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酶工程教學實踐與探討
酶工程教學實踐與探討 摘 要:如何使酶工程的教學適合時代發(fā)展的需要,培養(yǎng)合格的從事酶工程研究及生產的技術人才, 是從事酶工程教學環(huán)節(jié)中不容忽視的問題。本文探討的問題有:教學內容的合理化;教學方法和手段的改進;以科研促進教學,加強實踐。
關鍵詞:酶工程 教學內容 科研 實踐
21世紀是生命科學和生物技術世紀。生命科學和生物技術的持續(xù)創(chuàng)新和重大突破,是新世紀科學技術發(fā)展的重要標志,由其引領和孕育的生物經濟將引起全球經濟格局的深刻變化和利益結構的重大調整。生物技術將會對世界經濟格局和國力競爭產生重要影響,并促使人類的觀念、生活方式等產生深刻變革。酶工程是生物技術的一個重要組成部分。其應用范圍已遍及工業(yè)、醫(yī)藥、農業(yè)、化學分析、環(huán)境保護、能源開發(fā)和生命科學理論研究等各個方面。如何使酶工程的教學適合時代發(fā)展的需要,培養(yǎng)合格的從事酶工程研究及生產的技術人才, 是從事酶工程教學環(huán)節(jié)中不容忽視的問題。筆者將工作中的教學體會介紹如下。
1. 教學內容的合理化
1.1 注重緒論的講解,激發(fā)學生的學習興趣
緒論是一部書的開篇,主要起到介紹和導讀的作用。在緒論部分教師向學生展示本門課程學習的思路、主要內容、重點內容、主要觀點與其它學科領域的聯系等,讓學生對該課程有一個充分的了解。同時, 在緒論中教師還可利用生動、鮮明的例子使學生們了解酶工程在生物技術領域中的重要地位;酶工程發(fā)展的歷史、現狀和發(fā)展前景, 以及在經濟發(fā)展中的地位;主要的工業(yè)產品、研究的熱點與難點等。生動、精彩的開頭既能調動學生對該門課程的學習興趣, 也能使學生在后繼課程的學習中理清思路、明確目標,并利于學生對所學內容的深入理解。
1.2 講授內容主干清晰、條理分明
圖1:酶催化反應示意圖
酶工程的狹義概念是指在一定的生物反應器內,利用酶的催化作用,進行物質轉化的技術。為了便于學生對本門課程的理解,我們通過一個簡單的工藝路線將課程內容進行歸納。見圖1:完成物質轉換過程的核心物質就是作為生物催化劑的“酶”。因此歸納出本門課程所要學習的內容:首先圍繞“酶”問題要學習,①酶學基本知識,主要復習酶作為生物催化劑特性;②酶的來源以及酶的生產;③來源問題解決后為便于酶制劑的研究和應用,要使酶制劑達到一定的濃度和純度,學習酶的分離純化。其次,不論酶的生產以及酶作為生物催化實現生物轉化都需要“硬件”和“軟件”的幫助,才能實現酶的高效生產和產物的高效轉化。硬件即酶反應器,在此學習酶反應器的類型以及類型選擇和酶反應的設計等內容。軟件包括:發(fā)酵動力學和發(fā)酵條件及其控制等內容。再次,酶是具有生物活性的催化劑,因此在應用的過程會出現一些弊端,例如,穩(wěn)定性差,酶活力較低,產生抗原性以及游離酶的一次性使用等,這些給酶制劑的研究和應用帶來困難。為了改善不足,充分利用酶優(yōu)點,需要對酶分子進行修飾和改良,即“酶分子修飾”和“酶的固定化”。最后,獲得優(yōu)良酶制劑的目的即為酶的應用。通過簡單的工藝流程圖不僅可以概述出本門課程所學的內容,而且提煉出酶工程的定義,酶的生產和應用的技術過程。
1.3 適時更新教學內容
21世紀的今天,生物技術產業(yè)不斷、迅速的發(fā)展。酶工程作為生物工程的重要組成部分,每時每刻都會有新的技術、新的產品出現。酶制劑工業(yè)給社會帶來的效益額以約18%的速度不斷增加。預計今年將達到30億美元。因此,對生物工程專業(yè)的學生講授酶工程的課程更要注重內容的安排,以教材為主的同時,輔助其他的參考資料。例如,我們將郭勇編著的《酶工程》作為指定的教材,同時融合熊振平等編著《酶工程》,梅樂和等編著《現代酶工程》,孫君社等編著《酶與酶工程及其應用》,孫俊良編著《酶制劑生產技術》,沃爾夫岡?埃拉(Wolfgang Aehle)主編《工業(yè)酶—制備與應用》等參考書籍,以及期刊和在線資料的內容,對教學內容隨時加以補充和更新。在講授基本知識的同時,給學生介紹酶工程方面的最近的科學動態(tài)、一些新技術和新方法。比如,介紹模擬酶、人工酶、極端微生物酶、非水介質催化、酶的定向進化等新知識點,使酶工程授課內容跟上科技發(fā)展,同時使學生提高學習興趣并認識到酶工程是一門隨著時代脈搏跳動的新學科。初次講授時,只講授概況,然后同學們自己查閱相關資料,再進行匯報式詳細討論,便于學生對新知識的深入理解和展望。
2 教學方法和教學手段的改進
2.1以多媒體教學為主,傳統(tǒng)教學為輔綜合授課
傳統(tǒng)的教學手段主要是板書。板書也是考核教師教學基本功的重要方面,要求教師能夠合理布局板面,字跡、圖表規(guī)范清晰、內容安排條理整齊。對于酶工程來講,板書教學的優(yōu)點是能夠讓學生緊跟教師的教學思維,在教師板書的同時給學生充分的機會去思考、領會教學內容,也更有利于教師去啟發(fā)和引導學生學習和掌握相關知識點;板書教學的缺點是信息量不能太大,在有限的時間和空間下教師無法做到大量信息的呈現,此外,對于一些工藝流程或者圖片式的知識不容易表達。
隨著計算機信息技術的普及和提高,再加上對教學手段改革以及教學手段考核要求的變化,在課堂教學實踐中,多媒體教學逐漸占據了重要地位。多媒體教學的優(yōu)點是信息量大,可以充分地利用圖像、聲音、色彩和動畫等多媒體技術,使得教學過程圖文并茂、生動形象,也非常有利于演示統(tǒng)計軟件的具體應用過程。其缺點是教學節(jié)奏快,不利于學生對所學知識的消化吸收,容易造成學生課堂學習囫圇吞棗。
因此,在酶工程的教學過程中,我采用以多媒體教學為主,例如在酶的分離純化章節(jié)的時候,關于各種純化方法所有儀器設備的圖片以及工藝流程,采用多媒體教學。再如,關于酶制劑應用章節(jié)采用多媒體教學可以增大信息量的提供。一些理論性比較強的知識點,例如酶動力學,采用傳統(tǒng)的方法,更利于學生跟上老師的思路,及時準確的掌握新知識。
2.2充分利用計算機網絡資源
計算機網絡可以快速、便捷的提供人們需要的信息,是現代人生活不可缺少的工具。信息技術的迅猛發(fā)展,使人們獲得很多的益處。在酶工程的教學中,提供很多使用計算機網絡的機會。例如,第一堂課的時候,提供一些專業(yè)的網站和論壇,便于學生及時掌握酶工程發(fā)展的最新動態(tài)。此外,布置一些作業(yè),例如一種新的觀點,一個新的知識或者關于酶制劑在某一領域的應用等,由同學進行查閱總結,再做成PPT,進行全班的學習。同時,為班級申請一個公共的信箱,將課堂的PPT和講義發(fā)送信箱內,便于全班同學學習。計算機網絡的應用不僅利于同學學習專業(yè)知識,對于同學們踏入社會也是一種鍛煉和幫助。
2.3 理論與實踐相結合
酶工程課程是一門實踐性非常強的學科。因此,在教學環(huán)節(jié)中有目的的在每一章都提供一些應用的例子,并且在最后一張全面的講解酶工程的應用。例如,在酶的生產和分離純化這兩章,提供現在工業(yè)生產中最常見的淀粉酶和蛋白酶的生產和純化的技術過程。在酶分子修飾和固定化中都涉及到相應的應用例子。在酶工程應用這章就更詳細的介紹酶在食品、醫(yī)藥、工業(yè)、環(huán)保等方面的應用實例。有助于提高學生的學習興趣,同時也提供一個理論聯系實際的平臺,不僅加深學生對理論知識的理解和掌握,而且提高發(fā)現問題和解決問題的能力。
2.3 綜合能力的培養(yǎng)
我校的教學理念:“先做人再做事,人人成功”。因此酶工程教學不僅要注重知識的傳授, 更要注重學生綜合能力的培養(yǎng)。每次課間休息的時候,給同學們觀看一些具有哲理的文章。
例如,如何學習牡蠣適應社會;學習卷柏的實打實的精神;學習“精神枷鎖”對人生的影響;同時利用業(yè)余的時間給同學觀看關于環(huán)境污染的問題,增強學生的環(huán)保意識等等,教會學生做人的道理。同時,加強綜合素質的提高,例如: 在課程開始不僅, 要求學生完成一篇課程論文, 字數在3000 字左右, 內容自定, 題目自擬, 參考文獻不能少于10 篇。課程論文將作為期末考試的一個重要參考。統(tǒng)一時間由同學講解。實踐證明這一做法有利于培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力, 激發(fā)了學生學習本門課程的主動性和積極性, 提高了學生的文字綜合能力和表達能力。
3 以科研促進教學, 加強實踐教學
酶工程課程是一門應用性很強的學科,因此在理論課學習的同時,也要加強實踐的環(huán)節(jié)。根據我們單位科研實力比較強、學生數比較少的特點,我們采用導師制的方式,同學們參與到科研隊伍中。例如,通過微生物發(fā)酵生產酶制劑,以及酶蛋白的分離純化;以及酶的分子修飾和改造等。使同學將理論知識與實踐應用有機結合起來,便于理解課堂學到的知識。同時也鍛煉了同學們的實際操作能力,為以后學習和工作都打下良好的基礎。
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