生物反应过程检测与控制课程建设探索

摘要：生物反应过程检测与控制是我们学院针对生物工程专业工程类课程比较匮乏的情况而开设的一门工程类专业特色课程。本文主要从教材建设、教师团队建设、课程教学模式改革和课程实践环节建设等方面，对这门课程的建设思路和经验，进行了论述。希望能够对相关课程及新开课程的开设与建设，有所启示和帮助。

关键词：生物工程；课程建设；实践

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）13-0208-03

生物反应过程检测与控制是我们学院针对生物工程专业工程类课程比较匮乏的情况而开设的一门工程类专业特色课程。由于是新开特色课程，没有适合的教材，也没有前人经验可以借鉴，我们教研室已经根据逐年的讲义编写了这门课程的教材，并在课程、教材、课件、教学模式方面进行了实践探索，旨在提升生物工程专业学生工程意识和素养，适应学科发展和新时代对生物工程专业人才培养的需求。

一、课程现状分析

生物工程专业为工科类专业，工程类的专业课程在人才培养方面具有举足轻重的地位。我们在生物工程专业教学过程中发现，具有专业针对性的工程类课程比较匮乏。目前，生物工程专业普遍开设真正与生物工厂生产建设密切相关的工程类专业课程有：《发酵工程》或者为《发酵工艺学》或《生物工艺学》、《生物工厂工艺设计概论》、《生物工程设备》、《微生物工程》。而《发酵工程》和《微生物工程》的教学内容实际上有很多重复的地方。而《基因工程》、《酶工程》、《细胞工程》等虽然名称中都带有“工程”，实际上与工学类专业意义上的“工程”相关性并不大。21世纪是生物的世纪，生物工业进入了蓬勃发展的时期，生物工业产品种类快速增加，生产规模也逐步扩大，自动化程度也越来越高。规模化的生产要求对生物反应过程的参数进行检测和控制，以达到优化生产、提升自动化程度的目的。相应的，在这一领域的研究也逐步增多，从而形成生物反应过程检测与控制这门学科。这门学科主要涉及在生物反应过程中需要控制的参数的检测及优化控制方面的知识，因此有必要在专业课程中增加相关课程，提升学生工程素养和意识，以适应新世纪对生物工程专业人才培养的需求。针对这些情况，我们开设了《生物反应过程检测与控制》这门课程，并作为专业特色课程得到学校政策和经济上的支持。本课程以生物反应过程需要检测控制的重要参数为主线，基于生物代谢调节规律，阐述了这些参数的检测方法、仪器及原理，以及基于参数检测的生物反应过程优化控制的方法原理，还有计算机在生物反应过程测控中的应用。课程开设后我们主要从以下几个方面进行了课程的建设及教学改革。

二、加强教材和课件建设

教材是培养21世纪生物科学与工程技术专门人才的知识载体，是教学的依据，是进行教学的基本工具。因此，教材建设与生物工程学科的建设及学科的培养目标密切相关。教材质量和水平的优劣，对于深化教学改革、提高教学质量和教学效果，对于培养高素质的人才起着至关重要的作用。由于计划开设该课程时，没有合适的相关教材可用，我们在课程开设前，组织教研室教师收集国内外相关文献材料编写讲义，并经教研室讨论逐步修改完善，之后在制定新的培养方案时，开设了本门课程。然后，适时申请教材建设项目，并在《吉林大学本科“十二五”规划教材项目》支持下，出版了《生物反应过程检测与控制》这本教材，并获得吉林大学本科教育优秀教材二等奖，吉林省优秀本科教材三等奖，取得较好的成效。教材以生物反应过程需要检测的物理化学参数为主线，基于生物代谢调节规律，阐述了这些参数的检测方法、仪器及原理，以及基于参数检测的生物反应过程优化控制的方法原理。由于生物反应过程中化学参数的检测多用到电化学分析原理，本书也对电化学分析原理做了简明扼要的论述。力图反映系统、综合的反应该领域的已有知识成果和最新发展。在新编教材的建设上我们的经验是：教材建设需要积极申请相关项目来支撑，新教材的建设需要查阅大量文献，工作量也比较大，因此要组织适当规模的团队来完成，并且要由经验丰富组织者来组织协调。课程建设的同时，我们还加强了多媒体课件的建设，在多媒体教学过程中，课件是传递知识信息的载体，以及教师与学生沟通、互动的媒介，对课堂教学效果的影响很大。我们在课堂教学中，认真总结每次课堂讲授中发现的课件的不足和问题，并收集学生和督学对课件提出的意见，然后有针对性的逐步提高课件的质量。比如，在关键知识点均用彩色文字标记，利用制图软件如Photoshop、亿图图示专家等把课件中原来的黑白插图，全部进行了彩色化，同时一些难于理解的检测仪器的结构工作原理，如磁氧分析仪等，用生动的动画来展示，使这些知识变得更容易理解。通过教材和课件的建设，使得课堂讲授知识更形象生动、更利于学生接受。

三、搞好教师团队建设

课程建设离不开教师的参与，教师是课程建设的主导因素，因而教师团队的建设对于课程建设的可持续发展和教学质量的提升具有重要的意义。在课程建设中我们实行课程负责人制度，由负责人全面负责组织课程建设，注重梯队建设，确保至少两位教师参与课程授课，以老带新，确保本课程教学的可持续发展及教学质量，为深化教学改革、提高教学质量奠定了基础。同时注重对任课教师的培养，安排团队中任课教师，尤其是青年教师，听取优秀老教师的工科类课程讲授，提升教学水平，并进修计算机应用的相关知识，逐步推进和完善该课程的建设。创造条件、争取机会、有计划安排教师在职或出国进修和深造，教师出国进修有利于开拓视野、学习国外的先进知识和经验，达到既提高教师学历结构、知识层次，又发挥教师积极性和潜力的目的。本教学团队中一位教师在维也纳大学进行了为期一年的交流和学习，一位教师参加了教育部教师培训项目并获得证书，一位教师在职攻读博士学位，这些都为课程的长远建设和规划奠定基础。

四、以学生为本改革课堂教学模式

课堂教学中采用引导式教学方法、适当开设主题讨论课，充分发挥学生的思维主动性和潜能；坚持知识与素质教育协同、基础与前沿并举等原则，使课程富有生机和人性，学生的主动性、兴趣和热情得到提高。

采用引导式教学，激发学生的求知欲，使学生主动的跟随教师的思维去理解和学习。转变教师角色，教师不再泛泛地传递定论性知识，而是引导学生进行主动性的、开放性的获取知识。同时增强教学的互动性，鼓励学生提出问题、讨论问题、活跃课堂气氛，使教学过程在轻松、愉悦的气氛中进行。教师在授备课过程，针对重要知识点和热点知识领域准备适量的课堂提问的问题，在上课过程中针对个别学生或分组提问，从而加强课堂教学的互动性。比如，在讲述发酵过程物理参数的检测时，提出生物反应过程中应该测控的物理参数主要应该有哪些，有意识的启发学生去思考、分析、总结，使学生从生产实际的角度出发分析哪些物理参数是需要检测的。鼓励学生在教学过程中随时提问题，既可以培养学生勤于思考的学习习惯，又可激发他们的创新性思维。此外，针对重点和前沿知识，开设随堂讨论课。传统课堂教学模式是以教材为中心，以教师为主体，而素质教育、能力教育为主导思想的现代教学，应以学生为本，以教师为引导，教师不仅食药传授知识给学生，更重要的是引导他们探索未知世界，培养他们自主能动的去获取知识。我们在课堂教学中，选择一些重点、热点知识内容，将学生分组，在教师指导下，查阅国内外相关文献材料，开展讨论，分析总结，写成小论文，在课堂上报告。我们还设置了课堂教学随机的10分钟随堂小考，并计入平时成绩，随堂考试的随机性，给学生以一定的压力，促使他们在课堂教学中能够全神贯注，一直跟上教师的思维和讲授的知识，结果表明这项举措是非常成功的。应用这些以学生为主体教学方法，对培养学生智力、提升学生综合素质、增强学生独立分析问题和解决问题的能力，有着重要的推动作用。这些措施的实施，使得课堂一改以往的单调死板氛围，而变得更加丰富、生动、活跃，得到同学和督学的好评。

五、加强课程实践环节建设

实践教学是培养生物工程专业技术人才必不可少的环节，是整个课程教学计划的有机部分，它具有巩固和加深学生所学的理论知识，使学生获得生产知识，培养学生实际工作能力的功能。21世纪是生物科学蓬勃发展世纪，生物科学的发展潜力已初见端倪，各国都在大力发展生物产业。以工业生物技术为支撑的生物高新技术产业将成为本世纪的支柱产业之一。生物工程是一门实践性很强的综合性学科，因此，实践教学在生物工程专业人才培养方面举足轻重。我们在争取经费的基础上，有针对性地购置仪器设备，结合原有实验条件开设了综合性大实验“生物反应过程典型参数测控”，如发酵过程pH、溶解氧的测控、发酵液主要成分的测定分析等，并结合科研开设灵活性、开放性的创新性实验，让学生查文献自己设计实验方案，如人参发根发酵过程中皂苷含量测定方法优化，使学生参加到科研中得到实践和科学研究能力的锻炼。此外，本课程利用教师与企业的科研合作及沟通，与省内多家知名生物工程公司建立了生产、课程实践教学实习基地，如华润啤酒长春有限公司、修正医药有限公司、长春市质量检测局等，使学生能有机会深入生产实际，理论联系实际，验证所学理论知识。这些措施的实施，增强了课程实践教学质量，使学生的实践动手操作能力有了大幅提高。

课程的开设与建设要适应学科的发展，特别对于生物工程这样快速发展的新兴专业来讲，课程的开设与建设尤其重要。我们基于对生物工程专业工程类课程现状、学科发展趋势及新形势下对专业人才需求的分析，开设了《生物反应过程检测与控制》这门课程，以适应学科发展和人才培养的需求。并对课程进行了有计划的建设，取得一定的成效。本文主要从教材课件建设、教师团队建设、教学模式改革和课程实践环节建设三方面论述了课程建设相关措施和经验。想搞好课程建设，需要持续的改进和建设工作；需要一个层次结构（年龄结构、职称结构、知识结构等）合理的教师队伍；需要积极申请教改项目的支撑。多年的实践证明，我们对生物反应过程检测与控制这门课程的建设和教学改革是成功的，通过教材、课件建设和教学改革的实践探索，学生普遍感觉到课程的脉络清晰、内容丰富、课堂氛围良好。教学模式的改进，提高了教学质量和教学效果，提升了学生的综合素质和能力，受到督学组的好评。实践环节的建设，增强了学生的动手能力，创新性实验的开设锻炼了学生的科研能力，为学生以后的深造和就业奠定基础。希望本文能够对相关课程及新开课程的开设与建设有所启示和帮助。

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基金项目：吉林大学本科教学改革研究项目（2013137）。