海洋生化工程的課程建設(shè)及教學(xué)方法探析

摘要: 海洋生化工程是一門新興的極富生命力的綜合性學(xué)科，隨著人口的不可逆性增長、陸地資源和可耕種面積的不可逆性減少，全球性陸地資源短缺的壓力將日益增加，海洋生化工程將成為人類緩解人口膨脹、資源短缺、環(huán)境惡化矛盾的至為重要的關(guān)鍵技術(shù)。本文作者探討了跨學(xué)科選修課海洋生化工程的教學(xué)內(nèi)容的合理選擇，并結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會對如何采用靈活多樣的教學(xué)方法以提高本課程的教學(xué)效果進(jìn)行了分析和討論。

關(guān)鍵詞: 海洋生化工程課程建設(shè)教學(xué)方法

一、引言

海洋生化工程是以海洋生物學(xué)為基礎(chǔ)，利用陸地生化工程體系和工程原理，將海洋生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究成果推向產(chǎn)業(yè)化的一門新興的極富生命力的綜合性學(xué)科[1]。其作為高新技術(shù)之一，正以巨大的活力改變著傳統(tǒng)的社會生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，通過對實(shí)驗(yàn)室研究成果大的開發(fā)、放大和工程化，進(jìn)而為人類提供更豐富的商品和社會服務(wù)[2，3]。隨著科技水平的不斷提高，人口的不可逆性增長，人類生活水平的不可逆性提高，陸地資源和可耕種面積的不可逆性減少，全球性陸地資源短缺的壓力將日益增加，海洋生化工程將成為人類緩解人口膨脹、資源短缺、環(huán)境惡化矛盾的至為重要的關(guān)鍵技術(shù)?！熬盼濉逼陂g國家在“九五”科技攻關(guān)計劃和首次被正式納入國家高科技發(fā)展計劃的“海洋863生物技術(shù)”研究領(lǐng)域中加大了對與海洋生化工程研究相關(guān)課題的支持力度[4，5]。國家“十五”科技攻關(guān)計劃和國家“十五—863”計劃也對該學(xué)科的發(fā)展給予了更多的關(guān)注。由此可見，這門課程的開設(shè)順應(yīng)了時代發(fā)展的要求。

很多學(xué)者認(rèn)為，21世紀(jì)將是海洋的世紀(jì)[6，7]。因此，工科院校學(xué)生掌握一定的海洋生化工程基礎(chǔ)知識，對于專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，就業(yè)能力的提高，適應(yīng)新世紀(jì)、新形勢和新環(huán)境對本科學(xué)生的要求等都至關(guān)重要。海洋生化工程是面對具有理工科基礎(chǔ)的非生物工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的一門公共選修課程。由于海洋生化工程包含了非常廣泛的研究內(nèi)容，除了涉及微生物學(xué)和生物化學(xué)兩門基礎(chǔ)課外，生化反應(yīng)工程、生化分離工程、生物工藝學(xué)、分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等都是該領(lǐng)域中相互支撐、相互聯(lián)系的分支學(xué)科，然而對非生物工程專業(yè)的學(xué)生一一列出這些課程是不可能的，也沒有必要。筆者認(rèn)為，海洋生化工程既然是公選課程，面對理工科背景的學(xué)生，就應(yīng)該充分考慮選修此門課程的學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，從課程內(nèi)容選擇到教學(xué)方法的應(yīng)用都應(yīng)該圍繞這個特點(diǎn)來進(jìn)行。

二、根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，合理安排課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)程

選修本課程的學(xué)生專業(yè)分別為材料化學(xué)、測繪工程、化學(xué)工程與工藝、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、工商管理和市場營銷。本課程的目的是向非生物工程專業(yè)類學(xué)生介紹海洋生化工程的基本理論和技術(shù)，使他們在學(xué)習(xí)本課程后對海洋生化工程領(lǐng)域的知識有一個較全面的了解。也就是說，本課程應(yīng)該以介紹性為主，在知識的廣度方面盡量展開，讓學(xué)生盡可能多地接觸到海洋生化工程的方方面面，而在深度方面則不作特別的要求，畢竟他們的專業(yè)不是生物工程，而且本課程的總學(xué)時數(shù)只有32個課時。因此，我們充分考慮到這個原則，在選擇教學(xué)內(nèi)容時以工程應(yīng)用為背景，以海洋生化工程的基本原理為主線，以非生物工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)海洋生化工程基本知識為目的，將海洋生化工程所涉及的相關(guān)內(nèi)容及最新研究進(jìn)展有機(jī)地融合起來，筆者將本課程的內(nèi)容分成四大部分。

(一)微藻生物技術(shù)基礎(chǔ)。

這一部分的內(nèi)容主要包括微藻的特點(diǎn)和分類、微藻的大規(guī)模培養(yǎng)和生物量采收、微藻的生物量和代謝產(chǎn)物及其應(yīng)用以及常見的經(jīng)濟(jì)微藻和赤潮微藻。此部分內(nèi)容對于未接觸過海洋生化工程課程的學(xué)生而言比較抽象、難以理解，然而此部分內(nèi)容對他們學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容起到非常重要的作用，因此，筆者會以大量實(shí)圖，包括主要微藻的顯微圖片(中國浮游植物圖譜)、微藻的大規(guī)模培養(yǎng)設(shè)備、生物量采收的工藝流程和以色列等微藻生物技術(shù)發(fā)達(dá)國家在某些經(jīng)濟(jì)微藻養(yǎng)殖、采收等方面的示范視頻短片，使學(xué)生能對微藻有一個較為全面的了解，并激發(fā)出他們的學(xué)習(xí)興趣，從而快速、輕松地進(jìn)入第二部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

(二)海洋生物活性物質(zhì)的研究與開發(fā)。

本部分內(nèi)容包括海洋藥用物質(zhì)、生物信息物質(zhì)、海洋生物毒素、生物功能材料等各種天然產(chǎn)物的研究與開發(fā)。由于海洋生物活性物質(zhì)一般都是以微量形式存在，因此如何獲得足夠量的活性物質(zhì)一直是能否進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵之一。近年來，大量的生物學(xué)及生態(tài)學(xué)的研究結(jié)果表明，海洋生物活性物質(zhì)的初始來源大部分甚至可能全部來自低等海洋生物如藻類及其共生菌類。因此，筆者認(rèn)為本部分應(yīng)圍繞以低等生物為研究對象，應(yīng)用生物培養(yǎng)、基因工程、DNA重組、生化工程、酶工程和發(fā)酵工程等生物技術(shù)生產(chǎn)生物活性物質(zhì)進(jìn)行講解，并應(yīng)該大量結(jié)合當(dāng)今海洋生化工程領(lǐng)域的最新成果。此外，由于此部分涉及的海洋生物活性物質(zhì)主要來源于海洋無脊椎動物、海藻和微藻，因此，筆者講解活性物質(zhì)種類及功效時配以活性物質(zhì)來源的海洋生物的相應(yīng)圖片。在講解過程中，筆者發(fā)現(xiàn)此種方法很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，于是，在課時安排上適時調(diào)整，對這部分內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的拓展，力圖使學(xué)生盡可能多地了解海洋生化工程的發(fā)展前景和動態(tài)。

(三)海洋生物活性物質(zhì)的制備技術(shù)。

海洋生化制備技術(shù)是生化制備技術(shù)在海洋生物中的具體應(yīng)用和延伸，原理、方法和技術(shù)與生物化學(xué)制備基本一致，因此，重點(diǎn)講解內(nèi)容為海洋生化制備技術(shù)與其他經(jīng)典的生化分離方法不同的特點(diǎn)及海洋生化制備的實(shí)例。在此部分，對于傳統(tǒng)的分離技術(shù)如過濾、離心、結(jié)晶等未進(jìn)行講解，而對生物產(chǎn)品分離的方法，如鹽析、離子交換、等電點(diǎn)沉淀、親和層析、雙水相萃取和超臨界萃取等進(jìn)行了相應(yīng)講授，這能夠充分拓展材料化學(xué)和化學(xué)工程與工藝等專業(yè)學(xué)生的視野。并且，在講解過程中，筆者會配以上述基本單元炒作的原理演示動作圖和實(shí)驗(yàn)人員規(guī)范操作的視頻短片。令筆者興奮的是，課后不僅材料化學(xué)和化學(xué)工程與工藝兩個專業(yè)的學(xué)生反映這些實(shí)驗(yàn)方法對于指導(dǎo)他們的課程實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)實(shí)驗(yàn)非常有用，其他專業(yè)的學(xué)生也感覺這部分內(nèi)容很好地拓展了他們的知識面。

(四)近海灘涂生物資源的開發(fā)利用。

隨著世界人口的日益膨脹和資源約束的不斷加劇，淺海灘涂資源開發(fā)不僅已成為緩解人類社會生存與發(fā)展面臨的人口、資源與環(huán)境之間矛盾的有效途徑之一，更是一項(xiàng)世界性的事業(yè)。我國淺海灘涂面積大、分布廣、地理?xiàng)l件優(yōu)越、開發(fā)潛力巨大。在這種發(fā)展趨勢下，講授近海灘涂生物資源的開發(fā)利用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。這能讓學(xué)生充分了解國際發(fā)展的新形勢，以適應(yīng)國際新環(huán)境。因此，本部分也是筆者的重點(diǎn)講解內(nèi)容，包括近海灘涂生物資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀及主要模式，等等。由于荷蘭、日本、挪威、英國、美國和馬來西亞等國家淺海灘涂開發(fā)較為典型，因此，有很多實(shí)例可以讓學(xué)生直觀地了解(以圖片方式)“圍海造地”、“自然保護(hù)區(qū)公園”、“海水增養(yǎng)殖業(yè)”和“建機(jī)場、碼頭和人工島”等淺海灘涂的利用途徑。此外，值得一提的是，目前關(guān)于包括灘涂在內(nèi)的濕地保護(hù)工作備受世界自然基金會的重視，揚(yáng)州大學(xué)、浙江大學(xué)、集美大學(xué)和北京林業(yè)大學(xué)等11所大學(xué)加入此工作，相應(yīng)的宣傳短片不僅讓學(xué)生感同身受，而且讓海洋生化工程達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

三、采取靈活多樣的教學(xué)方法，保證教學(xué)質(zhì)量

一套行之有效的教學(xué)方法能保證教學(xué)的順利實(shí)施，并能夠取得良好的教學(xué)效果。因此，在教學(xué)過程中，筆者采取啟發(fā)式和討論式教學(xué)，盡可能調(diào)動學(xué)生的求知欲望，實(shí)現(xiàn)教學(xué)雙方的良性互動，使教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”在一個輕松活躍的氣氛中進(jìn)行。

(一)理論聯(lián)系實(shí)際，融知識性和趣味性于一體。

在教學(xué)過程中，將書本上的理論知識與一些實(shí)際問題緊密聯(lián)系。一方面使學(xué)生掌握海洋生化工程的基本知識，另一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們覺得海洋生化工程知識在解決實(shí)際問題中行之有效。例如，在講解海洋生物活性物質(zhì)的研究與開發(fā)中，很多活性物質(zhì)都已經(jīng)被開發(fā)成為新藥，那么可以講授過程中，側(cè)重于這些新藥的療效和應(yīng)用，讓學(xué)生領(lǐng)略到海洋生化工程的強(qiáng)大功能;同時，也要注重趣味性。例如，化妝品廣告中大寶SOD蜜中的“SOD”指的是超氧化物歧化酶(Super Oxide Dismutase);奶粉廣告中的腦黃金“DHA”、“AA”就是指二十二碳六烯酸、花生四烯酸等不飽和脂肪酸。

(二)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，豐富教學(xué)內(nèi)容。

將網(wǎng)絡(luò)上豐富的信息資源充分利用在教學(xué)過程中，不僅大大增加課堂教學(xué)信息量，集文字、圖表、聲音、動畫和顏色于一體，使知識傳授和教學(xué)藝術(shù)高度結(jié)合，而且將較難用語言和文字表達(dá)的海洋生物及活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)等直觀、動態(tài)地顯示在學(xué)生的面前，使課堂教學(xué)更加生動、形象、直觀，這對學(xué)生理解和掌握相關(guān)知識有著事半功倍的效果。

四、結(jié)語

目前，我國正在積極倡導(dǎo)在高校開展素質(zhì)教育，改變以往專業(yè)人才培養(yǎng)狹隘的“對口”觀念，將學(xué)生培養(yǎng)成厚基礎(chǔ)、寬口徑，具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際能力的科技型人才。而海洋生化工程公選課的開設(shè)，正是為這個目的服務(wù)的，讓非生物工程專業(yè)學(xué)生具有相應(yīng)的生物工程方面的知識，能很好地開闊他們的視野，培養(yǎng)他們跨學(xué)科交叉綜合思維的能力。筆者對跨學(xué)科公選課海洋生化工程課程建設(shè)及教學(xué)方法進(jìn)行了初步嘗試，取得了預(yù)期的教學(xué)效果，這讓筆者更有信心開展下一年度的跨學(xué)科公選課。然而，在教學(xué)中也遇到了相應(yīng)的問題，例如，公選課面向全校學(xué)生開課，而學(xué)生專業(yè)跨度較大，因此，每年開課前授課內(nèi)容都要相應(yīng)改動，而且有時候做很大變動，這就給本課程的教學(xué)增大了工作量。同時，課程內(nèi)容涉及面太廣，而現(xiàn)有國內(nèi)海洋生化工程教材理論程度都較深，很難用于本課程的教學(xué)。因此，選編適合的教材對于海洋生化工程公選課的開設(shè)具有很重要的影響。當(dāng)然，跨學(xué)科公選課海洋生化工程還有很多需要改進(jìn)和完善的方面，筆者相信通過教學(xué)實(shí)踐，跨學(xué)科公選課海洋生化工程面臨的困難一定能得到有效的解決。

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基金資助:人才引進(jìn)科研啟動項(xiàng)目(KQ08001)