海洋生化工程的課程建設及教學方法探析

摘要: 海洋生化工程是一門新興的極富生命力的綜合性學科，隨著人口的不可逆性增長、陸地資源和可耕種面積的不可逆性減少，全球性陸地資源短缺的壓力將日益增加，海洋生化工程將成為人類緩解人口膨脹、資源短缺、環境惡化矛盾的至為重要的關鍵技術。本文作者探討了跨學科選修課海洋生化工程的教學內容的合理選擇，并結合自己的教學經驗和體會對如何采用靈活多樣的教學方法以提高本課程的教學效果進行了分析和討論。

關鍵詞: 海洋生化工程課程建設教學方法

一、引言

海洋生化工程是以海洋生物學為基礎，利用陸地生化工程體系和工程原理，將海洋生物技術實驗室研究成果推向產業化的一門新興的極富生命力的綜合性學科[1]。其作為高新技術之一，正以巨大的活力改變著傳統的社會生產方式和產業結構，通過對實驗室研究成果大的開發、放大和工程化，進而為人類提供更豐富的商品和社會服務[2，3]。隨著科技水平的不斷提高，人口的不可逆性增長，人類生活水平的不可逆性提高，陸地資源和可耕種面積的不可逆性減少，全球性陸地資源短缺的壓力將日益增加，海洋生化工程將成為人類緩解人口膨脹、資源短缺、環境惡化矛盾的至為重要的關鍵技術。“九五”期間國家在“九五”科技攻關計劃和首次被正式納入國家高科技發展計劃的“海洋863生物技術”研究領域中加大了對與海洋生化工程研究相關課題的支持力度[4，5]。國家“十五”科技攻關計劃和國家“十五—863”計劃也對該學科的發展給予了更多的關注。由此可見，這門課程的開設順應了時代發展的要求。

很多學者認為，21世紀將是海洋的世紀[6，7]。因此，工科院校學生掌握一定的海洋生化工程基礎知識，對于專業知識的學習，就業能力的提高，適應新世紀、新形勢和新環境對本科學生的要求等都至關重要。海洋生化工程是面對具有理工科基礎的非生物工程專業的學生開設的一門公共選修課程。由于海洋生化工程包含了非常廣泛的研究內容，除了涉及微生物學和生物化學兩門基礎課外，生化反應工程、生化分離工程、生物工藝學、分子生物學和細胞生物學等都是該領域中相互支撐、相互聯系的分支學科，然而對非生物工程專業的學生一一列出這些課程是不可能的，也沒有必要。筆者認為，海洋生化工程既然是公選課程，面對理工科背景的學生，就應該充分考慮選修此門課程的學生的專業特點，從課程內容選擇到教學方法的應用都應該圍繞這個特點來進行。

二、根據專業特點，合理安排課堂教學內容和教學進程

選修本課程的學生專業分別為材料化學、測繪工程、化學工程與工藝、機械電子工程、機械設計制造及其自動化、工商管理和市場營銷。本課程的目的是向非生物工程專業類學生介紹海洋生化工程的基本理論和技術，使他們在學習本課程后對海洋生化工程領域的知識有一個較全面的了解。也就是說，本課程應該以介紹性為主，在知識的廣度方面盡量展開，讓學生盡可能多地接觸到海洋生化工程的方方面面，而在深度方面則不作特別的要求，畢竟他們的專業不是生物工程，而且本課程的總學時數只有32個課時。因此，我們充分考慮到這個原則，在選擇教學內容時以工程應用為背景，以海洋生化工程的基本原理為主線，以非生物工程專業學生學習海洋生化工程基本知識為目的，將海洋生化工程所涉及的相關內容及最新研究進展有機地融合起來，筆者將本課程的內容分成四大部分。

(一)微藻生物技術基礎。

這一部分的內容主要包括微藻的特點和分類、微藻的大規模培養和生物量采收、微藻的生物量和代謝產物及其應用以及常見的經濟微藻和赤潮微藻。此部分內容對于未接觸過海洋生化工程課程的學生而言比較抽象、難以理解，然而此部分內容對他們學習后續內容起到非常重要的作用，因此，筆者會以大量實圖，包括主要微藻的顯微圖片(中國浮游植物圖譜)、微藻的大規模培養設備、生物量采收的工藝流程和以色列等微藻生物技術發達國家在某些經濟微藻養殖、采收等方面的示范視頻短片，使學生能對微藻有一個較為全面的了解，并激發出他們的學習興趣，從而快速、輕松地進入第二部分內容的學習。

(二)海洋生物活性物質的研究與開發。

本部分內容包括海洋藥用物質、生物信息物質、海洋生物毒素、生物功能材料等各種天然產物的研究與開發。由于海洋生物活性物質一般都是以微量形式存在，因此如何獲得足夠量的活性物質一直是能否進行實際應用的關鍵之一。近年來，大量的生物學及生態學的研究結果表明，海洋生物活性物質的初始來源大部分甚至可能全部來自低等海洋生物如藻類及其共生菌類。因此，筆者認為本部分應圍繞以低等生物為研究對象，應用生物培養、基因工程、DNA重組、生化工程、酶工程和發酵工程等生物技術生產生物活性物質進行講解，并應該大量結合當今海洋生化工程領域的最新成果。此外，由于此部分涉及的海洋生物活性物質主要來源于海洋無脊椎動物、海藻和微藻，因此，筆者講解活性物質種類及功效時配以活性物質來源的海洋生物的相應圖片。在講解過程中，筆者發現此種方法很好地激發了學生的學習興趣，于是，在課時安排上適時調整，對這部分內容進行了相應的拓展，力圖使學生盡可能多地了解海洋生化工程的發展前景和動態。

(三)海洋生物活性物質的制備技術。

海洋生化制備技術是生化制備技術在海洋生物中的具體應用和延伸，原理、方法和技術與生物化學制備基本一致，因此，重點講解內容為海洋生化制備技術與其他經典的生化分離方法不同的特點及海洋生化制備的實例。在此部分，對于傳統的分離技術如過濾、離心、結晶等未進行講解，而對生物產品分離的方法，如鹽析、離子交換、等電點沉淀、親和層析、雙水相萃取和超臨界萃取等進行了相應講授，這能夠充分拓展材料化學和化學工程與工藝等專業學生的視野。并且，在講解過程中，筆者會配以上述基本單元炒作的原理演示動作圖和實驗人員規范操作的視頻短片。令筆者興奮的是，課后不僅材料化學和化學工程與工藝兩個專業的學生反映這些實驗方法對于指導他們的課程實驗和畢業實驗非常有用，其他專業的學生也感覺這部分內容很好地拓展了他們的知識面。

(四)近海灘涂生物資源的開發利用。

隨著世界人口的日益膨脹和資源約束的不斷加劇，淺海灘涂資源開發不僅已成為緩解人類社會生存與發展面臨的人口、資源與環境之間矛盾的有效途徑之一，更是一項世界性的事業。我國淺海灘涂面積大、分布廣、地理條件優越、開發潛力巨大。在這種發展趨勢下，講授近海灘涂生物資源的開發利用具有非常重要的現實意義。這能讓學生充分了解國際發展的新形勢，以適應國際新環境。因此，本部分也是筆者的重點講解內容，包括近海灘涂生物資源的開發利用現狀及主要模式，等等。由于荷蘭、日本、挪威、英國、美國和馬來西亞等國家淺海灘涂開發較為典型，因此，有很多實例可以讓學生直觀地了解(以圖片方式)“圍海造地”、“自然保護區公園”、“海水增養殖業”和“建機場、碼頭和人工島”等淺海灘涂的利用途徑。此外，值得一提的是，目前關于包括灘涂在內的濕地保護工作備受世界自然基金會的重視，揚州大學、浙江大學、集美大學和北京林業大學等11所大學加入此工作，相應的宣傳短片不僅讓學生感同身受，而且讓海洋生化工程達到了預期的教學效果。

三、采取靈活多樣的教學方法，保證教學質量

一套行之有效的教學方法能保證教學的順利實施，并能夠取得良好的教學效果。因此，在教學過程中，筆者采取啟發式和討論式教學，盡可能調動學生的求知欲望，實現教學雙方的良性互動，使教師的“教”與學生的“學”在一個輕松活躍的氣氛中進行。

(一)理論聯系實際，融知識性和趣味性于一體。

在教學過程中，將書本上的理論知識與一些實際問題緊密聯系。一方面使學生掌握海洋生化工程的基本知識，另一方面激發學生的學習興趣，讓他們覺得海洋生化工程知識在解決實際問題中行之有效。例如，在講解海洋生物活性物質的研究與開發中，很多活性物質都已經被開發成為新藥，那么可以講授過程中，側重于這些新藥的療效和應用，讓學生領略到海洋生化工程的強大功能;同時，也要注重趣味性。例如，化妝品廣告中大寶SOD蜜中的“SOD”指的是超氧化物歧化酶(Super Oxide Dismutase);奶粉廣告中的腦黃金“DHA”、“AA”就是指二十二碳六烯酸、花生四烯酸等不飽和脂肪酸。

(二)充分利用網絡資源，豐富教學內容。

將網絡上豐富的信息資源充分利用在教學過程中，不僅大大增加課堂教學信息量，集文字、圖表、聲音、動畫和顏色于一體，使知識傳授和教學藝術高度結合，而且將較難用語言和文字表達的海洋生物及活性物質結構等直觀、動態地顯示在學生的面前，使課堂教學更加生動、形象、直觀，這對學生理解和掌握相關知識有著事半功倍的效果。

四、結語

目前，我國正在積極倡導在高校開展素質教育，改變以往專業人才培養狹隘的“對口”觀念，將學生培養成厚基礎、寬口徑，具有創新精神和較強理論聯系實際能力的科技型人才。而海洋生化工程公選課的開設，正是為這個目的服務的，讓非生物工程專業學生具有相應的生物工程方面的知識，能很好地開闊他們的視野，培養他們跨學科交叉綜合思維的能力。筆者對跨學科公選課海洋生化工程課程建設及教學方法進行了初步嘗試，取得了預期的教學效果，這讓筆者更有信心開展下一年度的跨學科公選課。然而，在教學中也遇到了相應的問題，例如，公選課面向全校學生開課，而學生專業跨度較大，因此，每年開課前授課內容都要相應改動，而且有時候做很大變動，這就給本課程的教學增大了工作量。同時，課程內容涉及面太廣，而現有國內海洋生化工程教材理論程度都較深，很難用于本課程的教學。因此，選編適合的教材對于海洋生化工程公選課的開設具有很重要的影響。當然，跨學科公選課海洋生化工程還有很多需要改進和完善的方面，筆者相信通過教學實踐，跨學科公選課海洋生化工程面臨的困難一定能得到有效的解決。

參考文獻:

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[5]韓曉鵬，彭海青，翟世奎.海洋科學中若干前沿領域發展趨勢的分析與探討.北京:海洋出版社，1994.

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[7]陳登勤.海洋高新技術與海洋生物資源開發.世界科技研究與發展，1998，20，(4):95-97.

基金資助:人才引進科研啟動項目(KQ08001)