“酶工程”教学的实践与体会

摘要：酶工程课程是一门生物技术领域中的重要课程。为加深学生对理论知识的理解，调动学生的学习积极性和提高教学质量，本文结合多年教学实践，从优化教学内容和改进教学方法等方面介绍了该门课程教学改革的体会及思考。

关键词：酶工程；教学内容；教学方法；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0178-03

酶工程是现代生物技术的重要组成部分，其特点是利用酶、含酶细胞器或细胞作为生物催化剂来完成某些重要的化学反应。应用范围包括医药工业、食品工业、化学工业、诊断分析和生物传感器等。其市场需求、生产规模和产值均很可观，并已经产生了巨大的经济效益。酶工程与基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程及生物技术等密切相关，共同形成了相互渗透交叉的不可分割的整体。因此，酶工程课程作为一门生物技术领域中的重要课程，提高教学质量，让学生及时、扎实地掌握最新的酶工程理论知识和应用技术，调动学生的学习积极性，激发学习动力，是酶工程教学工作亟需解决的问题。本论文结合多年教学实践，从优化教学内容和改进教学方法等方面介绍了该门课程教学改革的体会及思考。

一、优化教学内容

1.以绪论为导向。“良好的开始是成功的一半”。作为教学过程中的第一次课，授课效果的好坏在整个学科教学过程中有着特殊的地位和重要意义。绪论教学的目的之一就是激发学生对新课程的向往，调动学生的学习兴趣和学习热情，使学生明确本课应该学，学了有用、有益，解决“为什么学”的问题。对于刚接触酶工程这门课的学生来讲，在学习这门课之前，首先关心的是什么是酶工程？它是怎样的一门课程？要学习哪些内容？从学生关心的问题出发，简明扼要地把这些问题阐述清楚，并且运用丰富的实例把学习的主要内容串联起来。这样系统地，有条理地将课程归纳为几个方面，为学生理清思路，进一步学习本课程奠定基础。

2.及时补充新内容。专业课的最大特点就是知识更新快。酶工程发展日新月异，新发现、新理论、新技术的不断涌现，要求教师在备课时要查阅相关资料，及时获取国内外酶工程及其相关领域里的科研动态和科技成果，充实课堂教学内容，以确保教学内容的前沿性，使学生了解酶工程的发展方向。作为身处教学第一线的教师，为了紧跟知识和学科发展的步伐，为了培养高质量人才的需要，必须经常和及时为自己充电，不断更新自己的知识结构。向学生介绍酶产品的国内与国际市场，产品的更替趋势，世界知名企业产品所占市场份额情况等，使学生从中找出我国与国际酶工程发展的差距，激发学生的学习动力。

3.以科研促教学。讲到每一章相关研究进展时，我们都会介绍一些在酶工程研究领域取得丰硕成果的科研单位和院校，为学生以后考研提供参考。只有长期参加科研实践的教师，才能使自己讲课的内容更具前沿性、独创性和启发性。参加科研不仅可激发自己的想象力和创造力，还可熟悉国内外有关领域的研究动态，掌握多种研究方法和先进仪器的使用，培养自己的科学探索精神，从而极大地丰富自己的教学内容，提高教学质量。

二、改进教学方法和手段

1.比喻教学法的应用。所谓比喻教学法就是通过打比方的方法，将两个本质上有异曲同工之处的事物建立联系，通常情况下，选择一个熟悉的事物，引伸到未知事物的影子，从而达到让学生更好地认识新事物的目的。恰当的比喻有时胜过千言万语，让人豁然开朗。酶工程中有些内容是学生从来没接触的新概念和新技术。运用恰当的比喻可以使死板和枯燥的内容变得生动，让抽象的事物变得具体化，可以使学生更好地理解和掌握所学知识，也使学生的思维更宽阔。例如，酶的固定可以看成“笼中夜莺”。鸟被关在狭小的笼子（聚合凝胶）中无法逃离（泄露），但也保护了它们不被猫（蛋白酶、细菌）抓到。食物、水和氧气（底物）可以自由进出，代谢物也可以很容易地处理掉。观赏者可以看到鸟的活动，听见它们的鸣叫，由于鸟类较长的寿命，这种享受也可以重复存在。在这个例子中，将固定化酶比喻为鸟市上卖的“笼中鸟”，将固定化酶的概念和优点形象地展现出来，给学生留下深刻的印象。《学记》中说“君子之教，喻也”。教学中恰当而巧妙地运用比喻，能使抽象的概念形象化、趣味化，能使学生抓住事物的特征，在理解和记忆上产生某种联想，激发学生的学习兴趣，培养学生的思维能力，有效地提高课堂效率。

2.案例分析方法在教学中的应用。①生活案例分析在教学中的应用。一些随处可见的生活常识和相关知识的恰当联系可以加深学生的理解，也可以启发学生留意生活中的现象和问题，思考如何利用所学的知识去解释和解决。例如，在讲授影响酶作用的因素这一小节时，在激活剂的作用下，酶的催化活性可以提高。例如，氯离子是唾液淀粉酶的激活剂。这时就联系到生活中的吃饭问题，形象地引入“看菜下饭”的酶。一口饭含在嘴里经几分钟咀嚼后就会出现甜味，这是因为唾液中含有的唾液淀粉酶发挥了水解作用，它将米饭中的淀粉转变成甜味的麦芽糖；我们经常会因为没有咸味的菜而感到米饭变得难以下咽，这时菜中加的盐具有双重功效，它既可以调味，激发食欲，又能提高淀粉酶的活性，帮助消化，食盐中的氯离子成了唾液淀粉酶的激活剂。②实验方法案例分析在教学中的应用。酶工程课程的开设是大学本科的第六学期，其中全部同学或多或少都有进实验室的经验。在钱伟长教育思想的指导下，上海大学特别重视对本科生的创新能力培养，很多同学从大二开始组成创新团队，根据他们自己的兴趣爱好，进入实验室开展各个研究方向的创新项目，包括课题的设想与具体实验方案的实施。在教学过程中如果把枯燥的原理和机制等问题与具体的实验操作技术和实验方法联系起来，一方面可以让学生理解某些实验操作的原理，而不是人云亦云，只知其然，不知其所以然，这样在遇到相关问题时可以游刃有余地解决；另一方面，可以在某些实验方案的设计上起到开阔思路的作用。在侧链基团分子修饰小节中，讲到通过焦碳酸二乙酯（DEPC）等修饰剂与咪唑基反应，使酶分子中的组氨酸残基发生改变，从而改变酶分子的结构和催化特性。联系到进行RNA相关实验的操作时，要采取一系列的措施防止RNA酶对RNA分子的降解，其中一些玻璃和塑料器皿等工具要用DEPC水浸泡处理，它是一种实验室通用的RNA酶抑制剂，通过和活性基团组氨酸的咪唑环结合使RNA酶蛋白变性，从而抑制酶的活性。再例如，实验室常用的巯基修饰剂-二硫苏糖醇（DTT），它在酶蛋白的提取过程通常作为常用的还原剂，有抗氧化作用，它能保护酶分子上的还原性基团，维持还原性环境，稳定酶的活性。通过将这些实验室操作中常规的操作技术和酶工程教学中的原理联系起来，可以加深学生的理解，起到事半功倍的作用。另外，还可以通过自己的科研经历或课题组同学或同事在实验中遇到的事例与相关内容结合，使空洞的理论知识真实生动，激发学生的求知欲，从而引导他们分析问题和解决问题。比如蔡世淳等在研究瘤胃微生物降解纤维素酶时，在培养物继代的过程中，会出现纤维素降解能力的退化，经查阅文献和改进方法，发现在培养过程中添加一定浓度的纤维二糖可以在一定程度上提高纤维素的降解效率。通过该案例分析，与添加诱导物提高酶产量的措施这个知识点联系起来，尤其是有些酶的反应产物可以作为诱导物为学生所不熟悉，以纤维二糖作为纤维素酶降解纤维素的产物可以诱导纤维素酶的生物合成作为案例，可以有效提高课堂效率。③产业化案例分析在教学中的应用。生物催化技术发展到现在，已经出现大量的产业化实例，通过大量的应用实例介绍，使学生切实了解酶工程在工业化生产中的巨大作用，提高学生学习本课程的兴趣，激发学生的学习动力。因此，要使学生学会如何利用酶工程原理指导实践并应用于实践，教学内容中应把“应用”放在重要的位置。通过产业化实例讲述，不仅加深了学生对重点知识的理解，丰富和外延教学内容，还培养了学生继续获取新知识和独立思考的能力。例如：利用自己的科研经历讲述植酸酶的重要性及生产植酸酶的主要方法等，引申出全球主要生产厂家之一，丹麦的诺维信公司在2003年里依靠以植酸酶为代表的动物饲料酶的生产就获得了1亿美元的净收入。经过纤维素、植物油等进行固定化包埋技术处理的商品化植酸酶在80～85℃的高温下依然具有活性，适应动物饲料高温加工。现在，绿色生物技术已经开始将植酸酶基因转入到玉米、大米和大豆中，并对植酸含量低但磷储备量又比较高的突变植株进行筛选。但是，由于植物转基因基础成本高，且由于转基因的安全性还有争议，在短期内，通过微生物发酵产生植酸酶制剂仍将是市场的主打产品。再比如以SOD酶为例，引导学生探讨SOD酶的功能、应用的领域，现阶段常规SOD酶的局限性以及通过什么样的酶工程技术手段可以改进。并结合成功的SOD酶产业化实例，如中国科学院微生物所充分利用我国丰富的极端环境微生物资源，研发出高度稳定性的、可耐受100℃高温的耐高温SOD酶。经改良的耐高温SOD酶，打破了SOD产业的技术瓶颈，实现了耐高温SOD酶产业化生产。

3.多媒体应用和传统教学方法的结合。酶工程教学课时短，要在有限的教学时间内传导丰富的教学内容，采用多媒体教学手段是解决两者矛盾的有效方法。从图形、色彩、图表、视频等多方面刺激学生的学习兴趣，强化学习效果。例如，讲到酶反应器一章时，将酶反应器的动画设计和图片呈现在学生面前，抽象的反应器类型和运作原理就变得形象生动，易于理解。调查问卷的结果表明，学生对相关的视频资料更感兴趣，所以时间允许的条件下，尽量多补充一些视频资料，比如酵母细胞的固定化，生物柴油的提炼过程、色谱分离的原理等，通过这些优秀的视频资料，一方面调动起学生的积极性，另一方面加深其印象，更好地消化理论知识。运用多媒体课件辅助酶工程理论教学虽然有很多优点，但是也有一定的局限性，尤其不能替代教师身体语言所传达的信息，所以不能完全依赖多媒体教学。要达到很好的教学效果，还应当作适当的板书，增加老师的肢体语言，增加师生之间的信息交流，这样才能提高学习效果。板书要整洁有序，尤其要注意分区，比如分提纲区和注释区，另外对于一些需重点讲述的理论在注释区内板书更可加深印象，这样学生就会感觉到主线突出，层次清晰。讲课时注意必要的重复，表情、手势和体态等形体语言与口头语言配合默契，可以让课堂更具有生动性。

4.发挥学生自主学习能力。在授课过程中，不是采取满堂灌的“填鸭式”教学，而是根据教学计划，拿出一些章节让学生自主授课，能发挥学生自主学习能力，调动学生的学习积极性。比如，“酶的应用”这一章就是采取这种形式。将全班同学进行分组，自愿组合，每组大约4～5人，大家集思广益，小组讨论，确定主题，查找大量资料文献，进行归纳分析整理，群策群力制作图文并茂、讲解思路清晰的课件，最终推选代表上台演讲，或者全组成员每人讲述一部分。演讲完毕，由教师进行点评，提问，并鼓励台下的其他同学提问由台上的同学解答。经过这样的自主授课的形式，锻炼了学生的文献查阅能力、逻辑思维能力和分析问题解决问题的能力。另一方面，在这个过程中进行分工合作，锻炼了学生的团队协作能力和语言表达能力，为学生未来踏上工作岗位提供了很好的实践锻炼机会。总之，在酶工程课程的教学中灵活地运用这种教学角色转换的教学模式，学生的综合能力得到了锻炼，获取知识和应用知识的能力上取得了较好的效果。

三、教学效果

在近几年的《酶工程》课程实践教学中，我们通过优化教学内容、改进教学方法和手段、完善考核形式等环节，教学实践取得了一定的效果。首先学生学习《酶工程》的积极性大大提高，学生出勤率很高，并且除了生命学院，还有外学院的学生选修《酶工程》，甚至没有选该课程的学生也来旁听。在学校教务处组织学生进行的教师课堂教学质量网络评价中，连续几年得分均在90分以上。学生在进行创新实践、参与老师的科研项目以及做毕业论文时，愿意选择与酶工程相关的研究课题，例如“氧化物歧化酶的分离、纯化与活性鉴定”，“纤维素酶产生菌的筛选”，“纳米银胶对烟草细胞SOD酶活力的影响”，“曲霉中原果胶酶的分离纯化及性质研究”，“降血脂的部分中草药提取物对脂蛋白脂酶的酶活力影响”及“溶壁酶的固定化”等。通过这些课题的训练，学生在理论联系实际，基础知识的应用能力及分析问题解决问题的能力得到了更好的提升。

四、结语

《酶工程》是生物技术领域的重要课程。我们在教学实践中，注重充实前沿发展，围绕优化教学内容和改进教学方法等环节不断探索与实践，并取得了较好的教学效果，使生物工程和生物技术相关专业的学生在学习本课程的过程中，不仅调动了学习积极性，激发了学习兴趣，掌握了较扎实的基础理论知识，而且综合能力也得到了锻炼。

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