基于工科專業特點下能源生物化學教學內容的探索

鄭國香　范金霞　李文哲

【摘要】針對農業建筑環境與能源工程和新能源科學與工程兩個專業工科性質及其發展趨勢，為了更好地培養系統應用生物化學的基本理論和實踐技能去解決生物質能源開發利用領域的能源工程專業人才，結合能源專業的培養目標和任務，對能源專業基礎課-能源生物化學教學進行多角度全方位的優化分析，以獲得一套適合能源工科專業生物化學的教學體系。

【關鍵詞】工學 能源生物化學 教學改革

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）04-0248-01

能源是維持人類生存的物質基礎，也是促進人類物質文明發展的動力之源。當前，資源緊張、生態惡化加劇、環境破壞嚴重。開發生物質能等可再生能源及化石能源清潔利用技術，對于緩解當前的能源供給壓力、發展循環經濟等具有十分重要的意義[1]。根據能源生物化學的基礎知識，將先進的生物化學技術應用到生物質能源的開發利用中，將會極大地提高能源產量、改善能源品質及增加能源產出效率。

能源生物化學是生物化學的一個新的分支，對能源專業工科學生來講，是一門理論性強、相對抽象深奧的基礎學科，傳統的以教師為主體一味地灌輸式教學模式，已經對學生的創造性開放思維產生一定程度的限制[2]。如何使學生結合自身生物質能源專業性質和特點，系統學習和掌握能源生物化學基礎理論知識，以便更深入理解和運用生物化學知識和研究方法解決生物質能開發利用源領域（沼氣工程、燃料乙醇生產、氫燃料等）的相關實際問題，是農業建筑與能源工程及新能源科學與工程兩個專業教育發展面臨的新的挑戰。我主要根據幾年的教學感觸，結合工科專業特點，針對能源專業的生物化學教學進行初步探索。

1.明確教學目標，結合專業特點優化教學內容

能源生物化學是農業建筑環境與能源工程和新能源科學與工程兩個專業的專業基礎課，學生對能源生物化學的基本理論和基本試驗方法的掌握程度和理解深度將直接影響后續相關課程體系的學習。能源生物化學課程的教學目標是在能源工科專業沒有設置相應生物學課程前提下，如何使學生主動系統掌握能源生物化學中深奧難懂的理論以及錯綜復雜的代謝反應，并將其應用到生物質能源開發利用和農業生物環境等領域。

目前適合于能源專業的生物化學專業特色教材很少，為此，在教學中結合能源工科專業學生的特點及專業課程體系的要求，選用張麗萍、楊建雄主編，高等教育出版社發行的《生物化學簡明教程》（第4版）作為授課參考教材，以該教材體系為主線，對某些教學內容進行了適當調整，對傳統學科的一般性內容大量融合、壓縮、削減和取消，保留必須的基本部分和最新的研究成果，同時結合當前生物質能源利用轉化和農業生物環境等領域研究熱點問題，新增加與能源發展息息相關的前瞻性知識內容。能源生物化學的教學內容主要包括：緒論、蛋白質化學、糖類及糖代謝、酶化學、脂類及脂類代謝、新能源生物化學機理，刪除了核酸化學的相關知識。在教材滯后和課時較少的情況下，調整后的教學內容概括生物化學核心問題，反映當代生物化學研究與生物質能源開發利用的必然聯系，結合學科發展動態，精心設計、提煉、優化教學內容，確保其先進性、科學性和新穎性[3]。

2.強化學習碎片化，知識無主化教學理念進行教學方法和教學手段的探索

在信息高速運轉的時代，獲得知識的手段體現了明顯的多樣性、直觀性和全面性。結合生物質能源專業的發展特色，將碎片化學習、知識無主化及教學無中心化理念灌輸到整個教學體系中，學生和老師成為能源生物化學這門課程的兩個不可分割的復合體。打破“以教材為中心，以課堂為中心，以教師為中心”的教學模式[4]，灌輸學生采用靈活性強、富有生命力的“碎片式”學習方式，通過網絡、圖書及各種信息平臺獲取知識，同時結合電化教學手段，努力提高學生掌握并運用專業基礎知識的能力，培養具有良好素質和較強實踐創新能力的生物質能源工程人才。在教學過程中，圍繞能源專業的研究領域及所要重點解決的實際問題，結合能源生物化學的基礎理論知識，引導學生通過一片一片、一點一滴的信息和知識的獲取，以及學習思考積累，達到消化增加知識，提高專業技能的目的。

3.因材施教，突出基礎理論和實踐能力相結合的教學模式

作為一門理論深奧、抽象的實驗性學科，能源生物化學成為與經濟和環境同步發展的基礎學科，已逐步成為新能源領域發展的基礎，該課程已成為許多工科院校生物質能源方向本科生的必修課，在能源專業的課程設置體系中處于核心地位。同時，隨著化學與環境微生物學相互交融的強化，生物化學在固廢資源化研究領域凸顯出不可替代的重要位置。在能源生物化學的教學過程中，我們著重突出工科特點，培養學生從事科研的專業素質和解決工程應用中的實踐動手能力。緊密圍繞能源專業的教學目標，加大實驗教學和實踐環節在教學計劃中的比重，使一些抽象難以理解的基礎理論在實驗過程中得以驗證，又通過實踐活動得以具體化和形象化，便于學生的消化理解。例如，在兼顧能源學科發展方向的前提下，結合專業特點，經過精心設置，在能源生物化學實驗課程設置蛋白質和氨基酸呈色反應、聚丙烯酰胺凝膠、脂肪酸的β-氧化及淀粉酶的活力測定等基本實驗外，還專門設置了部分與生物質能源生化檢驗密切相關的實驗，如微生物沼氣發酵中揮發酸的測定、餐廚垃圾中葡萄糖的測定、沼液總氮含量的測定——凱氏定氮法、餐廚垃圾厭氧產氫動力學測定等。通過實驗理論和實驗技能的有機結合，使學生對抽象理論有了更深的直觀和感觀理解，為將來從事與生物相關的能源生產打下堅實的基礎，同時也是未來社會對高層次生物質能源人才的需要。

根據生物質能源團隊中教師的科研方向，將學生分成幾個小組，深入到具體的科學研究中，主要圍繞科研課題中涉及到的生物化學理論和物質轉化途徑、機理進行有目的的學習，讓他們了解能源生物化學的新理論、新知識和新技術。然后進行分組討論，通過查閱大量的參考文獻、書籍，結合實驗遇到的具體問題進行總結、歸納，從而鍛煉學生的發現問題、思考問題和解決問題的綜合能力。鼓勵學生自主學習，增強學生的創新能力和實踐能力，提高能源專業人才培養質量。同時組織學生對大型沼氣示范工程區、乙醇生產廠等地進行實踐學習，通過理論和實踐密切聯系，讓學生在動態中學習，在靜態中思考，激發學生學習的熱情，加快學生認識生物化學在能源工程領域的重要地位。通過上述方法和途徑，培養學生對學科的興趣，拓寬視野，啟迪思維和增長技能。

4.強化綜合能力考核

合理的考核方式將直接或間接影響學生的學習態度和學習方法，為擴展學生的知識面，提高綜合能力，增加對學生學習情況評分的客觀性，能源生物化學課程考核中我們采用綜合考評的方式。學生的最終成績評定由幾部分組成，即平時課堂出勤率和課堂表現占10%，能力考核占20%，以實驗技能操作為主，課余論文撰寫為輔。期末閉卷理論考核占70%，其中試卷中部分試題與實踐相關聯，重點考核學生利用生物化學基礎理論解釋生物質能源產生和轉化機理。

參考文獻：

[1]曾虹燕，劉躍進，張小云，張繼紅，馮波，構建工科生物化學教學體系的探索與實踐，湘潭師范學院學報（自然科學版），2008，30（4）：173-175

[2]張敏，孫清，趙玲，敖永華，陳東雨，能源微生物課程教學改革的探索與實踐，高師理科學刊

作者簡介：

鄭國香（1972—），女，漢族，黑龍江省肇州縣，副研究員，博士，主要從事農業生物環境與能源工程領域研究。