医学类专业微生物工程课程教学探索与实践

杜红延

（南方医科大学 生物技术学院，广东 广州 510515）

医学类专业微生物工程课程教学探索与实践

杜红延

（南方医科大学 生物技术学院，广东 广州 510515）

医学类专业微生物工程课程的教学重点应是医药领域的工业发酵菌种、发酵生产的原理、微生物发酵在生物医药领域的应用等内容。教师应注意采用多样化教学手段，尽量使抽象的理论知识直观化，以激发学生的学习兴趣，提高教学效果。为了增强实验教学的完整性、目的性和趣味性，教师可以把自己的科研课题与学生实验结合在一起。

医学院校；微生物工程；生物技术；教学

人们对微生物工程的认识源于食品行业的发酵工程，我国大学工科的发酵工程专业也脱胎于农学院的农产品加工专业。1952年全国高校院系调整时，农产品加工专业的发酵专业方向划归工学院食品工业系，这才有了工科的发酵工程专业方向，随后发展为发酵工程专业。最初利用微生物加工产品的工程统统被列入发酵工程的范畴，然而随着生物化学、细胞生物学、应用分子生物学和遗传工程、生物化工等学科的发展，多学科相互交叉渗透，人们对微生物许多新功能的认识不断深入，大大拓展了人们利用微生物进行生产的范围（如微生物可应用于环境治理和生物冶金等），发酵工程逐渐发展为微生物工程。1998年颁布的高等学校本科专业目录把发酵工程划归生物工程类，肯定了发酵工程的生物学性质。

随着生物技术在医药领域的应用日益广泛，社会需要越来越多的专门人才从事该领域的研究开发工作，与之相适应，目前很多医学院校逐步增设了生物工程和生物技术专业。作为四大生物工程（基因工程、细胞工程、微生物工程和酶工程）之一的微生物工程，是生物技术产业化进程中的关键，因此，微生物工程课程也就自然地成为生物工程和生物技术专业必不可少的一门专业必修课。

微生物工程是将微生物学、生物化学、化学工程的基本原理有机地结合起来，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体系，是将传统的发酵技术与现代的基因工程、细胞工程、代谢工程、生物信息工程和计算机控制等新技术结合并迅速发展起来的一种现代发酵技术。微生物工程课程涉及的理论和技术多，且由于历史原因许多教材在内容安排上多倾向于食品类专业，因此，医学类专业微生物工程课程教学改革的重点在于教学内容的取舍。

1 结合专业特点合理选择教学内容

最早开设发酵工程课程的是食品类专业，因此目前许多微生物工程教材在内容安排上多倾向于食品类专业，远远不能满足医学院校生物技术和生物工程专业的需要，结合专业特点有针对性地选择教学内容是该课程任课教师肩负的使命。对于生物技术和生物工程专业来说，在微生物工程课程的教学中“秉承工科特色，加强理学研究”的学科办学理念显得尤为重要。考虑到医学院校学生的工科基础薄弱，教学大纲应该有针对性地围绕与微生物生产有关的生物医药产品展开，以生产和应用过程的主要单元操作原理与工艺条件为主要内容，从而使学生能够掌握利用微生物生产生物医药产品的基本理论，进而由理论指导实践，学会分析生产和应用过程中存在的技术问题。为了激发学生的求知欲望，教师在教学中不能局限于教材内容，要根据教学大纲的要求，结合课程的具体内容，进行相关知识的补充和删减[1]。

1.1 从绪论入手强调微生物发酵的重要作用

任何一门课程的讲授都是从开篇性的绪论部分开始的，内容包括课程的主要研究领域、研究方法、发展历程、特点和发展前景等。通过绪论部分的教学，要使学生对课程有一个轮廓性认识，了解该课程在自己所学专业中的地位和意义，明白学习该课程的重要性和必要性，清楚该课程的重点从而在后面的学习中能够有的放矢。对于医学院校生物工程和生物技术专业的微生物工程课程来说，绪论部分的教学应当立足于生物医药领域，着重强调微生物发酵在医药行业的重要性。

从微生物工程的发展历史来看，虽然人们最初是从天然的无意识的酿酒开始认识发酵现象的，但是被称为第二代微生物发酵技术（大规模深层培养技术）的开发，则是源于第二次世界大战期间青霉素的生产，源自生物医药研究。从微生物工程的应用领域来看，虽然其较早的应用主要在轻工食品行业，但随着人们对微生物的不断了解和认识，以及微生物遗传学和生物化学等学科的相互渗透，微生物工程在生物医药领域的应用越来越广泛。目前发现的6000余种抗生素绝大多数都是由微生物产生的，医用氨基酸、维生素、甾体激素、药用酶、酶抑制剂以及一些疫苗等生物制品和基因工程药物，都来自于微生物的发酵生产，可以说当今的生物医药生产与微生物发酵工程有着密不可分的联系。目前，全球发酵产品的年销售额在400亿美元以上，并以每年7%～8%的速度递增；我国微生物发酵生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产值1400亿元左右[2]。通过以上知识的介绍，能使学生认识到自己所学专业与微生物工程之间的密切联系，从而激发他们学习微生物工程课程的热情和积极性。

1.2 引导学生深刻认识医药领域的工业发酵菌种

微生物在自然界无处不在，种类繁多，目前人们认识的微生物不超过总数的5%。医学院校的学生最初接触微生物大多数是从病源微生物开始的。在微生物工程课程中，教师要使学生认识到微生物的两面性，即虽然一些病源微生物可以导致人类疾病的发生，但有很多微生物对人类是有益的，例如，许多药物的生产菌种均来自于自然界，只要人们筛选出合适的微生物种类，就可以利用它们生产出许多可用于临床的药物和生物制品；随着分子生物学和遗传学等学科的介入，还可以通过基因工程的方法构建大肠杆菌和酵母的基因工程菌，进而生产我们所需的产品。在教学中，教师还可结合工作经验给学生介绍从自然界筛选有益菌种的常规方法，例如，我们曾经用常规方法从豆豉中筛选出了一种微生物，这种微生物能够产生用于治疗心血管疾病的纤溶酶。掌握基因工程和分子生物学知识对于医学院校的学生来说是十分重要的，强化基因工程菌内容的教学，既有利于学生真正了解微生物，也有利于学生掌握、巩固基因工程和分子生物学知识。

1.3 从医药产品入手介绍发酵生产的原理

区别于其他工科院校以轻工、食品和化工能源等为重点的特点，医学院校生物技术专业微生物工程课程的重点应放在生物医药产品的生产原理上。很多药物和生物制品多为微生物次级代谢的产物，因此在介绍发酵生产的原理时要侧重于次级代谢产物的生产。通常，次级代谢产物是微生物生长到一定阶段才开始合成生产的，而初级代谢产物与微生物的生长相偶联。合成次级代谢产物时，可以应用合理的发酵生产模式和合理的发酵工艺条件进行优化调节。在教学中，教师可以以抗生素的发酵生产工艺作为切入点，通过比较初级代谢产物和次级代谢产物生产的发酵方式，使学生掌握不同发酵方式的特点，明确不同发酵方式之间的区别，以便更好地加以区分和利用。另外，教师在课堂教学中从具体的产品开始展开发酵生产原理这一教学内容，更能吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣。

1.4 落脚于微生物发酵在生物医药领域的应用

微生物工程是生物技术产业化进程中的关键环节，医药卫生领域是微生物工程应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力最大的领域，利用微生物工程可以从各方面改进医药的生产，开发新的药品，改善医疗手段，从而提高社会医疗水平，因此，微生物工程在生物医药领域有着广阔的发展前景。根据生物技术和生物工程专业的学科特点，微生物工程课程的授课重点应落脚于微生物发酵在生物医药领域的应用。微生物工程课程一般从微生物菌种的选育、培养基的准备、种子扩大培养到发酵过程的控制这一主线来安排授课内容，在课程的最后通常要安排微生物发酵生产的应用实例，借助这些生产实例将学生学过的知识点串起来形成系统，加深理解和记忆。教师在选择应用实例时，应充分考虑学科特点，突出课程的专业特色，可选择抗生素、药用维生素、氨基酸等作为重点详细介绍，使学生系统地掌握这些类型产品的发酵生产过程和生产工艺。

2 采用多样化教学手段，切实提高教学效果

微生物工程课程的教学会涉及很多图片和表格，采用多媒体教学手段能够起到事半功倍的教学效果。课件的质量直接影响着多媒体教学的效果，为了充分发挥多媒体的优势，教师既要学会自己动手制作具有丰富图片和表格的多媒体教学课件，还要注意收集视频、音频、动画、图片、文字等多媒体资源。在制作多媒体课件时，教师要注意通过视频、音频、动画和图片的合理使用使抽象的理论知识直观化，使课堂教学更加生动有趣。例如，在讲授发酵生产的三种类型（即分批发酵、补料分批发酵和连续发酵）时，可以制作简单的模式动画图，将分批发酵的一次投料和一次放料，补料分批发酵的多次投料和一次放料，连续发酵的边投料边放料，都清晰地展现在学生面前，再加上教师合适的穿插讲解，十分有利于学生掌握这部分重点内容；在此基础上，还可以利用表格列出三种发酵方式的不同特点，清晰地向学生展示三种发酵方式的区别，使学生掌握选择发酵方式的原则。

多媒体教学的课堂容量大，利于教师在常规教学内容外补充一些反映最新研究进展的内容。在微生物工程课程的教学中，教师应根据教学内容适当地补充一些反映国内外现代微生物工程研究进展的内容，以激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探索激情。例如，在讲授发酵生产实例这部分内容时，可以结合医学院校的特点，重点选择目前临床上比较成功的生物医药产品（如白介素1和肿瘤坏死因子α等）和一些亟待大规模开发的生物医药产品（如紫杉醇等）作为对象，首先给学生介绍这些方面的最新研究成果，然后导出要讲授的知识，调动学生学习的积极性，并适时鼓励和引导有兴趣的学生利用课余时间参加课外兴趣小组，培养科研能力。

3 理论与实践相结合，注重学生实践能力的提高

微生物工程课程与生产实践有着十分密切的联系，教师在教学过程中应尽量把有关生物产品生产与应用的实例引入课堂，以丰富学生的感性认识，使学生加深对理论知识的理解，提高发现问题和解决问题的能力[3]。微生物工程的实验课教学是理论与实践结合的关键。为了提高实验教学的完整性、目的性和趣味性，教师可以把自己的科研课题与学生实验结合在一起。例如，在教学实践中，我们让学生参与到“利用基因工程菌生产白介素1（IL-1）”这一与科研相关的实验中，该实验围绕寻找合适的发酵生产条件和参数展开，能使学生熟悉实验室小规模的发酵生产过程，掌握小型发酵罐的使用方法和发酵生产条件的优化措施，有效地激发学生学习的积极性和实验兴趣，提高学生的专业能力。

发酵原料通过菌种完成工业化转化有一个完整的工艺流程，但医学院校学生缺乏相应的工艺学概念，渴望了解真正的生产过程。针对这一问题，我们通过组织学生到工厂参观，使学生在课堂上学到的理论知识与生产实际结合起来。通过对发酵生产工厂的参观，学生见识了万吨以上的发酵罐体，了解了工厂发酵生产的规模，普遍反映收获颇丰。

[1] 杨柳，叶永康，叶明，等．发酵工程课程教学改革探讨[J]．合肥工业大学学报：社会科学版，2007，21(1)：44―46．

[2] 宫衡，陈长华，叶勤，等．发酵工程教学的改革与实践[J]．化工高等教育，2005，84(2)：36―38．

[3] 卫功元，王大慧．提高微生物工程教学效果的几点体会[J]．湖北教育学院学报，2006，23(2)：95―97．

G642.0∶ Q819

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1006-5261(2011)02-0091-03

2011-01-30

杜红延（1976―），女，河南洛阳人，博士，讲师．

〔责任编辑 张继金〕