生物化學工程教學研究

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一、生物化學工程基礎的課程特點及內容

生物化學工程基礎課程結合現代分子生物學及傳統生物技術，不僅有扎實的理論基礎，而且結合典型產品的開發過程進行闡述，反映了現代生物技術的發展方向，體現了生物技術發展和應用的最新前沿。生物化學工程基礎是隨著生物科學的發展而不斷更新的課程，需及時調研最新的發展方向及研究熱點。該課程全面闡述了基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和生化工程等課程的基礎內容，其主要囊括以下幾個方面。工業微生物工程：介紹微生物的特點、分類、生理、育種及培養等方面的技術和方法；代謝工程：介紹微生物次生代謝產物的代謝調控機制和方法；基因工程：介紹生物遺傳的基本知識及應用現代基因工程技術改變微生物遺傳特性的方法，并且介紹蛋白類藥物的研發和生產過程；細胞工程：介紹應用植物組織培養和動物細胞培養生產高附加產值的花卉、藥物等；酶工程：介紹工業用酶和藥用酶的性質、結構、固定化及開發等方面的技術；生物反應器：介紹生物反應器的工作原理、設計方法以及應用；全面介紹生物技術的最新進展、應用以及生物技術應用過程中需要化工知識的范例。生物化學工程基礎課程是在無機化學、有機化學、分析化學、生物化學基礎上進行學習的。本課程對于非生物類專業學生進行了系統的生物學技術及最新研究進展的介紹，讓學生了解生物學的基本思想及技術，同時將現代生物技術的應用與化學工程技術進行交叉講授，重點說明了化學工程技術在生物工程領域可能的應用范圍，使學生掌握現代生物技術的基本工藝流程及發展前沿。目前，化學工程與技術專業的學生普遍存在生物學基礎知識薄弱的問題，如何在較短的學時內，將生物工程的關鍵基礎問題講解清楚，并且將生物工程技術和化學工程有機的結合起來，讓學生充分感受到交叉學科帶來的機遇和挑戰，這無疑對授課教師提出了更高的要求，需要教師不斷總結現有的教學模式，不斷地改進教學過程和教學方法。

二、化工專業生物化學工程基礎教學中存在的問題

鑒于該課程屬于學科交叉，在教材選擇、實驗配套、講解內容難易程度把握等方面，均需要不斷地探討和摸索。目前，該課程教學過程中存在的重點和難點問題主要有：如何在現有教材的基礎上豐富教學內容，利用多媒體等手段，及時地更新課程內容并介紹最新的發展動態；如何把握教學過程中深度與廣度的平衡；如何在現有基礎上提高學生的學習熱情，使他們能夠主動深入地探討生物工程與化學工程學科交叉所帶來的機會與挑戰；如何能夠將課程講解內容與生產實際結合起來，讓同學們切實體會到化學工程在生物產品生產過程中的應用；如何鼓勵學生在假期或平時尋找一切機會去生物制品生產企業進行實踐，從中體會化學工程技術在生物產品生產中的具體應用。

1.教材很難在深度和廣度間平衡

目前，本課程所選教材為化工出版社的《生物化學工程基礎》（工科專業適用，李再資主編，2006年版本），該教材在國內高校化學工程專業有較為廣泛的應用，具有簡單明了、講解清楚的特點，適合于生物工程專業以外的其他專業使用。但是該教材也存在諸多不足之處，如教材內容仍然沒有擺脫理科教學的模式和框架，生物工程原理的講解深度不足，同時，教材對于化學工程與生物工程如何結合方面的內容也講解得太少。為了做好生物化工導論的教學工作，必需結合化學工程專業學生的特點和研究應用實例，選擇相關學科的教材作為補充，以便在授課過程中增加相應的內容，進而提高學生的理解和吸收程度。

2.實驗環節缺乏

現在的課堂教學仍然以教師講授為主，學生處于被動接受的狀態。由于生物化工導論是理論與實踐緊密結合的課程，而教學實驗環節缺乏，學生往往很難理解生化反應及其應用過程。所以，需要進一步改變傳統的課堂教學模式，可以采用講授與討論相結合、課堂內外相結合、理論與實際相聯系等多種教學形式，利用先進的多媒體技術和網絡技術，豐富和活躍教學過程，激發學生的學習熱情，提高整體教學質量。同時，也可以通過講解學生身邊的研究實例，調動學生的積極性，并且配備一些實驗講解及生產實習來提升學生的興趣和理解程度。

三、生物化學工程基礎課程教學的幾點體會

筆者從2001年開始一直從事生物化學工程基礎的教學工作，課程面向對象主要為化學工程與工藝專業、過程控制專業及分子工程專業的學生，每年選修人數在200人以上。在授課過程中，注重以產品為例，說明化學工程技術在生物產品開發過程中的重要性，從而加強了學生對于化學工程知識應用于生物工程領域的信心。另外，注重將理論內容與本校化工學院及兄弟院系的科研內容進行融會貫通地講授，大大提高了同學們對于該課程的理解和熱愛，也促進了學生對于生物工程與化學工程有機結合的全新認識。在教學實踐中，結合介紹天津市著名生物工程企業大量需要化學工程的實例，力求讓同學們明白，生物工程的下游產業化的實質就是化學工程的應用。教學實踐也使筆者體會到，要完成好該課程的教學任務，需要授課教師熟悉生物化學、生物工程、化工原理等教學內容，更需要授課教師不斷總結教學經驗，以便逐步提高教學質量。

1.建設教學團隊，認真調研學習

授課教師需要組織強有力的課程建設小組，對國內外工科類生物化工導論課程進行調研，包括其他院校的教改情況、已有的化工類的生物化工導論教材、學生本人對課程內容及授課方式的期望、相關專業對該課程的反饋信息等諸多方面。授課教師還需要吸收先進的教學思想、技術與內容，借鑒國內外其他院校教學情況，結合專業設置的特點和實際，總結教學經驗與效果。針對面向21世紀的教學和培養要求，要認真總結化工類本科生生物化學工程基礎課程的教學內容、教學計劃及教學方式及教學中的注意事項，要通過對其他優秀或重點課程的學習觀摩或邀請教學經驗豐富的老教授親臨課堂指導等多種途徑，進行教育素質訓練，以提高教師的授課水平。

2.提供并選好主講教材和高水平的輔助教材

針對現有的試用教材，及時引入前沿科學和技術的最新成果，篩選、引進配套的輔助教材（包括國外教材），編寫與之相配的教學大綱。李再資老師主編的生物化學工程基礎教材知識點全面，重點內容詳盡。除此之外，我們還注重推薦國內知名的生物化學、生物工程、工業微生物學等相關教程以及國外英文原版教材作為課外輔助教材，建議學生每人手里都有一本英文原版教材。另外，在每次授課結束時，都提前告之下次課程內容的基本點和重點，要求學生提前做好預習或難點標注，注重發揮學生自身學習的主動性和積極性，使他們永葆學習的熱情和動力。實踐表明，學生通過使用英文教材獨立預習課程，他們的專業英語水平也會得到快速提高，為今后使用英語完成相關工作任務打下良好的基礎。

3.探索新的授課模式和教學手段

多媒體教學可以讓學生通過圖和動畫直觀地理解生物過程和反應機理，也可以直觀地學習生物工程科學研究和生產的各個環節。為此，要完善多媒體系統，適時增加課堂教學信息量。同時，可以采用啟發式、討論式、研究式等教學方法，將課堂講授與課外輔導相結合，培養學生的創新與自學能力。如果能夠將課程講解內容與生產實際結合，將課堂講授內容與具體的實驗相結合，加強與學生交流，深入探討生物工程與化學工程學科交叉所帶來的機會與挑戰，必將會進一步激發學生學習的積極性，提高教學質量。

4.課堂講授內容與前沿性專業知識緊密結合

在大學課堂里，讓學生隨時了解相關學科的前沿進展是一個重要的授課內容。因此，在每節課學習重點知識的過程中，需要用最新發表的相關研究進展信息豐富課堂內容，使學生了解學科前沿和發展方向。比如，在介紹酶的開發過程時，可介紹量子力學、分子動力學和計算機工具在研究酶的反應過程和機理中的應用，并且把研究中的困難展示給大家，激發學生探究和追尋科學發展的欲望，吸引他們投入到生命科學的研究和生物技術的開發中去。同時，也可以介紹酶的生產過程中所面臨的問題和挑戰，鼓勵學生用化工知識嘗試解決生產中的問題。

5.鼓勵課堂教學和生產實踐結合

生物化學工程基礎偏向實際應用，課堂講授內容需要與具體的生產實踐相結合，因此，要讓同學們切實體會到化學工程的知識在生物制品生產過程中的應用。另外，要積極聯系生物工程方面的生產企業，組織同學們進行參觀，結合課堂教學內容，讓同學們充分體會到化學工程技術與生物工程技術學科交叉的意義和重要性，鼓勵感興趣的同學去相關的生物工程企業進行短期實習，了解生物工程產品的生產原理、生產流程和注意事項，體會化學工程技術在生物產品開發和生產過程中的重要地位。

6.培養學生良好的學習方法

生物化學工程基礎在“化學工程與技術”專業的要求不僅局限于重點知識的掌握和基本技能的培養，對學生的學習方法的培養也是一個重要的內容。如果學生在學習過程中能夠有一套行之有效的學習方法，將會起到事半功倍的效果。例如，筆者在組織學生討論酶的研究與開發時，有意識地向同學提問：“請你結合所熟悉的酶（比如脂肪酶）的結構、性能以及應用，再提出你認為的其它應用”。這樣的問題，對學生來說是有一定難度的。實踐中，筆者對回答問題深入詳盡的學生加分并且作為最終評價學生本門課程成績的一個重要依據，從而大大提高了學生思考的積極性。盡管最初學生覺得這樣的問題很有壓力，但是幾次課后，學生不僅適應了這種教學方式，也深感這種方法很有啟發性，學習效果非常好。課后復習和作業是鞏固知識的一個很好的辦法。作業可以分為課本上的課后題和課本外的題目兩種形式，課后題一般都有答案，不需要花費很多時間去推敲；而課外作業的內容應該具有一定的難度和挑戰性，是對學生的課堂重點內容的補充，有利于提高同學對于知識難點的理解，激發學生的主動性和求知欲。如果學生能積極完成類似的作業，他們對課堂所學知識就會有更加全面和深刻的理解。這種完成課外作業的方式還能夠培養學生良好的科研習慣，提高學生閱讀文獻以及使用電子信息資源的能力，是一舉多得的好方法。

總之，生物化學工程基礎的重點是要求學生能夠掌握現代生物技術的基本方法，了解生物工程發展的最新動態，能在掌握的基礎上靈活運用，對生物科學及生物技術有較為深刻的認識。該課程不僅為化學工程與技術本科專業的學生將來從事生物類產品的開發和生產工作奠定基礎，也為拓展研究和就業領域提供了新的選擇。對于教師來說，在一個傳統的化學工程與工藝專業領域開設生物學應用方面的課程，會有很多從未遇到的困難，需要教師根據學生的實際情況，有針對性地開展教學活動，合理運用教學方法。這樣，才有可能取得滿意的效果。