生物反應過程檢測與控制課程建設探索

梁彥龍，趙壽經，陳玉香，王雪松

（吉林大學 生物與農業工程學院生物工程系，吉林 長春 130022）

生物反應過程檢測與控制課程建設探索

梁彥龍，趙壽經，陳玉香，王雪松

（吉林大學 生物與農業工程學院生物工程系，吉林 長春 130022）

生物反應過程檢測與控制是我們學院針對生物工程專業工程類課程比較匱乏的情況而開設的一門工程類專業特色課程。本文主要從教材建設、教師團隊建設、課程教學模式改革和課程實踐環節建設等方面，對這門課程的建設思路和經驗，進行了論述。希望能夠對相關課程及新開課程的開設與建設，有所啟示和幫助。

生物工程；課程建設；實踐

生物反應過程檢測與控制是我們學院針對生物工程專業工程類課程比較匱乏的情況而開設的一門工程類專業特色課程。由于是新開特色課程，沒有適合的教材，也沒有前人經驗可以借鑒，我們教研室已經根據逐年的講義編寫了這門課程的教材，并在課程、教材、課件、教學模式方面進行了實踐探索，旨在提升生物工程專業學生工程意識和素養，適應學科發展和新時代對生物工程專業人才培養的需求。

一、課程現狀分析

生物工程專業為工科類專業，工程類的專業課程在人才培養方面具有舉足輕重的地位。我們在生物工程專業教學過程中發現，具有專業針對性的工程類課程比較匱乏。目前，生物工程專業普遍開設真正與生物工廠生產建設密切相關的工程類專業課程有：《發酵工程》或者為《發酵工藝學》或《生物工藝學》、《生物工廠工藝設計概論》、《生物工程設備》、《微生物工程》。而《發酵工程》和《微生物工程》的教學內容實際上有很多重復的地方。而《基因工程》、《酶工程》、《細胞工程》等雖然名稱中都帶有“工程”，實際上與工學類專業意義上的“工程”相關性并不大。21世紀是生物的世紀，生物工業進入了蓬勃發展的時期，生物工業產品種類快速增加，生產規模也逐步擴大，自動化程度也越來越高。規模化的生產要求對生物反應過程的參數進行檢測和控制，以達到優化生產、提升自動化程度的目的。相應的，在這一領域的研究也逐步增多，從而形成生物反應過程檢測與控制這門學科。這門學科主要涉及在生物反應過程中需要控制的參數的檢測及優化控制方面的知識，因此有必要在專業課程中增加相關課程，提升學生工程素養和意識，以適應新世紀對生物工程專業人才培養的需求。針對這些情況，我們開設了《生物反應過程檢測與控制》這門課程，并作為專業特色課程得到學校政策和經濟上的支持。本課程以生物反應過程需要檢測控制的重要參數為主線，基于生物代謝調節規律，闡述了這些參數的檢測方法、儀器及原理，以及基于參數檢測的生物反應過程優化控制的方法原理，還有計算機在生物反應過程測控中的應用。課程開設后我們主要從以下幾個方面進行了課程的建設及教學改革。

二、加強教材和課件建設

教材是培養21世紀生物科學與工程技術專門人才的知識載體，是教學的依據，是進行教學的基本工具。因此，教材建設與生物工程學科的建設及學科的培養目標密切相關。教材質量和水平的優劣，對于深化教學改革、提高教學質量和教學效果，對于培養高素質的人才起著至關重要的作用。由于計劃開設該課程時，沒有合適的相關教材可用，我們在課程開設前，組織教研室教師收集國內外相關文獻材料編寫講義，并經教研室討論逐步修改完善，之后在制定新的培養方案時，開設了本門課程。然后，適時申請教材建設項目，

并在《吉林大學本科“十二五”規劃教材項目》支持下，出版了《生物反應過程檢測與控制》這本教材，并獲得吉林大學本科教育優秀教材二等獎，吉林省優秀本科教材三等獎，取得較好的成效。教材以生物反應過程需要檢測的物理化學參數為主線，基于生物代謝調節規律，闡述了這些參數的檢測方法、儀器及原理，以及基于參數檢測的生物反應過程優化控制的方法原理。由于生物反應過程中化學參數的檢測多用到電化學分析原理，本書也對電化學分析原理做了簡明扼要的論述。力圖反映系統、綜合的反應該領域的已有知識成果和最新發展。在新編教材的建設上我們的經驗是：教材建設需要積極申請相關項目來支撐，新教材的建設需要查閱大量文獻，工作量也比較大，因此要組織適當規模的團隊來完成，并且要由經驗豐富組織者來組織協調。課程建設的同時，我們還加強了多媒體課件的建設，在多媒體教學過程中，課件是傳遞知識信息的載體，以及教師與學生溝通、互動的媒介，對課堂教學效果的影響很大。我們在課堂教學中，認真總結每次課堂講授中發現的課件的不足和問題，并收集學生和督學對課件提出的意見，然后有針對性的逐步提高課件的質量。比如，在關鍵知識點均用彩色文字標記，利用制圖軟件如Photoshop、億圖圖示專家等把課件中原來的黑白插圖，全部進行了彩色化，同時一些難于理解的檢測儀器的結構工作原理，如磁氧分析儀等，用生動的動畫來展示，使這些知識變得更容易理解。通過教材和課件的建設，使得課堂講授知識更形象生動、更利于學生接受。

三、搞好教師團隊建設

課程建設離不開教師的參與，教師是課程建設的主導因素，因而教師團隊的建設對于課程建設的可持續發展和教學質量的提升具有重要的意義。在課程建設中我們實行課程負責人制度，由負責人全面負責組織課程建設，注重梯隊建設，確保至少兩位教師參與課程授課，以老帶新，確保本課程教學的可持續發展及教學質量，為深化教學改革、提高教學質量奠定了基礎。同時注重對任課教師的培養，安排團隊中任課教師，尤其是青年教師，聽取優秀老教師的工科類課程講授，提升教學水平，并進修計算機應用的相關知識，逐步推進和完善該課程的建設。創造條件、爭取機會、有計劃安排教師在職或出國進修和深造，教師出國進修有利于開拓視野、學習國外的先進知識和經驗，達到既提高教師學歷結構、知識層次，又發揮教師積極性和潛力的目的。本教學團隊中一位教師在維也納大學進行了為期一年的交流和學習，一位教師參加了教育部教師培訓項目并獲得證書，一位教師在職攻讀博士學位，這些都為課程的長遠建設和規劃奠定基礎。

四、以學生為本改革課堂教學模式

課堂教學中采用引導式教學方法、適當開設主題討論課，充分發揮學生的思維主動性和潛能；堅持知識與素質教育協同、基礎與前沿并舉等原則，使課程富有生機和人性，學生的主動性、興趣和熱情得到提高。

采用引導式教學，激發學生的求知欲，使學生主動的跟隨教師的思維去理解和學習。轉變教師角色，教師不再泛泛地傳遞定論性知識，而是引導學生進行主動性的、開放性的獲取知識。同時增強教學的互動性，鼓勵學生提出問題、討論問題、活躍課堂氣氛，使教學過程在輕松、愉悅的氣氛中進行。教師在授備課過程，針對重要知識點和熱點知識領域準備適量的課堂提問的問題，在上課過程中針對個別學生或分組提問，從而加強課堂教學的互動性。比如，在講述發酵過程物理參數的檢測時，提出生物反應過程中應該測控的物理參數主要應該有哪些，有意識的啟發學生去思考、分析、總結，使學生從生產實際的角度出發分析哪些物理參數是需要檢測的。鼓勵學生在教學過程中隨時提問題，既可以培養學生勤于思考的學習習慣，又可激發他們的創新性思維。此外，針對重點和前沿知識，開設隨堂討論課。傳統課堂教學模式是以教材為中心，以教師為主體，而素質教育、能力教育為主導思想的現代教學，應以學生為本，以教師為引導，教師不僅食藥傳授知識給學生，更重要的是引導他們探索未知世界，培養他們自主能動的去獲取知識。我們在課堂教學中，選擇一些重點、熱點知識內容，將學生分組，在教師指導下，查閱國內外相關文獻材料，開展討論，分析總結，寫成小論文，在課堂上報告。我們還設置了課堂教學隨機的10分鐘隨堂小考，并計入平時成績，隨堂考試的隨機性，給學生以一定的壓力，促使他們在課堂教學中能夠全神貫注，一直跟上教師的思維和講授的知識，結果表明這項舉措是非常成功的。應用這些以學生為主體教學方法，對培養學生智力、提升學生綜合素質、增強學生獨立分析問題和解決問題的能力，有著重要的推動作用。這些措施的實施，使得課堂一改以往的單調死板氛圍，而變得更加豐富、生動、活躍，得到同學和督學的好評。

五、加強課程實踐環節建設

實踐教學是培養生物工程專業技術人才必不可少的環節，是整個課程教學計劃的有機部分，它具有鞏固和加深學生所學的理論知識，使學生獲得生產知識，培養學生實際工作能力的功能。21世紀是生物科學蓬勃發展世紀，生物科學的發展潛力已初見端倪，各國都在大力發展生物產業。以工業生物技術為支撐的生物高新技術產業將成為本世紀的支柱產業之一。生物工程是一門實踐性很強的綜合性學科，因此，實踐教學在生物工程專業人才培養方面舉足輕重。我們在爭取經費的基礎上，有針對性地購置儀器設備，結合原有實驗條件開設了綜合性大實驗“生物反應過程典型參數測控”，如發酵過程pH、溶解氧的測控、發酵液主要成分的測定分析等，并結合科研開設靈活性、開放性的創新性實驗，讓學生查文獻自己設計實驗方案，如人參發根發酵過程中皂苷含量測定方法優化，使學生參加到科研中得到實踐和科學研究能力的鍛煉。此外，本課程利用教師與企業的科研合作及溝通，與省內多家知名生物工程公司建立了生產、課程實踐教學實習基地，如華潤啤酒長春有限公司、修正醫藥有限公司、長春市質量檢測局等，使學生能有機會深入生產實際，理論聯系實際，驗證所學理論知識。這些措施的實施，增強了課程實踐教學質量，使學生的實踐動手操作能力有了大幅提高。

課程的開設與建設要適應學科的發展，特別對于生物工程這樣快速發展的新興專業來講，課程的開設與建設尤其重要。我們基于對生物工程專業工程類課程現狀、學科發展趨勢及新形勢下對專業人才需求的分析，開設了《生物反應過程檢測與控制》這門課程，以適應學科發展和人才培養的需求。并對課程進行了有計劃的建設，取得一定的成效。本文主要從教材課件建設、教師團隊建設、教學模式改革和課程實踐環節建設三方面論述了課程建設相關措施和經驗。想搞好課程建設，需要持續的改進和建設工作；需要一個層次結構（年齡結構、職稱結構、知識結構等）合理的教師隊伍；需要積極申請教改項目的支撐。多年的實踐證明，我們對生物反應過程檢測與控制這門課程的建設和教學改革

是成功的，通過教材、課件建設和教學改革的實踐探索，學生普遍感覺到課程的脈絡清晰、內容豐富、課堂氛圍良好。教學模式的改進，提高了教學質量和教學效果，提升了學生的綜合素質和能力，受到督學組的好評。實踐環節的建設，增強了學生的動手能力，創新性實驗的開設鍛煉了學生的科研能力，為學生以后的深造和就業奠定基礎。希望本文能夠對相關課程及新開課程的開設與建設有所啟示和幫助。

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G642.0

A

1674-9324（2014）13-0208-03

吉林大學本科教學改革研究項目（2013137）。