“酶工程”課程改革探討與實踐

楊立 龔乃超 柯斌清

摘 要 “酶工程”是生物工程、生物技術、生物制藥等專業的專業必修課。針對課程內綜合知識點和學科間交叉知識較多，知識體系較完整，課內學時較少等因素，學生學習存在較大難度，想系統學好較難。但課內學時有限，針對以上問題，作者所在教學團隊對該門課程傳統教學方式進行改革，推崇過程教學環節監控及課程內綜合知識及課程間交叉知識的梳理，推崇設計相應實踐案例讓學生完成深入學習。從而讓學生能夠較大可能學好該門課程及其相關知識體系。

關鍵詞 酶工程 過程教學 綜合知識點 實踐案例

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.01.040

Abstract "Enzyme engineering" is a required course for bioengineering， biotechnology， biopharmaceutical and other majors. In view of the factors such as more comprehensive knowledge points and interdisciplinary knowledge in the course， more complete knowledge system and less class hours in the course， it is difficult for students to learn well systematically. But the class hours are limited. In view of the above problems， the teaching team of the author reformed the traditional teaching method of the course， praised the process teaching link monitoring and the combing of comprehensive knowledge and cross knowledge in the course， and praised the design of corresponding practice cases for students to complete in-depth learning. So that students can learn the course and its related knowledge system well.

Keywords Enzyme engineering; process teaching; comprehensive knowledge points; practice case

1過程教學監控

1.1課堂內教學效果監控

在平時成績設定中，為了避免傳統教學方式中，學生學習不夠主動，課堂中與教師互動較少等缺陷，設定了課堂互動占平時成績的30%;課堂互動主要由兩部分組成，教師主動提問和學生主動講解兩部分組成。

教師每節課45分鐘隨堂至少提問3次，問題涉及主要包括上節課重點知識回顧，本節課難點知識理解與實踐性較強問題的理解等。由于不定時的提出問題，使學生上課時的注意力，必須時刻保持集中。如不知道問題或問題回答極端錯誤，直接扣5分，問題回答部分正確，不扣分不得分，問題回答基本正確，得3分;問題回答正確得全分5分。

學生主動講解每次課不多于2次，每次不超過3分鐘。一般安排在第一節課上課前5分鐘進行。教師提出綜合性或實踐性較強問題，由學生搶答，回答完全正確得5分，部分正確得3分，錯誤得0分，此項不扣分。課堂互動單項滿分100分，占平時成績的30%。

通過課堂互動，發現不論學生坐在教室哪里，都必須認真聽講，避免了以前學生坐在后面幾排，偷懶玩手機等現象。另外通過學生主動講解發現，學生在課間與課余時分，經常就一些老師上課中提到的重難點知識進行交流，相互探討，期望把知識弄懂有機會在課堂上進行講解。并且形成了較好的學風，大家都相互比拼，相互幫助，班級整體學習氛圍大為提高。

1.2課堂外自學過程監控

課堂外的學習是大學生重要的學習階段，如何較好監控困難較大。以我校為例，對大一新生進行嚴格規定上晚自習外，其余年級晚上的時間都是靈活的。即使少量班級自行組織上晚自習，但自習外的課余時間，還是難以有效監控，作業抄襲或借鑒現象尤為普遍。針對“酶工程”知識體系復雜，課程綜合知識點和學科間交叉知識點較多，本教學團隊設計了案例分析，工藝設計及單元測試環節。學生利用課外時間，需要完成2次的案例分析，滿分100分，每次滿分50分，占平時成績的10%，完成2次工藝設計，滿分100分，每次滿分50分，占平時成績的10%;通過共計四次的案例分析與工藝設計，學生在課外的學習時間與質量就可以得到保證。并且由于同門的案例不同，大家都必須獨立完成自己的，就不懂的問題可以相互交流，有效避免了傳統作業抄襲的現象。并且大多案例分析聯系生活緊密，使學生們對學科學習產生了較大興趣，區別于傳統作業，理論知識太強，實際性較弱的缺點。

2 綜合知識點及案例習題

2.1 課程內綜合知識點和課程間綜合知識點的系統梳理及針對性講解，方便學生進行理解

2.1.1 課程內綜合知識點

以郭勇版《酶工程》教材為例，[1]第六章酶固定化與第九章酶反應器知識點聯系緊密，其中填充床化反應器和流化床反應器等適用于固定化酶，需要學生們熟悉固定化酶的相關屬性及其特點，才能靈活將其運用于生物反應器中。除去會在生物反應器中運用固定化酶生產外，還要靈活根據固定化酶的屬性，設計或選擇合適的生物反應器，提高生產效率或使游離酶等無法催化的反應得到高效催化從而發生反應。

2.1.2 課程間綜合知識點

“酶工程”第二章微生物發酵產酶（特別是其中產酶微生物特點與產酶微生物發酵工藝特點）與課程“微生物學”中微生物自身生長屬性，發酵生產類型及后續產物分布位置等緊密關聯;“酶工程”第二章發酵工藝條件及其控制：活化和擴大、pH值、溫度和溶解氧的控制與課程“發酵工程”中溶解氧的控制，發酵過程控制及代謝調控，直接測定與間接測定發酵反應過程參數等知識緊密關聯;“酶工程”第四章酶的提取與分離純化與課程“生物工程下游技術”產物的分離純化方法等知識點緊密相關，“酶工程”第五章酶分子修飾與課程“無機化學和課程有機化學”交叉度較高;第八章酶反應器與課程“發酵工程”發酵罐的設計與放大和課程“生物工程設備”生物反應器的分類，生物反應器的結構，生物反應器的設計等知識點交叉緊密。

2.2 設計綜合知識點習題與案例分析題

2.2.1 設計綜合知識點習題

論述固定化細胞的特點及其在生物反應器中的實踐運用？

開闊思路，綜合運用所學知識，說明酶制劑等產品在醫學上進行運用，用途有哪些？

細胞經過固定化后，特性發生哪些變化？固定化酶和游離酶相比，有何優缺點？并舉例說明固定化酶（細胞）的制備過程及原理？

寫出多種分離純化酶蛋白的生產方法，并說明其工藝方法？

借助所學知識，說明填充床反應器和流化床反應器的優缺點？

列舉所學習的酶反應器類型，通過比較說明各類酶反應器的優缺點。

根據所學知識，談談微生物動力學方程式與酶動力學方程式的聯系與區別，借此說明實踐生產中兩者之間的聯系。

發酵工程課程中發酵罐的分類與酶工程中酶反應器的分類之間的區別與聯系？

2.2.2 案例分析題

案例可以是具體的科研課題或者是生產實踐中出現的具體問題，使教學內容跟上學科的時代發展。[2]作為一種互動式的教學，教師提出問題，適時啟發并引導學生運用基礎理論分析并解決實際問題，培養了學生分析問題和解決問題的能力，將傳授知識從單向的灌輸轉為雙向的交流，使學生變由被動聽講轉為主動參與，深化理解知識點，有利于提高教學效果，促進學生各項綜合能力的培養。[3]

（1）酶在污水治理中的應用。通過生物酶打開污染物中更復雜的化學鏈，酶分子可以使反應物分子中化學鍵拉長、扭曲和變形，使他們更容易被水解，因而加速有機物的分解，達到去除污染物的目的。與其它微生物處理相比，生物酶催化處理法具有催化效能高、對廢水質量及設備情況要求較低，反應速度快，對溫度、濃度和有毒物質適應范圍廣等優點。隨著材料學等學科的發展，模擬酶及酶的屬性都在不斷優化中。并且隨著環境保護力度的加大，對污水治理的需求量，全國各地需求量在不斷加大。

（2）酶在甲醛清除中的運用。采用氨基酸解大豆蛋白，并添加一種從純天然植。物中提取的活性酶，成功制備出生物清醛酶（又名氨基酸解大豆蛋白）新產品。該新產品結合了生物酶催化、吸附和分解等技術。生物清醛酶可以高效迅速的去除居室內的甲醛等污染物，可使其降解為CO2、H2O等無機物。作用迅速，無二次污染物的產生。將酶與空氣凈化器聯合應用的研究及其產品，目前市場上越來越多。

3 改革后教學效果總結與討論

3.1 對于考研等基礎較好學生而言

課程內綜合知識點和課程間綜合知識點的系統梳理及針對性講解備受考研學生歡迎。幫助學生們對本門課及其學科體系中的其他課程的知識點理解更加深入，相互之間的聯系更加清楚。能夠明確區分哪些知識點是獨立知識點，可以獨立記憶;哪些是綜合或交叉知識點，需要花費更多時間進行理解記憶。這種知識點分類學習法，對學生的學習幫助較大，在學生第二課堂的自學和復習過程中，效果較明顯。也是考研復習過程中，對學生所掌握知識點的一種考量，學生再進入到第二輪專業課復習中，應該就達到這種水平。看到不同知識點能夠較好分析出，知識點是單獨知識點還是交叉知識點。到復習第三輪時，應該有效能夠完成。

3.2 對于基礎相對較差學生而言

通過近幾年研究發現，設計綜合知識點習題與案例分析題，實踐性更強，容易激發此類學生的學習興趣，從而慢慢從完全不懂，不愿意學轉化為開始接受本門課程中的知識點，逐步改變為感興趣，愿意花時間弄懂習題中涉及的相關理論知識點，從而達到相關教學要求與人才培養方案中的相關規定。

改革之后，近幾年試卷卷面及格率提高了近20%，穩定在60%以上，本門課程學生課后自主學習時間在30小時以上，實現課外自主學習學時達到36學時及以上。完成作業質量也明顯提高。作者所在教學團隊，近三年重點關注了近10名大二時期，專業課有一至兩門不合格的學生，第五學期學習本門課程，有一半以上學生通過本門課程考試，整體學習氛圍明顯改善，教學改革取得一定成果。

4 結語

“酶工程”是理論聯系實踐極為緊密的專業理論課，其主要內容包括了酶的提取與分離純化，酶的固定化，酶的非水相催化，酶的定向進化，酶生物反應器等。由于酶已廣泛運用于各行各業，對培養應用型人才具有重要的意義。通過“酶工程”課程教學的改革與實踐探索，摸索出一套適合培養應用型人才的必修專業課教學方法。這次改革從課程教學監控，到教學方法改進，發現交叉知識點的總結講解，對于成績較好的考研學生或基礎較差的找工作學生幫助都較大，而大量案例的教學方式，會幫助學生培養學科興趣。本課程組通過幾年教學積累及教學改革，取得了較好的教學效果。酶工程在生物工程、生物技術、生物制藥、食品安全與檢測等專業將繼續發揮核心課程的支撐作用。

基金項目：武漢工商學院2017年校級教學改革研究項目：2017Y08

參考文獻

[1] 郭勇.酶工程（第4版）[M].北京：科學出版社，2014：12-46.

[2] 吳士筠，魏艷芬，樂薇.生物工程專業酶工程技術實驗教學模式改革探索與實踐[J].科教導刊（上旬刊），2014（03）：122-123.

[3] 周海巖，王亞軍，牛坤，賈東旭，王遠山，鄭裕國.“酶工程”課程教學改革的探索與實踐[J].高校生物學教學研究（電子版），2016.6（03）：40-43.