“纺织生物技术”课程的教学改革与实践

崔 莉，余圆圆，袁久刚，王 平，张 颖

(江南大学 纺织服装学院，江苏 无锡 214122)

“纺织生物技术”课程的教学改革与实践

崔 莉，余圆圆，袁久刚，王 平，张 颖

(江南大学 纺织服装学院，江苏 无锡 214122)

分析目前江南大学“纺织生物技术”课程教学过程中存在的问题，从调整和补充教学内容、改变教学方式及增设实践教学等方面，探讨该课程教学改革的途径。

纺织生物技术；轻化工程；教学改革

一、 “纺织生物技术”课程概况

纺织是我国国民经济的重要支柱产业，然而传统的纺织印染工业对环境的污染问题日益突出，已经成为制约我国纺织工业发展的瓶颈。生物技术应用于纺织的历史非常久远，但真正快速发展却是在20世纪80年代以后，它是随着生物酶技术的进步而发展起来的。具有代表性的应用主要包括将淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等酶制剂用于织物退浆、牛仔布整理及真丝脱胶等纺织加工。生物技术加工过程作用条件温和、高效以及无污染，可以应用于纺织材料的前处理、印染及后整理加工，是一种生态染整加工技术，具有广阔的发展前景。

生物技术的迅速发展对复合型轻化工程专业人才的培养提出了更高的要求。我校(江南大学)充分利用本校优势学科生物工程与纺织工程的发展和交叉融合，开设了针对轻化工程专业本科生的能力拓展课程“纺织生物技术”，该课程的教学与实施为培养符合纺织印染行业和社会发展需求的复合型人才奠定了基础。“纺织生物技术”课程以“有机化学”“纤维物理与化学”等课程为基础，通过学习使学生了解纺织清洁生产的必要性及纺织生物技术基本概念，重点掌握酶对纺织材料的作用原理、在纺织生产过程中的具体应用情况和最新发展研究，并了解纺织废水的生化处理特征及生物技术在纺织其他方面的应用，有助于相关专业间的融合，提高学生发现问题、分析问题及解决问题的能力，为以后的生产实践和科学研究打下基础。

“纺织生物技术”课程理论与实际结合性较强，且具有很强的学科交叉性。随着生物技术的迅速发展，目前的教学内容暴露出其局限性，相对单一的教学方式无法激发学生学习该课程的兴趣，同时学生缺乏足够的生物技术方面的基础知识，使得学生对生物技术及其应用无法深入理解，因此导致教学效果不尽如人意。针对上述问题，有必要对该课程进行教学改革，调整教学内容，采用多样化教学方式，激发学生的学习兴趣，以培养符合社会发展需求的复合型轻化工程专业人才。

二、 “纺织生物技术”课程教学存在的问题

1. 教学内容陈旧

课程教学内容是人才培养的主要落脚点,也是教学改革的关键。“纺织生物技术”课程的性质和教学目标需要该课程的教学内容既具有系统性又具有开拓性。我校自2005年开设“纺织生物技术”课程以来，没有固定教材，主要参考书目是2002年周文龙编著的《酶在纺织中的应用》[1]，内容主要包括生物酶的基础理论知识、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等几类常用酶种在织物退浆、纤维素纤维改性及蛋白纤维改性中的应用，并简要介绍了一些其他酶制剂，如过氧化氢酶、漆酶、脂肪酶等在纺织加工中的应用潜能。随着酶工程的迅速发展和人们对酶认识的不断深入，原来的教学内容已经无法满足“纺织生物技术”课程教学大纲的要求。随后在已有教学参考书目的基础上，将陈坚等于2007年编著的《新型纺织酶制剂的发酵与应用》[2]中的部分内容补充到课程教学中。该书中的相关内容是我校基于国家“863”计划、国家自然科学基金及教育部科学技术研究资助而开展的关于五种新型纺织酶制剂研究成果，这些内容代表了最新的纺织用酶制剂的生产和应用技术，具有前沿性和实用性。纺织产品加工过程的复杂性和多样性决定了可能用于纺织材料改性的酶种类的多样性，随着人们对纺织材料和酶的种类及其作用机理的认识不断深入，已有的教学内容已无法满足现代纺织生物技术发展的要求。

此外，“纺织生物技术”课程与前期及后续课程的衔接不够紧密。如“纺织生物技术”的先修课程为“有机化学”和“纤维物理与化学”，但这些先修课程与生物技术的教学内容缺乏紧密联系，造成学生在学习和理解纺织生物技术的含义，尤其是具体的生物酶催化机制及生物酶对纺织材料的改性机理时有一定的困难。导致学生无法从酶的本质与纤维结构和性能上理解酶催化在纺织纤维材料改性过程中的应用特点，只能生搬硬套，严重影响了学生对纺织生物技术知识的掌握，学生在后续课程的学习及今后相关科研生产中很难发挥其主动性和创造性。

2. 教学方法单一

“纺织生物技术”课程长期以来虽一直采用多媒体教学方式,但课件内容多为文字表述，在教学过程中仍以“教师讲、学生听”为主。作为一门轻化工程专业本科生的能力拓展课程，这种教学方法极大地限制了学生的学习积极性和主观能动性。学生本身缺乏生物技术的学习背景，面对复杂的生物酶结构、繁多的生物酶种类及抽象的作用机理，学生难免感觉理解困难，上课时容易懈怠懒散，严重影响了教学效果。

3. 缺乏实践教学环节

“纺织生物技术”课程具有理论性较强但又与实践联系紧密的特点，而目前我校该课程仅局限于课堂讲授，没有与之相配套的实践教学环节，学生对酶作用的高效性、专一性和作用条件温和性缺乏感性认识。与酶有关的唯一实践性环节也仅仅体现在少数学生的毕业论文相关课题的研究工作中，存在严重的局限性。即使能够进入与生物酶有关的后续毕业课题研究的学生，也严重缺乏实际操作技能及对生物酶作用条件的理解，而未进入该环节的学生对相关内容的掌握则完全停留在理论上，缺乏必要的实践应用能力和独立思考问题的能力。

三、 “纺织生物技术”课程教学改革初探

结合我校纺织生物技术研究所取得的成果，以及轻化工程专业与生物工程专业交叉融合的优势，在分析目前“纺织生物技术”课程教学存在问题的基础上，对该课程的教学体系进行了改革和完善，以促进学生更好地理解和掌握纺织生物技术。

1. 重组和优化教学内容

在没有固定教材的情况下，我们根据历年来所讲授的纺织生物技术相关内容，将授课内容分为三部分：(1)酶的催化理论，包括酶作为蛋白质的性质及其催化原理，纺织酶催化反应的特点。(2)各类常用酶在纺织加工中的应用，包括应用于纺织品前处理、染色和后整理各类加工过程中可能用到酶制剂的种类及其作用原理，一些新型酶种应用于纺织材料加工的潜能及最新的发展动态。(3)纺织材料的生物法合成，利用生物技术包括微生物和酶工程制备新型的纺织材料。

由于缺乏必要的生物技术基础知识，学生对酶的催化机制很难理解，对酶作为蛋白质所具有的性质具有似曾相识的感觉。因此，在教学过程中应简要回顾和补充蛋白质的组成、结构与功能的关系以及蛋白质的性质等相关基础知识[3]，使学生能更好地理解酶的性质、结构与酶的催化作用之间的关系，以及酶的作用效果与反应条件之间的关系。在讲授酶在纺织工业中的应用之前，给学生补充复习纺织纤维的物理化学性质，使学生更好地理解各类酶对纺织材料处理的作用机理。同时在教学过程中适当补充酶的活性测定原理及方法等相关内容，使学生全面了解生物技术在纺织工业中的应用，并为后续的实践教学打好基础。此外，结合我校生物工程学院和纺织服装学院纺织生物技术研究室近年来的课题研究成果[4-9]，在教学过程中介绍酶在纺织工业中应用的最近资料，如聚乙烯醇降解酶、谷氨酰胺转氨酶、漆酶等新型酶制剂在纺织工业中的应用，以及对现有酶制剂的改性及其对纤维材料的作用机制等，极大地丰富了教学内容，使学生了解该领域的最新发展动态。

2. 改进和完善教学手段

“纺织生物技术”课程的学科交叉性强，教学内容比较枯燥，再加上学生缺乏必要的生物技术基础知识，即使教师精心准备了教学内容，学生仍然缺乏听课兴趣。因此改革课程教学模式，提高学生学习主动性，就成为教学改革的一项重要内容。酶是一类应用广泛、发展迅速的生物催化剂，根据授课内容，给学生指定相应的讨论主题开展讨论式教学。学生通过查阅资料、制作PPT，然后在课堂上讲解，教师进行点评并组织学生提问讨论，激发学生积极思考，调动学生学习的主动性。如在讲授各类酶的作用机制时，让学生讨论酶对纤维作用的选择性及可能获得的整理效果。从纺织材料加工的条件分析纺织酶催化反应的特点，让学生从本质上了解酶的催化原理、用于不同结构纤维材料加工的酶制剂种类及酶促反应在纺织材料加工各工序的作用效果，通过讨论提出提高生物酶在纺织品印染加工过程中稳定性的方法。学生在这种师生互动式教学中，由被动接受变为了主动学习，极大地提高了学生的查阅文献能力、口头表达能力以及分析问题和解决问题的能力。同时在提问与回答中活跃了课堂气氛，学生思维得到激发，教师也能够获得一些有启发性的研究灵感。

以前“纺织生物技术”课程虽采用多媒体教学，但是课件以文字为主，内容相对单调枯燥，很难激发学生的学习兴趣。为此我们重新制作了多媒体课件，充分利用现代网络资源，在课件中添加了大量的图片和动画，并配以相应的视频资料，将生物酶的催化机制、酶的测定方法等生动而具体地展示出来。如在讲授酶的催化效率时，将过氧化氢在无催化剂、金属离子催化剂与过氧化氢酶催化下的分解效率展示在同一张幻灯片中，使学生对酶催化高效性的特点一目了然；在讲述酶的催化机理时，以丝氨酸蛋白酶为例，以动画的形式生动形象地将酶与底物的结合、底物转变为产物的过程展示给学生，使原本抽象难懂的理论知识变得形象生动、通俗易懂，学生对该内容印象深刻，极大地提高了学习热情。

3. 增设实践环节

“纺织生物技术”作为一门理论性和实践性很强的课程，必须将理论与实际生产相结合，通过实践才能使学生深入地理解生物技术应用于纺织工业的理论知识，因此只是在课堂上讲授生物酶的相关理论是远远不够的。对此，我们根据生物酶在纺织品印染加工中应用的发展趋势，以及我校在纺织生物技术方面的研究特色，开展相应的实验教学。学生通过自己动手操作，观察酶对纺织材料改性的结果和现象，深入地理解酶的作用，全面地掌握纺织生物技术知识。在实践教学过程中，还要留给学生一定的自由度和独立的思维空间,让学生充分发挥自主性。围绕“纺织生物技术”课程教学目的和教学内容，我们初步设计了2个实验：(1)淀粉酶退浆，要求学生了解淀粉酶活性的测定方法，了解影响淀粉酶对棉织物淀粉浆料退除效果的影响因素；(2)过氧化氢酶去除漂白残留的过氧化氢，要求学生考察过氧化氢酶的作用对漂白后棉织物染色性能的影响，并与传统水洗法去除过氧化氢的效果进行比较。

此外，利用我校已有的纺织生物技术研究室资源，在实践教学环节中组织学生参观教师和研究生在生物酶应用方面的研究成果，使学生了解生物酶的基础理论知识和应用领域，了解生物酶的应用特点和最新发展动向。还组织学生在课堂学习之余积极参与该实验室相关课题的讨论和研究工作，锻炼学生的实际操作能力和思考问题、解决问题的能力。

四、 结语

通过几年的教学实践，我们对“纺织生物技术”课程现有教学内容进行了重组优化和适当补充，使这门学科交叉性强的课程的知识结构更加完整，教学内容更加丰富，并与当前该领域的最新发展动态紧密联系，有效地发挥了该课程开拓学生知识视野和提高学生学习能力的作用。教学方法的改善提高了学生的学习兴趣，激发了学生的思维。增设的实践教学环节，真正使学生从理论和实际的结合中理解和掌握纺织生物技术的相关知识，锻炼了学生的动手能力，培养了学生运用知识解决实际问题的能力。

[1] 周文龙.酶在纺织中的应用[M].北京:中国纺织出版社，2002.

[2] 陈坚，华兆哲，堵国成.新型纺织酶制剂的发酵与应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3] 魏述众.生物化学[M].北京:中国轻工出版社，1996.

[4] 崔莉.微生物谷氨酰胺转胺酶稳定性及其对羊毛蛋白纤维改性机制的研究[D].无锡：江南大学，2007.

[5] 厉成宣.固定化过氧化氢酶对H2O2的催化分解[D].无锡：江南大学，2008.

[6] 王平.羊毛表面生物酶改性及机制研究[D].无锡：江南大学，2010.

[7] 余圆圆.纤维素酶修饰及其对纤维素纤维作用的研究[D].无锡：江南大学，2014.

[8] 倪晓艳.漆酶改性黄麻纤维增强树脂复合材料的制备与性能研究[D].无锡：江南大学，2015.

[9] 张颖.微生物降解聚乙烯醇的条件及降解过程机制研究[D].无锡：江南大学，2006.

2015年江南大学本科教学改革研究项目(JG2015042)

崔 莉(1972—)，女，山西长治人，副教授，博士，研究方向为纺织生物技术。E-mail:cuili_72@163.com

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2095-3860(2017)06-0487-03

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