混合教学模式下“酶工程”的教学优化研究

李剑睿，王晓丽，赵润柱

（太原工业学院 环境与安全工程系，山西 太原 030008）

酶工程是生物学的分支学科，是在酶学基本理论的基础上，与化工技术相互渗透结合，发展而成的一门新的技术学科。基于酶的生物合成调控、酶的发酵生产、酶的分离纯化和酶的分子修饰和固定化研究，酶工程着重探讨作为一种高效生物催化剂的酶在工业上推广的问题，以及作为一种高效生物大分子的酶在基因工程应用的问题，旨在通过酶的催化动力学特性分析、酶反应器的设计，使酶能够在农业、医药、食品、环境保护等领域上发挥其独特的作用。“微生物学”“生物化学”是专业先修课程，其主要任务是使学生在了解酶的生物催化特性、酶的作用原理和酶的生物学功能的基础上，全面掌握课程的主要内容及其工艺过程，为进一步开发酶的新产品及酶的应用奠定坚实的理论基础和操作技能。

我国高等学校的教学改革，改到深处是课程，改到痛处是教师，其最终目标要通过具体的课程改革方案的落实来实现，而课堂教学又是课程改革的主要抓手，课堂教学不仅是教育体系的构建支点，也是人才培养模式的关键与核心，因而探索高效的课堂教学模式是教育改革的关键和最终落脚点。高效课堂是教与学高效率与高效益的统一，高效率即提高学生的知识掌握能力，高效益就是培养学生的优良品质与完美人格[1，2]。

“酶工程”课程内容综合性、理论性较强，一些知识点需要基础课程知识支撑，课程难度较大，学生学习时不易理解，积极性不高，而且课程教学内容较多，学时较少，有限学时主要用于课堂教师讲授，课堂师生互动讨论和知识点答疑的时间偏少。显然，以教师讲授为主的传统教学模式，已经不能完全适应高等教育发展的现状，而混合式教学模式提倡以教师为引导、以学生为主体，教师在教学过程中只起到辅助作用，强调学生学习的积极性和主动性，采取多种方式培养学生创新、合作的能力，优势明显[3-5]。

一、总体思路

随着我国社会变革、思想观念和科学技术的迅猛发展，高等教育和教学改革迫在眉睫。高校作为高等教育改革的主阵地，只有适应国家创新驱动发展战略，深化教育改革，创新完善人才培养模式，才能更好承担新形势下服务社会经济发展的职能。应用技术型本科是指以应用技术为办学定位的普通本科院校，应用型本科教育对于满足中国经济社会发展与社会对高层次应用型人才的需要，以及推进中国高等教育大众化进程起到了积极的促进作用。作为生物工程专业的基础课，“酶工程”“基因工程”“细胞工程”“发酵工程”“生物反应工程”和“生物分离工程”课程共同构成了现代生物工程技术体系的核心内容，其内容繁杂、实践性强，利用传统教学模式很难实现学生对知识的融会贯通。因此，本文以高质量教学技术平台为支撑，以学生专业核心竞争力培养为目的，着力构建形成一套线上线下相结合，基础理论知识教授与生产案例分析相协同，专业理论教学与课堂学生价值观塑造相互补的课程综合教学评价改革总体方案。

二、课堂教学设计

（一）线下线上相结合

随着现代科技的快速发展，高校课程内容急剧增加，在课时数有限的情况下，必须对现有教学内容进行重新规划，在保证教学进度和教学质量的前提下，根据“酶工程”各章节内容的不同特点，采取不同的方式，以方便学生自主灵活学习，提高课程教学效果[6]。

在课程线下教学过程中，传统板书与数字化教学相结合，充分发挥多媒体课件将图像、文字、视频等融为一体的功能。对于“酶工程”课程出现的新章节内容，如《酶的固定化》《酶分子修饰》和《酶的非水相催化》，教师可以采取线下为主的教学方式，增加与学生接触的时间和机会，将知识传授和答疑解惑同步进行，提升课堂教学效率。在课程线上教学过程中，针对在其他课程中已系统讲解的内容章节，如《酶合成的生物调控》《酶的发酵生产》，学生完全具备自学的条件和能力，可以采取线上预习、线下讨论的教学模式，并作必要的补充，为新章节内容的讲解省出更多时间。

（二）理论传授与案例分析相结合

在传统的课堂教学模式下，学生常常学习兴趣较低，学习效率不高，而案例教学法可以解决这一问题。首先由教师提出具体案例，然后师生共同讨论分析，成功调动学生学习的积极性。当然，学生必须通过查阅大量相关文献，形成自己的基本观点，是案例教学法的学情基础。此外，案例的设计与选择是案例教学能否成功的关键[7，8]。向学生介绍一些知识面广、代表性强的酶工程经典案例，从生产方案中的设备选型、酶的类型选择、酶的技术改造、反应参数调控等方面，通过具体的实验数据，对酶转化生产过程进行科学分析与全面评估，实现现有生产方案的优化升级，提高学生的综合职业素养和解决实际问题的能力。例如在催化环境对固定化青霉素酰化酶催化性能的影响案例中，涉及的知识点包括青霉素酰化酶的微生物合成来源、结构特点、催化特性及在β-内酰胺类抗生素工业生产中的作用，青霉素酰化酶的固定化过程，影响酶催化效率的环境参数因子（温度、pH、有机溶剂等）等多方面的内容。此外，还包括一些细节层面的知识点如标准曲线的制作、酶活力的测定方法等。在案例教学讨论互动的过程中，教师要引导学生将知识体系化、系统化，学生要做到在理解相关专业理论知识的同时，综合把握各知识点间的有机联系，指出现有工程技术路线的不足并提出改进方案，最终实现融会贯通、学以致用的学习目标。

（三）章节内容教学的个性化能力培养

“酶工程”教改目标的设定要以我国高等教育改革精神和《生物工程专业培养方案》中规定的毕业能力要求为主要依据，将知识传授和学生专业能力培养有机统一，树立授之以渔的教育理念，培养学生终身学习的能力。第一，通过《酶的生物合成及其调节》章节具体内容的讲解，引导学生了解蛋白酶的生物合成途径、蛋白酶的生物合成调控机理及重组酶的基因构建和异源蛋白生产菌株的构建过程，使学生能够设计出一系列对不同物种来源的酶进行高水平表达的细胞工厂以满足生产实际需求。第二，通过《微生物酶的发酵生产与控制》章节的学习，引导学生了解酶制剂的产酶微生物菌种、微生物酶发酵动力学与控制理论、微生物深层发酵与酶制剂生产技术，培养学生经过预先设计、人工操作，利用微生物生命活动获得所需酶的能力。第三，通过《酶的分离纯化提取》章节的讲解，使学生了解主要酶分离技术的原理和过程，能够通过酶分离技术的科学组合，实现目标蛋白酶的高效分离。第四，通过《酶分子修饰》章节的掌握，引导学生了解利用物理化学法对酶分子修饰及利用基因工程对酶分子改造等内容，培养学生通过分析酶结构和催化特性的关系，设计和定向改造酶分子。第五，通过《酶的非水相催化》章节的讲授，引导学生了解水和非水介质对酶催化反应的影响、酶在非水介质中催化作用特性及酶在非水介质中的催化反应条件，培养学生通过研究非水介质中酶结构和功能的关系，设计拓展酶在生产实践中的应用范围。第六，通过《酶的固定化》章节的学习，引导学生了解酶固定化原理、方法及应用，培养学生根据生产需求设计酶的固定化方法，并对固定化酶的酶活力、专一性和稳定性作出综合评价。第七，通过《酶的应用》章节的介绍，引导学生了解酶在国民经济各行业的应用，使学生能够针对应用对象和环境进行酶的设计和优化，以便最大程度发挥酶的作用效率。总之，本门课程的教学目标是使学生深刻认识和理解如何实现酶催化效率的最优化问题，以及酶转化技术在工业产业化过程中的地位和作用。

此外，实践是创新的基础，实践能力体系与理论教学是相互协调和相辅相成的关系，要重视大学生实践能力的培养。要通过大学生创新训练项目、高校学科竞赛、企业实践实训、本科毕业设计等途径，加深学生对“酶工程”课程基础理论知识的理解，强化实践和实验动手操作的能力，对促进大学生知识的转化和拓展、增强大学生的社会意识和适应能力、提高个人素质修养等方面都有积极作用。

三、课堂学生价值观的塑造

高校教学的基本任务除了促进学生的知识积累和知识结构优化以外，还要培养学生正确的世界观、道德观、爱国情怀和良好的个性品质。2020年4月，我国教育部等八部门联合印发《关于加快构建高校思想政治工作体系的意见》，要求全面推进所有学科课程思政建设[9]。课程思政进入全面建设的新阶段。自然科学课程是高校课程体系中的重要组成部分，蕴含着丰富的科学和人文精神，是思想政治教育目标实现的重要载体。

“酶工程”主要介绍酶的修饰改造技术和典型的酶转化生产过程，课程内容与人们生产生活息息相关，蕴含着丰富的思政元素，因此，教学团队不仅备课程，也要备思政，结合学生所思所悟、社会热点价值引导、专业知识点触发，共同挖掘课程蕴含的思政元素，优化课程思政设计[10-12]。第一，将思政元素融入课程前言教学中，力争实现知识传授与育人目标的双赢。“酶工程”课程知识点主要分为酶的生产、改造和酶在国民经济各行业的高效利用两部分，第一部分是酶转化工程产业化的基础，解决的是技术层面的问题，如酶的修饰、酶的固定化、酶的非水相催化等；第二部分是以基本技术为支撑的酶的应用推广，二者相辅相成、缺一不可。对学生有哪些教育启发意义呢？众所周知，近年来我国积极推进科技自立自强，高质量发展取得新成效，但高科技领域技术“卡脖子”问题依然突出，因此，要不断强化科技创新和产业链供应链韧性，加强基础研究投入，大力发展专精特新中小型企业。大学生应该立大志、做大事，夯实自我成长，筑牢专业根基，为实现中华民族伟大复兴的中国梦而贡献一份力量。第二，将思政元素融入专业知识点中。很多专业知识点都蕴含着丰富的人生哲理。如酶的发酵生产部分，培养基设计和参数控制是影响生产效率的关键要素；再如酶的固定化部分，载体的类型、载体的活化方法和酶的因素都是酶高效固定的重要因子，使学生深刻领会个人和集体的关系及团队协作的重要性，各个环节都是事情成功的保障。第三，把相关的社会热点问题适时地引入课堂中进行剖析，引导学生自主思考，在加深对知识理解的同时，培养学生的人文精神等核心素养，实现学生专业素质和思政水准的双赢。

四、课程教学质量评价体系

课程教学质量评价是教学质量管理的核心内容，是不断提高教学质量的关键举措。我们本着课程考核方式的多元化、客观化原则，将学生总成绩划分为平时成绩、中期综合考查和期末卷面考试三部分。首先，细化平时成绩的构成，将到课率、课堂提问讨论、作业情况等均纳入平时成绩考核范围，本部分占总成绩的20%。其次，实施中期综合考查，通过考查学生查阅资料、撰写专题报告的能力，了解学生在课程上半学期的学习效果，同时，有助于教师反思在教学中的问题，及时进行相应调整，本部分占总成绩的15%。最后，通过期末卷面考核，评价学生对本课程专业理论知识的总体掌握情况，本部分占总成绩的65%。总之，通过课程综合成绩的合理设置，以期达到客观公正的教学评价效果。

没有任何一种课堂教学模式能适用于所有的教师，也没有任何一种课堂教学模式能适用于所有的学生。我们应该注重挖掘海量课堂教学模式所蕴含的思想精髓和教育实践活动各个环节的内在联系，找出一套符合特定高校、具体专业、特定课程和复杂学情的特色课堂教学模式，是每个高校教学科研工作者值得深思的问题。

通过以工程案例分析和章节内容教学的个性化能力培养为中心的教学改革方案的实施，再辅以大量课堂思政元素的融入和综合教学质量评价体系的构建，促使学生能够设计出针对生物技术领域复杂工程问题的解决方案，以及满足特定需求的生物工程领域新产品、新工艺和新技术。同时，培养学生的自主学习意识及不断适应和引领行业发展的能力。