酶工程课程教学改革概况
2021-01-02王常高林建国赵泽鑫
王常高 杜 馨 林建国 赵泽鑫 蔡 俊*
(湖北工业大学生物工程与食品学院 湖北·武汉 430068)
酶是一种天然生物催化剂,其化学本质目前主要包括蛋白质和核酸两大类。酶工程主要是指酶的制备和应用的技术过程。酶工程作为现代生物工程四大核心工程技术之一,与发酵工程、基因工程、细胞工程及蛋白质工程等其它现代工程技术相互交叉,相互促进和发展。酶作为一种生物催化剂,同传统的无机催化剂相比,由于具有催化效率高、专一性强和反应条件温和等特点,使得酶工程技术得以在轻工、食品、医药、保健品、饲料、农业、环保、能源及科研等多个领域得到广泛的应用[1]。正是因为这样,酶工程课程也成为了生物工程、生物制药、生物技术、生物化工等相关专业的核心或主干专业课程。为了提高该课程的教学质量,从而提高或促进相关专业的人才培养质量,各高校不同的专业任课教师持续不断的全方位地对该课程的教学过程进行了一系列的教学改革和探索,也取得了很多好的方法或经验,为今后进一步促进该课程教学质量的提升和改进打下了很好的基础。本文本着学习和提升我院该课程教学质量为目的,对目前国内该课程教学改革方面的一些好的经验和方法进行了归纳和总结。
1 教材建设和使用
高质量教材的建设和使用是提高课程教学质量的关键和先决条件。近年来,国内高校教师和研究人员单独或合作编写了多部很好的酶工程教材,为该课程的教学质量提升和改革打下了很好的基础。目前国内各高校生物工程及其它相关工科专业《酶工程》课程教学使用的教材主要有:郭勇编著,科学出版社出版的《酶工程》(第四版)教材;梅乐和、岑沛霖编著,化学工业出版社出版的《现代酶工程》教材;吴敬、殷幼平主编,科学出版社出版的《酶工程》(案例版)教材;施巧琴编著,科学出版社出版的《酶工程》教材;陈守文编著,科学出版社出版的《酶工程》(第二版)教材等。此外,最近出版了由赵蕾编著,科学出版社出版的《酶工程》双语教材;朱本伟、宁利敏主编,中国石化出版社出版的《海洋酶工程》等教材。不同的教材,侧重点不一样,也各有优缺点。各高校会根据各自专业的特色或人才培养的侧重点不同来选择适宜的教材。
2 课程教学内容的优化
从教材的内容来看,绝大部分的《酶工程》教材主要包含酶工程基础(酶工程发展概况和酶的基础理论知识)、酶的生产制备、酶的分离纯化、酶的分子改造(包括化学修饰和定向进化及定点突变等)、酶的固定化、酶的非水相催化、酶反应器及酶在各领域中的应用概况等内容。部分教材中也还包含了核酶、模拟酶、抗体酶、印迹酶及酶抑制剂等最新的研究内容[2]。但在实际的教学过程中,不同的院校,不同的专业,不同的人才培养目标定位,课程教学内容或侧重点会有所不一样。如普通地方高校的生物工程专业,以培养应用型或工程型人才为主,则该课程的教学往往以与酶的工业化生产和应用技术方面相关的内容为重点,如酶的发酵生产、酶的分离纯化、酶的固定化、酶的非水催化及酶反应器等。除了讲授课本基本理论知识之外,也会补充讲解一些具体的工业或商业用酶的生产制备或应用的实例。而一些双一流大学或一流生物工程或技术专业,以培养研究型或创新型人才为主,则该课程的教学多以酶的分子设计、核酶、抗体酶、印迹酶、纳米酶等酶工程最新发展前沿等为侧重点,课堂上或课外往往多补充讲解或要求学生自主学习一些酶工程的最新研究内容或进展,以拓展学生的专业知识面。
此外,酶工程课程大多数学校都是安排在第六学期,在这之前学生可能都已经学过了生物化学、生物工艺学、基因工程和生物分离工程等专业课程,酶工程中的部分内容在上述课程中可能已经了解或掌握了,酶工程教学过程中则应对课堂教学内容进行凝练和优化,避免重复,同时突出重点。
3 课程教学方法和模式的改进
随着新工科、工程教育认证、双一流建设等专业或人才培养质量改革的不断推进,课程教学,尤其是课堂教学的效果或质量越来越受到各高校的重视。为了提高《酶工程》课程教学质量,各高校专业教师在《酶工程》课程教学方法或模式上也进行了一系列的探索和改革,对进一步提高《酶工程》课程教学质量起到了很好的促进作用。目前,在以多媒体课堂讲授为主的教学方法或模式基础上,各高校在《酶工程》课程教学上采用的教学改革方法或模式主要有以下一些:案例教学法[3];翻转课堂教学模式[4];兴趣导向、问题导向、结果导向与过程导向相结合的“四导向”教学模式[5];LBL和TBL相结合的双轨教学模式[6];基于思维导图的教学模式[7];计算机模拟教学模式[8];虚拟仿真教学模式[9];可视化、可动化、实践化和头脑风暴化相结合的“四化立体”教学模式等等[10]。纵观各种教学模式,其出发点都是为了改变传统的“填鸭式”“灌输式”教学模式,使学生由被动的学习方式转变为主动学习、自主思考的学习方式,从而提高学生的学习兴趣和学习效果。
4 课程考核评价体系的完善
传统《酶工程》课程考核同其它课程考核一样,主要以期末考试为主,成绩由平时考勤和期末成绩三七开组成。这种传统的考核方式不但不能客观真实地评价学生的学习效果和学习能力水平,反而容易促长学生的消极厌学态度,因为学生在考前化一星期左右的时间记背一下就能考核过关,平时也就不一定认真踏实去好好学习。随着国家和社会对工程技术人才培养质量要求的不断提升,“新工科”建设以及工程教育认证的不断推广深入,改革课程考核方式,促进课程教学质量的提升已成为广泛的共识。加强过程考核,降低期末考试成绩比重,是目前普遍采用的课程考核模式。过程考核也不再是简单的平时考勤,而是课堂表现、课堂小组作业、课外作业、文献阅读、期中考试、实验成绩等多方位教学过程考核。期末考试也要从考核内容上进行改革。根据工程教育认证的要求,课程考核必须支撑相应课程教学目标的达成。《酶工程》作为一门技术应用性较强的课程,课程教学目标除了掌握酶的生产与应用方面的基本概念和理论知识之外,还要求学生能运用理论知识解决酶的生产和应用过程中的一些技术或实践问题。因此,期末考试不仅要考理论,更要考理论知识的应用。可通过限制填空题、名词解释等题型的采用,或限制记背等客观题的分值等制度性措施加以实施。课外作业内容也应不再是以前的照着教材或老师的课件抄一下就能完成了,而是需要学生通过查阅相关文献资料才能很好地完成。实验成绩也不再是简单的实验报告成绩,而是由实验方案设计、实验操作过程及结果分析讨论等综合成绩组成。此外,过程考核的成绩可占到总成绩的50%比重,而期末考试成绩的比重不宜超过总成绩比重的60%。总之,通过课程考核方式的改革,不仅可加强学生全方位、多渠道的学习,提高学习质量和效果,也可以更真实客观地评价或考核课程教学目标的达成情况。