新工科背景下“酶工程”課程的教學模式改革與實踐

文/陳歡 吳卓夫 孫旸 朱學軍 陳光

“新工科”理念的提出，標志著我國對工科人才培養的要求進一步提高，即要求高校培養具備創新素養、專業能力卓越的復合型工科人才。“酶工程”是生物工程、生物技術專業人才培養的核心課程。在“酶工程”課程教學過程中，以教室、教材和教師為中心的傳統教學模式，已不再適用于“新工科”理念下的人才培養目標，而 “以學生為中心、成果為導向”的新教學理念，則更有助于激發學生的研究熱情，提升學生自主學習能力。

為了應對新一輪科技革命和產業變革帶來的機遇和挑戰，2016 年，教育部提出了“新工科理念”。[1]“新工科”理念更加注重工科教育質量的保障，并依據理工科專業類人才培養質量標準制訂了人才培養方案。[2-3]而“酶工程”作為生物工程和生物技術兩大專業的核心課程，對新工科人才的培養發揮著至關重要的作用。

“酶工程”是一門研究酶的生產和應用的技術性課程。[4]歷經半個世紀的發展后，酶工程與細胞工程、基因工程、蛋白質工程和發酵工程共同構成了我國完整的現代生物技術工程體系，酶工程已被廣泛應用于醫藥、食品、工業、農業、環保、能源和生物技術等領域。[5]本文以吉林農業大學本科階段“酶工程”課程為例，系統分析了高校“酶工程”課程的教學改革內容、目標與具體實施途徑。

一、“酶工程”課程教學存在的主要問題

首先，在“酶工程”課堂教學中，學生的主體地位不夠突出。由于教師長期占主導地位，學生習慣于被動學習，學生自主學習的內驅力和積極性大大降低，團隊合作能力也未得到有效提升，最終導致學習效果不夠理想。其次，在“酶工程”教學過程中，教師并未深入開展科研素養教育，致使學生科研思維不活躍，解決問題與動手能力較弱，參與社會實踐、科學研究及大學生創新創業項目的人數較少。此外，思政教育與課程學習融合不足，思政教育與課程內容相脫節，導致思政教育距離學生現實生活較遠。

二、課程改革內容和目標

（一）課程改革內容

為了強化“以學生為中心、成果為導向”的教學理念，高校應將學術前沿和科研成果融入課程內容，以酶的結構、功能、合成及調控為主線，重構課程內容體系，即以“酶學基礎、酶的生產、酶的改性修飾、酶的應用”四階遞進的課程體系，體現課程內容的整體性、系統性和前沿性。同時，在多學科交叉的背景下，高校應圍繞酶工程將生物化學、分子生物學和基因工程等前沿學科與技術在課堂教學中進行有機融合，以拓展、深化課程內容，使學生加深對酶工程這門學科的基本理論、現代技術與前沿學科知識與技術融合的理解。

（二）課程改革目標

圍繞吉林農業大學“高水平教學研究型農業大學”的辦學定位，生物工程、生物技術專業以培養從事微生物發酵、工程技術及管理的復合型人才為主要目標。因此“酶工程”課程教學的目標應當包括：（1）通過對“酶工程”課程的學習，學生能夠牢固掌握酶的生產、改性修飾及應用技術的基礎知識，并可應用酶學知識指導生產實踐；（2）學生能夠對產酶的微生物進行篩選，并對其產酶特性和酶學性質加以分析，繼而對在生產和應用酶過程中遇到的相關問題提出解決方案；（3）在學習過程中，學生能夠養成刻苦鉆研、積極樂觀的科研精神，樹立社會責任擔當意識和愛國情懷。

三、課程教學內容及組織實施

（一）圍繞教學主線，重構課程內容體系

教師應圍繞酶的結構、功能、合成及調控這一教學主線，重構課程內容，將酶學知識進行有機串聯和融合，形成“酶學基礎、酶的生產、酶的改造、酶的應用”四階遞進式的課程體系，以保證課程內容的完整度和時效性（見圖1）。

（二）通過問題引導，搭建知識階梯

教師應以“酶是生物催化劑”講授為例，從“前導知識”——什么是催化劑引出酶的特點，進而提出為什么酶具有專一性、酶分子關鍵結構有哪些特點等，然后通過知識回顧、課堂討論和提問、講授、歸納總結等，引導學生逐步從對酶概念的理解與記憶向對酶作用機制的應用等深層次、綜合性的高階學習活動發展，從而達到促進學生知識層次融會貫通的目的。

（三）結合線上資源，組織課堂教學

（1）課前準備：教師應將提前準備好的預習課件的PPT、微視頻、思維導圖、課前思考題等學習資源，借助“學習通”上傳共享功能，將課前學習資源能夠快速推送到學生端，并可在線督促學生做好預習筆記。針對課前學習中遇到的難點和問題，學生需要在課前通過閱讀相關教材和文獻來找出相應答案。這一過程有助于增強學生學習的主動性，提高學生的學習興趣。（2）課中實施：教師可采取講授式、分組合作式、研討式等教學方法，以問題為導向，引導學生進行合作學習，并及時對課程重難點問題做出解析和答疑。（3）課后總結：教師應通過“學習通”布置作業，并讓學生對課程學習效果進行總結與反饋，以便全盤掌握學生的知識結構與能力水平。

（四）科研反哺教學，培養創新思維

為貫徹“科研反哺教學”的教學理念，教師應將學術前沿和科研成果融入課程內容，并將課程內容轉化為科研實驗項目。在教師的指導下，從選題、查閱文獻到確定實驗方法、開展實驗，再到實驗總結，學生皆能自主完成，從而有效提升學生的科研素質和科技創新能力。

四、完善課程考核方式

課程考核是教學過程的重要環節，是檢查學生學習成效、改進教學質量的必要手段。為有效監督學生的學習過程，教師應細化考核內容和評分標準，采用過程性和總結性相結合的考核方式，以達到全過程檢驗學生學習效果的目的。其中，過程性考核成績的比重應占60%，總結性考核成績占40%。過程性考核主要從線上學習記錄、在線交流次數、課前筆記、課堂參與度等維度對學生展開全方位跟蹤與評價；總結性考核則主要從隨堂測試、期中考試和期末考試的成績等維度對學生學習效果加以評定。完善課程考核方式，有助于督促學生積極參與自主性、過程性和體驗式的學習活動，并完成從“記憶式”學習向“自主式”學習轉變。

五、教學改革展望

（一）線上線下混合的“酶工程”課程建設

在現有“學習通”平臺的基礎上，教師可借助“雨課堂”“學銀在線”“智慧樹”等平臺，根據以學生為中心的教學理念，將線上資源自學與線下重難點教學相結合，貫通多學科的知識背景，實施線上自學、章節測試、課前測試、在線討論等教學活動，以拓展學生的學習空間。

（二）進一步強化課程資源建設

（1）增設高水平實驗條件。高校應增加中試設備和高水平儀器設備，進一步提升學生科研實踐能力以及解決復雜工程問題的能力。

（2）建設學術交流平臺。高校應邀請國內外知名學者，為學生講授酶工程前沿技術和科研進展，開闊學生視野。

（3）搭建產學研平臺。高校要搭建產學研平臺，讓學生深入合作企業的生產一線，了解目前酶工程技術發展面臨的主要瓶頸以及企業對人才素養的要求，并將理論知識轉化為解決問題的能力。

（三）高水平師資團隊的建設

（1）高校應通過引進、培養人才，使團隊在數量結構、職稱結構、學歷結構等層面更加合理，重點加強“雙師型”師資隊伍的建設。

（2）高校應積極組織教師參與國內外訪學、深入企業觀摩研討、專項調研等“內培外修”活動，大力培養青年教師，使青年教師盡快成長為教學一線的名師，從而助力學校師資隊伍建設。

（3）加強師德師風建設。高校在教學管理中應貫徹落實“有理想信念、有道德情操、有扎實學識、有仁愛之心”的“四有”教育理念，培養一支“以德立身、以德立學、以德施教”的優秀師資隊伍。

六、結語

目前，以教師講授為主的傳統教學模式已經不能適應新時代的發展要求。因此，高校應樹立“以教師為引導、以學生為主體”的教育理念，即要求教師在教學過程中主要起引導與輔助作用，通過采取多種方式提升學生學習的積極性和主動性，培養學生創新、合作的能力，以增強教學改革的效果。