生物工程專業(yè)生物分離工程教學(xué)改革
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[摘要]生物分離工程是生物工程專業(yè)的必修課，是生物產(chǎn)品商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，與實(shí)踐聯(lián)系緊密，同時(shí)需要相關(guān)學(xué)科作為支撐。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用存在問題，理論聯(lián)系實(shí)際的能力較差，課堂授課效果不理想。針對上述問題，筆者分析原因并提出改革方法。
[關(guān)鍵詞]生物工程專業(yè)；生物反應(yīng)工程；教學(xué)改革
《生物分離工程》是生物工程專業(yè)開設(shè)的一門重要的課程，下游技術(shù)是生物產(chǎn)品商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，但是在一些高校這門課程不受重視，主要表現(xiàn)在課程設(shè)置不合理，實(shí)驗(yàn)設(shè)施不夠完善?！渡锓蛛x工程》需要一些其他學(xué)科的支撐，例如在固液分離技術(shù)中講到的離心技術(shù)，沉析技術(shù)中講到的大規(guī)模沉析，萃取技術(shù)中萃取率的計(jì)算都涉及到《高等數(shù)學(xué)》的相關(guān)計(jì)算方法，但是筆者發(fā)現(xiàn)在對計(jì)算進(jìn)行講解的時(shí)候，很多同學(xué)不能理解，在與學(xué)生交流的時(shí)候，了解到一些學(xué)生的《高等數(shù)學(xué)》基礎(chǔ)薄弱，亟待提高。生物分離工程是一門與實(shí)踐聯(lián)系比較緊密的課程，一些高校在開設(shè)《生物分離工程》課程的時(shí)候，只有理論課，而沒有開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，這樣就造成了學(xué)生只是學(xué)習(xí)理論而沒有進(jìn)行實(shí)踐，會使學(xué)生感到非常抽象，實(shí)驗(yàn)課對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和興趣非常重要。沒有開設(shè)《生物分離工程實(shí)驗(yàn)》的原因也有很多，實(shí)驗(yàn)設(shè)施不完善，學(xué)校重視不夠，實(shí)驗(yàn)資源有限是最主要的幾個(gè)原因。在《生物分離工程》教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，如何使枯燥的工科課程生動有趣是關(guān)鍵，在教學(xué)過程中，不要一味的把知識灌輸給學(xué)生，要啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，例如在開始這門課程之前，筆者會先把相關(guān)的參考書告訴學(xué)生，例如毛忠貴主編的《生物工程下游技術(shù)》、劉國權(quán)主編的《生物工程下游技術(shù)》、劉葉清主編的《生物分離工程試驗(yàn)》等，讓學(xué)生自己去圖書館借閱相關(guān)的參考書，這樣他們通過自己的努力去獲得相關(guān)知識，不僅知識掌握的更加深刻，而且在獲得知識的同時(shí)有一種成就感，同時(shí)，在發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程中，也會激發(fā)學(xué)生對這門課程的興趣，這樣老師在講述課程知識點(diǎn)的時(shí)候就相對容易，課堂氛圍也會很活躍。在進(jìn)行章節(jié)學(xué)習(xí)的時(shí)候，可以先拋出一個(gè)問題，讓學(xué)生自己思考，或者是分成小組進(jìn)行討論，集思廣益，這樣掌握知識更加牢固。教學(xué)方法也要有新的形式，目前智能教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)在各大高校廣泛應(yīng)用[5]，例如雨課堂，雨課堂由學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)，旨在連接師生的智能終端，將課前-課上-課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)都賦予全新的體驗(yàn)，最大限度地釋放教與學(xué)的能量，推動教學(xué)改革。雨課堂具有多種功能，例如隨機(jī)點(diǎn)名，布置作業(yè)，課堂練習(xí)，隨堂測驗(yàn)等?？梢怨?jié)約大量的時(shí)間，但是由于一些教師接受新事物的能力較差，雨課堂在年輕教師中應(yīng)用的比較多。上課的形式也要推陳出新，要有一些激發(fā)學(xué)生興趣的方法，例如在講到萃取技術(shù)的時(shí)候，萃取的方法有多種，包括有機(jī)溶劑萃取、雙液相萃取、超臨界萃取等，可將學(xué)生分成幾個(gè)小組，以辯論會的形式進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)之前先將學(xué)習(xí)任務(wù)布置下去，各小組收集相關(guān)資料，各種萃取方法的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，以及適用情況等。課上的時(shí)候就可以展開辯論，最后由老師進(jìn)行總結(jié)，評價(jià)每種萃取技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用情況，最后根據(jù)每個(gè)小組的表現(xiàn)裁定勝負(fù)。這樣不僅使枯燥的工科課程充滿樂趣，更調(diào)動了學(xué)生的積極性，加深學(xué)生對知識的理解。
2《生物分離工程》改革的具體方法
2.1加強(qiáng)對《生物分離工程》的重視
首先應(yīng)該加強(qiáng)對《生物分離工程》這門課程的重視?！渡锓蛛x工程》是生物工程、生物技術(shù)、食品與工程、制藥工程等專業(yè)開設(shè)的重要的專業(yè)課程，也是理論聯(lián)系實(shí)踐的重要課程。由于《生物分離工程》涉及的內(nèi)容很多，基本包括所有工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室的分離技術(shù)，有固液分離技術(shù)、沉析技術(shù)、萃取技術(shù)、膜分離技術(shù)、吸附與離子交換技術(shù)、色譜分離技術(shù)、電泳技術(shù)、親和分離技術(shù)和精制。內(nèi)容多但課時(shí)量少，僅48課時(shí)，這其中還包括實(shí)驗(yàn)課。如果每種分離方法都講述，就會造成每種分離方法都講的不夠深入；如果詳細(xì)講述，如此之多的內(nèi)容很難講完，針對上述情況，應(yīng)該增加本門課程的課時(shí)量，可以分成兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行授課，每學(xué)期講述幾種分離方法，為了加深學(xué)生對知識的理解，可以與專業(yè)的見習(xí)相結(jié)合，學(xué)生在企業(yè)見習(xí)的過程中加深對《生物分離工程》理論知識的理解。對于生物工程的專業(yè)，見習(xí)企業(yè)一般是酒廠、藥廠等與生物產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密的企業(yè)，藥廠中的抗生素的生產(chǎn)就涉及到《生物分離工程》的內(nèi)容，例如，一般抗生素都是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)，發(fā)酵周期結(jié)束后就要進(jìn)行固液分離，將發(fā)酵液與微生物菌種進(jìn)行分離，涉及的內(nèi)容有，凝集、絮凝、過濾和離心；如果發(fā)酵產(chǎn)物是在細(xì)胞內(nèi)，還要增加細(xì)胞破碎的步驟，細(xì)胞破碎分為機(jī)械破碎和非機(jī)械破碎，涉及的破碎方法主要有超聲波破碎、撞擊破碎等。然后進(jìn)行產(chǎn)物的初步純化，這一步主要去除與目標(biāo)產(chǎn)物差異顯著的雜質(zhì)，涉及的分離方法包括沉淀、吸附、膜分離等。接著是高度純化，應(yīng)用到的純化方法有柱層析、薄層層析、離子交換、親和色譜和吸附色譜等。最后是成品的加工處理，包括濃縮、結(jié)晶與干燥。學(xué)生在見習(xí)的同時(shí)，加深對《生物分離工程》理論知識的理解。另外，院校應(yīng)該開設(shè)《生物分離工程試驗(yàn)》，這樣不僅可以節(jié)約理論課的時(shí)間，而且學(xué)生掌握的知識更加深刻。學(xué)校還需加大對生物《分離工程試驗(yàn)》學(xué)科的投入，眾所周知，生物分離工程試驗(yàn)材料價(jià)格昂貴，尤其是色譜層析的時(shí)候，層析介質(zhì)價(jià)格較高，例如離子交換介質(zhì)，柱層析時(shí)使用的預(yù)裝柱，價(jià)格在萬元以上，因此生物分離工程試驗(yàn)的成本較高?！渡锓蛛x工程實(shí)驗(yàn)》可以和《生物工程綜合實(shí)驗(yàn)》或《生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)》相結(jié)合，綜合實(shí)驗(yàn)包括上游、中游和下游的內(nèi)容，這樣可以節(jié)省《生物分離工程》的課時(shí)量，也有利于各學(xué)科之間的聯(lián)系。
2.2加強(qiáng)與其它學(xué)科間的聯(lián)系
《生物分離工程》是一門綜合性的學(xué)科，在學(xué)習(xí)過程中需要其它公共課和專業(yè)課的支撐。在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行過程的推導(dǎo)，例題的講解應(yīng)用大量高等數(shù)學(xué)的知識，例如萃取率的計(jì)算，萃取平衡的推導(dǎo)。但是在講解到這些知識的時(shí)候，有些學(xué)生不知所云，這樣久而久之，就會越來越差，甚至失去對這門課程的的興趣，究其原因就是相關(guān)知識掌握的不牢固，沒有打好基礎(chǔ)，因此要求相關(guān)學(xué)科在考核的時(shí)候，根據(jù)不同的專業(yè)，制定不同的標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)學(xué)科教學(xué)過程中，針對不同的專業(yè)，也要側(cè)重不同的知識點(diǎn)。同時(shí)相關(guān)的專業(yè)課也要加強(qiáng)聯(lián)系，例如在間接固液分離內(nèi)容的時(shí)候，就要擴(kuò)展講解發(fā)酵過程，發(fā)酵系統(tǒng)成分復(fù)雜，在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生多種成分，在這些成分中有哪些比較容易的去除，那些需要進(jìn)一步純化等。
2.3課堂教學(xué)形式的改革
對于工科課程，大部分學(xué)生感到枯燥無味，這樣學(xué)生接受知識的效果大大折扣，如何讓枯燥的課堂生動起來一直是困擾工科教師的難題。筆者通過對《生物分離工程》教學(xué)總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)?！渡锓蛛x工程》主要分為不容物的去除，產(chǎn)物的初步純化，產(chǎn)物的高度純化和產(chǎn)品的加工處理，其中重點(diǎn)講解產(chǎn)物的初步純化和高度純化，涉及的分離方法有沉淀、吸附、萃取、膜分離、柱層析、薄層層析、離子交換、親和色譜和吸附色譜等?？梢詫W(xué)生分為若干個(gè)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)收集一種或幾種分離方法的信息，然后讓學(xué)生自己上臺講解，由于要講解給其他同學(xué)聽，肯定自己查閱資料的時(shí)候會更加認(rèn)真仔細(xì)，掌握大量的知識，等學(xué)生講解完成后，根據(jù)學(xué)生講解的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和總結(jié)。這樣是學(xué)生自己參與到課程的教學(xué)過程中，學(xué)生自己很有成就感，同時(shí)，新的課堂形式，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程中可以采取辯論會的形式，例如，在講解萃取相關(guān)知識點(diǎn)的時(shí)候，可以提前將任務(wù)布置下去，收集物理萃取和化學(xué)萃取的知識，課上就哪種萃取更具有應(yīng)用價(jià)值展開辯論。這樣的形式肯定會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在辯論的過程總掌握相關(guān)知識。
2.4教材的甄選
《生物分離工程》課程的教材琳瑯滿目，有毛忠貴主編的《生物工程下游技術(shù)》、劉國權(quán)主編的《生物工程下游技術(shù)》、劉葉清主編的《生物分離工程試驗(yàn)》、胡永杏主編的《生物分離工程》等[6]。作為地方高校，要注重知識和能力的應(yīng)用性，我們選擇胡永杏主編的《生物分離工程》作為教材，同時(shí)選擇毛忠貴主編的《生物工程下游技術(shù)》、劉國權(quán)主編的《生物工程下游技術(shù)》作為參考教材。由于課時(shí)量有限，筆者將知識內(nèi)容分類簡化，根據(jù)生物分離的流程將本課程分為預(yù)處理、初步分離、純化和精制四個(gè)部分。預(yù)處理包括細(xì)胞破碎、雜質(zhì)去除，初步分離包括固液分離、沉淀、雙水相分離，純化包括萃取、電泳、色譜、膜分離；制成品包括干燥和蒸發(fā)。其中以前三個(gè)方面為主，制成品作為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容。
3結(jié)語
《生物分離工程》是生物工程專業(yè)開設(shè)的一門重要的課程，下游技術(shù)是生物產(chǎn)品商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)一些亟待解決的問題，重視晨讀不夠，未開設(shè)先關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，課時(shí)量不足，相關(guān)學(xué)科的知識掌握薄弱等。針對相應(yīng)問題提出解決方法。筆者在今后的教學(xué)過程中將繼續(xù)探索，不斷提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量。
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作者：付躍 何海燕 羅奉奉 李啟虔 覃擁靈 單位：河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院 微生物及植物資源開發(fā)利用廣西高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
