立足應(yīng)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(xué)生物工程專業(yè)的專業(yè)課。該文在學(xué)校建設(shè)應(yīng)用型名校工程建設(shè)的背景下，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)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(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

關(guān)鍵詞：酶工程；教學(xué)研究；應(yīng)用型人才

中圖分類號 G642.0 文獻標(biāo)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(xué)、微生物學(xué)與工程學(xué)相互交叉滲透發(fā)展而成的新的技術(shù)學(xué)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(yīng)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(yīng)用型人才的需求也大量增加。做好酶工程課程的教學(xué)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(xué)的重要任務(wù)。

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)于2012年入選山東省首批應(yīng)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(dāng)長的時期內(nèi)，都將以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要任務(wù)，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(yīng)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(yīng)經(jīng)濟和社會發(fā)展要求的應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，探索適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的創(chuàng)新性應(yīng)用型人才培養(yǎng)之路。

傳統(tǒng)的酶工程課程教學(xué)與應(yīng)用型人才培養(yǎng)有不相適應(yīng)之處，主要包括教學(xué)內(nèi)容繁多，授課安排不夠合理，教學(xué)方法手段單一，開設(shè)的實驗課程應(yīng)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(xué)改革，解決本門課程目前存在的問題，以適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

1 圍繞“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容

目前，根據(jù)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)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(xué)時，實驗16學(xué)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(yīng)動力學(xué)，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(yīng)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(yīng)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(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點。為了使授課內(nèi)容與應(yīng)用型人才培養(yǎng)相適應(yīng)，應(yīng)從以下幾個方面進行改革。

1.1 設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，首先調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣 無論以培養(yǎng)何種人才為目標(biāo)，調(diào)動學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情都是授課教師的首要任務(wù)。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(xué)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(dǎo)，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(dǎo)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(dǎo)的生產(chǎn)方式。又比如，2012年網(wǎng)上報道了科學(xué)家成功使年邁老鼠的器官恢復(fù)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(xué)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(xué)生了解酶的學(xué)習(xí)動力。

1.2 應(yīng)充分考慮課程之間內(nèi)容的銜接與避免重復(fù) 酶工程課程作為專業(yè)課開設(shè)學(xué)期為第五學(xué)期，在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過相關(guān)課程生物化學(xué)，并且和生化反應(yīng)工程、基因工程等專業(yè)課同時開課，在生物化學(xué)中已經(jīng)詳細講授過酶學(xué)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(xué)課程主要講授酶學(xué)理論，對于應(yīng)用相關(guān)的基礎(chǔ)知識比如酶活力的測定、計算等應(yīng)用性較強的內(nèi)容沒有涉及，在本門課程應(yīng)該補充講解；同時生化反應(yīng)工程課程內(nèi)容主要包括生化反應(yīng)動力學(xué)，已經(jīng)將酶促反應(yīng)動力學(xué)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(fù)。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(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)調(diào)整授課內(nèi)容 所謂應(yīng)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(xué)生的應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(yīng)用，因此可以適當(dāng)講解這部分內(nèi)容。本門課程應(yīng)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(yīng)器以及酶的應(yīng)用等部分內(nèi)容。同時，為了提高教學(xué)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(yīng)適當(dāng)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(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)動力又使學(xué)生知曉應(yīng)該努力的方向，為企業(yè)培養(yǎng)“用得上”的人才。

2 圍繞“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，改革實驗教學(xué)內(nèi)容

酶工程課程是一門應(yīng)用性很強的課程，與生產(chǎn)緊密相關(guān)。實驗教學(xué)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(xué)時，以突出其重要性。目前，酶工程課程的實驗教學(xué)主要沿襲傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ?，即設(shè)置總的實驗學(xué)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(dǎo)地位等問題。為了適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)，實驗課程應(yīng)擔(dān)負起培養(yǎng)學(xué)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(wù)，因此實驗課程教學(xué)內(nèi)容及安排需要教師認真思考。大學(xué)三年級開設(shè)酶工程實驗，在這一階段，學(xué)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(xué)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(xué)生獨立思考能力。我們可以大膽創(chuàng)新實驗教學(xué)模式，比如讓學(xué)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(yīng)用獲得產(chǎn)品，規(guī)定在16學(xué)時內(nèi)完成實驗，最終獲得產(chǎn)品?；蛘卟扇〗處熤贫骋幻钢苿┊a(chǎn)品，由不同小組的學(xué)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(xué)生看到自己的不足。這樣實驗課程就成為綜合能力訓(xùn)練課，不僅讓學(xué)生復(fù)習(xí)了理論內(nèi)容，又全面地訓(xùn)練了實驗技能，同時也有助于學(xué)生養(yǎng)成主動、獨立地思考問題和解決問題的習(xí)慣，又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。這是一種值得推廣的實驗教學(xué)模式。

3 教學(xué)方法與手段的探索

教學(xué)方法是教師傳授學(xué)習(xí)內(nèi)容所運用的方法，在教學(xué)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(xué)中取得了較好的效果。

3.1 引入實例教學(xué)，使抽象問題變得具體形象，有助學(xué)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(xué)生了解酶制劑的生產(chǎn)、應(yīng)用方式，使學(xué)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(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)興趣還加深學(xué)生對知識的記憶，能達到事半功倍的教學(xué)效果。

3.2 將科研經(jīng)驗引入教學(xué)，鍛煉學(xué)生思維能力 科學(xué)研究通常是教師除教學(xué)以外的另外一項重要任務(wù)，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(xué)生解決實際問題的能力，在酶工程教學(xué)中可以將教師的部分科研內(nèi)容融入進去。比如，讓學(xué)生以解決某部分科研問題為目標(biāo)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(xué)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(yīng)用到實驗教學(xué)內(nèi)容中，使實驗教學(xué)內(nèi)容不斷更新并與最新科技接軌，這不僅能夠提升學(xué)生的實際操作能力，還能夠讓學(xué)生通過思考、實踐等過程參與到科研熱點問題中，了解科學(xué)研究的內(nèi)涵，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。

3.3 通過提出問題，引發(fā)學(xué)生思考，通過討論，鍛煉學(xué)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(xué)生在課堂授課過程的地位，但現(xiàn)階段以教師講解為主導(dǎo)的授課模式仍將持續(xù)。這種授課方式最大的弊端就是學(xué)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(dǎo)致疲勞走神，使教學(xué)效果大打折扣。因此，教師要時刻牢記在課堂上調(diào)動學(xué)生的積極性、盡可能啟發(fā)學(xué)生積極思考。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)提出問題和課堂討論是十分有效的調(diào)動學(xué)生興趣的方法，因此，每節(jié)課程的教學(xué)設(shè)計非常關(guān)鍵。教師需要根據(jù)學(xué)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(yīng)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(fù)習(xí)了基礎(chǔ)知識，調(diào)動了學(xué)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(xué)生們討論“如何評價固定化酶的優(yōu)劣，有何評價指標(biāo)”這個題目，讓學(xué)生通過以前學(xué)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(xué)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(xué)習(xí)興趣又加深了對知識的理解運用。

3.4 通過學(xué)生演講，活躍課堂氣氛，拓寬知識信息，鍛煉學(xué)生綜合能力 在本門課程主要內(nèi)容講解完之后，嘗試讓學(xué)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(xué)生，通過學(xué)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(xué)在一定時間內(nèi)完成主題內(nèi)容的講解，按照教學(xué)效果給每位演講同學(xué)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(xué)生獲取了知識還可以培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(yīng)用型人才培養(yǎng)是不正確的導(dǎo)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(xué)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(xué)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(xué)術(shù)論文的方式進行考核，在一定程度上有助于對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，但是效果仍未達到預(yù)期。因此，如何為人才培養(yǎng)樹立正確的導(dǎo)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(xué)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(xué)生評分。最終學(xué)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(xùn)練學(xué)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(xué)生對理論知識的掌握程度，還考察了學(xué)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(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

5 結(jié)語

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)開設(shè)酶工程課程已經(jīng)有10a的時間。在長期的教學(xué)中，授課教師不斷進行著教學(xué)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(xué)全面建設(shè)應(yīng)用型名校工程建設(shè)的背景下，以適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，適應(yīng)學(xué)科發(fā)展為導(dǎo)向，利用長期教學(xué)過程的經(jīng)驗，提出酶工程課程的教學(xué)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(xué)素材、及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；增加錄像、動畫等現(xiàn)代化教學(xué)元素；改變固有課堂教學(xué)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(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。在這種新模式下的酶工程教學(xué)體系，更能夠適應(yīng)培養(yǎng)具有實踐及創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。總之，酶工程是一門新興學(xué)科，發(fā)展速度很快，這要求酶工程的教學(xué)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(yīng)于生物工程專業(yè)學(xué)生的酶工程教學(xué)模式，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的合格人才。

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（責(zé)編：徐煥斗）