生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制課程建設(shè)探索

梁彥龍，趙壽經(jīng)，陳玉香，王雪松

（吉林大學(xué) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物工程系，吉林 長(zhǎng)春 130022）

生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制課程建設(shè)探索

梁彥龍，趙壽經(jīng)，陳玉香，王雪松

（吉林大學(xué) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物工程系，吉林 長(zhǎng)春 130022）

生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制是我們學(xué)院針對(duì)生物工程專業(yè)工程類課程比較匱乏的情況而開(kāi)設(shè)的一門工程類專業(yè)特色課程。本文主要從教材建設(shè)、教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)、課程教學(xué)模式改革和課程實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)等方面，對(duì)這門課程的建設(shè)思路和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了論述。希望能夠?qū)ο嚓P(guān)課程及新開(kāi)課程的開(kāi)設(shè)與建設(shè)，有所啟示和幫助。

生物工程；課程建設(shè)；實(shí)踐

生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制是我們學(xué)院針對(duì)生物工程專業(yè)工程類課程比較匱乏的情況而開(kāi)設(shè)的一門工程類專業(yè)特色課程。由于是新開(kāi)特色課程，沒(méi)有適合的教材，也沒(méi)有前人經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，我們教研室已經(jīng)根據(jù)逐年的講義編寫了這門課程的教材，并在課程、教材、課件、教學(xué)模式方面進(jìn)行了實(shí)踐探索，旨在提升生物工程專業(yè)學(xué)生工程意識(shí)和素養(yǎng)，適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和新時(shí)代對(duì)生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

一、課程現(xiàn)狀分析

生物工程專業(yè)為工科類專業(yè)，工程類的專業(yè)課程在人才培養(yǎng)方面具有舉足輕重的地位。我們?cè)谏锕こ虒I(yè)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，具有專業(yè)針對(duì)性的工程類課程比較匱乏。目前，生物工程專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)真正與生物工廠生產(chǎn)建設(shè)密切相關(guān)的工程類專業(yè)課程有：《發(fā)酵工程》或者為《發(fā)酵工藝學(xué)》或《生物工藝學(xué)》、《生物工廠工藝設(shè)計(jì)概論》、《生物工程設(shè)備》、《微生物工程》。而《發(fā)酵工程》和《微生物工程》的教學(xué)內(nèi)容實(shí)際上有很多重復(fù)的地方。而《基因工程》、《酶工程》、《細(xì)胞工程》等雖然名稱中都帶有“工程”，實(shí)際上與工學(xué)類專業(yè)意義上的“工程”相關(guān)性并不大。21世紀(jì)是生物的世紀(jì)，生物工業(yè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的時(shí)期，生物工業(yè)產(chǎn)品種類快速增加，生產(chǎn)規(guī)模也逐步擴(kuò)大，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。規(guī)模化的生產(chǎn)要求對(duì)生物反應(yīng)過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)、提升自動(dòng)化程度的目的。相應(yīng)的，在這一領(lǐng)域的研究也逐步增多，從而形成生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制這門學(xué)科。這門學(xué)科主要涉及在生物反應(yīng)過(guò)程中需要控制的參數(shù)的檢測(cè)及優(yōu)化控制方面的知識(shí)，因此有必要在專業(yè)課程中增加相關(guān)課程，提升學(xué)生工程素養(yǎng)和意識(shí)，以適應(yīng)新世紀(jì)對(duì)生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。針對(duì)這些情況，我們開(kāi)設(shè)了《生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制》這門課程，并作為專業(yè)特色課程得到學(xué)校政策和經(jīng)濟(jì)上的支持。本課程以生物反應(yīng)過(guò)程需要檢測(cè)控制的重要參數(shù)為主線，基于生物代謝調(diào)節(jié)規(guī)律，闡述了這些參數(shù)的檢測(cè)方法、儀器及原理，以及基于參數(shù)檢測(cè)的生物反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化控制的方法原理，還有計(jì)算機(jī)在生物反應(yīng)過(guò)程測(cè)控中的應(yīng)用。課程開(kāi)設(shè)后我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了課程的建設(shè)及教學(xué)改革。

二、加強(qiáng)教材和課件建設(shè)

教材是培養(yǎng)21世紀(jì)生物科學(xué)與工程技術(shù)專門人才的知識(shí)載體，是教學(xué)的依據(jù)，是進(jìn)行教學(xué)的基本工具。因此，教材建設(shè)與生物工程學(xué)科的建設(shè)及學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)密切相關(guān)。教材質(zhì)量和水平的優(yōu)劣，對(duì)于深化教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)的人才起著至關(guān)重要的作用。由于計(jì)劃開(kāi)設(shè)該課程時(shí)，沒(méi)有合適的相關(guān)教材可用，我們?cè)谡n程開(kāi)設(shè)前，組織教研室教師收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)材料編寫講義，并經(jīng)教研室討論逐步修改完善，之后在制定新的培養(yǎng)方案時(shí)，開(kāi)設(shè)了本門課程。然后，適時(shí)申請(qǐng)教材建設(shè)項(xiàng)目，

并在《吉林大學(xué)本科“十二五”規(guī)劃教材項(xiàng)目》支持下，出版了《生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制》這本教材，并獲得吉林大學(xué)本科教育優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)，吉林省優(yōu)秀本科教材三等獎(jiǎng)，取得較好的成效。教材以生物反應(yīng)過(guò)程需要檢測(cè)的物理化學(xué)參數(shù)為主線，基于生物代謝調(diào)節(jié)規(guī)律，闡述了這些參數(shù)的檢測(cè)方法、儀器及原理，以及基于參數(shù)檢測(cè)的生物反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化控制的方法原理。由于生物反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)參數(shù)的檢測(cè)多用到電化學(xué)分析原理，本書(shū)也對(duì)電化學(xué)分析原理做了簡(jiǎn)明扼要的論述。力圖反映系統(tǒng)、綜合的反應(yīng)該領(lǐng)域的已有知識(shí)成果和最新發(fā)展。在新編教材的建設(shè)上我們的經(jīng)驗(yàn)是：教材建設(shè)需要積極申請(qǐng)相關(guān)項(xiàng)目來(lái)支撐，新教材的建設(shè)需要查閱大量文獻(xiàn)，工作量也比較大，因此要組織適當(dāng)規(guī)模的團(tuán)隊(duì)來(lái)完成，并且要由經(jīng)驗(yàn)豐富組織者來(lái)組織協(xié)調(diào)。課程建設(shè)的同時(shí)，我們還加強(qiáng)了多媒體課件的建設(shè)，在多媒體教學(xué)過(guò)程中，課件是傳遞知識(shí)信息的載體，以及教師與學(xué)生溝通、互動(dòng)的媒介，對(duì)課堂教學(xué)效果的影響很大。我們?cè)谡n堂教學(xué)中，認(rèn)真總結(jié)每次課堂講授中發(fā)現(xiàn)的課件的不足和問(wèn)題，并收集學(xué)生和督學(xué)對(duì)課件提出的意見(jiàn)，然后有針對(duì)性的逐步提高課件的質(zhì)量。比如，在關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)均用彩色文字標(biāo)記，利用制圖軟件如Photoshop、億圖圖示專家等把課件中原來(lái)的黑白插圖，全部進(jìn)行了彩色化，同時(shí)一些難于理解的檢測(cè)儀器的結(jié)構(gòu)工作原理，如磁氧分析儀等，用生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)來(lái)展示，使這些知識(shí)變得更容易理解。通過(guò)教材和課件的建設(shè)，使得課堂講授知識(shí)更形象生動(dòng)、更利于學(xué)生接受。

三、搞好教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)

課程建設(shè)離不開(kāi)教師的參與，教師是課程建設(shè)的主導(dǎo)因素，因而教師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)對(duì)于課程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展和教學(xué)質(zhì)量的提升具有重要的意義。在課程建設(shè)中我們實(shí)行課程負(fù)責(zé)人制度，由負(fù)責(zé)人全面負(fù)責(zé)組織課程建設(shè)，注重梯隊(duì)建設(shè)，確保至少兩位教師參與課程授課，以老帶新，確保本課程教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展及教學(xué)質(zhì)量，為深化教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)注重對(duì)任課教師的培養(yǎng)，安排團(tuán)隊(duì)中任課教師，尤其是青年教師，聽(tīng)取優(yōu)秀老教師的工科類課程講授，提升教學(xué)水平，并進(jìn)修計(jì)算機(jī)應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，逐步推進(jìn)和完善該課程的建設(shè)。創(chuàng)造條件、爭(zhēng)取機(jī)會(huì)、有計(jì)劃安排教師在職或出國(guó)進(jìn)修和深造，教師出國(guó)進(jìn)修有利于開(kāi)拓視野、學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到既提高教師學(xué)歷結(jié)構(gòu)、知識(shí)層次，又發(fā)揮教師積極性和潛力的目的。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)中一位教師在維也納大學(xué)進(jìn)行了為期一年的交流和學(xué)習(xí)，一位教師參加了教育部教師培訓(xùn)項(xiàng)目并獲得證書(shū)，一位教師在職攻讀博士學(xué)位，這些都為課程的長(zhǎng)遠(yuǎn)建設(shè)和規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

四、以學(xué)生為本改革課堂教學(xué)模式

課堂教學(xué)中采用引導(dǎo)式教學(xué)方法、適當(dāng)開(kāi)設(shè)主題討論課，充分發(fā)揮學(xué)生的思維主動(dòng)性和潛能；堅(jiān)持知識(shí)與素質(zhì)教育協(xié)同、基礎(chǔ)與前沿并舉等原則，使課程富有生機(jī)和人性，學(xué)生的主動(dòng)性、興趣和熱情得到提高。

采用引導(dǎo)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生主動(dòng)的跟隨教師的思維去理解和學(xué)習(xí)。轉(zhuǎn)變教師角色，教師不再泛泛地傳遞定論性知識(shí)，而是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)性的、開(kāi)放性的獲取知識(shí)。同時(shí)增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題、討論問(wèn)題、活躍課堂氣氛，使教學(xué)過(guò)程在輕松、愉悅的氣氛中進(jìn)行。教師在授備課過(guò)程，針對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)和熱點(diǎn)知識(shí)領(lǐng)域準(zhǔn)備適量的課堂提問(wèn)的問(wèn)題，在上課過(guò)程中針對(duì)個(gè)別學(xué)生或分組提問(wèn)，從而加強(qiáng)課堂教學(xué)的互動(dòng)性。比如，在講述發(fā)酵過(guò)程物理參數(shù)的檢測(cè)時(shí)，提出生物反應(yīng)過(guò)程中應(yīng)該測(cè)控的物理參數(shù)主要應(yīng)該有哪些，有意識(shí)的啟發(fā)學(xué)生去思考、分析、總結(jié)，使學(xué)生從生產(chǎn)實(shí)際的角度出發(fā)分析哪些物理參數(shù)是需要檢測(cè)的。鼓勵(lì)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中隨時(shí)提問(wèn)題，既可以培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，又可激發(fā)他們的創(chuàng)新性思維。此外，針對(duì)重點(diǎn)和前沿知識(shí)，開(kāi)設(shè)隨堂討論課。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式是以教材為中心，以教師為主體，而素質(zhì)教育、能力教育為主導(dǎo)思想的現(xiàn)代教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為本，以教師為引導(dǎo)，教師不僅食藥傳授知識(shí)給學(xué)生，更重要的是引導(dǎo)他們探索未知世界，培養(yǎng)他們自主能動(dòng)的去獲取知識(shí)。我們?cè)谡n堂教學(xué)中，選擇一些重點(diǎn)、熱點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容，將學(xué)生分組，在教師指導(dǎo)下，查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)材料，開(kāi)展討論，分析總結(jié)，寫成小論文，在課堂上報(bào)告。我們還設(shè)置了課堂教學(xué)隨機(jī)的10分鐘隨堂小考，并計(jì)入平時(shí)成績(jī)，隨堂考試的隨機(jī)性，給學(xué)生以一定的壓力，促使他們?cè)谡n堂教學(xué)中能夠全神貫注，一直跟上教師的思維和講授的知識(shí)，結(jié)果表明這項(xiàng)舉措是非常成功的。應(yīng)用這些以學(xué)生為主體教學(xué)方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生智力、提升學(xué)生綜合素質(zhì)、增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，有著重要的推動(dòng)作用。這些措施的實(shí)施，使得課堂一改以往的單調(diào)死板氛圍，而變得更加豐富、生動(dòng)、活躍，得到同學(xué)和督學(xué)的好評(píng)。

五、加強(qiáng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)生物工程專業(yè)技術(shù)人才必不可少的環(huán)節(jié)，是整個(gè)課程教學(xué)計(jì)劃的有機(jī)部分，它具有鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，使學(xué)生獲得生產(chǎn)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工作能力的功能。21世紀(jì)是生物科學(xué)蓬勃發(fā)展世紀(jì)，生物科學(xué)的發(fā)展?jié)摿σ殉跻?jiàn)端倪，各國(guó)都在大力發(fā)展生物產(chǎn)業(yè)。以工業(yè)生物技術(shù)為支撐的生物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)將成為本世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。生物工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性學(xué)科，因此，實(shí)踐教學(xué)在生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)方面舉足輕重。我們?cè)跔?zhēng)取經(jīng)費(fèi)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地購(gòu)置儀器設(shè)備，結(jié)合原有實(shí)驗(yàn)條件開(kāi)設(shè)了綜合性大實(shí)驗(yàn)“生物反應(yīng)過(guò)程典型參數(shù)測(cè)控”，如發(fā)酵過(guò)程pH、溶解氧的測(cè)控、發(fā)酵液主要成分的測(cè)定分析等，并結(jié)合科研開(kāi)設(shè)靈活性、開(kāi)放性的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生查文獻(xiàn)自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如人參發(fā)根發(fā)酵過(guò)程中皂苷含量測(cè)定方法優(yōu)化，使學(xué)生參加到科研中得到實(shí)踐和科學(xué)研究能力的鍛煉。此外，本課程利用教師與企業(yè)的科研合作及溝通，與省內(nèi)多家知名生物工程公司建立了生產(chǎn)、課程實(shí)踐教學(xué)實(shí)習(xí)基地，如華潤(rùn)啤酒長(zhǎng)春有限公司、修正醫(yī)藥有限公司、長(zhǎng)春市質(zhì)量檢測(cè)局等，使學(xué)生能有機(jī)會(huì)深入生產(chǎn)實(shí)際，理論聯(lián)系實(shí)際，驗(yàn)證所學(xué)理論知識(shí)。這些措施的實(shí)施，增強(qiáng)了課程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手操作能力有了大幅提高。

課程的開(kāi)設(shè)與建設(shè)要適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，特別對(duì)于生物工程這樣快速發(fā)展的新興專業(yè)來(lái)講，課程的開(kāi)設(shè)與建設(shè)尤其重要。我們基于對(duì)生物工程專業(yè)工程類課程現(xiàn)狀、學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)及新形勢(shì)下對(duì)專業(yè)人才需求的分析，開(kāi)設(shè)了《生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制》這門課程，以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求。并對(duì)課程進(jìn)行了有計(jì)劃的建設(shè)，取得一定的成效。本文主要從教材課件建設(shè)、教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)、教學(xué)模式改革和課程實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)三方面論述了課程建設(shè)相關(guān)措施和經(jīng)驗(yàn)。想搞好課程建設(shè)，需要持續(xù)的改進(jìn)和建設(shè)工作；需要一個(gè)層次結(jié)構(gòu)（年齡結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)、知識(shí)結(jié)構(gòu)等）合理的教師隊(duì)伍；需要積極申請(qǐng)教改項(xiàng)目的支撐。多年的實(shí)踐證明，我們對(duì)生物反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)與控制這門課程的建設(shè)和教學(xué)改革

是成功的，通過(guò)教材、課件建設(shè)和教學(xué)改革的實(shí)踐探索，學(xué)生普遍感覺(jué)到課程的脈絡(luò)清晰、內(nèi)容豐富、課堂氛圍良好。教學(xué)模式的改進(jìn)，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，受到督學(xué)組的好評(píng)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)鍛煉了學(xué)生的科研能力，為學(xué)生以后的深造和就業(yè)奠定基礎(chǔ)。希望本文能夠?qū)ο嚓P(guān)課程及新開(kāi)課程的開(kāi)設(shè)與建設(shè)有所啟示和幫助。

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G642.0

A

1674-9324（2014）13-0208-03

吉林大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2013137）。