现代教学法在应用生物催化教学中的应用

吕英海，邹玉红，高登征，崔志芳

(山东科技大学化学与环境工程学院，山东 青岛 266590)



现代教学法在应用生物催化教学中的应用

吕英海，邹玉红，高登征，崔志芳

(山东科技大学化学与环境工程学院，山东 青岛 266590)

应用生物催化是一门应用性很强的交叉学科，传统的Lecture-Based Learning(LBL)教学法已经很难达到很好的教学效果。Problem-Based Learning(PBL)教学法，Case study案例教学法，Seminar教学法和LBL联合使用会取得好的效果。其中，LBL教学法主要针对系统性、准确性、信息量大的内容；PBL教学法侧重重点内容的分析归纳；案例教学紧贴生产实际；Seminar教学法则探讨科研问题。几种教学法联合使用则会取长补短，使应用生物催化教学取得好的教学效果。

生物催化；现代教学法；PBL教学法；案例教学法；Seminar教学法

应用生物催化是生物化工方向的一门重要专业课。它是生物学、化学、过程工程科学的交叉学科，其核心目标是通过教学以酶或微生物为催化剂来生产医药、化工、能源、材料等产品的方法、技术及工艺。使学生较系统地掌握生物催化系统的构成要素；催化剂的筛选和制备方法；不对称转化、非水相催化；以及生物催化剂在相关领域的应用状况和存在问题。但是，其教学内容牵扯酶工程、生化分离、生物化学、有机化学等多个方面，是一门应用性很强的交叉学科，要系统的学好这么课，传统的Lecture-Based Learning(LBL)教学法已经很难达到很好的效果。

1 LBL教学法的应用

LBL教学法是目前国内最常用的一种教学法，它是以教师为中心的讲授式教学法。这种方法具有对学生基本能力要求低，节省教学资源，传授知识具有准确性、系统性和连贯性等优点[1]。而且具有信息量大，学生易于掌握等特点。所以，在应用生物催化教学中，酶的发现、提取、表征、生产、改造，这些内容相互联系、密不可分，自成体系的内容，应该以讲授法为主。在讲授过程中要注意与其他课程的联系和比较。透彻分析易错PCR、DNA改组等定向进化技术。另外，在一些不容易理解的难点知识最好也用LBL教学法，比如King和Altman酶催化反应动力学的推导，单加氧酶反应机理的解释等内容。但是LBL教学法往往容易让学生产生惰性，使他们动手能力差，不利于他们的个人发展。

2 PBL教学法的应用

Problem-Based Learning(PBL)教学法，是以问题为基础，以学生为主体，以小组讨论为主要形式的教学法[1]。它常常围绕某一专题或问题进行研究性的学习，这势必会激发学生的积极性和主动性，使学生的自学、创新、协作能力得以不断提高。在应用生物催化教学中，教师首先根据教学实际情况设计出与学生基本能力相匹配的问题体系。比如在讲生物催化介质系统这一章时，我们可以设置这样几个问题：典型的生物催化介质系统有哪些？非水溶剂的影响及其选择原则是什么？水活度的影响及其控制方法有哪些[2]？有机介质中酶催化反应类型及应用有哪些？每个大问题下面可以再设置一些子问题。然后将问题交给同学们，让他们通过图书馆、网络等多种渠道获得相应的答题思路和解决方法，并记录存在的问题。然后在课堂上，师生共同讨论问题的答案并分析解决此问题，也可以指定积极踊跃的同学担任小组长来组织讨论，意见有分歧的问题可以进一步辩论，最好每个学生都能阐述自己的观点。最后由老师归纳总结，给出参考性答案。对学生仍然不能理解的问题，课下可以进行第二轮资料查找和分析论证，直到问题解决为止。整个过程涉及质疑、判断、比较、选择及分析、综合、概括等认识活动，通过多种思维和认知方式获得问题的解决，其实就是学生逐步获得综合思考和解决问题能力的过程[3]。PBL模式集中体现了建构主义教学理念，代表了高校教育科研领域重大的、综合的和广泛流行的改革趋势[4]。但是PBL教学仍然存在设计问题与学生能力不匹配，学生反应不积极，学习耗时长，系统性差，评价体系不健全等问题。

3 案例教学法的应用

Case study又称案例教学法。针对不同的教学内容，教师可以选择典型且有代表性的恰当案例，并以案例为基本素材，将学习者引入一个特定的真实情境中，通过师生、生生之间的双向和多向互动，积极参与，平等对话和研讨，促使学生充分理解问题之复杂性、变化性、多样性等属性的教学形式[5]。它能培养学生的批判反思意识、分析和解决实际问题的能力及团体合作能力，从而实现理论联系实际、学以致用的教学目的[5]。案例教学既可以在讲课过程中单独使用，也可以与PBL教学方法结合作为其组成之一。例如我们以图1[6]这个专利文件的主要内容为蓝本编成案例，让同学们学习讨论，使他们掌握反应的主要原理，明确什么叫一锅法，了解这种方式的优缺点。这样他们就会举一反三掌握这一类型的反应机理及特点。尽管关于酶催化反应的实例较多，但能够承载合理教学内容，符合教学要求的案例并不多，可以说，国内的应用生物催化案例教学仍处于起步阶段。同时，学生的知识体系的差距，也会影响他们对案例教学的热爱程度。还需要任课老师下力气去挖掘整理。

图1 一锅法合成青霉素类抗生素的反应机理

4 Seminar教学法的应用

Seminar教学法则是以学术交流为内容的研讨式教学法，教师和学生共同组成教学的主体。围绕某一科研课题进行调研、分析、讨论、总结，这种教学法有助于师生了解本学科科研前沿，掌握与科研密切相关的方法和技术，非常有利于学生创新能力的提高。但是单纯的Seminar教学法对师生的学术素养和学习态度有较高要求，很多研讨往往流于形式，难以取得好的效果。因此，在应用生物催化教学中我们只在与科研结合紧密的章节中，选取有代表性的研究性文献进行学习、分析、归纳、总结。例如在讲固定化酶或者固定化菌体这部分内容时，我们让学生研读Web of science上关于酵母菌细胞包埋固定化应用的代表性综述文章“Encapsulation in a natural, preformed, multi-component and complex capsule: yeast cells”。该文章描述了酵母菌在食品、药品、日化用品等方面的应用[7]。学生通过学习、分析、讨论、比较，从而得出固定化细胞的发展方向。这种方法会使学生从呆板、僵化、过时的体系中脱离出来，接触到了新的、先进的方法和技术，为他们以后研读科研文献，紧跟当今生物催化发展的前沿和热点，掌握其研究方向及趋势，以及进入科研机构或企业奠定基础。但是Seminar同样对教师和学生提出了更高的要求，教师不仅要有科研经历，还需要良好的协调、沟通能力；学生不但要有科研兴趣和素养，同时还要有扎实的英语读写能力。但是由于有些同学基础较差，接受起来有较大困难，兴趣不高，准备的材料质量较差。

5 结 语

以上几种国外先进的教学方法都有一个共同的特点，那就是以学生为中心、以实际问题为导向的学习法。但是不同的教学方法都各有优缺点，单独使用一种方法不利于取得良好的教学效果。传统的LBL教学方法与国外现代的PBL、case study、Seminar教学法联合使用，既引入了现代教学方法在教学方式方法上的创新，提高了学生的学习兴趣，锻炼了他们的自学能力、动手能力和创造能力。同时又避免了PBL等教学法造成的知识体系不系统，学生基础知识不扎实等缺点。通过近一年的LBL与PBL、case study、Seminar教学法联合使用，教师感觉到知识传授体系更科学了，学生则认为教学不再是老师的事情了，教学相长在这里得到了真正的体现。但是，由于各种教学法具有不同的特点，客观、科学、合理的评价体系急需建立。再加之大三、大四学生面临较大的考研、就业压力，有些学生的英语达不到应有的水平。学生学习时间紧迫，教师教学科研压力大，教学团队构建不够合理等原因。要想达到理想的水平，还有很长的路要走。但无论如何，国内现行的应用生物催化教学必须要尽快地转变教学观念，将国外现行有效的教学思想应用到中国具体教学实践中去，为培养具有创造力、国际竞争力的生物工程专业人才做出贡献。

[1] 于述伟, 王玉孝. LBL、PBL、TBL教学法在医学教学中的综合应用[J]. 中国高等医学教育, 2011(5):100-102.

[2] 许建和. 生物催化工程[M]. 上海：华东理工大学出版社, 2008:142-145.

[3] 崔炳权, 李春梅, 何震宇, 等.PBL 教学法在生物化学实验课教学中应用的探索[J].中国高等医学教育, 2007(1):7-8.

[4] 苗慧, 刘俊龙, 张文保,等. 基于PBL模式的化学实验设计与实施—以光催化降解染料脱色实验为例[J]. 化学教育, 2015, 36(24):35-38.

[5] 郭德红. 案例教学:历史、本质和发展趋势[J]. 高等理科教育, 2008(1):22-24.

[6] 吴起,杜莉莉,林贤福. 一种酶催化一锅法合成青霉素类抗生素的方法[P]. 浙江：CN101659977,2010-03-03

[7] PHAM-HOANG B N, ROMERO-GUIDO C, PHAN-THI H, et al. Encapsulation in a natural, preformed, multi-component and complex capsule: yeast cells[J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2013, 97(15):6635-6645.

Application of Modern Teaching Method in Applied Biocatalysis Teaching

LVYing-hai,ZOUYu-hong,GAODeng-zheng,CUIZhi-fang

(College of Chemical and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590, China)

Applied Biocatalysis is a highly interdisciplinary subject. The traditional teaching method is Lecture-Based Learning (LBL) which has some disadvantage to achieve good teaching effect in some way. Some new teaching meathods such as Problem-Based Learning (PBL), case study, Seminar integrated with LBL method will achieve good results. Among them, LBL teaching method mainly aims at systematic, accurate and informative content. PBL teaching method focuses on the analysis of the main topic. Case teaching is used to discuss the actual products. Seminar teaching method is helpful to explore scientific topics. These several teaching methods can be mutually complementary in the practical teaching. So the good teaching results can be achieved in the future.

biocatalysis; modern teaching method; PBL teaching method; case study teaching method; Seminar teaching method

吕英海(1971-)，男，博士，主要从事生物化工研究。

G642.421

A

1001-9677(2016)022-0195-02