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酶工程教學(xué)實(shí)踐與探討
酶工程教學(xué)實(shí)踐與探討 摘 要:如何使酶工程的教學(xué)適合時(shí)代發(fā)展的需要,培養(yǎng)合格的從事酶工程研究及生產(chǎn)的技術(shù)人才, 是從事酶工程教學(xué)環(huán)節(jié)中不容忽視的問題。本文探討的問題有:教學(xué)內(nèi)容的合理化;教學(xué)方法和手段的改進(jìn);以科研促進(jìn)教學(xué),加強(qiáng)實(shí)踐。
關(guān)鍵詞:酶工程 教學(xué)內(nèi)容 科研 實(shí)踐
21世紀(jì)是生命科學(xué)和生物技術(shù)世紀(jì)。生命科學(xué)和生物技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和重大突破,是新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志,由其引領(lǐng)和孕育的生物經(jīng)濟(jì)將引起全球經(jīng)濟(jì)格局的深刻變化和利益結(jié)構(gòu)的重大調(diào)整。生物技術(shù)將會(huì)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)格局和國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生重要影響,并促使人類的觀念、生活方式等產(chǎn)生深刻變革。酶工程是生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。其應(yīng)用范圍已遍及工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)分析、環(huán)境保護(hù)、能源開發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個(gè)方面。如何使酶工程的教學(xué)適合時(shí)代發(fā)展的需要,培養(yǎng)合格的從事酶工程研究及生產(chǎn)的技術(shù)人才, 是從事酶工程教學(xué)環(huán)節(jié)中不容忽視的問題。筆者將工作中的教學(xué)體會(huì)介紹如下。
1. 教學(xué)內(nèi)容的合理化
1.1 注重緒論的講解,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
緒論是一部書的開篇,主要起到介紹和導(dǎo)讀的作用。在緒論部分教師向?qū)W生展示本門課程學(xué)習(xí)的思路、主要內(nèi)容、重點(diǎn)內(nèi)容、主要觀點(diǎn)與其它學(xué)科領(lǐng)域的聯(lián)系等,讓學(xué)生對(duì)該課程有一個(gè)充分的了解。同時(shí), 在緒論中教師還可利用生動(dòng)、鮮明的例子使學(xué)生們了解酶工程在生物技術(shù)領(lǐng)域中的重要地位;酶工程發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展前景, 以及在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位;主要的工業(yè)產(chǎn)品、研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)等。生動(dòng)、精彩的開頭既能調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣, 也能使學(xué)生在后繼課程的學(xué)習(xí)中理清思路、明確目標(biāo),并利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的深入理解。
1.2 講授內(nèi)容主干清晰、條理分明
圖1:酶催化反應(yīng)示意圖
酶工程的狹義概念是指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi),利用酶的催化作用,進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術(shù)。為了便于學(xué)生對(duì)本門課程的理解,我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單的工藝路線將課程內(nèi)容進(jìn)行歸納。見圖1:完成物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程的核心物質(zhì)就是作為生物催化劑的“酶”。因此歸納出本門課程所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容:首先圍繞“酶”問題要學(xué)習(xí),①酶學(xué)基本知識(shí),主要復(fù)習(xí)酶作為生物催化劑特性;②酶的來源以及酶的生產(chǎn);③來源問題解決后為便于酶制劑的研究和應(yīng)用,要使酶制劑達(dá)到一定的濃度和純度,學(xué)習(xí)酶的分離純化。其次,不論酶的生產(chǎn)以及酶作為生物催化實(shí)現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化都需要“硬件”和“軟件”的幫助,才能實(shí)現(xiàn)酶的高效生產(chǎn)和產(chǎn)物的高效轉(zhuǎn)化。硬件即酶反應(yīng)器,在此學(xué)習(xí)酶反應(yīng)器的類型以及類型選擇和酶反應(yīng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。軟件包括:發(fā)酵動(dòng)力學(xué)和發(fā)酵條件及其控制等內(nèi)容。再次,酶是具有生物活性的催化劑,因此在應(yīng)用的過程會(huì)出現(xiàn)一些弊端,例如,穩(wěn)定性差,酶活力較低,產(chǎn)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(yīng)用帶來困難。為了改善不足,充分利用酶優(yōu)點(diǎn),需要對(duì)酶分子進(jìn)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(yīng)用。通過簡(jiǎn)單的工藝流程圖不僅可以概述出本門課程所學(xué)的內(nèi)容,而且提煉出酶工程的定義,酶的生產(chǎn)和應(yīng)用的技術(shù)過程。
1.3 適時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容
21世紀(jì)的今天,生物技術(shù)產(chǎn)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(shí)每刻都會(huì)有新的技術(shù)、新的產(chǎn)品出現(xiàn)。酶制劑工業(yè)給社會(huì)帶來的效益額以約18%的速度不斷增加。預(yù)計(jì)今年將達(dá)到30億美元。因此,對(duì)生物工程專業(yè)的學(xué)生講授酶工程的課程更要注重內(nèi)容的安排,以教材為主的同時(shí),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(shí)融合熊振平等編著《酶工程》,梅樂和等編著《現(xiàn)代酶工程》,孫君社等編著《酶與酶工程及其應(yīng)用》,孫俊良編著《酶制劑生產(chǎn)技術(shù)》,沃爾夫?qū)?埃拉(Wolfgang Aehle)主編《工業(yè)酶—制備與應(yīng)用》等參考書籍,以及期刊和在線資料的內(nèi)容,對(duì)教學(xué)內(nèi)容隨時(shí)加以補(bǔ)充和更新。在講授基本知識(shí)的同時(shí),給學(xué)生介紹酶工程方面的最近的科學(xué)動(dòng)態(tài)、一些新技術(shù)和新方法。比如,介紹模擬酶、人工酶、極端微生物酶、非水介質(zhì)催化、酶的定向進(jìn)化等新知識(shí)點(diǎn),使酶工程授課內(nèi)容跟上科技發(fā)展,同時(shí)使學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣并認(rèn)識(shí)到酶工程是一門隨著時(shí)代脈搏跳動(dòng)的新學(xué)科。初次講授時(shí),只講授概況,然后同學(xué)們自己查閱相關(guān)資料,再進(jìn)行匯報(bào)式詳細(xì)討論,便于學(xué)生對(duì)新知識(shí)的深入理解和展望。
2 教學(xué)方法和教學(xué)手段的改進(jìn)
2.1以多媒體教學(xué)為主,傳統(tǒng)教學(xué)為輔綜合授課
傳統(tǒng)的教學(xué)手段主要是板書。板書也是考核教師教學(xué)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(nèi)容安排條理整齊。對(duì)于酶工程來講,板書教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是能夠讓學(xué)生緊跟教師的教學(xué)思維,在教師板書的同時(shí)給學(xué)生充分的機(jī)會(huì)去思考、領(lǐng)會(huì)教學(xué)內(nèi)容,也更有利于教師去啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn);板書教學(xué)的缺點(diǎn)是信息量不能太大,在有限的時(shí)間和空間下教師無法做到大量信息的呈現(xiàn),此外,對(duì)于一些工藝流程或者圖片式的知識(shí)不容易表達(dá)。
隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的普及和提高,再加上對(duì)教學(xué)手段改革以及教學(xué)手段考核要求的變化,在課堂教學(xué)實(shí)踐中,多媒體教學(xué)逐漸占據(jù)了重要地位。多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是信息量大,可以充分地利用圖像、聲音、色彩和動(dòng)畫等多媒體技術(shù),使得教學(xué)過程圖文并茂、生動(dòng)形象,也非常有利于演示統(tǒng)計(jì)軟件的具體應(yīng)用過程。其缺點(diǎn)是教學(xué)節(jié)奏快,不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的消化吸收,容易造成學(xué)生課堂學(xué)習(xí)囫圇吞棗。
因此,在酶工程的教學(xué)過程中,我采用以多媒體教學(xué)為主,例如在酶的分離純化章節(jié)的時(shí)候,關(guān)于各種純化方法所有儀器設(shè)備的圖片以及工藝流程,采用多媒體教學(xué)。再如,關(guān)于酶制劑應(yīng)用章節(jié)采用多媒體教學(xué)可以增大信息量的提供。一些理論性比較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn),例如酶動(dòng)力學(xué),采用傳統(tǒng)的方法,更利于學(xué)生跟上老師的思路,及時(shí)準(zhǔn)確的掌握新知識(shí)。
2.2充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以快速、便捷的提供人們需要的信息,是現(xiàn)代人生活不可缺少的工具。信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,使人們獲得很多的益處。在酶工程的教學(xué)中,提供很多使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)。例如,第一堂課的時(shí)候,提供一些專業(yè)的網(wǎng)站和論壇,便于學(xué)生及時(shí)掌握酶工程發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。此外,布置一些作業(yè),例如一種新的觀點(diǎn),一個(gè)新的知識(shí)或者關(guān)于酶制劑在某一領(lǐng)域的應(yīng)用等,由同學(xué)進(jìn)行查閱總結(jié),再做成PPT,進(jìn)行全班的學(xué)習(xí)。同時(shí),為班級(jí)申請(qǐng)一個(gè)公共的信箱,將課堂的PPT和講義發(fā)送信箱內(nèi),便于全班同學(xué)學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不僅利于同學(xué)學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí),對(duì)于同學(xué)們踏入社會(huì)也是一種鍛煉和幫助。
2.3 理論與實(shí)踐相結(jié)合
酶工程課程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科。因此,在教學(xué)環(huán)節(jié)中有目的的在每一章都提供一些應(yīng)用的例子,并且在最后一張全面的講解酶工程的應(yīng)用。例如,在酶的生產(chǎn)和分離純化這兩章,提供現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中最常見的淀粉酶和蛋白酶的生產(chǎn)和純化的技術(shù)過程。在酶分子修飾和固定化中都涉及到相應(yīng)的應(yīng)用例子。在酶工程應(yīng)用這章就更詳細(xì)的介紹酶在食品、醫(yī)藥、工業(yè)、環(huán)保等方面的應(yīng)用實(shí)例。有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也提供一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的平臺(tái),不僅加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握,而且提高發(fā)現(xiàn)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(xué)理念:“先做人再做事,人人成功”。因此酶工程教學(xué)不僅要注重知識(shí)的傳授, 更要注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。每次課間休息的時(shí)候,給同學(xué)們觀看一些具有哲理的文章。
例如,如何學(xué)習(xí)牡蠣適應(yīng)社會(huì);學(xué)習(xí)卷柏的實(shí)打?qū)嵉木?學(xué)習(xí)“精神枷鎖”對(duì)人生的影響;同時(shí)利用業(yè)余的時(shí)間給同學(xué)觀看關(guān)于環(huán)境污染的問題,增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)等等,教會(huì)學(xué)生做人的道理。同時(shí),加強(qiáng)綜合素質(zhì)的提高,例如: 在課程開始不僅, 要求學(xué)生完成一篇課程論文, 字?jǐn)?shù)在3000 字左右, 內(nèi)容自定, 題目自擬, 參考文獻(xiàn)不能少于10 篇。課程論文將作為期末考試的一個(gè)重要參考。統(tǒng)一時(shí)間由同學(xué)講解。實(shí)踐證明這一做法有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力, 激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的主動(dòng)性和積極性, 提高了學(xué)生的文字綜合能力和表達(dá)能力。
3 以科研促進(jìn)教學(xué), 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)
酶工程課程是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科,因此在理論課學(xué)習(xí)的同時(shí),也要加強(qiáng)實(shí)踐的環(huán)節(jié)。根據(jù)我們單位科研實(shí)力比較強(qiáng)、學(xué)生數(shù)比較少的特點(diǎn),我們采用導(dǎo)師制的方式,同學(xué)們參與到科研隊(duì)伍中。例如,通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)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(xué)將理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來,便于理解課堂學(xué)到的知識(shí)。同時(shí)也鍛煉了同學(xué)們的實(shí)際操作能力,為以后學(xué)習(xí)和工作都打下良好的基礎(chǔ)。
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