“酶工程”课程改革探讨与实践

杨立 龚乃超 柯斌清

摘 要 “酶工程”是生物工程、生物技术、生物制药等专业的专业必修课。针对课程内综合知识点和学科间交叉知识较多，知识体系较完整，课内学时较少等因素，学生学习存在较大难度，想系统学好较难。但课内学时有限，针对以上问题，作者所在教学团队对该门课程传统教学方式进行改革，推崇过程教学环节监控及课程内综合知识及课程间交叉知识的梳理，推崇设计相应实践案例让学生完成深入学习。从而让学生能够较大可能学好该门课程及其相关知识体系。

关键词 酶工程 过程教学 综合知识点 实践案例

中图分类号：G424                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.01.040

Abstract "Enzyme engineering" is a required course for bioengineering， biotechnology， biopharmaceutical and other majors. In view of the factors such as more comprehensive knowledge points and interdisciplinary knowledge in the course， more complete knowledge system and less class hours in the course， it is difficult for students to learn well systematically. But the class hours are limited. In view of the above problems， the teaching team of the author reformed the traditional teaching method of the course， praised the process teaching link monitoring and the combing of comprehensive knowledge and cross knowledge in the course， and praised the design of corresponding practice cases for students to complete in-depth learning. So that students can learn the course and its related knowledge system well.

Keywords Enzyme engineering; process teaching; comprehensive knowledge points; practice case

1過程教学监控

1.1课堂内教学效果监控

在平时成绩设定中，为了避免传统教学方式中，学生学习不够主动，课堂中与教师互动较少等缺陷，设定了课堂互动占平时成绩的30%;课堂互动主要由两部分组成，教师主动提问和学生主动讲解两部分组成。

教师每节课45分钟随堂至少提问3次，问题涉及主要包括上节课重点知识回顾，本节课难点知识理解与实践性较强问题的理解等。由于不定时的提出问题，使学生上课时的注意力，必须时刻保持集中。如不知道问题或问题回答极端错误，直接扣5分，问题回答部分正确，不扣分不得分，问题回答基本正确，得3分;问题回答正确得全分5分。

学生主动讲解每次课不多于2次，每次不超过3分钟。一般安排在第一节课上课前5分钟进行。教师提出综合性或实践性较强问题，由学生抢答，回答完全正确得5分，部分正确得3分，错误得0分，此项不扣分。课堂互动单项满分100分，占平时成绩的30%。

通过课堂互动，发现不论学生坐在教室哪里，都必须认真听讲，避免了以前学生坐在后面几排，偷懒玩手机等现象。另外通过学生主动讲解发现，学生在课间与课余时分，经常就一些老师上课中提到的重难点知识进行交流，相互探讨，期望把知识弄懂有机会在课堂上进行讲解。并且形成了较好的学风，大家都相互比拼，相互帮助，班级整体学习氛围大为提高。

1.2课堂外自学过程监控

课堂外的学习是大学生重要的学习阶段，如何较好监控困难较大。以我校为例，对大一新生进行严格规定上晚自习外，其余年级晚上的时间都是灵活的。即使少量班级自行组织上晚自习，但自习外的课余时间，还是难以有效监控，作业抄袭或借鉴现象尤为普遍。针对“酶工程”知识体系复杂，课程综合知识点和学科间交叉知识点较多，本教学团队设计了案例分析，工艺设计及单元测试环节。学生利用课外时间，需要完成2次的案例分析，满分100分，每次满分50分，占平时成绩的10%，完成2次工艺设计，满分100分，每次满分50分，占平时成绩的10%;通过共计四次的案例分析与工艺设计，学生在课外的学习时间与质量就可以得到保证。并且由于同门的案例不同，大家都必须独立完成自己的，就不懂的问题可以相互交流，有效避免了传统作业抄袭的现象。并且大多案例分析联系生活紧密，使学生们对学科学习产生了较大兴趣，区别于传统作业，理论知识太强，实际性较弱的缺点。

2 综合知识点及案例习题

2.1 课程内综合知识点和课程间综合知识点的系统梳理及针对性讲解，方便学生进行理解

2.1.1 课程内综合知识点

以郭勇版《酶工程》教材为例，[1]第六章酶固定化与第九章酶反应器知识点联系紧密，其中填充床化反应器和流化床反应器等适用于固定化酶，需要学生们熟悉固定化酶的相关属性及其特点，才能灵活将其运用于生物反应器中。除去会在生物反应器中运用固定化酶生产外，还要灵活根据固定化酶的属性，设计或选择合适的生物反应器，提高生产效率或使游离酶等无法催化的反应得到高效催化从而发生反应。

2.1.2 課程间综合知识点

“酶工程”第二章微生物发酵产酶（特别是其中产酶微生物特点与产酶微生物发酵工艺特点）与课程“微生物学”中微生物自身生长属性，发酵生产类型及后续产物分布位置等紧密关联;“酶工程”第二章发酵工艺条件及其控制：活化和扩大、pH值、温度和溶解氧的控制与课程“发酵工程”中溶解氧的控制，发酵过程控制及代谢调控，直接测定与间接测定发酵反应过程参数等知识紧密关联;“酶工程”第四章酶的提取与分离纯化与课程“生物工程下游技术”产物的分离纯化方法等知识点紧密相关，“酶工程”第五章酶分子修饰与课程“无机化学和课程有机化学”交叉度较高;第八章酶反应器与课程“发酵工程”发酵罐的设计与放大和课程“生物工程设备”生物反应器的分类，生物反应器的结构，生物反应器的设计等知识点交叉紧密。

2.2 设计综合知识点习题与案例分析题

2.2.1 设计综合知识点习题

论述固定化细胞的特点及其在生物反应器中的实践运用？

开阔思路，综合运用所学知识，说明酶制剂等产品在医学上进行运用，用途有哪些？

细胞经过固定化后，特性发生哪些变化？固定化酶和游离酶相比，有何优缺点？并举例说明固定化酶（细胞）的制备过程及原理？

写出多种分离纯化酶蛋白的生产方法，并说明其工艺方法？

借助所学知识，说明填充床反应器和流化床反应器的优缺点？

列举所学习的酶反应器类型，通过比较说明各类酶反应器的优缺点。

根据所学知识，谈谈微生物动力学方程式与酶动力学方程式的联系与区别，借此说明实践生产中两者之间的联系。

发酵工程课程中发酵罐的分类与酶工程中酶反应器的分类之间的区别与联系？

2.2.2 案例分析题

案例可以是具体的科研课题或者是生产实践中出现的具体问题，使教学内容跟上学科的时代发展。[2]作为一种互动式的教学，教师提出问题，适时启发并引导学生运用基础理论分析并解决实际问题，培养了学生分析问题和解决问题的能力，将传授知识从单向的灌输转为双向的交流，使学生变由被动听讲转为主动参与，深化理解知识点，有利于提高教学效果，促进学生各项综合能力的培养。[3]

（1）酶在污水治理中的应用。通过生物酶打开污染物中更复杂的化学链，酶分子可以使反应物分子中化学键拉长、扭曲和变形，使他们更容易被水解，因而加速有机物的分解，达到去除污染物的目的。与其它微生物处理相比，生物酶催化处理法具有催化效能高、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广等优点。随着材料学等学科的发展，模拟酶及酶的属性都在不断优化中。并且随着环境保护力度的加大，对污水治理的需求量，全国各地需求量在不断加大。

（2）酶在甲醛清除中的运用。采用氨基酸解大豆蛋白，并添加一种从纯天然植。物中提取的活性酶，成功制备出生物清醛酶（又名氨基酸解大豆蛋白）新产品。该新产品结合了生物酶催化、吸附和分解等技术。生物清醛酶可以高效迅速的去除居室内的甲醛等污染物，可使其降解为CO2、H2O等无机物。作用迅速，无二次污染物的产生。将酶与空气净化器联合应用的研究及其产品，目前市场上越来越多。

3 改革后教学效果总结与讨论

3.1 对于考研等基础较好学生而言

课程内综合知识点和课程间综合知识点的系统梳理及针对性讲解备受考研学生欢迎。帮助学生们对本门课及其学科体系中的其他课程的知识点理解更加深入，相互之间的联系更加清楚。能够明确区分哪些知识点是独立知识点，可以独立记忆;哪些是综合或交叉知识点，需要花费更多时间进行理解记忆。这种知识点分类学习法，对学生的学习帮助较大，在学生第二课堂的自学和复习过程中，效果较明显。也是考研复习过程中，对学生所掌握知识点的一种考量，学生再进入到第二轮专业课复习中，应该就达到这种水平。看到不同知识点能够较好分析出，知识点是单独知识点还是交叉知识点。到复习第三轮时，应该有效能够完成。

3.2 对于基础相对较差学生而言

通过近几年研究发现，设计综合知识点习题与案例分析题，实践性更强，容易激发此类学生的学习兴趣，从而慢慢从完全不懂，不愿意学转化为开始接受本门课程中的知识点，逐步改变为感兴趣，愿意花时间弄懂习题中涉及的相关理论知识点，从而达到相关教学要求与人才培养方案中的相关规定。

改革之后，近几年试卷卷面及格率提高了近20%，稳定在60%以上，本门课程学生课后自主学习时间在30小时以上，实现课外自主学习学时达到36学时及以上。完成作业质量也明显提高。作者所在教学团队，近三年重点关注了近10名大二时期，专业课有一至两门不合格的学生，第五学期学习本门课程，有一半以上学生通过本门课程考试，整体学习氛围明显改善，教学改革取得一定成果。

4 结语

“酶工程”是理论联系实践极为紧密的专业理论课，其主要内容包括了酶的提取与分离纯化，酶的固定化，酶的非水相催化，酶的定向进化，酶生物反应器等。由于酶已广泛运用于各行各业，对培养应用型人才具有重要的意义。通过“酶工程”课程教学的改革与实践探索，摸索出一套适合培养应用型人才的必修专业课教学方法。这次改革从课程教学监控，到教学方法改进，发现交叉知识点的总结讲解，对于成绩较好的考研学生或基础较差的找工作学生帮助都较大，而大量案例的教学方式，会帮助学生培养学科兴趣。本课程组通过几年教学积累及教学改革，取得了较好的教学效果。酶工程在生物工程、生物技术、生物制药、食品安全与检测等专业将继续发挥核心课程的支撑作用。

基金项目：武汉工商学院2017年校级教学改革研究项目：2017Y08

参考文献

[1] 郭勇.酶工程（第4版）[M].北京：科学出版社，2014：12-46.

[2] 吴士筠，魏艳芬，乐薇.生物工程专业酶工程技术实验教学模式改革探索与实践[J].科教导刊（上旬刊），2014（03）：122-123.

[3] 周海岩，王亚军，牛坤，贾东旭，王远山，郑裕国.“酶工程”课程教学改革的探索与实践[J].高校生物学教学研究（电子版），2016.6（03）：40-43.