案例融入與實(shí)踐調(diào)研在生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程改革中的應(yīng)用

任路靜，胡學(xué)超，賈紅華，高 振

（南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，南京 211816）

生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程是生物工程相關(guān)專業(yè)的專業(yè)選修課，該課程一般開(kāi)設(shè)在大四上學(xué)期，從課程內(nèi)容和開(kāi)設(shè)時(shí)間上看，起到了承接專業(yè)課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)的作用。作為工科院校，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的工程化應(yīng)用人才，是南京工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）的重要使命，且動(dòng)手能力強(qiáng)的應(yīng)用型畢業(yè)生十分搶手[1-2]。目前，大部分課程的教學(xué)多以教師講授、學(xué)生聽(tīng)講的傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，對(duì)于抽象的理論知識(shí)，學(xué)生只能通過(guò)強(qiáng)行記憶等方式掌握，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的靈活應(yīng)用[3]；考核方式為期末試卷考試，對(duì)于專業(yè)基礎(chǔ)類課程，這種考核方式可以考察學(xué)生對(duì)基本概念和相關(guān)理論知識(shí)的掌握情況。但是，對(duì)于具有承接專業(yè)知識(shí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)渡課程來(lái)講，更需要對(duì)其理論和實(shí)踐結(jié)合能力進(jìn)行考查[4]。因此，亟需從課程講授、考核方式等方面對(duì)此類課程進(jìn)行教學(xué)改革。

本論文以提高實(shí)踐專業(yè)課程教學(xué)效果為目的，基于生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法優(yōu)化和教學(xué)效果評(píng)價(jià)等方面圍繞不同類型生物基產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)方面設(shè)計(jì)教改方案，課程后期以產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)踐調(diào)研作為驗(yàn)收所學(xué)效果的主要途徑，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為系統(tǒng)性生物工程相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)的方式，探索案例式引入和實(shí)踐調(diào)研在高年級(jí)實(shí)踐課程中的應(yīng)用，強(qiáng)化學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化應(yīng)用的能力。

一 生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程教學(xué)改革概述

生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程主要講授生物基化學(xué)品的來(lái)源、特性、制備及應(yīng)用和典型生物基產(chǎn)品的研究歷史及進(jìn)展。通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生了解國(guó)內(nèi)外生物基產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，掌握生物基化學(xué)品開(kāi)發(fā)原理、技術(shù)及生產(chǎn)管理等與之相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高其實(shí)際運(yùn)用能力。單純對(duì)單個(gè)產(chǎn)品的講解較為零散，且技術(shù)方法多變，如何將該課程改革得更加系統(tǒng)化和多樣化是教學(xué)效果強(qiáng)化的關(guān)鍵。

在課堂教學(xué)中融入案例式、啟發(fā)式和探究式教學(xué)方法是教學(xué)改革的大勢(shì)所趨，也是高校教學(xué)內(nèi)容更新與教學(xué)方法改革研究的重要內(nèi)容，目前已應(yīng)用在多類專業(yè)課程的講授中[5-7]。我校的生物化工學(xué)科，是我國(guó)生物制造領(lǐng)域中最具品牌影響力和競(jìng)爭(zhēng)力的高等教育基地之一，始終以產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合為目標(biāo)，課程設(shè)置大多與產(chǎn)品類開(kāi)發(fā)密切相關(guān)，更是注重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。開(kāi)展案例引入與實(shí)踐調(diào)研式教學(xué)改革是工科院校相關(guān)課程取得教學(xué)實(shí)效的關(guān)鍵所在。

本次教學(xué)改革擬將案例式教學(xué)和產(chǎn)品調(diào)研實(shí)踐融入課程教學(xué)中，加深學(xué)生對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)理念的理解，掌握生物化學(xué)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)原理和關(guān)鍵控制點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)體系差異對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行分類，按照技術(shù)引導(dǎo)下的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為主線進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)中引入不同的案例，加深學(xué)生對(duì)同一類型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)的領(lǐng)悟。另外，有別于其他課程，本課程無(wú)系統(tǒng)性教材，需要教師進(jìn)行不同領(lǐng)域技術(shù)的整理和課件制作，期望可以通過(guò)課堂教學(xué)基本掌握所學(xué)知識(shí)。

二 教學(xué)改革主要解決的教學(xué)問(wèn)題及方案和辦法

（一）解決的主要問(wèn)題

基于教學(xué)改革，希望能夠通過(guò)案例式啟發(fā)教學(xué)，解決學(xué)生對(duì)抽象技術(shù)原理理解不深入、對(duì)專業(yè)知識(shí)實(shí)際應(yīng)用能力差的問(wèn)題，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用；通過(guò)產(chǎn)品調(diào)研實(shí)踐帶動(dòng)前期專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的匯集與應(yīng)用，解決學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力不足的問(wèn)題，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)以致用的能力；通過(guò)技術(shù)層面的講解擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)的廣度，通過(guò)產(chǎn)品層面的介紹強(qiáng)化學(xué)生的判斷力，通過(guò)調(diào)研層面的鍛煉強(qiáng)化學(xué)生的合作意識(shí)，鍛煉學(xué)生的表現(xiàn)能力。

（二）改革思路

基于課程特點(diǎn)，提出兩條改革思路：①實(shí)現(xiàn)案例的選擇與專業(yè)知識(shí)間的串聯(lián)。基于教學(xué)大綱對(duì)專業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行梳理并編排課程內(nèi)容，通過(guò)經(jīng)典書(shū)籍閱讀和文獻(xiàn)查閱設(shè)計(jì)有助于專業(yè)知識(shí)理解的典型案例，以提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的模式，設(shè)計(jì)啟發(fā)式教學(xué)；②做好調(diào)研實(shí)踐中課題的選擇與問(wèn)題的總結(jié)討論，如何選擇與課程相關(guān)、有調(diào)研意義且學(xué)生感興趣的課題，是此環(huán)節(jié)成敗的關(guān)鍵。另外，調(diào)研方法的講解及學(xué)生在調(diào)研實(shí)踐中的問(wèn)題反饋，也有助于優(yōu)化課程改革的效果。

（三）具體實(shí)施計(jì)劃

以經(jīng)典案例輔助下的技術(shù)原理講解和調(diào)研實(shí)踐帶動(dòng)下的知識(shí)點(diǎn)匯集與應(yīng)用為主要的研究思路，對(duì)生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程進(jìn)行教學(xué)改革，方案設(shè)計(jì)與時(shí)間安排如下。課程總計(jì)32 學(xué)時(shí)，計(jì)劃課程講授26 學(xué)時(shí)，調(diào)研匯報(bào)6 學(xué)時(shí)。講授課程安排12 次專題課程，通過(guò)案例輔助的形式對(duì)技術(shù)原理進(jìn)行講解，融入不同生物基化學(xué)品的制備方法，探究發(fā)酵工程、基因工程、合成生物學(xué)、酶工程、組學(xué)技術(shù)、CFD 模擬技術(shù)和產(chǎn)品分離技術(shù)等在不同類生物基化學(xué)品開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。

課程講解中，對(duì)于抽象的技術(shù)原理，引入不同層次的案例進(jìn)行加深理解，同時(shí)將最新發(fā)表的研究成果也轉(zhuǎn)化為案例帶入課堂。比如，在講解木質(zhì)纖維素的應(yīng)用中，其中木質(zhì)素的生物煉制部分較為抽象，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)化反應(yīng)眾多，原來(lái)教材中的內(nèi)容零散。在改革嘗試中，將發(fā)表在Science Advance 上的最新研究成果引入，通過(guò)對(duì)該案例中如何將木質(zhì)素轉(zhuǎn)變成沒(méi)食子酸這一過(guò)程進(jìn)行深入剖析，在講解中加深木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的了解，學(xué)習(xí)高水平論文的創(chuàng)新思路，是對(duì)課堂內(nèi)容有利的補(bǔ)充[8]。另外，在講解基因工程指導(dǎo)下的特殊產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，引入了發(fā)表在代謝工程期刊上的纈氨酸的研究案例。L-纈氨酸是一種人體必需氨基酸，也是食品和飼料工業(yè)中的重要氨基酸，其主要由微生物發(fā)酵產(chǎn)生，但相對(duì)較低的效價(jià)和較低的發(fā)酵產(chǎn)率限制了L-纈氨酸的大規(guī)模應(yīng)用。然后，轉(zhuǎn)而分析產(chǎn)量低的關(guān)鍵在于丙酮酸供應(yīng)不足。接下來(lái)，按照文章的研究思路設(shè)計(jì)課題，利用基因敲除、過(guò)表達(dá)和發(fā)酵調(diào)控等研究方法對(duì)代謝途徑進(jìn)行改造，最終產(chǎn)量得到了明顯提升[9]。

調(diào)研實(shí)踐環(huán)節(jié)（表1），根據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的流程，設(shè)置3個(gè)專題調(diào)研方向，包括：①產(chǎn)品開(kāi)發(fā)調(diào)研，查詢不同產(chǎn)品功能用途，現(xiàn)有生產(chǎn)制備方法、目前生產(chǎn)概況和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)等信息；期望通過(guò)該部分調(diào)研，讓學(xué)生掌握如何開(kāi)發(fā)一種產(chǎn)品。該技能在后續(xù)工作和研究生學(xué)習(xí)中都非常重要；②關(guān)鍵技術(shù)調(diào)研，分為菌種調(diào)研和技術(shù)方法調(diào)研。了解技術(shù)的基本起源、具體原理、技術(shù)的典型應(yīng)用和應(yīng)用案例分享等；期望通過(guò)該部分的調(diào)研，讓學(xué)生掌握如何學(xué)習(xí)一種新的技術(shù)；③著名生物公司調(diào)研，了解不同生物技術(shù)公司的發(fā)展歷程、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、典型產(chǎn)品和如何在世界上保持領(lǐng)先地位等信息。期望通過(guò)該部分的調(diào)研，了解技術(shù)和產(chǎn)品的最終輸出口——企業(yè)的發(fā)展概況，通過(guò)對(duì)知名跨國(guó)公司的了解，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的熱愛(ài)，也拓展學(xué)生對(duì)生物技術(shù)行業(yè)公司的了解，拓展學(xué)生的就業(yè)理想。

表1 生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程實(shí)踐任務(wù)調(diào)研清單

三 生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程改革的創(chuàng)新點(diǎn)及意義

（一）創(chuàng)新點(diǎn)

本研究創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，課程講授內(nèi)容的創(chuàng)新。將不同的生物技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)偶聯(lián)，開(kāi)設(shè)不同的專題，如發(fā)酵工程指導(dǎo)下的大宗產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，合成生物學(xué)引導(dǎo)下的特殊產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等，講授上采取理論為先，案例在后鞏固理解的模式進(jìn)行，有助于學(xué)生對(duì)系統(tǒng)知識(shí)的把握。其次，考核機(jī)制形式的創(chuàng)新。在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，開(kāi)設(shè)6 學(xué)時(shí)的課程調(diào)研實(shí)踐，通過(guò)布置不同專題的形式，讓每位學(xué)生都進(jìn)行與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相關(guān)的調(diào)研工作，撰寫(xiě)調(diào)研報(bào)告，并以PPT 形式在課上展示并評(píng)分，通過(guò)學(xué)生間討論、教師點(diǎn)評(píng)的方式，互相學(xué)習(xí)，拓展知識(shí)，加深理解。

（二）實(shí)踐意義

案例教學(xué)可以增強(qiáng)課程的趣味性，相較抽象的理論講授，案例的引入更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性；同時(shí)，案例教學(xué)融入了前期學(xué)習(xí)的多種專業(yè)課知識(shí)，涉及微生物學(xué)、生物化學(xué)和生物工藝學(xué)等課程，通過(guò)案例可喚醒之前所學(xué)，并進(jìn)行鞏固強(qiáng)化，融會(huì)貫通，清晰地理解所學(xué)知識(shí)的用處；此外，調(diào)研實(shí)踐環(huán)節(jié)可以檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，并強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，還可強(qiáng)化學(xué)生通過(guò)文獻(xiàn)資料查閱切入課題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)資料整理、歸納和課堂展示，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、展現(xiàn)自我的能力。

四 教學(xué)改革成效

（一）教學(xué)實(shí)踐效果

在教學(xué)實(shí)踐中，連續(xù)三年進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)和教學(xué)方法優(yōu)化，通過(guò)不斷引入和更新教學(xué)案例后，教學(xué)實(shí)踐顯示課堂學(xué)習(xí)氣氛有明顯改善，學(xué)生在課堂更加主動(dòng)積極，多數(shù)同學(xué)表示在課堂中可以聯(lián)想到以前學(xué)過(guò)的很多專業(yè)知識(shí)，而本門(mén)課程的學(xué)習(xí)能更加有效地促進(jìn)知識(shí)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用；另外，通過(guò)實(shí)踐調(diào)研，多數(shù)同學(xué)表示學(xué)習(xí)動(dòng)力更足，查閱資料更加有目標(biāo)性，閱讀文獻(xiàn)時(shí)更易獲得重要知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)在展示過(guò)程中，同學(xué)們可以暢所欲言，發(fā)表各自的觀點(diǎn)，既可以從同學(xué)的報(bào)告中學(xué)到新的信息，又可以啟發(fā)思考，鍛煉表達(dá)能力。

（二）以改促建

在連續(xù)三年小班化教學(xué)中實(shí)施案例教學(xué)和實(shí)踐調(diào)研的嘗試，已完成調(diào)研報(bào)告45份，涉及產(chǎn)品23個(gè)，技術(shù)15個(gè)，生物技術(shù)公司3個(gè)，諾貝爾獎(jiǎng)4個(gè)，這些調(diào)研成果均可作為后續(xù)課程再建設(shè)的素材和資料，同時(shí)圍繞本課程申報(bào)的“案例融入與實(shí)踐調(diào)研在《生物基產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》課程中的探索研究”課題獲得2021 年教改課題立項(xiàng)，為后期課程的教學(xué)改革提供了支撐。

五 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)生物基化學(xué)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)研和分析，從案例引入和實(shí)踐調(diào)研角度入手進(jìn)行教學(xué)改革嘗試，從教學(xué)理念和教學(xué)方式方面進(jìn)行了一系列改革探索，尤其對(duì)案例選擇和調(diào)研主題進(jìn)行深耕，同時(shí)結(jié)合啟發(fā)式、探究式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生討論、思考，教學(xué)氛圍和教學(xué)效果均有明顯提升，對(duì)教師和學(xué)生均有較大幫助。對(duì)于教師，可將專業(yè)領(lǐng)域中的特色案例融入教學(xué)，有助于學(xué)生了解專業(yè)歷史，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)及對(duì)經(jīng)典人物的敬仰；同時(shí)，還可將各院校的經(jīng)典研究領(lǐng)域和專業(yè)特色以案例的形式融入教學(xué)中，也是對(duì)課程內(nèi)容的極大補(bǔ)充，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各自專業(yè)的喜愛(ài)；對(duì)于學(xué)生，通過(guò)案例學(xué)習(xí)和實(shí)踐調(diào)研，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)展、讀研和工作打好基礎(chǔ)。當(dāng)然，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，在案例更新及分析方面需要與時(shí)俱進(jìn)，教學(xué)改革需要常態(tài)化進(jìn)行。