案例融入与实践调研在生物基化学品的开发及应用课程改革中的应用

任路静，胡学超，贾红华，高 振

（南京工业大学 生物与制药工程学院，南京 211816）

生物基化学品的开发及应用课程是生物工程相关专业的专业选修课，该课程一般开设在大四上学期，从课程内容和开设时间上看，起到了承接专业课程与毕业设计的作用。作为工科院校，培养适应社会经济发展需要的工程化应用人才，是南京工业大学（以下简称“我校”）的重要使命，且动手能力强的应用型毕业生十分抢手[1-2]。目前，大部分课程的教学多以教师讲授、学生听讲的传统教学模式为主，对于抽象的理论知识，学生只能通过强行记忆等方式掌握，难以实现对知识的灵活应用[3]；考核方式为期末试卷考试，对于专业基础类课程，这种考核方式可以考察学生对基本概念和相关理论知识的掌握情况。但是，对于具有承接专业知识与毕业设计的过渡课程来讲，更需要对其理论和实践结合能力进行考查[4]。因此，亟需从课程讲授、考核方式等方面对此类课程进行教学改革。

本论文以提高实践专业课程教学效果为目的，基于生物基化学品的开发及应用课程，从教学内容设计、教学方法优化和教学效果评价等方面围绕不同类型生物基产品开发的技术方面设计教改方案，课程后期以产品开发实践调研作为验收所学效果的主要途径，以项目式学习作为系统性生物工程相关知识学习的方式，探索案例式引入和实践调研在高年级实践课程中的应用，强化学生将所学知识进行转化应用的能力。

一 生物基化学品的开发及应用课程教学改革概述

生物基化学品的开发及应用课程主要讲授生物基化学品的来源、特性、制备及应用和典型生物基产品的研究历史及进展。通过学习使学生了解国内外生物基产品的现状及发展趋势，掌握生物基化学品开发原理、技术及生产管理等与之相关的基础理论知识，提高其实际运用能力。单纯对单个产品的讲解较为零散，且技术方法多变，如何将该课程改革得更加系统化和多样化是教学效果强化的关键。

在课堂教学中融入案例式、启发式和探究式教学方法是教学改革的大势所趋，也是高校教学内容更新与教学方法改革研究的重要内容，目前已应用在多类专业课程的讲授中[5-7]。我校的生物化工学科，是我国生物制造领域中最具品牌影响力和竞争力的高等教育基地之一，始终以产学研用结合为目标，课程设置大多与产品类开发密切相关，更是注重培养学生理论联系实际和分析问题解决问题的能力。开展案例引入与实践调研式教学改革是工科院校相关课程取得教学实效的关键所在。

本次教学改革拟将案例式教学和产品调研实践融入课程教学中，加深学生对产品开发理念的理解，掌握生物化学品开发的技术原理和关键控制点，同时根据产品开发的技术体系差异对不同产品进行分类，按照技术引导下的产品开发为主线进行系统教学，在教学中引入不同的案例，加深学生对同一类型产品开发技术的领悟。另外，有别于其他课程，本课程无系统性教材，需要教师进行不同领域技术的整理和课件制作，期望可以通过课堂教学基本掌握所学知识。

二 教学改革主要解决的教学问题及方案和办法

（一）解决的主要问题

基于教学改革，希望能够通过案例式启发教学，解决学生对抽象技术原理理解不深入、对专业知识实际应用能力差的问题，强化学生对专业理论知识的理解与应用；通过产品调研实践带动前期专业知识点的汇集与应用，解决学生分析问题、解决问题能力不足的问题，强化学生学以致用的能力；通过技术层面的讲解扩展学生知识的广度，通过产品层面的介绍强化学生的判断力，通过调研层面的锻炼强化学生的合作意识，锻炼学生的表现能力。

（二）改革思路

基于课程特点，提出两条改革思路：①实现案例的选择与专业知识间的串联。基于教学大纲对专业理论知识进行梳理并编排课程内容，通过经典书籍阅读和文献查阅设计有助于专业知识理解的典型案例，以提出问题、分析问题和解决问题的模式，设计启发式教学；②做好调研实践中课题的选择与问题的总结讨论，如何选择与课程相关、有调研意义且学生感兴趣的课题，是此环节成败的关键。另外，调研方法的讲解及学生在调研实践中的问题反馈，也有助于优化课程改革的效果。

（三）具体实施计划

以经典案例辅助下的技术原理讲解和调研实践带动下的知识点汇集与应用为主要的研究思路，对生物基化学品的开发及应用课程进行教学改革，方案设计与时间安排如下。课程总计32 学时，计划课程讲授26 学时，调研汇报6 学时。讲授课程安排12 次专题课程，通过案例辅助的形式对技术原理进行讲解，融入不同生物基化学品的制备方法，探究发酵工程、基因工程、合成生物学、酶工程、组学技术、CFD 模拟技术和产品分离技术等在不同类生物基化学品开发环节中的应用。

课程讲解中，对于抽象的技术原理，引入不同层次的案例进行加深理解，同时将最新发表的研究成果也转化为案例带入课堂。比如，在讲解木质纤维素的应用中，其中木质素的生物炼制部分较为抽象，其结构复杂，转化反应众多，原来教材中的内容零散。在改革尝试中，将发表在Science Advance 上的最新研究成果引入，通过对该案例中如何将木质素转变成没食子酸这一过程进行深入剖析，在讲解中加深木质素结构的了解，学习高水平论文的创新思路，是对课堂内容有利的补充[8]。另外，在讲解基因工程指导下的特殊产品开发中，引入了发表在代谢工程期刊上的缬氨酸的研究案例。L-缬氨酸是一种人体必需氨基酸，也是食品和饲料工业中的重要氨基酸，其主要由微生物发酵产生，但相对较低的效价和较低的发酵产率限制了L-缬氨酸的大规模应用。然后，转而分析产量低的关键在于丙酮酸供应不足。接下来，按照文章的研究思路设计课题，利用基因敲除、过表达和发酵调控等研究方法对代谢途径进行改造，最终产量得到了明显提升[9]。

调研实践环节（表1），根据产品开发的流程，设置3个专题调研方向，包括：①产品开发调研，查询不同产品功能用途，现有生产制备方法、目前生产概况和相关生产企业等信息；期望通过该部分调研，让学生掌握如何开发一种产品。该技能在后续工作和研究生学习中都非常重要；②关键技术调研，分为菌种调研和技术方法调研。了解技术的基本起源、具体原理、技术的典型应用和应用案例分享等；期望通过该部分的调研，让学生掌握如何学习一种新的技术；③著名生物公司调研，了解不同生物技术公司的发展历程、产业转型、典型产品和如何在世界上保持领先地位等信息。期望通过该部分的调研，了解技术和产品的最终输出口——企业的发展概况，通过对知名跨国公司的了解，培养学生对产品开发的热爱，也拓展学生对生物技术行业公司的了解，拓展学生的就业理想。

表1 生物基化学品的开发及应用课程实践任务调研清单

三 生物基化学品的开发及应用课程改革的创新点及意义

（一）创新点

本研究创新点体现在两个方面。首先，课程讲授内容的创新。将不同的生物技术与产品开发偶联，开设不同的专题，如发酵工程指导下的大宗产品开发，合成生物学引导下的特殊产品开发等，讲授上采取理论为先，案例在后巩固理解的模式进行，有助于学生对系统知识的把握。其次，考核机制形式的创新。在课程实践环节，开设6 学时的课程调研实践，通过布置不同专题的形式，让每位学生都进行与产品开发相关的调研工作，撰写调研报告，并以PPT 形式在课上展示并评分，通过学生间讨论、教师点评的方式，互相学习，拓展知识，加深理解。

（二）实践意义

案例教学可以增强课程的趣味性，相较抽象的理论讲授，案例的引入更能激发学生学习兴趣，提高学生学习主动性；同时，案例教学融入了前期学习的多种专业课知识，涉及微生物学、生物化学和生物工艺学等课程，通过案例可唤醒之前所学，并进行巩固强化，融会贯通，清晰地理解所学知识的用处；此外，调研实践环节可以检验所学知识的掌握情况，并强化知识点的应用，还可强化学生通过文献资料查阅切入课题、解决问题的能力。同时，通过资料整理、归纳和课堂展示，锻炼学生团队合作、展现自我的能力。

四 教学改革成效

（一）教学实践效果

在教学实践中，连续三年进行教学内容改进和教学方法优化，通过不断引入和更新教学案例后，教学实践显示课堂学习气氛有明显改善，学生在课堂更加主动积极，多数同学表示在课堂中可以联想到以前学过的很多专业知识，而本门课程的学习能更加有效地促进知识的转化应用；另外，通过实践调研，多数同学表示学习动力更足，查阅资料更加有目标性，阅读文献时更易获得重要知识点，同时在展示过程中，同学们可以畅所欲言，发表各自的观点，既可以从同学的报告中学到新的信息，又可以启发思考，锻炼表达能力。

（二）以改促建

在连续三年小班化教学中实施案例教学和实践调研的尝试，已完成调研报告45份，涉及产品23个，技术15个，生物技术公司3个，诺贝尔奖4个，这些调研成果均可作为后续课程再建设的素材和资料，同时围绕本课程申报的“案例融入与实践调研在《生物基产品开发与应用》课程中的探索研究”课题获得2021 年教改课题立项，为后期课程的教学改革提供了支撑。

五 结束语

本文对生物基化学品的开发及应用课程教学中存在的问题进行了调研和分析，从案例引入和实践调研角度入手进行教学改革尝试，从教学理念和教学方式方面进行了一系列改革探索，尤其对案例选择和调研主题进行深耕，同时结合启发式、探究式教学模式，引导学生讨论、思考，教学氛围和教学效果均有明显提升，对教师和学生均有较大帮助。对于教师，可将专业领域中的特色案例融入教学，有助于学生了解专业历史，培养学生对专业的热爱及对经典人物的敬仰；同时，还可将各院校的经典研究领域和专业特色以案例的形式融入教学中，也是对课程内容的极大补充，培养学生对各自专业的喜爱；对于学生，通过案例学习和实践调研，培养学生学以致用的能力，为后续毕业设计的开展、读研和工作打好基础。当然，随着生物技术的发展，在案例更新及分析方面需要与时俱进，教学改革需要常态化进行。