产、学、研结合的酶工程教学改革

【摘要】针对专业选修课酶工程授课过程中出现的时间少任务重、教师传授单调、学生死记硬背、教学效果差等现状，文章提出：以"产"促"学" ——理论讲述中穿插应用范例以提升学生学习积极性；以"研"促"学" ——以科研进展论文查找、讲述、讨论为主体引导学生学会应用知识能力。"学"、"研"、"产"结合——以课堂试验和课外创新性实验引导学生积极运用知识。经实践检验，学生的学习兴趣和积极性得到提高，教学效果得到大幅提高，学生在运用知识的过程中提高了专业素质。

【关键词】酶工程教学改革产学研结合

酶工程是生物工程专业的主干课程之一，其主要讲授内容为酶的生产、改造和应用的原理及方法，是生物工程专业课程中应用性较强的一门学科。同时酶工程还是一门交叉性学科，其教学内容涉及生物化学、遗传学、工程学、生物下游技术等多学科的大量知识，有一定的理论深度。其教学效果的优劣在较大程度上影响学生的专业知识结构，进而影响毕业生的专业素质及质量，提高和保证其教学质量具有相当的必要性[1] 。在许多院校生物工程专业的培养方案中，酶工程被列为专业选修课，学时较少。由于时间短、任务重，教学中出现了诸多问题，主要体现在：一是多数学生面对大量的理论、实践知识，学习过程中主要以记忆、背诵为手段，以应对考试为目的，考试后就抛之脑后，无法成为长时记忆，更无从变成专业素质；二是实验课时少，学生缺乏将应用相关知识于实际生产的过程、兴趣和能力；三是授课任务重，教师以完成授课内容为主，教学方法较单一，学习过程中过分依赖教师的传授，学生自主学习习惯少，极大地阻碍了学生创新能力的发挥。

针对此，本文提出"产、学、研结合"为导向的教学方式，在理论课讲述、课内试验教学、课外创新性实验方面倡导以"产、学、研结合"为导向进行酶工程的教学改革，以期学生掌握良好的理论基础，并成为动手能力强的应用型人才，具体措施如下。

一. 以"产"促"学" ——理论讲述中穿插应用范例以提升学生学习积极性。

奥苏伯尔论道，"一般称之为学校情境中的成就动机，至少应该包括三方面的内驱力决定成分，即认知驱动力（cognitive drive） 、自我提高的内驱动力（ego—enhancement drive） 以及附属内驱力（affinitive drive） "[2]。当前的大学生在拿证热中展现出对知识实用性的渴求和认同，学习过程中热衷于于吸引力较高的课程，作者正应该抓住这些心理特点开展和提高教学，而应用实例恰恰是提高理论教学的主要措施之一。

许多酶工程课本应用实例较少。相比之下，基因工程教材有 "人类基因组测序计划"，细胞工程课本有"克隆羊"、"单克隆抗体"这样的应用实例，这些应用实例，很好的吸引和激励学生掌握相关学科知识。实例的缺乏使学生觉得酶工程理论枯燥生涩，而忽视酶工程学科的学习。因此，作者参照前人经验在酶工程理论讲述中穿插应用范例，以提高学生学习知识的热情和积极性，从而促进教学效果[3]。比如课程的开端，改革前为宏观的泛泛的介绍酶的用途，但是学生对之无深刻印象，更谈不上兴趣，作者结合啤酒生产实践过程讲解酶的用途：啤酒生产是一个自产酶、利用酶及灭酶活的过程，多个工艺靠酶完成。现代酶技术与传统啤酒酿造技术的结合，稳定和提高了啤酒品质，降低了成本、弥补麦芽缺陷，给生产商带来了极大的好处。并列举目前常用酶制剂有耐高温α—淀粉酶、复合酶、糖化酶、蛋白酶、溶菌酶、溶菌酶α—乙酰乳酸脱羧酶等，介绍了每种酶的应用范围。作者发现学生对知识的认识更加直观，更感兴趣，教学效果得到提高。因此作者在教改过程中收集、整理了许多类似的生产实践例子。

二. 以"研"促"学" ——以科研进展论文查找、讲述、讨论为主体引导学生学会应用知识能力。

作者注意到学生对生物工程最新的科研进展非常感兴趣。因此作者尝试让学生找一些应用相关的科研进展报告、科研文献，联系到课本已有的理论知识进行阅读和分析，来提升教学[4]。例如在绪论中讲解将酶的分类时，课本的定义是"按照分子中起作用的主要组分不同，酶可以分为蛋白类酶（proteozyme，protein enzyme）和核酸类酶（ribozyme，RNA enzyme）两大类"。作者紧跟科研报道，向学生讲述了日本筑波大学研究生院副教授馆野贤在2010年2月15日的最新研究，他的研究小组发现分析了生物体内抑制合成错误蛋白质的机制。结果发现，当合成过程中有错误分子进入时，核糖核酸就会和蛋白质相互协作，去除错误分子的影响，在此过程中蛋白和核糖核酸都起了主要作用，相互合作，这是科学界首次发现这种合作关系，馆野贤将其称为"混合酶"——第三类酶。尽管这种发现并未完全被酶学界接受，却大大的开拓了学生的视野，提高了其兴趣。例如在讲解酶的改造时，作者介绍了中科院成都生物研究所吴中柳课题组的最新研究进展：采用易错PCR、半理性设计以及基因家族改组等方法，把嗜热脂肪土芽孢杆菌内切木聚糖酶XT6在75℃热失活半衰期提高了52倍，将其最适温度从77°C提高到了87℃，同时催化速率提高了90%；根据晶体结构，采用计算机辅助预测软件PoPMuSiC对其进行设计和预测，该实验组还通过定点突变把黑曲霉阿魏酸酯酶FaeA在50℃热失活半衰期从8分钟提高10倍，催化效率提高10倍，酶活力提高30倍以上；利用家族改组、饱和突变和定点突变的方法，把嗜热放线菌b—葡萄糖苷酶BglC在61℃热失活半衰期提高了144倍 [5]。该项研究既有方法，又有措施，使得学生在学习酶改造理论的同时，掌握知识的运用方法。又如，在讲解酶的固定化时，作者在讲述理论的同时，给学生介绍了Stephen等开发出用纳米粒收集和回用细胞生物酶类的新技术，在毫微型纳米颗粒表面设计了一种吸附酶类的靶点，可诱导酶类和颗粒进行结合，使用此类新型纳米颗粒为诱饵捕获和回用酶类。最重要的是移去颗粒之后，酶类依然能够保持其活性。这种分离酶类混合物的高效技术，可为生物医药、昂贵酶的工业领域带来新的空间[6]。该讲解即为同学提供了固定化之外酶回收利用的新方法，又让大家考虑这种最先进回收方式的成本，使学生更加深刻的理解固定化的重要性。再例如在讲授完酶分离纯化章节后，课后作业为安排学生找一篇酶分离提纯的科研文献，让学生去总结出文献作者设计的酶分离工艺，同时让学生结合已讲述的酶分离工艺设计原则和各种分离操作单元的酶分离特性，在第二次上课前10分钟，对文献作者提出的酶分离工艺进行评价乃至修正。学生反馈，通过上述训练，学生对所学知识解决哪个方面的实际问题有了具体形象的了解。同时通过文献阅读和分析，引导学生学会在科。