酶工程精品資源課程建設的探索與實踐

黃九九+劉娥娥+龔慧+侯學文

摘要：酶工程是現(xiàn)代生物技術四大核心工程之一，作為生物技術專業(yè)的主干課程，在學生的專業(yè)知識構建中具有重要的地位。本文介紹了華南農業(yè)大學在酶工程課程教學內容的優(yōu)化，教學方法和教學手段的改進，考核評價體系的完善等方面進行的探索與實踐，旨在進一步提高酶工程教學質量，滿足社會對生物技術專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

關鍵詞：酶工程；課程建設；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0138-03

酶工程興起于20世紀70年代，是在工業(yè)、農業(yè)現(xiàn)代化及產(chǎn)業(yè)化方面利用酶高效、專一的催化性能的應用工程技術，與基因工程、發(fā)酵工程、細胞工程并稱為現(xiàn)代生物技術四大工程[1]。進入21世紀，隨著酶學研究迅速發(fā)展，特別是酶制劑的生產(chǎn)和應用推廣，《酶工程》已成為高等院校生命科學、醫(yī)學及農學等專業(yè)的一門重要專業(yè)課，是對學生完整了解生物學科及提高學生就業(yè)競爭力十分重要課程[2-4]。華南農業(yè)大學《酶工程》為生物技術專業(yè)的主干課程，2013年立項作為精品資源課重點建設。三年多來，課程建設團隊在教學內容、教學方法與教學手段、考核模式等方面進行了積極探索與改革，力求增強教學內容的豐富性和系統(tǒng)性，調動學生課堂學習的主動性和積極性，增加考核的公平性和多樣性，提高酶工程課堂教學質量。

一、教學內容的改革與建設

21世紀生命科學飛速發(fā)展，酶工程理論知識不斷更新，實驗技術不斷改進[5]。原有的教案不能滿足教學需要，豐富教學內容，加強課程的系統(tǒng)化、模塊化建設勢在必行。

1.加強課程的系統(tǒng)化、模塊化建設。圍繞著“產(chǎn)酶—分離酶—改造酶—用酶”主線，配合學院學分制改革，對課程教學大綱進行了修訂，重點處理好經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與實踐的關系，重新對教學內容進行了整合，進一步明確了課程性質與任務、課程內容與基本要求、實踐教學與要求、學時安排、參考教材、課程類別、學分、考核方式。理論課實施模塊教學，以酶制劑的生產(chǎn)與應用為教學主軸，循序漸進，不斷擴展與深入，構架起酶工程的理論體系。所有的教學章節(jié)調整為四大模塊：一是“產(chǎn)酶”模塊，包括微生物發(fā)酵產(chǎn)酶、細胞工程產(chǎn)酶和現(xiàn)代分子技術產(chǎn)酶等；二是“分離酶”模塊，包括酶的酶學性質、酶的分離純化等；三是“改造酶”模塊，包括酶的分子修飾、酶的固定化和酶的有機催化等；四是“用酶”模塊，包括酶反應器和酶傳感器，酶在醫(yī)藥、食品、輕化工、環(huán)境保護和生物技術等方面的應用。實驗課結合任課教師的科研，由產(chǎn)酶菌株的快速篩選、雞蛋清溶菌酶的磁性親和分離、雞蛋清溶菌酶的純度分析、雞蛋清溶菌酶的熱穩(wěn)定性分析、木瓜蛋白酶的制備、殼聚糖顆粒固定化木瓜蛋白酶、酶反應器設計及酪蛋白水解物的制備、酶試紙法檢測消毒液中過氧化氫含量、鄰苯二酚雙加氧酶基因在大腸桿菌中的高效重組表達等九個實驗組成，形成完整的“酶源的選取—酶的分離純化—酶的純度鑒定—酶學性質分析—酶的體外改造—酶制劑的應用”實驗教學體系。

2.書本教材與互聯(lián)網(wǎng)資源相輔相成。隨著生物技術的發(fā)展，酶的應用已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的各個方面，社會對理論和應用相結合的復合型人才需求強烈。為了順應這一需求，在教材選用方面，我們以王金勝主編的《酶工程》為核心，參考了眾多的《酶工程》、《酶與酶工程及其應用》、《酶學原理與酶工程》、《酶制劑的生產(chǎn)技術》等教材，集眾家之長，取其精華之作，在不影響酶學與酶工程理論知識學習的同時加大了對酶的工業(yè)化生產(chǎn)和應用等技術的介紹和講解。在酶工程理論和實驗教學中，我們用教材而非單純用教材，在課程序言中，引入電子教學資源，向學生介紹酶學與酶工程相關網(wǎng)站，如www.brenda-enzymes.org、www.cnenzyme.com、www.enzymestuff.com.并提議學生關注“酶制劑網(wǎng)”、“酶好生活”等微信公眾號，讓學生及時了解酶工程的發(fā)展前沿與動態(tài)，激發(fā)學生對該課程的學習興趣。同時，還建成了酶工程精品課程學習網(wǎng)站（http：//jpkc.scau.edu.cn/mgc/），將教學大綱、教學進程、教案、習題、課件講義、實驗指導、課堂教學視頻等上網(wǎng)并免費開放，實現(xiàn)優(yōu)質教學資源共享，為學生“隨時、隨地”開展學習提供渠道。

3.實驗教學與理論教學相互呼應。酶工程是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學在酶工程教學中具有舉足輕重的作用。而實驗教學又是鞏固理論知識，培養(yǎng)學生的動手操作能力、積極思考問題和主動解決問題能力，進而提高學生綜合素質的必然途徑。因此，實驗教學內容與理論教學相互呼應，圍繞鞏固理論知識展開，才能使學生更加系統(tǒng)地掌握酶工程的原理、實驗方法和技能，樹立創(chuàng)新意識。在課程建設過程中，我們逐步摸索，不斷完善，形成了由九個實驗組成的《酶工程實驗技術》，課程的學習內容涵蓋了酶源篩選、酶制劑制備、酶制劑的改造、酶制劑的應用，與理論課的“產(chǎn)酶—分離酶—改造酶—用酶”四大模塊遙相呼應。通過這些課程的學習，學生基本掌握酶的生產(chǎn)方法、酶分離純化方案的設計、酶的化學修飾和固定化以及生物酶工程的操作，并能根據(jù)需要改良酶和設計酶。

4.校企協(xié)同，增加酶工程課堂教學內容的實效性。校企協(xié)同是以校企雙方各為獨立主體，基于各自或共同的目標需求指向所進行的信息、知識、資源及行為合作活動。它是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一種新型人才培養(yǎng)模式，為大學生了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新態(tài)勢提供了更多機會和途徑，有利于創(chuàng)新意識的激發(fā)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。在酶工程精品課程建設過程中，我們注重校企協(xié)同，創(chuàng)造條件讓主講老師主動到相關企業(yè)進行交流學習，協(xié)助企業(yè)開辦“酶制劑檢測技術培訓班”，所獲得的信息和心得在講授課程理論知識的應用與學生分享，增強課堂教學的實效性；同時還邀請相關企業(yè)的技術負責人直接參與課堂教學，例如，在酶的應用教學環(huán)節(jié)，我們邀請了廣州博仕奧公司技術負責人，講解了該公司在甘露聚糖酶、支鏈淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、木聚糖酶等主要飼用和食品用酶的研發(fā)和市場拓展經(jīng)歷，以詳細的數(shù)據(jù)和具體的示例介紹了酶制劑及其固定化、化學修飾、分子改造、酶和生物反應器等在飼料生產(chǎn)、食品加工、污水處理、資源再利用等方面的應用，并且通過互動交流，讓學生對酶的生產(chǎn)應用有更為感性的認識。

二、教學方法與教學手段的改革與建設

1.啟發(fā)講解與學生討論相結合，調動學生學習的主動性和積極性。教學強調以學為中心，要為學習者的主動性發(fā)揮創(chuàng)造條件。在酶工程理論教學部分，包括理論課教學和實驗指導的原理講解部分，任課教師通過設計和安排思考題、綜合題、小論文等方式，從之前的課堂“灌輸”知識，轉變?yōu)樽寣W生帶著問題想和學，加強師生、生生互動，堅持啟發(fā)講解與學生討論相結合。首先，老師的“講”要有藝術，是啟發(fā)式的講解，而不是“填鴨式”的“灌”；其次，要引導學生積極思考，參與討論，鼓勵學生結合老師的講解發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題；最后，通過學生的討論，老師要有針對性地進行總結，幫助學生更好地理解知識、掌握知識，并且根據(jù)學生的討論發(fā)言情況有目的地對學生進行引導，使學生不再是知識的被動接受者，而成為課程發(fā)展的積極參與者，學習從“被動接受”變成“主動學習”。

2.靈活運用現(xiàn)代教育技術，實現(xiàn)教學效果的最優(yōu)化。使用現(xiàn)代教育技術手段開展教學活動是現(xiàn)實趨勢，主要從三個方面著手。首先是多媒體課件的制作，提煉和深加工課程內容，使課件版面設計簡潔并能與豐富的講授內容有機結合，圖文并茂，減少視覺疲勞，直觀形象生動地解釋教學難點；其次是制作采用多媒體動畫教學軟件，形象直觀地展現(xiàn)酶的結構特征以及運用這些結構特征進行分離純化酶的原理和操作過程；最后，結合移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，建設酶工程知識題庫，利用“掃碼”答題復習、鞏固所學知識，摸查學生對知識的掌握程度，實現(xiàn)教學效果的最優(yōu)化。

3.實驗教學引入導生制，實現(xiàn)個性化的及時指導。伴隨著高校擴招，學校儀器設備、師資等實驗教學資源日趨緊缺。儀器設備等硬件可以通過加大教育投入逐步緩解，但師資受制于人才的招錄和人事制度的制約，很難短時間內解決。導生制作為一種新生的教學模式引入實驗教學，可以在一定程度上彌補實驗教學過程中師資不足，而擴招情境下的在讀研究生具有熱情高、知識面廣、發(fā)現(xiàn)力和創(chuàng)造力強等優(yōu)勢，是“導生”的首選來源。在酶工程精品課程建設中，我們在實驗課堂教學中引入了導生制。借助導生，實驗課教師從原來的講解員、輔導員、紀管員等多重任務中解脫出來，專心于實驗內容的更新、教學方法的改善；學生在實驗教學動手環(huán)節(jié)產(chǎn)生的疑問能夠得到及時解答，并且得到針對性的指導和個性化的評價。此外，導生還能組織學生進行有效討論，督促學生在實驗中主動思考，變盲目照搬實驗指導書為積極有意義的實驗學習、探索，使學生知識、能力與素質均得以提高[6]。

三、考核與評價方式的改革與建設

1.增加理論課的平時考核比例，構建多樣化的考核形式。課程考核在教學過程中具有考核評定、質量區(qū)分、教學預測、教學反饋、激勵導向等功能。期末考試在課程終結時給予結論性的評價，僅能發(fā)揮考核評定和質量區(qū)分的功能，而教學預測、教學反饋和激勵導向的功能得不到體現(xiàn)。因此，在酶工程課程考核中，我們增加了平時考核的權重，將平時考核由原來占總評成績的30%提高到50%，并且改變了單一的課程考核形式（表1），綜合采用隨堂對教學知識的測驗、課堂主題討論、課程小論文、課后習題作業(yè)等方式，主動引導學生的學習方向，及時了解學生對知識理解和掌握的程度，并根據(jù)學生的學習情況適時調整優(yōu)化教學模式。

2.鼓勵學生參與評價，改變單一的實驗課程考核。生物學實驗由于課時長、知識涉及面廣、師生比大，如何對學生實驗操作進行公平合理評價一直是難題。在酶工程實驗教學過程中，我們改變傳統(tǒng)的單向考核方式，鼓勵學生參與評價，建立了更為客觀的實驗成績評價體系。學生實驗成績由知識考查、課堂表現(xiàn)、實驗報告等三部分組成。其中：知識考查占總評成績的30%，根據(jù)學生完成課后思考題以及課堂提問的回答情況進行評定；課堂表現(xiàn)占總評成績的30%，分組進行評價，組長人選由各組推選，由組長組織實驗開展，并根據(jù)實驗實施情況對組員進行評價，指導老師根據(jù)課堂情況酌情扣分；實驗報告占總評成績的40%，由指導老師根據(jù)實驗報告的規(guī)范情況、實驗結果分析的認真程度評價，根據(jù)實驗難易程度各次實驗加權平均。這樣，既解決了實驗評價單純由老師進行而導致的單一片面，同時增強了學生的團隊協(xié)作意識，其公平合理性得到了學生的普遍認同。

課程是育人的載體，目的是促進學生的綜合發(fā)展。通過酶工程精品課程建設的實踐，學生學習的主動性、責任感和參與性增強，獨立分析問題和解決問題的能力得到了提高。校內教學督導對這門課程的評價是：酶工程精品課程教學內容豐富新穎，能跟蹤時代最新理論，課程教案和多媒體技術運用嫻熟，PPT質量好，實驗教學基礎好，實踐教學條件成熟；在多年教學實踐中，始終突出教學重點，既重視理論知識傳播，又重視實際動手能力的培養(yǎng)，收到了良好效果。而學生及相關用人單位對該課程的評價是：《酶工程》及《酶工程實驗技術》課程設計合理，注重實用性，修讀了該課程的學生能在生產(chǎn)實踐中獨立地從事酶的開發(fā)生產(chǎn)及酶活性檢測工作。

參考文獻：

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[5]竇世娟，侯春燕，侯名語，等.生命科學世紀呼喚酶工程教學改革深入發(fā)展[J].河北農業(yè)大學學報（農林教育版），2009，11（3）：326-328.

[6]龔慧，徐超，黃九九.生物專業(yè)本科實驗教學狀況調查與分析[J].高校實驗室工作研究，2014，（3）：88-90.

The Exploration and Practice of Core Course Construction of Enzyme Engineering

HUANG Jiu-jiu，LIU E-e，GONG Hui，HOU Xue-wen*

（College of Life Sciences，South-China of Agricultural University，Guangzhou，Guangdong 510642，China）

Abstract：Enzyme engineering is one of the four engineerings of biotechnology and is the main course of biotechnology major，so it plays an important role in professional knowledge formation for biotechnology students. In this paper，the exploration and practice of enzyme engineering course in South China Agriculture University，such as the optimization of teaching contents，the improvement of teaching methods and assessment system etc.，were discussed. The experience generated from our practice would help to improve the quality of enzyme engineering course，and also meet the demand of society and enterprise to professional training of biotechnology students.

Key words：enzyme engineering；course construction；transformation of education