)們對于該課程的理解和熱愛，也促進了學(xué)生對于生物工程與化學(xué)工程有機結(jié)合的全新認識。在教學(xué)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(xué)工程的實例，力求讓同學(xué)們明白，生物工程的下游產(chǎn)業(yè)化的實質(zhì)就是化學(xué)工程的應(yīng)用。教學(xué)實踐也使筆者體會到，要完成好該課程的教學(xué)任務(wù)，需要授課教師熟悉生物化學(xué)、生物工程、化工原理等教學(xué)內(nèi)容，更需要授課教師不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，以便逐步提高教學(xué)質(zhì)量。

1.建設(shè)教學(xué)團隊，認真調(diào)研學(xué)習(xí)

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(dǎo)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(dǎo)論教材、學(xué)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(xué)思想、技術(shù)與內(nèi)容，借鑒國內(nèi)外其他院校教學(xué)情況，結(jié)合專業(yè)設(shè)置的特點和實際，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗與效果。針對面向21世紀(jì)的教學(xué)和培養(yǎng)要求，要認真總結(jié)化工類本科生生物化學(xué)工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)計劃及教學(xué)方式及教學(xué)中的注意事項，要通過對其他優(yōu)秀或重點課程的學(xué)習(xí)觀摩或邀請教學(xué)經(jīng)驗豐富的老教授親臨課堂指導(dǎo)等多種途徑，進行教育素質(zhì)訓(xùn)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(xué)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(xué)大綱。李再資老師主編的生物化學(xué)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(xué)、生物工程、工業(yè)微生物學(xué)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(xué)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(xué)生提前做好預(yù)習(xí)或難點標(biāo)注，注重發(fā)揮學(xué)生自身學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使他們永葆學(xué)習(xí)的熱情和動力。實踐表明，學(xué)生通過使用英文教材獨立預(yù)習(xí)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(xué)手段

多媒體教學(xué)可以讓學(xué)生通過圖和動畫直觀地理解生物過程和反應(yīng)機理，也可以直觀地學(xué)習(xí)生物工程科學(xué)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(xué)信息量。同時，可以采用啟發(fā)式、討論式、研究式等教學(xué)方法，將課堂講授與課外輔導(dǎo)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與自學(xué)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(xué)生交流，深入探討生物工程與化學(xué)工程學(xué)科交叉所帶來的機會與挑戰(zhàn)，必將會進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)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(xué)課堂里，讓學(xué)生隨時了解相關(guān)學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)生了解學(xué)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(xué)、分子動力學(xué)和計算機工具在研究酶的反應(yīng)過程和機理中的應(yīng)用，并且把研究中的困難展示給大家，激發(fā)學(xué)生探究和追尋科學(xué)發(fā)展的欲望，吸引他們投入到生命科學(xué)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(xué)生用化工知識嘗試解決生產(chǎn)中的問題。

5.鼓勵課堂教學(xué)和生產(chǎn)實踐結(jié)合

生物化學(xué)工程基礎(chǔ)偏向?qū)嶋H應(yīng)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(xué)們切實體會到化學(xué)工程的知識在生物制品生產(chǎn)過程中的應(yīng)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(xué)們進行參觀，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，讓同學(xué)們充分體會到化學(xué)工程技術(shù)與生物工程技術(shù)學(xué)科交叉的意義和重要性，鼓勵感興趣的同學(xué)去相關(guān)的生物工程企業(yè)進行短期實習(xí)，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(xué)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(xué)生良好的學(xué)習(xí)方法

生物化學(xué)工程基礎(chǔ)在“化學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)也是一個重要的內(nèi)容。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠有一套行之有效的學(xué)習(xí)方法，將會起到事半功倍的效果。例如，筆者在組織學(xué)生討論酶的研究與開發(fā)時，有意識地向同學(xué)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(yīng)用，再提出你認為的其它應(yīng)用”。這樣的問題，對學(xué)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(xué)生加分并且作為最終評價學(xué)生本門課程成績的一個重要依據(jù)，從而大大提高了學(xué)生思考的積極性。盡管最初學(xué)生覺得這樣的問題很有壓力，但是幾次課后，學(xué)生不僅適應(yīng)了這種教學(xué)方式，也深感這種方法很有啟發(fā)性，學(xué)習(xí)效果非常好。課后復(fù)習(xí)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(yīng)該具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，是對學(xué)生的課堂重點內(nèi)容的補充，有利于提高同學(xué)對于知識難點的理解，激發(fā)學(xué)生的主動性和求知欲。如果學(xué)生能積極完成類似的作業(yè)，他們對課堂所學(xué)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(xué)生良好的科研習(xí)慣，提高學(xué)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。

總之，生物化學(xué)工程基礎(chǔ)的重點是要求學(xué)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(xué)及生物技術(shù)有較為深刻的認識。該課程不僅為化學(xué)工程與技術(shù)本科專業(yè)的學(xué)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(xué)工程與工藝專業(yè)領(lǐng)域開設(shè)生物學(xué)應(yīng)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(xué)生的實際情況，有針對性地開展教學(xué)活動，合理運用教學(xué)方法。這樣，才有可能取得滿意的效果。