新工科背景下基于能力導向的《酶工程》 教學探索

張 超

（衡水學院生命科學系 河北 衡水 053000）

新工科在2017 年歷經“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”后形成高度共識，目標為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展等一系列國家戰略，培養造就應用型、創新型卓越工程科技人才[1]。生物醫藥產業作為新工科相關產業，因新冠疫情，備受全球各國關注，其相關支撐專業，如生物制藥、生物工程和生物技術等專業，應根據新變革、新需求，適時優化培養方案、改革教育方式。《酶工程》作為上述專業培養方案中一門應用性、實踐性非常強的專業必修課程，其教學水平和學習效果直接影響學生的應用實踐能力和創新素質的培養。因此，本文以衡水學院生物技術專業為例，以新工科教育為理念，探索《酶工程》課程教育教學改革手段，為培養具有應用能力和創新能力的人才提供參考。

1 課程基本概況

該課程為衡水學院生物技術專業的必修課程，課程開設于第5 學期，共36 學時，參考教材以郭勇編著的《酶工程》(第四版)為主，綜合其他教材內容授課。主要講述緒論、微生物發酵產酶、動植物細胞培養產酶、酶的提取與分離純化、酶分子修飾、酶固定化、酶非水相催化、酶定向進化、酶反應器和酶的應用，共十章內容。

2 教學內容的整合和改良

《酶工程》 課程的教材偏多，如郭勇編著的《酶工程》、李珊珊與莫繼先主編的《發酵與酶工程》和梅樂和、岑沛霖主編的《現代酶工程》等。在多年教學經驗和教學實踐的基礎上，以“酶的生產、改造和應用”為主軸，整合各教材相關內容，根據培養學生應用和創新能力的要求，梳理、優化后形成各章節授課內容。比如，“酶的生產”相關章節已在《生物化學》、《微生物學》、《發酵工程》等課程中有所涉及，授課時可以問答、翻轉課堂[2]形式鞏固相關知識，并輔以思維導圖，引導學生了解、熟悉和掌握相關內容的應用現狀，如淀粉酶、蛋白酶用于烘焙食品，纖維素酶、果膠酶用于果汁生產等。“酶的改造”部分一直是酶學研究的前沿，理論創新和技術創新發展很快，授課時結合當前研究熱點，引用近2 年的綜述文獻進行講解和滲透，培養學生的創新思維和創新意識。

3 教學手段和方法的提升

《酶工程》課程的教學普遍采用以老師主導的課堂教學模式，通過PPT 講授輔以板書講解進行授課，這使得大部分學生課前不預習、課后不復習，不思考，不能激發學生對這門課程的學習熱情，以及對酶研究的探索精神和創新訴求。因此，提升現有教學手段和方法，引入基于團隊學習的教學模式[3]，注重調動學生個體的主動性、實踐性和創造性。比如酶的提取與分離純化章節，在教師講完相關概念、原理、技術手段等重難點知識后，設置不同性質、不同來源的目標酶，各團隊隨機選擇，由隊長組織團隊成員一起對目標酶的提取和分離純化設計方案，并說明相關原理和技術手段的應用理由。方案設計完成后，團隊間互評互問，教師給出指導意見，對各團隊成員進行點評。學生以教學主體的角色參與到課程教學中，可大大提高學生學習的積極性、主動性和創造性。

4 實驗課程的拓展和革新

《酶工程》課程的應用性很強，在理論課程授課的同時必須輔以實驗課程的開展，而《酶工程》實驗課程根據各學校硬件配套的差異，開設課程也有所不同。目前實驗課程開課內容包括：產淀粉酶菌株的快速篩選、α-淀粉酶的提取與活力測定、離子交換色譜法分離蛋白、尼龍固定化木瓜蛋白酶和酶法澄清蘋果汁加工工藝優化，涵蓋了微生物發酵產酶、酶的提取與分離純化、酶的固定化與分子修飾和酶的應用等課程主干內容。然而，上述實驗內容只能培養學生掌握基本的酶學試驗操作能力，缺乏應用能力的塑造和創新能力的拓展。通過增加自主綜合性實驗環節和線上、線下工廠或實驗室微課形式，實現《酶工程》實驗課程的拓展和革新。比如，在完成酶的定向進化這一章節知識講授后，讓學生以小組的形式開展“基于易錯PCR 技術的淀粉酶定向進化”的綜合性實驗，讓學生利用已經掌握的《分子生物學》 《基因工程》等課程知識和實驗操作技術，獨立進行試驗方案設計、試驗材料準備、試驗內容研究和試驗數據分析等工作，使學生真正做到學以致用，并在此過程中鍛煉學生的動手、動腦能力，提高學生分析問題、解決問題的能力。與合作企業建立微課平臺，開展諸如酶分離純化、各種層析技術的線上教學、線下參觀等學習實踐活動，讓學生充分了解課堂知識在生產中是如何運用的，培養學生的應用能力。

5 課程考核方式的調整

《酶工程》課程的考核方式目前普遍采用期末閉卷考試(占比70%) + 平時成績(占比30%)的形式，其中平時成績包括平時考核成績(課下作業、小測成績等)、考勤和課堂表現成績。上述考核方式不能全面反映學生對課程知識點掌握情況，更不能反映對學生能力的培養情況。調整課程考核方式，提高平時成績的比重，豐富平時考核的形式，如設置專題科研論文的查閱、講述等，使考核更注重學生課堂、課下的知識積累和能力養成；降低期末閉卷考試成績占比，試題內容減少基本概念、原理等需死記硬背的知識點，增加一些在理解和掌握重難點知識基礎上需要探索和設計的綜合性考題，引導學生向應用和創新方面發展。

綜上所述，在新工科背景下，隨著生物醫藥產業的快速發展，培養適合行業、產業發展需求的卓越工程科技人才是我國高校教學改革的動力和目標。教學改革必須與專業特點、產業方向相適應，不斷探索、不斷實踐、不斷總結，為社會和地方培養高應用型和創新型人才打下良好的基礎。