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摘 要:酶工程实验课具有很强的专业性和实践性。为充分调动学生自主学习的积极性,拓宽学生获取知识的空间,培养学生的创新能力,体现教学与科研结合、教学与科研并举的高校办学理念,我们采取整合教师科研成果,开设开放型实验选修课的方式,对酶工程实验教学进行改革。实践证明,它克服了以验证性实验为主的传统教学模式固有的诸多弊端,实施后成效显著。
关键词:酶工程实验酶工程教学改革
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)09(a)-0122-02
酶工程是生物工程专业一门实践性极强、与生产实际联系紧密的重要课程,教学涉及的内容在工业、农业、医药、保健、环保等领域都发挥重要的作用[1]。因此,生物工程专业的学生除了要认真学习酶工程专业理论课,必要的、合理课时的实验课也要非常重视。酶工程实验课作为一种重要的教学手段,可以加深学生对酶工程理论知识的理解,帮助学生掌握酶工程实验规范的操作方法,培养其创新意识,提高其理论与实际相联系并具体地、灵活地运用去解决实际问题的能力[2～3]。
1 已开设酶工程实验课的现状和存在的问题
我们学院于2003年成立,并在生物工程专业开设酶工程的理论和实验课程。酶工程实验以验证性实验为主,主要内容包括糖化酶动力学性质及环糊精酶基因的诱导表达等,共计20学时。在实验课教学过程中,学生在教师的指导下,按照讲义的实验步骤进行实验操作、观察和记录。通过实验课,帮助学生了解一些常用仪器设备的安装和使用,熟悉酶学实验的操作技巧。
总结这几年的酶工程实验课教学,在肯定教学成果的同时,也发现存在不少问题。由于验证性的实验方法和步骤几乎是固定的,学生实验时仅需按照老师已经设定好的实验方案进行操作即可,缺乏学习的主动性,也不深究各实验步骤所包含的意义。在实验中如果遇到问题,往往不努力也不善于思考,而是抱着为了完成实验而做实验的态度,依赖老师去解决。我学院由于受课时和本科教学实验室安排的限制,开设的酶工程实验课教学内容相对较少,许多与酶学和酶工程相关的实验操作均未包括在内,学生应掌握的知识点和知识面有限,且实验时间安排有间断,缺乏连贯性,不利于学生系统地学习。此外,酶工程理论课和实验课的授课由不同的教师担任,理论课和实验课的教学内容有点脱节,实验课的教学效果打了折扣。
2 酶工程实验课改革的整体思路
从目前酶工程实验课的教学现状来看,无论是教学内容,教学理念还是教学方法,都需要部分调整和创新,以适应制定的教学目标。
实验教学是创新人才培养过程不可缺少的重要组成部分,是培养学生理论联系实际、提高创新精神和实践能力的重要环节。长期以来,我校坚持实验教学与科研相结合、以科研促进实验教学改革的方针,提出了一系列将科学研究的优势资源引入实验教学、引导学生参加科研和创新活动的措施[4]。目前,学院从调动学生的学习积极性和提高学生综合实验技能的角度出发,顺应实验教学改革的发展趋势并结合我院的实际情况,已有条件地对本科生开放了部分学生教学和教师科研实验室,为酶工程及其它实验课的教学改革提供了便利条件。
我们设想将原先的“验证性实验+少量设计型实验”的教学模式改变成“验证性实验+开放型实验”的教学模式。验证性实验模块部分,除小部分微调,教学内容和教学方式还沿用原有的模式,以保证酶工程实验课教学的稳定和连续性。开放型实验模块,可作为改革的重点。其改革和操作的思路可以归纳为:在开放的实验室和教师指导下,结合教师的科研项目,由学生自主选择感兴趣的课题,查阅资料,运用所学的专业知识,提出实验方案,制定详细的实验步骤,选择实验设备并完成实验。这样,整个实验过程,学生学习的自主性、实践性和创新性都得到很好的锻炼,同时也体现了知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念。
3 酶工程实验课改革的方案
针对酶工程实验课原先存在的不足,按照上述改革的整体思路,结合酶工程理论课教学内容、实验室条件,经慎重考虑和讨论,我们采用我院博士生导师梁智群教授研发的、拥有自主知识产权的科研成果—生物反应法生产L-丙氨酸项目的部分研究内容,作为开放型的酶工程实验课题,供学生自主选择和参与,待评价实施改革的效果和总结经验后,再铺开至其它研究项目和成果。
生物反应法生产L-丙氨酸技术,采用整体细胞酶催化反应的方式,技术成熟,工艺先进,已实现产业化并获得2009年广西科学技术进步二等奖。技术内容涉及发酵产酶、酶分离、酶转化、酶学性质、产物分离、分析检测等,包括酶学范畴的上游和下游工程,实验内容完整连贯,与酶工程理论课教学内容十分贴近。二年级以上的同学在教师的指导下可以理解和掌握涉及到的专业基础知识,且大部分为常规的实验操作,学生易学易上手。此外,指导教师积累了丰富的研究和实践经验,实验场地、仪器设备和时间也有保障。
4 酶工程实验课改革的实践
按上述改革方案,将实验进行模块化设计,主要内容包括:(1)名称:酶法合成L-丙氨酸综合实验。(2)类别:开放型的课外选修。(3)实验设计:将实验方法归为几块——酶提取、酶促转化反应、产物分离、提纯和检验,实验时学生有一定思维和研究方法的选择空间。(4)实验要求:学习各种提取和分离酶的方法,要求酶活性保持80％以上。学习多种提高和稳定酶活力的方法,并熟悉其原理。此外还要求学生了解和掌握至少3种以上常用产物的提取方法。(5)实验目标:在学习和掌握L-丙氨酸生产工艺和研究方法的基础上,针对原有工艺不完善之处,提出改进的设想并研究。(6)实验周期:一个学期。(7)实验人数:每批5～6人。
实验基本方案确定之后,我们将相关介绍整理成文,放到学院网站,同时打印分发到各班级。采取学生自愿报名,教师择优的双向选择方式确定参加教改学生的名单。学生每2人一组,按方案分段安排实验,定时交替轮换。学生利用课余时间和双休日,查资料、定方案和做实验。实验室安排专人负责,实时跟踪,定时组织汇报交流,协助学生解决各种难题。同时,鼓励学生积极参与实验室的各种学术交流活动,感受实验室浓厚的学术氛围,并尽快融入其中成为科研团队的一员。
5 实施实验改革的成效和体会
我们自2009年初实施酶工程实验课教改,迄今参加的学生人数共计4批24人。从我们长期观察和问卷调查的结果来看,教改成效显著。其积极意义和效果可以归纳为:(1)将原创获奖的应用项目,引入普通本科生的实验课教学,是一种大胆的突破和创新,体现了教学与科研结合、培养应用型人才的本科教育理念。(2)作为验证性实验课的补充,充分调动了学生自主学习的积极性,加深学生对酶工程理论知识的理解,提高动手能力和实验技巧,增强学生的就业竞争力。(3)开放性的实验设计,灵活、人性化的实验时间安排,丰富和充实了学生的业余生活,强化学生的实验兴趣。(4)建立了本科生与硕士生、博士生、老师等之间正常交流的渠道,实现了本科教学和教师科研资源的优化配置、共享。
参加教改的同学,有6位保送或考取了研究生,已毕业参加工作的学生,专业知识面和实际动手能力普遍获得用人单位的好评。值得一提的是,学生不拘一格、大胆、创新的思维,也会促进教师科研工作的开展。如韦春葵同学等在实验中发现,通过添加一些特殊的表面活性剂,可以显著提高L-丙氨酸生产菌产胞外酶活力和酶的稳定性。为此,申请和公开了两项国家发明专利,《L-丙氨酸生产中制酶工艺技术的改进及应用》也获得了国家大学生创新实验项目的立项支持。目前项目已完成小试,正在进行中试放大,顺利的话,可以应用于实际生产,从而解决长期困扰企业的、无法充分利用菌体胞内酶的技术难题,降低L-丙氨酸生产成本。
6 结语
酶工程实验是一门综合性很强的实验课,转变单一的教学模式,不断健全和完善实验教学体系,才能培养出符合时代发展要求、高素质的复合应用型人才。因此,在不断更新酶工程理论课教学内容的同时,有必要对实验课进行改革。结合实验室条件,将授课教师多年的研究成果进行整合,作为开放型的课外选修课,引入酶工程实验教学,克服了以验证性实验为主的传统模式的诸多弊端,实现了活跃学生思维、激发学生求知欲望和创新意识、帮助学生在有限的课时内学习和掌握更多专业知识和实验技巧的改革目标。
参考文献
[1] 林淦,刘科.酶工程专业课程的教学与思考[J].化工高等教育,2007,3:27～28.
[2] 窦世娟,侯春燕,等.生命科学世纪呼唤酶工程教学改革深入发展[J].河北农业大学学报,2009,11(3):326～328.
[3] 王杰.酶工程设计型实验教学方法的探索与应用[J].河北农业科学,2009,13(6):153～154.
[4] 韦化,曾冬梅,秦钢年.实验教学与科研相结合,培养学生的创新能力[J].实验技术与管理,2008,25(5):31～34.
关键词:酶工程实验酶工程教学改革
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)09(a)-0122-02
酶工程是生物工程专业一门实践性极强、与生产实际联系紧密的重要课程,教学涉及的内容在工业、农业、医药、保健、环保等领域都发挥重要的作用[1]。因此,生物工程专业的学生除了要认真学习酶工程专业理论课,必要的、合理课时的实验课也要非常重视。酶工程实验课作为一种重要的教学手段,可以加深学生对酶工程理论知识的理解,帮助学生掌握酶工程实验规范的操作方法,培养其创新意识,提高其理论与实际相联系并具体地、灵活地运用去解决实际问题的能力[2～3]。
1 已开设酶工程实验课的现状和存在的问题
我们学院于2003年成立,并在生物工程专业开设酶工程的理论和实验课程。酶工程实验以验证性实验为主,主要内容包括糖化酶动力学性质及环糊精酶基因的诱导表达等,共计20学时。在实验课教学过程中,学生在教师的指导下,按照讲义的实验步骤进行实验操作、观察和记录。通过实验课,帮助学生了解一些常用仪器设备的安装和使用,熟悉酶学实验的操作技巧。
总结这几年的酶工程实验课教学,在肯定教学成果的同时,也发现存在不少问题。由于验证性的实验方法和步骤几乎是固定的,学生实验时仅需按照老师已经设定好的实验方案进行操作即可,缺乏学习的主动性,也不深究各实验步骤所包含的意义。在实验中如果遇到问题,往往不努力也不善于思考,而是抱着为了完成实验而做实验的态度,依赖老师去解决。我学院由于受课时和本科教学实验室安排的限制,开设的酶工程实验课教学内容相对较少,许多与酶学和酶工程相关的实验操作均未包括在内,学生应掌握的知识点和知识面有限,且实验时间安排有间断,缺乏连贯性,不利于学生系统地学习。此外,酶工程理论课和实验课的授课由不同的教师担任,理论课和实验课的教学内容有点脱节,实验课的教学效果打了折扣。
2 酶工程实验课改革的整体思路
从目前酶工程实验课的教学现状来看,无论是教学内容,教学理念还是教学方法,都需要部分调整和创新,以适应制定的教学目标。
实验教学是创新人才培养过程不可缺少的重要组成部分,是培养学生理论联系实际、提高创新精神和实践能力的重要环节。长期以来,我校坚持实验教学与科研相结合、以科研促进实验教学改革的方针,提出了一系列将科学研究的优势资源引入实验教学、引导学生参加科研和创新活动的措施[4]。目前,学院从调动学生的学习积极性和提高学生综合实验技能的角度出发,顺应实验教学改革的发展趋势并结合我院的实际情况,已有条件地对本科生开放了部分学生教学和教师科研实验室,为酶工程及其它实验课的教学改革提供了便利条件。
我们设想将原先的“验证性实验+少量设计型实验”的教学模式改变成“验证性实验+开放型实验”的教学模式。验证性实验模块部分,除小部分微调,教学内容和教学方式还沿用原有的模式,以保证酶工程实验课教学的稳定和连续性。开放型实验模块,可作为改革的重点。其改革和操作的思路可以归纳为:在开放的实验室和教师指导下,结合教师的科研项目,由学生自主选择感兴趣的课题,查阅资料,运用所学的专业知识,提出实验方案,制定详细的实验步骤,选择实验设备并完成实验。这样,整个实验过程,学生学习的自主性、实践性和创新性都得到很好的锻炼,同时也体现了知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念。
3 酶工程实验课改革的方案
针对酶工程实验课原先存在的不足,按照上述改革的整体思路,结合酶工程理论课教学内容、实验室条件,经慎重考虑和讨论,我们采用我院博士生导师梁智群教授研发的、拥有自主知识产权的科研成果—生物反应法生产L-丙氨酸项目的部分研究内容,作为开放型的酶工程实验课题,供学生自主选择和参与,待评价实施改革的效果和总结经验后,再铺开至其它研究项目和成果。
生物反应法生产L-丙氨酸技术,采用整体细胞酶催化反应的方式,技术成熟,工艺先进,已实现产业化并获得2009年广西科学技术进步二等奖。技术内容涉及发酵产酶、酶分离、酶转化、酶学性质、产物分离、分析检测等,包括酶学范畴的上游和下游工程,实验内容完整连贯,与酶工程理论课教学内容十分贴近。二年级以上的同学在教师的指导下可以理解和掌握涉及到的专业基础知识,且大部分为常规的实验操作,学生易学易上手。此外,指导教师积累了丰富的研究和实践经验,实验场地、仪器设备和时间也有保障。
4 酶工程实验课改革的实践
按上述改革方案,将实验进行模块化设计,主要内容包括:(1)名称:酶法合成L-丙氨酸综合实验。(2)类别:开放型的课外选修。(3)实验设计:将实验方法归为几块——酶提取、酶促转化反应、产物分离、提纯和检验,实验时学生有一定思维和研究方法的选择空间。(4)实验要求:学习各种提取和分离酶的方法,要求酶活性保持80％以上。学习多种提高和稳定酶活力的方法,并熟悉其原理。此外还要求学生了解和掌握至少3种以上常用产物的提取方法。(5)实验目标:在学习和掌握L-丙氨酸生产工艺和研究方法的基础上,针对原有工艺不完善之处,提出改进的设想并研究。(6)实验周期:一个学期。(7)实验人数:每批5～6人。
实验基本方案确定之后,我们将相关介绍整理成文,放到学院网站,同时打印分发到各班级。采取学生自愿报名,教师择优的双向选择方式确定参加教改学生的名单。学生每2人一组,按方案分段安排实验,定时交替轮换。学生利用课余时间和双休日,查资料、定方案和做实验。实验室安排专人负责,实时跟踪,定时组织汇报交流,协助学生解决各种难题。同时,鼓励学生积极参与实验室的各种学术交流活动,感受实验室浓厚的学术氛围,并尽快融入其中成为科研团队的一员。
5 实施实验改革的成效和体会
我们自2009年初实施酶工程实验课教改,迄今参加的学生人数共计4批24人。从我们长期观察和问卷调查的结果来看,教改成效显著。其积极意义和效果可以归纳为:(1)将原创获奖的应用项目,引入普通本科生的实验课教学,是一种大胆的突破和创新,体现了教学与科研结合、培养应用型人才的本科教育理念。(2)作为验证性实验课的补充,充分调动了学生自主学习的积极性,加深学生对酶工程理论知识的理解,提高动手能力和实验技巧,增强学生的就业竞争力。(3)开放性的实验设计,灵活、人性化的实验时间安排,丰富和充实了学生的业余生活,强化学生的实验兴趣。(4)建立了本科生与硕士生、博士生、老师等之间正常交流的渠道,实现了本科教学和教师科研资源的优化配置、共享。
参加教改的同学,有6位保送或考取了研究生,已毕业参加工作的学生,专业知识面和实际动手能力普遍获得用人单位的好评。值得一提的是,学生不拘一格、大胆、创新的思维,也会促进教师科研工作的开展。如韦春葵同学等在实验中发现,通过添加一些特殊的表面活性剂,可以显著提高L-丙氨酸生产菌产胞外酶活力和酶的稳定性。为此,申请和公开了两项国家发明专利,《L-丙氨酸生产中制酶工艺技术的改进及应用》也获得了国家大学生创新实验项目的立项支持。目前项目已完成小试,正在进行中试放大,顺利的话,可以应用于实际生产,从而解决长期困扰企业的、无法充分利用菌体胞内酶的技术难题,降低L-丙氨酸生产成本。
6 结语
酶工程实验是一门综合性很强的实验课,转变单一的教学模式,不断健全和完善实验教学体系,才能培养出符合时代发展要求、高素质的复合应用型人才。因此,在不断更新酶工程理论课教学内容的同时,有必要对实验课进行改革。结合实验室条件,将授课教师多年的研究成果进行整合,作为开放型的课外选修课,引入酶工程实验教学,克服了以验证性实验为主的传统模式的诸多弊端,实现了活跃学生思维、激发学生求知欲望和创新意识、帮助学生在有限的课时内学习和掌握更多专业知识和实验技巧的改革目标。
参考文献
[1] 林淦,刘科.酶工程专业课程的教学与思考[J].化工高等教育,2007,3:27～28.
[2] 窦世娟,侯春燕,等.生命科学世纪呼唤酶工程教学改革深入发展[J].河北农业大学学报,2009,11(3):326～328.
[3] 王杰.酶工程设计型实验教学方法的探索与应用[J].河北农业科学,2009,13(6):153～154.
[4] 韦化,曾冬梅,秦钢年.实验教学与科研相结合,培养学生的创新能力[J].实验技术与管理,2008,25(5):31～34.