立足應用型人才培養(yǎng)的酶工程課程改革與實踐

王瑩　王鳳舞　程凡升

摘 要：酶工程課程是青島農(nóng)業(yè)大學生物工程專業(yè)的專業(yè)課。該文在學校建設(shè)應用型名校工程建設(shè)的背景下，在教學內(nèi)容、教學方法與手段、實驗內(nèi)容、考核方式等多方面探討了如何進行酶工程課程改革，以適應應用型人才培養(yǎng)的需要。

關(guān)鍵詞：酶工程；教學研究；應用型人才

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）11-141-04

Abstract：Enzyme engineering is a professional course of biological engineering major in Qingdao Agricultural University.Under the background of the applied school construction of Shandong province，the teaching content，teaching method，experimental content and evaluation method have been discussed for applied talent training.

Key words：Enzyme engineering；Teaching research；Applied talent

酶工程是生物工程的“四大工程”之一，是酶學、微生物學與工程學相互交叉滲透發(fā)展而成的新的技術(shù)學科。酶工程作為生物工程專業(yè)的主干課，主要介紹有關(guān)酶的生產(chǎn)和應用的基礎(chǔ)知識和研究進展，它在生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程發(fā)揮著重要作用。目前，酶在醫(yī)藥、食品、輕工、化工、能源、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。據(jù)報道，全球酶制劑行業(yè)的市場以平均11%的速度高速增長，因此，該行業(yè)對應用型人才的需求也大量增加。做好酶工程課程的教學工作，培養(yǎng)適合時代發(fā)展需要的酶工程領(lǐng)域的人才是《酶工程》課程教學的重要任務。

青島農(nóng)業(yè)大學于2012年入選山東省首批應用型人才培養(yǎng)特色名校工程建設(shè)高校，這意味著我校在今后相當長的時期內(nèi)，都將以培養(yǎng)應用型人才為主要任務，為地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展培養(yǎng)大批“下得去”、“留得住”、“用得上”的應用型人才，這就要求我們必須轉(zhuǎn)變教育觀念，積極構(gòu)建適應經(jīng)濟和社會發(fā)展要求的應用型人才培養(yǎng)體系，探索適應經(jīng)濟社會發(fā)展的創(chuàng)新性應用型人才培養(yǎng)之路。

傳統(tǒng)的酶工程課程教學與應用型人才培養(yǎng)有不相適應之處，主要包括教學內(nèi)容繁多，授課安排不夠合理，教學方法手段單一，開設(shè)的實驗課程應用性不強，驗證性試驗過多，考核方式循規(guī)蹈矩等等。通過酶工程這門課程的教學改革，解決本門課程目前存在的問題，以適應培養(yǎng)應用型人才培養(yǎng)的目標。

1 圍繞“應用型”人才培養(yǎng)目標，優(yōu)化理論教學內(nèi)容

目前，根據(jù)青島農(nóng)業(yè)大學的課程設(shè)置，酶工程課程定位于生物工程專業(yè)的必修課，理論32學時，實驗16學時。授課內(nèi)容主要包括酶的基礎(chǔ)知識，微生物發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)酶，酶促反應動力學，酶的提取與分離純化，酶分子修飾，酶和細胞固定化，酶的非水相催化，酶反應器，酶傳感器，模擬酶，抗體酶，印跡酶，雜合酶，酶的分子克隆、定向進化，酶的應用等。這些授課內(nèi)容與研究型高校沒有明顯差異，幾乎涵蓋所有酶工程領(lǐng)域的內(nèi)容，但并不能充分適應應用型人才培養(yǎng)的特點。為了使授課內(nèi)容與應用型人才培養(yǎng)相適應，應從以下幾個方面進行改革。

1.1 設(shè)計教學內(nèi)容，首先調(diào)動學生學習興趣 無論以培養(yǎng)何種人才為目標，調(diào)動學生興趣，激發(fā)學習熱情都是授課教師的首要任務。其中設(shè)計好緒論的授課內(nèi)容尤為重要，因為“良好的開端是成功的一半”。在“緒論”教學中，需要介紹酶工程的發(fā)展史，我們可以介紹古代人民對酶的利用、各國有關(guān)于酶的諾貝爾獎的來歷等故事。在介紹酶的重要地位的部分，可以用和我們密切相關(guān)的實例引導，比如穿的牛仔褲的制作工藝中需要酶；吃的饅頭面包制作過程需要酶；治療多種疾病如消化不良需要酶；洗衣做飯過程都需要酶等。還可以通過搜集焦點訪談、大眾媒體等宣傳過的事實說明酶與我們生活的關(guān)系十分密切，比如在某年焦點訪談中，敬一丹主持的關(guān)于奶油食品中的“反式脂肪酸”導致多種疾病的報道，引起了社會的廣泛關(guān)注，而反式脂肪酸完全可以通過酶法生產(chǎn)避免產(chǎn)生，這是發(fā)達國家早就倡導的生產(chǎn)方式。又比如，2012年網(wǎng)上報道了科學家成功使年邁老鼠的器官恢復活力，人類的長生不老有望，這個過程的實現(xiàn)就是靠端粒酶這種酶制劑實現(xiàn)的等。通過這些生動的實例可以大大拉近學生與酶的距離，讓大家感覺酶就在身邊，時刻發(fā)揮著作用，以此激發(fā)學生了解酶的學習動力。

1.2 應充分考慮課程之間內(nèi)容的銜接與避免重復 酶工程課程作為專業(yè)課開設(shè)學期為第五學期，在此之前學生已經(jīng)學習過相關(guān)課程生物化學，并且和生化反應工程、基因工程等專業(yè)課同時開課，在生物化學中已經(jīng)詳細講授過酶學基礎(chǔ)知識，由于這部分內(nèi)容十分重要，酶工程的授課可以將這部分內(nèi)容進行簡要回顧，不做大篇幅講解，但是生物化學課程主要講授酶學理論，對于應用相關(guān)的基礎(chǔ)知識比如酶活力的測定、計算等應用性較強的內(nèi)容沒有涉及，在本門課程應該補充講解；同時生化反應工程課程內(nèi)容主要包括生化反應動力學，已經(jīng)將酶促反應動力學涵蓋在內(nèi)，因此酶工程課程將去掉這部分內(nèi)容，避免重復。有關(guān)于酶的分子克隆、定向進化等內(nèi)容在基因工程等課程中講授，本門課程可以刪掉。

1.3 按照應用型人才培養(yǎng)的目標調(diào)整授課內(nèi)容 所謂應用型人才培養(yǎng)是為社會提供具有一定技能性和創(chuàng)新精神的技術(shù)人才。因此，我校酶工程講授內(nèi)容要結(jié)合山東半島地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，以培養(yǎng)學生的應用和創(chuàng)新能力為重。目前不僅山東半島地區(qū)，全國范圍酶制劑的生產(chǎn)過程主要包括酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)、分離純化、酶反應器的操作和新型酶制劑研發(fā)等。關(guān)于酶傳感器、模擬酶，抗體酶，印跡酶，雜合酶，固定化、分子修飾、非水相催化等內(nèi)容在實際生產(chǎn)過程幾乎沒有涉及。因此，在授課過程對這些內(nèi)容進行適當側(cè)重，比如可以去掉酶傳感器的內(nèi)容，關(guān)于模擬酶、抗體酶、印跡酶、雜合酶等內(nèi)容稍作介紹以保證酶工程課程的完整性，關(guān)于酶的固定化、分子修飾、非水相催化等內(nèi)容屬于酶工程的重要發(fā)展方向，但不久的未來很可能在生產(chǎn)中實現(xiàn)應用，因此可以適當講解這部分內(nèi)容。本門課程應著重講解酶的微生物發(fā)酵培養(yǎng)，酶的提取與分離純化，酶反應器以及酶的應用等部分內(nèi)容。同時，為了提高教學效果，按照酶制劑生產(chǎn)流程講解，進而保證課程的連貫性、易懂性。在講授這些內(nèi)容的過程中，應適當添加國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，目前企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀等內(nèi)容，使學生了解國內(nèi)在酶制劑領(lǐng)域的差距，讓他們及時了解目前存在的問題，這樣既可以激發(fā)學生學習動力又使學生知曉應該努力的方向，為企業(yè)培養(yǎng)“用得上”的人才。

2 圍繞“應用型”人才培養(yǎng)目標，改革實驗教學內(nèi)容

酶工程課程是一門應用性很強的課程，與生產(chǎn)緊密相關(guān)。實驗教學在本門課程中占有重要地位，我校已經(jīng)將酶工程實驗作為一門獨立的課程，16學時，以突出其重要性。目前，酶工程課程的實驗教學主要沿襲傳統(tǒng)的實驗模式，即設(shè)置總的實驗學時及實驗個數(shù)，每個實驗需在規(guī)定時間內(nèi)完成。但是存在實驗的連續(xù)性不強，綜合設(shè)計實驗不占主導地位等問題。為了適應應用型人才培養(yǎng)，實驗課程應擔負起培養(yǎng)學生的動手能力、分析解決問題的能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的任務，因此實驗課程教學內(nèi)容及安排需要教師認真思考。大學三年級開設(shè)酶工程實驗，在這一階段，學生已經(jīng)具備了一定的實驗基礎(chǔ)和基本實驗技能，因此在有限的學時內(nèi)驗證性、基礎(chǔ)操作性實驗不需設(shè)置，加大綜合性、設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學生獨立思考能力。我們可以大膽創(chuàng)新實驗教學模式，比如讓學生以小組為單位在指定范圍內(nèi)完成一種酶制劑的生產(chǎn)并加以應用獲得產(chǎn)品，規(guī)定在16學時內(nèi)完成實驗，最終獲得產(chǎn)品。或者采取教師制定某一酶制劑產(chǎn)品，由不同小組的學生自行設(shè)計路線生產(chǎn)獲得，由于不同的技術(shù)路線會有不同的酶活力結(jié)果，可以在比較中讓學生看到自己的不足。這樣實驗課程就成為綜合能力訓練課，不僅讓學生復習了理論內(nèi)容，又全面地訓練了實驗技能，同時也有助于學生養(yǎng)成主動、獨立地思考問題和解決問題的習慣，又培養(yǎng)了學生的科學實驗能力和創(chuàng)新能力。這是一種值得推廣的實驗教學模式。

3 教學方法與手段的探索

教學方法是教師傳授學習內(nèi)容所運用的方法，在教學中占重要的地位。酶工程是一門理論實際緊密結(jié)合的課程，在長期的探索中總結(jié)出以下方法在教學中取得了較好的效果。

3.1 引入實例教學，使抽象問題變得具體形象，有助學生理解 在課堂講授過程中通過引入大量的實例，不僅能將枯燥的知識變得生動形象，還能夠讓學生了解酶制劑的生產(chǎn)、應用方式，使學生能夠?qū)W以致用。比如講到酶制劑的生產(chǎn)工藝流程，可以給學生播放酶制劑企業(yè)的生產(chǎn)圖片，單元操作的視頻等等，這樣使課程講授變得異常簡單、易懂。再比如講到酶制劑的分離純化方法時，通過播放教師在實驗室的實驗錄像，通過真實的實例，不僅調(diào)動了學生學習興趣還加深學生對知識的記憶，能達到事半功倍的教學效果。

3.2 將科研經(jīng)驗引入教學，鍛煉學生思維能力 科學研究通常是教師除教學以外的另外一項重要任務，要投入教師較大的精力，在科研過程中教師會查詢大量最新的文獻，總結(jié)形成自己的科研思路，并開始實驗設(shè)計及實施。

為培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，在酶工程教學中可以將教師的部分科研內(nèi)容融入進去。比如，讓學生以解決某部分科研問題為目標協(xié)作完成一個問題，可以作為討論的話題、或者平時的課堂作業(yè)，再由教師給出自己的答案，讓學生在思考與對比中提升科研能力。另外，可以將教師的最新的成功實驗成果應用到實驗教學內(nèi)容中，使實驗教學內(nèi)容不斷更新并與最新科技接軌，這不僅能夠提升學生的實際操作能力，還能夠讓學生通過思考、實踐等過程參與到科研熱點問題中，了解科學研究的內(nèi)涵，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性。

3.3 通過提出問題，引發(fā)學生思考，通過討論，鍛煉學生的思維能力，在互動中實現(xiàn)知識的傳授 目前，雖然已經(jīng)開始重視學生在課堂授課過程的地位，但現(xiàn)階段以教師講解為主導的授課模式仍將持續(xù)。這種授課方式最大的弊端就是學生缺少了積極主動性，總是被動的在聽課，缺少思考、交流，很容易導致疲勞走神，使教學效果大打折扣。因此，教師要時刻牢記在課堂上調(diào)動學生的積極性、盡可能啟發(fā)學生積極思考。在教學中發(fā)現(xiàn)提出問題和課堂討論是十分有效的調(diào)動學生興趣的方法，因此，每節(jié)課程的教學設(shè)計非常關(guān)鍵。教師需要根據(jù)學生的知識背景安排好在哪些環(huán)節(jié)可以提問、哪些知識點可以討論，應該在何時安排這些環(huán)節(jié)，如何實施才能效果最好等等。比如在講授酶的固定化時，首先可以提問“游離酶的優(yōu)缺點有哪些？”一方面復習了基礎(chǔ)知識，調(diào)動了學生的積極性，同時為固定化的引入做好鋪墊。在固定化酶的內(nèi)容講授結(jié)束后，教師可以設(shè)計讓學生們討論“如何評價固定化酶的優(yōu)劣，有何評價指標”這個題目，讓學生通過以前學過的知識，積極思考并綜合運用，最終由教師給出答案并與學生討論結(jié)果進行對比分析。在這個過程中不僅激發(fā)了學習興趣又加深了對知識的理解運用。

3.4 通過學生演講，活躍課堂氣氛，拓寬知識信息，鍛煉學生綜合能力 在本門課程主要內(nèi)容講解完之后，嘗試讓學生參與到授課過程中，由教師設(shè)計主題范圍，提前布置給學生，通過學生在課下閱讀教材、查詢文獻、并制作出PPT或講稿。在課堂上，要求每位演講同學在一定時間內(nèi)完成主題內(nèi)容的講解，按照教學效果給每位演講同學打分，可以作為平時成績記入總分。經(jīng)過幾年的實踐證明，這種方法不僅讓學生獲取了知識還可以培養(yǎng)學生多方面的能力，包括查詢文獻能力，制作課件能力，分析問題的能力，演講能力等等，使學生頗為受益。

4 考核方式的大膽創(chuàng)新

目前本校酶工程課程的考核方法仍為閉卷考試，題目沿襲傳統(tǒng)的填空、選擇、問答、判斷、論述等，這樣的考核方式對于應用型人才培養(yǎng)是不正確的導向。在這種考核模式下，對于一些實踐能力不強、創(chuàng)新能力較差的學生仍舊可以通過死記硬背獲得很高的分數(shù)，而真正具有創(chuàng)新思考能力的學生能力無法體現(xiàn)。目前，已經(jīng)有一些院校采用開卷模式以主觀題作為考核重點，或者是通過上交學術(shù)論文的方式進行考核，在一定程度上有助于對學生應用能力的培養(yǎng)，但是效果仍未達到預期。因此，如何為人才培養(yǎng)樹立正確的導向，對于培養(yǎng)人才質(zhì)量至關(guān)重要，是作為教師的我們長期需要思考的問題。

由于酶工程是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程，考核方式可以大膽創(chuàng)新。比如采用論文與實驗操作相結(jié)合的方式，讓學生獨立或協(xié)作在規(guī)定時間內(nèi)完成一個題目，拿出最終產(chǎn)品，并以論文形式詳述該題目的意義、設(shè)計思路及產(chǎn)品生產(chǎn)過程。教師以該論文的質(zhì)量及產(chǎn)品的狀態(tài)為學生評分。最終學生得分包括論文、產(chǎn)品、平時成績，其中設(shè)計論文占40%，產(chǎn)品占20%，平時成績占40%。平時成績占有較大的比重，因為平時成績是訓練學生創(chuàng)新和思維能力的重要環(huán)節(jié)。平時成績主要包括課堂討論（教師設(shè)定一個開放性問題）、專題匯報（針對酶工程領(lǐng)域熱點）和隨堂的問答環(huán)節(jié)。這種評價體系不僅考察學生對理論知識的掌握程度，還考察了學生的寫作能力、實踐能力，表達能力，綜合創(chuàng)新思維，有助于應用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

5 結(jié)語

青島農(nóng)業(yè)大學開設(shè)酶工程課程已經(jīng)有10a的時間。在長期的教學中，授課教師不斷進行著教學的改革與探索，很多措施已經(jīng)收到了較好的效果。目前，在青島農(nóng)業(yè)大學全面建設(shè)應用型名校工程建設(shè)的背景下，以適應應用型人才培養(yǎng)為目標，適應學科發(fā)展為導向，利用長期教學過程的經(jīng)驗，提出酶工程課程的教學改革的措施。在改革模式下，要求教師下一線企業(yè)實踐，收集教學素材、及時調(diào)整教學內(nèi)容；增加錄像、動畫等現(xiàn)代化教學元素；改變固有課堂教學模式，增加討論、問答、演講等環(huán)節(jié)，改革實驗內(nèi)容及考核方式以適應應用型人才培養(yǎng)。在這種新模式下的酶工程教學體系，更能夠適應培養(yǎng)具有實踐及創(chuàng)新能力的應用型人才。總之，酶工程是一門新興學科，發(fā)展速度很快，這要求酶工程的教學體系不斷的完善，積累經(jīng)驗、大膽創(chuàng)新，總結(jié)出一套適應于生物工程專業(yè)學生的酶工程教學模式，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的合格人才。

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（責編：徐煥斗）