導(dǎo)語(yǔ)：生物工程自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式探索一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］生物工程設(shè)備基礎(chǔ)是一門集理論和實(shí)踐于一體的專業(yè)必修課，由于該課程信息量大、計(jì)算量大、實(shí)踐性強(qiáng)，且學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)物的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使得該課程存在難教和難學(xué)的問(wèn)題。為了在有限的授課時(shí)間內(nèi)，讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)并掌握生物技術(shù)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程及相應(yīng)設(shè)備的配套設(shè)計(jì)與選型，我們結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與科研經(jīng)歷，對(duì)該課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與方法、考核模式等進(jìn)行了改革。結(jié)果顯示，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式成效顯著。

［關(guān)鍵詞］生物工程設(shè)備；教學(xué)模式；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)效果

生物工程設(shè)備基礎(chǔ)是西北大學(xué)生物工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程集理論和實(shí)踐于一體，既涉及生物過(guò)程設(shè)計(jì)，又涉及該過(guò)程上、中、下游相應(yīng)的處理設(shè)備。在該課程中，學(xué)生結(jié)合化工原理、微生物學(xué)、生物化學(xué)、生物工藝學(xué)等專業(yè)知識(shí)，學(xué)習(xí)生物工程設(shè)備在整個(gè)工藝流程中的配套設(shè)計(jì)、選型、操作等技術(shù)問(wèn)題，從而提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝、開發(fā)新產(chǎn)品、解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題等專業(yè)技能。然而，生物工程設(shè)備基礎(chǔ)課程具有信息量大、計(jì)算量大、實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大等特點(diǎn)［1］，尤其是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或功能多樣化的設(shè)備，由于學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)物的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，課堂講授時(shí)常出現(xiàn)教師難教、學(xué)生難學(xué)的現(xiàn)象。因此，我們結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與科研經(jīng)歷，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、授課形式、考核形式等進(jìn)行了改革探索，以期提高教學(xué)效果。

一、合理安排教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

（一）重視緒論教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情。從多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大三學(xué)生往往處于專業(yè)困惑期，尤其是生物工程專業(yè)的學(xué)生。由于部分生物工程專業(yè)課程的教學(xué)對(duì)象看不見（如基因）、摸不著（先進(jìn)的儀器、大型的設(shè)備等）、關(guān)系復(fù)雜（如細(xì)胞系統(tǒng)代謝）、計(jì)算難（如動(dòng)力學(xué)、設(shè)備設(shè)計(jì)）等，學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的熱情受到了影響。因此，緒論絕非是課程正式開始前可有可無(wú)的部分。緒論課容量很大，內(nèi)容豐富，可起到統(tǒng)領(lǐng)全篇的作用。講解緒論時(shí)不能照本宣科，教師可通過(guò)引入社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題及生活中遇到的問(wèn)題凸顯課程的重要性。如人們經(jīng)常使用的青霉素是怎么發(fā)現(xiàn)的，又是如何實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的？隨著微生物耐藥性的增強(qiáng)，相關(guān)研究人員又是怎么解決這個(gè)問(wèn)題的？在日常生活中，常見的疫苗是如何做到只產(chǎn)生抗體而不具有侵染性的？相應(yīng)地，這類生物藥品的研發(fā)思路和生產(chǎn)工藝是如何在歷史長(zhǎng)河中實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)階段性突破的？針對(duì)目前世人所擔(dān)憂的能源危機(jī)和環(huán)境污染，基于生物工程技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的科研人員采用了哪些思路、使用了什么方法及設(shè)備來(lái)生產(chǎn)再生性潔凈能源或解決由礦產(chǎn)資源開采及煉制所產(chǎn)生的水、土、大氣的污染問(wèn)題？實(shí)踐證明，這種方法可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)不再遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)，任何一種新生物制劑的誕生或傳統(tǒng)發(fā)酵工藝的改革都與每代“生工人”的付出有關(guān)；同時(shí)也讓學(xué)生知道，目前生產(chǎn)工藝上的不足需要他們每個(gè)人去努力解決，借此激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情。對(duì)于一些較難理解的章節(jié)，我們?cè)谥v授前都安排了緒論課，設(shè)置了一些與關(guān)鍵內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，告訴學(xué)生本章需要掌握的重點(diǎn)，明確應(yīng)重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。同時(shí)，講課時(shí)告訴學(xué)生相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)其變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。（二）重視實(shí)例教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生立體整合所學(xué)知識(shí)。生物工程設(shè)備基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容囊括了生物反應(yīng)過(guò)程上、中、下游全程的工藝及相應(yīng)的設(shè)備，不僅每步過(guò)程間的操作緊密相關(guān)、井然有序，而且所有設(shè)備的產(chǎn)能都應(yīng)配套［2］。結(jié)合本課程的理論教學(xué)，我們邀請(qǐng)?zhí)拙茝S、寶雞啤酒廠等企業(yè)的技術(shù)負(fù)責(zé)人一起，從上游的菌種改良、培養(yǎng)基滅菌、種子擴(kuò)大培養(yǎng)，到中游的基于“三傳一反”的發(fā)酵罐選型與發(fā)酵過(guò)程控制，再到下游提純工藝設(shè)計(jì)及相應(yīng)設(shè)備的選型，討論并優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)酒精和啤酒的生產(chǎn)實(shí)例教學(xué)。該模式可促進(jìn)學(xué)生結(jié)合實(shí)例深入理解各單元知識(shí)，從而掌握酒精等大規(guī)模發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵工藝及其配套設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型。教學(xué)內(nèi)容由簡(jiǎn)入難，理論結(jié)合實(shí)際，并且理論計(jì)算融入實(shí)際生產(chǎn)。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，我們深入分析典型的發(fā)酵案例，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際發(fā)酵過(guò)程出發(fā)，多思考、多計(jì)算，優(yōu)化過(guò)程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生從工程學(xué)、生物學(xué)等角度全方位思考問(wèn)題的能力。（三）重視前沿科研動(dòng)態(tài)及成果介紹，培養(yǎng)學(xué)生的國(guó)際化視野。生物工程作為一門淵源古老但年輕的學(xué)科，所支撐的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)眾多，涉及人類生活的方方面面［3］。如生物化學(xué)和微生物學(xué)課程中介紹了糖酵解酶－丙酮酸激酶，該酶的缺乏可引發(fā)紅細(xì)胞糖酵解酶缺陷性溶血性貧血，現(xiàn)在有效的治療方案源于生物工程產(chǎn)品———促紅細(xì)胞生成素（EPO）。老師們結(jié)合自己的科研工作，深入剖析了我國(guó)氨基酸發(fā)酵與日本、韓國(guó)等氨基酸強(qiáng)國(guó)的差距及其成因，分析了我國(guó)酒精工業(yè)發(fā)酵的研發(fā)與美國(guó)、英國(guó)能源部研發(fā)重點(diǎn)的異同及產(chǎn)生差異的原因，同時(shí)結(jié)合BIO360的生物產(chǎn)業(yè)化發(fā)展動(dòng)態(tài)，在相應(yīng)章節(jié)適當(dāng)介紹相關(guān)的國(guó)際化進(jìn)展。從教學(xué)效果來(lái)看，這部分內(nèi)容的教學(xué)可明顯提高學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)信心，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣及熱情。

二、靈活應(yīng)用多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

（一）多媒體教學(xué)，變難懂知識(shí)為易理解的影像知識(shí)。生物工程設(shè)備基礎(chǔ)課程涉及大量的圖表和公式，僅靠“粉筆加黑板”的傳統(tǒng)教學(xué)手段很難讓學(xué)生保持持久的熱情［4］。為了變“枯燥的公式”為“生動(dòng)的故事”，我們一方面注意幻燈片的色彩搭配，將重點(diǎn)內(nèi)容突出顯示；另一方面結(jié)合“板書”演示公式推導(dǎo)過(guò)程，同時(shí)介紹前人計(jì)算思路和計(jì)算方法的演變，將公式的提出及演變還原到前人解決問(wèn)題時(shí)的情景，讓學(xué)生置身其中，思考自己該如何解決這些量化分析問(wèn)題并建立相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)那些較抽象、難理解的內(nèi)容（如氣流輸送時(shí)顆粒物在水平管中的流動(dòng)方式有懸浮流、兩相流、團(tuán)塊流等多種方式），采用多媒體動(dòng)畫技術(shù)可將其描述得栩栩如生；在酒精蒸餾過(guò)程中，對(duì)初餾塔、精餾塔內(nèi)的物料分離進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，可形象地描述不同揮發(fā)度物質(zhì)在塔中的定位及取樣口的設(shè)計(jì)。這些可視化的形象演示能顯著改善課堂教學(xué)效果。（二）注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。學(xué)生由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生物工程工廠的過(guò)程操作缺乏基本的感性認(rèn)識(shí)，難以理解教材中大量的平面圖和計(jì)算公式，且對(duì)此倍感乏味，學(xué)習(xí)效果較差。為了將這些抽象的內(nèi)容具體化，課件內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)要避免“照本宣科”。教師可將這些設(shè)備及其設(shè)計(jì)、計(jì)算與實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)線聯(lián)系起來(lái)，從生產(chǎn)規(guī)模出發(fā)，計(jì)算每個(gè)單元操作的產(chǎn)能，根據(jù)產(chǎn)能計(jì)算并選擇設(shè)備規(guī)格及其工程參數(shù)。通過(guò)把復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)變成具體操作問(wèn)題，教師可引導(dǎo)學(xué)生變身為“車間主任”，思考生物加工過(guò)程中每個(gè)單元操作環(huán)節(jié)的生產(chǎn)規(guī)模布局、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與計(jì)算，并依據(jù)生產(chǎn)工藝進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的選型。同時(shí)，教師可以給學(xué)生推薦適合的參考書和參考資料，引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題主動(dòng)自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)自主學(xué)習(xí)能力。課堂上，學(xué)生通過(guò)答辯可以充分展示其自學(xué)成績(jī)。另外，我們依托化工學(xué)院的中試研究平臺(tái)，結(jié)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室親自動(dòng)手操作一些中試生產(chǎn)設(shè)備，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，真正體現(xiàn)教育“學(xué)以致用”的目的。我們?cè)谡n堂教學(xué)結(jié)束后安排了實(shí)踐學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中及時(shí)整理自己的收獲并提出見解，將感性認(rèn)識(shí)升華到理性認(rèn)識(shí)。多年的教學(xué)實(shí)踐表明，這種理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)模式可以激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情。

三、多種教學(xué)形式有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

（一）啟發(fā)式教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，我們有針對(duì)性地運(yùn)用了提問(wèn)式、啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法。如在通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備的教學(xué)過(guò)程中，我們采用比較式教學(xué)方法來(lái)分析本章3種通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)；在講解較枯燥的滅菌動(dòng)力學(xué)時(shí)，我們提前安排學(xué)生思考如何用數(shù)學(xué)模型來(lái)控制滅菌操作，從而既達(dá)到生產(chǎn)工藝的無(wú)菌需求，又能使?fàn)I養(yǎng)基質(zhì)滿足工藝需要。由于過(guò)濾操作的模型式歸納對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)很重要，這部分采用啟發(fā)式和討論式教學(xué)模式，讓學(xué)生思考如何控制這一單元操作。教師在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步講解對(duì)數(shù)穿透定律及其修正。（二）報(bào)告式教學(xué)。結(jié)合生物工程產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我們選定了一些有代表性的生物技術(shù)產(chǎn)品，設(shè)置專題閱讀與研究課題，規(guī)定重點(diǎn)內(nèi)容，讓學(xué)生自學(xué)并分組匯報(bào)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生挑戰(zhàn)難題、征服困難的積極性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和科學(xué)的態(tài)度。對(duì)于專題研究中較易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方及學(xué)生的知識(shí)盲點(diǎn)，指導(dǎo)老師通過(guò)設(shè)置問(wèn)題提前讓學(xué)生有目的地“查漏補(bǔ)缺”，及時(shí)完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)及專題報(bào)告。如發(fā)酵過(guò)程中，基于所選定的發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)代謝特性，如何依據(jù)質(zhì)量守恒定律提高琥珀酸的產(chǎn)量？對(duì)此，我們要求學(xué)生查閱美國(guó)能源部和英國(guó)能源部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與開設(shè)的研究課題，從細(xì)胞代謝機(jī)理出發(fā)，設(shè)計(jì)提高產(chǎn)率的新調(diào)控工藝；在課堂上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)展開討論，通過(guò)答辯環(huán)節(jié)讓學(xué)生積極思考，發(fā)現(xiàn)并商議如何解決問(wèn)題。這種模式既避免了老師唱獨(dú)角戲，又充分訓(xùn)練了學(xué)生的縝密思維。（三）設(shè)計(jì)式教學(xué)。結(jié)合我院的中試發(fā)酵教學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們以青霉素、重組人血清白蛋白等產(chǎn)品為例，要求學(xué)生從實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)一套完整的生產(chǎn)線，包括上游菌種改良及物料前處理、中游發(fā)酵、下游分離純化。在模擬生產(chǎn)線建設(shè)時(shí)，我們要求學(xué)生配套設(shè)計(jì)整條生產(chǎn)線的過(guò)程設(shè)備，同時(shí)要求工程參數(shù)與工藝參數(shù)有機(jī)結(jié)合，細(xì)化設(shè)計(jì)各種參數(shù)（溫度、攪拌器轉(zhuǎn)速、溶氧、pH、碳源濃度、氮源濃度、菌體濃度、目標(biāo)產(chǎn)物濃度等）的檢測(cè)分析方案。依據(jù)在線／離線檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)，我們讓學(xué)生分析并優(yōu)化發(fā)酵過(guò)程控制，建立一套行之有效的青霉素或重組人血清白蛋白等工業(yè)發(fā)酵工程工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的高效合成。實(shí)例設(shè)計(jì)教學(xué)模式不但要求學(xué)生大量查閱資料，分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)與自己獲得的中試數(shù)據(jù)的異同及產(chǎn)生原因，而且要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與分析、動(dòng)力學(xué)模型解析等技能。這種教學(xué)模式不僅可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還可以促進(jìn)學(xué)生將骨干專業(yè)課程進(jìn)行融會(huì)貫通。

四、完善考核方式

該課程包括課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。課堂教學(xué)以考試為考核手段，實(shí)踐教學(xué)通過(guò)論文答辯進(jìn)行考核。理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)模式培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力、工科思維和科學(xué)思維。從我們目前的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，為學(xué)生布置國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)藥品或生物燃料等產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)與優(yōu)化，可以激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生將已學(xué)的骨干專業(yè)課進(jìn)行融會(huì)貫通，從根本上認(rèn)識(shí)專業(yè)學(xué)習(xí)的價(jià)值。在師生互動(dòng)的教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情很高，學(xué)習(xí)效果較好。

五、小結(jié)

針對(duì)生物工程設(shè)備基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、授課形式、考核模式的改革較好地解決了該課程難教和難學(xué)的問(wèn)題，極大地提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。在課堂教學(xué)過(guò)程中，師生互動(dòng)良好，教學(xué)取得了較好的效果。

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作者:樊安 馬沛 惠俊峰 駱艷娥 單位:西北大學(xué)