新工科背景下基于能力导向的《酶工程》 教学探索

张 超

（衡水学院生命科学系 河北 衡水 053000）

新工科在2017 年历经“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”后形成高度共识，目标为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略，培养造就应用型、创新型卓越工程科技人才[1]。生物医药产业作为新工科相关产业，因新冠疫情，备受全球各国关注，其相关支撑专业，如生物制药、生物工程和生物技术等专业，应根据新变革、新需求，适时优化培养方案、改革教育方式。《酶工程》作为上述专业培养方案中一门应用性、实践性非常强的专业必修课程，其教学水平和学习效果直接影响学生的应用实践能力和创新素质的培养。因此，本文以衡水学院生物技术专业为例，以新工科教育为理念，探索《酶工程》课程教育教学改革手段，为培养具有应用能力和创新能力的人才提供参考。

1 课程基本概况

该课程为衡水学院生物技术专业的必修课程，课程开设于第5 学期，共36 学时，参考教材以郭勇编著的《酶工程》(第四版)为主，综合其他教材内容授课。主要讲述绪论、微生物发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提取与分离纯化、酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化、酶反应器和酶的应用，共十章内容。

2 教学内容的整合和改良

《酶工程》 课程的教材偏多，如郭勇编著的《酶工程》、李珊珊与莫继先主编的《发酵与酶工程》和梅乐和、岑沛霖主编的《现代酶工程》等。在多年教学经验和教学实践的基础上，以“酶的生产、改造和应用”为主轴，整合各教材相关内容，根据培养学生应用和创新能力的要求，梳理、优化后形成各章节授课内容。比如，“酶的生产”相关章节已在《生物化学》、《微生物学》、《发酵工程》等课程中有所涉及，授课时可以问答、翻转课堂[2]形式巩固相关知识，并辅以思维导图，引导学生了解、熟悉和掌握相关内容的应用现状，如淀粉酶、蛋白酶用于烘焙食品，纤维素酶、果胶酶用于果汁生产等。“酶的改造”部分一直是酶学研究的前沿，理论创新和技术创新发展很快，授课时结合当前研究热点，引用近2 年的综述文献进行讲解和渗透，培养学生的创新思维和创新意识。

3 教学手段和方法的提升

《酶工程》课程的教学普遍采用以老师主导的课堂教学模式，通过PPT 讲授辅以板书讲解进行授课，这使得大部分学生课前不预习、课后不复习，不思考，不能激发学生对这门课程的学习热情，以及对酶研究的探索精神和创新诉求。因此，提升现有教学手段和方法，引入基于团队学习的教学模式[3]，注重调动学生个体的主动性、实践性和创造性。比如酶的提取与分离纯化章节，在教师讲完相关概念、原理、技术手段等重难点知识后，设置不同性质、不同来源的目标酶，各团队随机选择，由队长组织团队成员一起对目标酶的提取和分离纯化设计方案，并说明相关原理和技术手段的应用理由。方案设计完成后，团队间互评互问，教师给出指导意见，对各团队成员进行点评。学生以教学主体的角色参与到课程教学中，可大大提高学生学习的积极性、主动性和创造性。

4 实验课程的拓展和革新

《酶工程》课程的应用性很强，在理论课程授课的同时必须辅以实验课程的开展，而《酶工程》实验课程根据各学校硬件配套的差异，开设课程也有所不同。目前实验课程开课内容包括：产淀粉酶菌株的快速筛选、α-淀粉酶的提取与活力测定、离子交换色谱法分离蛋白、尼龙固定化木瓜蛋白酶和酶法澄清苹果汁加工工艺优化，涵盖了微生物发酵产酶、酶的提取与分离纯化、酶的固定化与分子修饰和酶的应用等课程主干内容。然而，上述实验内容只能培养学生掌握基本的酶学试验操作能力，缺乏应用能力的塑造和创新能力的拓展。通过增加自主综合性实验环节和线上、线下工厂或实验室微课形式，实现《酶工程》实验课程的拓展和革新。比如，在完成酶的定向进化这一章节知识讲授后，让学生以小组的形式开展“基于易错PCR 技术的淀粉酶定向进化”的综合性实验，让学生利用已经掌握的《分子生物学》 《基因工程》等课程知识和实验操作技术，独立进行试验方案设计、试验材料准备、试验内容研究和试验数据分析等工作，使学生真正做到学以致用，并在此过程中锻炼学生的动手、动脑能力，提高学生分析问题、解决问题的能力。与合作企业建立微课平台，开展诸如酶分离纯化、各种层析技术的线上教学、线下参观等学习实践活动，让学生充分了解课堂知识在生产中是如何运用的，培养学生的应用能力。

5 课程考核方式的调整

《酶工程》课程的考核方式目前普遍采用期末闭卷考试(占比70%) + 平时成绩(占比30%)的形式，其中平时成绩包括平时考核成绩(课下作业、小测成绩等)、考勤和课堂表现成绩。上述考核方式不能全面反映学生对课程知识点掌握情况，更不能反映对学生能力的培养情况。调整课程考核方式，提高平时成绩的比重，丰富平时考核的形式，如设置专题科研论文的查阅、讲述等，使考核更注重学生课堂、课下的知识积累和能力养成；降低期末闭卷考试成绩占比，试题内容减少基本概念、原理等需死记硬背的知识点，增加一些在理解和掌握重难点知识基础上需要探索和设计的综合性考题，引导学生向应用和创新方面发展。

综上所述，在新工科背景下，随着生物医药产业的快速发展，培养适合行业、产业发展需求的卓越工程科技人才是我国高校教学改革的动力和目标。教学改革必须与专业特点、产业方向相适应，不断探索、不断实践、不断总结，为社会和地方培养高应用型和创新型人才打下良好的基础。