摘?要：作為生物技術(shù)的重要組成部分，酶工程注重理論聯(lián)系實踐，傳統(tǒng)的教學模式限制教學質(zhì)量提升和人才培養(yǎng)。在新工科背景下，以培養(yǎng)學生的實踐能力和工程創(chuàng)新能力為目標，構(gòu)建酶工程研究性教學體系，將科研創(chuàng)新思維和實踐研究融入酶工程教學過程，對酶工程教學內(nèi)容、教學方法和考核方式等方面進行改革，激發(fā)了學生主動學習和探索實踐的熱情，提高了學生的科研素養(yǎng)，取得了理想的教學效果，為培養(yǎng)新工科背景下的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新工科；酶工程；研究性教學；教學改革

Researchbased?Teaching?and?Learning?of?Enzymes?Engineering

in?the?Context?of?New?Engineering

Chen?Zhen

College?of?Life?Science，Xinyang?Normal?University?HenanXinyang?464000

Abstract：As?an?important?part?of?biotechnology，enzymes?engineering?focus?on?the?integration?of?theory?and?practice.The?traditional?teaching?model?of?enzymes?engineering?is?not?conducive?to?improve?the?quality?of?school?teaching?and?personnel?training.In?order?to?cultivate?students?practice?competence?and?engineering?innovation?ability?under?the?new?engineering?environment，this?paper?explored?the?construction?of?researchbased?teaching?and?learning?system?of?enzymes?engineering.The?new?teaching?system?integrated?the?innovative?thinking?of?scientific?research?and?practical?work?into?the?teaching?of?enzymes?engineering.The?teaching?content，teaching?methods?and?the?assessment?strategies?were?reformed.As?a?result，it?stimulated?students?active?learning?and?aroused?their?interest?in?exploration?and?practice.The?researchbased?teaching?and?learning?of?enzymes?engineering?achieved?good?teaching?effects，which?laid?the?foundation?for?cultivating?highquality?innovative?talents?under?the?new?engineering?environment.

Keywords：New?engineering；Enzyme?engineering；Researchbased

teaching；Education?reform

1?新工科背景下我國酶工程發(fā)展面臨的問題與挑戰(zhàn)

2017年，教育部先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，積極推進全國高校新工科建設(shè)，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才，改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，助力高等教育強國建設(shè)，以應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革。新工科建設(shè)是教育強國建設(shè)的引領(lǐng)力量，是培養(yǎng)面向未來的卓越工程創(chuàng)新人才，而其核心點就是提高人才培養(yǎng)能力。在新工科背景下，高校教與學的行為需要改變，高校人才培養(yǎng)方案需要改變，高校的評價體系與資源配置方式也要改變。

隨著“生物時代”的到來，酶工程日益體現(xiàn)其重要的價值，為人類生活及工業(yè)科技的發(fā)展引出了一條更加綠色、更加有效的道路。目前，各國政府、科研單位與企業(yè)界已經(jīng)認識到酶工程研發(fā)和應用對于節(jié)能、環(huán)保、健康與能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義，紛紛積極投入酶工程研發(fā)的攻堅戰(zhàn)中。由于我國酶工程產(chǎn)業(yè)起步較晚，因此與部分國家相比，仍然存在一定的差距。尤其是酶工程研發(fā)人員的相對匱乏，以及缺乏具有知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。要實現(xiàn)酶工程跨越式的發(fā)展，首先要重視從事酶工程研發(fā)人才的培養(yǎng)，誰擁有人才優(yōu)勢，誰就擁有競爭優(yōu)勢。而人才來自于教育，尤其是高等教育，高等教育一定要注重酶工程人才的培養(yǎng)。然而高校傳統(tǒng)的酶工程教育以課堂教學為主體，缺失實驗課程教學或內(nèi)容陳舊且實踐流于形式，難以培養(yǎng)出具有工程能力的創(chuàng)新實踐人才。因此只有通過教學改革，加強學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，實行“人才+項目”的培養(yǎng)模式，教學依托科研項目，通過研究性教學在創(chuàng)新實踐中集聚和培養(yǎng)一流人才，提高人才素質(zhì)，實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標，發(fā)揮人才作用，使科學研究真正服務(wù)于生產(chǎn)力，那么做強酶工程產(chǎn)業(yè)也并非難事。

2?酶工程課程開設(shè)基本情況

作為現(xiàn)代生物技術(shù)重要組成部分，也是生物工程的重要分支，酶工程已越來越受到重視，它是一門理論性及應用性很強的學科，包括酶學基礎(chǔ)研究和工程應用兩大部分，是從應用的目的出發(fā)，研究酶、應用酶的特異性催化功能，并通過工程化將相應原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)，目前已發(fā)展成為一門酶學、微生物學和化學工程有機結(jié)合的新技術(shù)學科，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥及環(huán)保等各方面發(fā)揮著重要作用。作為生物技術(shù)專業(yè)的必修課程，本課程開設(shè)于生物技術(shù)專業(yè)第5學期，每周2學時，共36學時。當前酶工程教學仍然延續(xù)傳統(tǒng)工科教學模式，主要由課堂理論知識講解、課后日常作業(yè)和期末卷面考核三個部分組成。由于酶工程基礎(chǔ)知識點較多，傳統(tǒng)酶工程教學受制于課時，教師講解一帶而過，學生聽課一知半解，討論互動環(huán)節(jié)無法有效開展。更為重要的是，學生難以消化課本上的知識點，無法將知識點轉(zhuǎn)化為實踐，缺乏進一步的創(chuàng)新性拓展與探索，難以培養(yǎng)學生的工程實踐能力并滿足新工科建設(shè)的要求。如何有效解決課時少與教學內(nèi)容繁雜的矛盾，提高學生對課程知識體系的駕馭能力和綜合應用能力，激發(fā)學生學習興趣及創(chuàng)新性研究的潛能，成為擺在酶工程授課教師面前的最大難題。這些問題為構(gòu)建酶工程課程研究性教學體系提供了良好契機。為激發(fā)學生學習興趣，著重加深理論如何應用于實踐的學習，滿足學生獨立探索的需求，培養(yǎng)學生的自主實驗與研究能力，注重學科前沿知識探索和實踐工程應用，筆者對2018級生物技術(shù)共40名學生開展酶工程研究性教學。

3?酶工程研究性教學模式

3.1?教學內(nèi)容

酶工程是指利用酶、微生物細胞、動植物細胞或其細胞器所具有的生物催化功能，借助于工程手段將相應的原料最大化轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)并應用于社會生活的一門科學技術(shù)。因此酶工程教學主要包括基礎(chǔ)酶學和實踐酶學兩部分，酶工程傳統(tǒng)教學內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)酶學、酶的生產(chǎn)、酶的分離純化、酶的固定化、酶的分子修飾、酶的定向進化及酶的應用等章節(jié)?；谛鹿た票尘昂兔腹こ虃鹘y(tǒng)教學內(nèi)容，從酶工程的科研特色切入，結(jié)合筆者的研究方向和科研課題，選取“γ谷氨酰甲胺合成酶的生產(chǎn)、改造及應用”這一主題作為構(gòu)建研究性教學體系的核心內(nèi)容（見下表）。

不同于傳統(tǒng)教學的課堂教學模式，研究性教學設(shè)計為“討論—實踐—結(jié)題”模式。由于第一章緒論部分主要介紹酶的基礎(chǔ)知識及酶與生活的關(guān)系，知識點較多且分散，且大部分知識點在生物化學課程中已講解過，因此本章節(jié)內(nèi)容設(shè)計為討論學習，讓學生自由討論酶與生活的關(guān)系和酶對社會的貢獻，加深對酶制劑的理解以及對酶工程學習的興趣。實踐酶學部分主要對酶的生產(chǎn)、分離純化、固定化、修飾、定向進化和應用進行講解，更加注重實踐能力的培養(yǎng)，因此這部分內(nèi)容均設(shè)計為課題實踐和專題匯報兩種形式，將酶的生產(chǎn)和酶的分離純化合并為課題實踐一“γ谷氨酰甲胺合成酶的異源表達與純化”，將酶的分子修飾設(shè)計為課題實踐二“γ谷氨酰甲胺合成酶的分子動力學模擬及改造”，將酶的應用設(shè)計為課題實踐三“利用γ谷氨酰甲胺合成酶催化合成L茶氨酸”，鼓勵學生圍繞γ谷氨酰甲胺合成酶這一特定主題，通過文獻調(diào)研及綜述，對γ谷氨酰甲胺合成酶的生產(chǎn)、改造及應用自主開展相關(guān)探索性研究，從文獻調(diào)研、實驗方案設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析總結(jié)等多個過程，來提升學生的創(chuàng)新思維和動手實踐能力。此外，將酶的固定化和酶的定向進化設(shè)計為專題講座，讓學生對酶的固定化技術(shù)和酶的定向進化技術(shù)進行文獻調(diào)研和匯報。最后，將傳統(tǒng)教學的期末考試設(shè)計為學生成果展示和匯報，優(yōu)化考核方式。

3.2?教學方法

3.2.1?自由討論模式

教師引導學生對酶與生活的關(guān)系這一主題進行自由討論，學生暢所欲言，分享自己的觀點，教師答疑解惑，在討論的過程中培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力，并加深學生對酶制劑的理解以及激發(fā)學生對酶工程學習的興趣。

3.2.2?課題實踐教學模式

依托筆者所獲批的國家級和省級科研課題及實驗室平臺，讓學生加入“茶氨酸的酶法轉(zhuǎn)化”研究性課題中，開展相關(guān)研究性教學實踐，將40名學生分成5組，每組8人，跟隨酶工程課堂教學進度，先后完成“γ谷氨酰甲胺合成酶的異源表達與分離純化”“γ谷氨酰甲胺合成酶的分子動力學模擬及改造”及“利用γ谷氨酰甲胺合成酶催化合成茶氨酸”三個研究性課題，并以研究總結(jié)報告的形式對成果進行展示，鍛煉學生的實驗設(shè)計和動手能力，加深學生對酶的發(fā)酵生產(chǎn)與分離純化、酶的修飾和改造及酶反應過程的設(shè)計等知識的印象，在實際研究中掌握所學的理論知識，并通過總結(jié)實驗過程中的經(jīng)驗和失敗教訓，提高學生團隊合作意識和創(chuàng)新實踐能力。

3.2.3?專題匯報模式

根據(jù)教學大綱要求，設(shè)計2個研究性主題：“酶的固定化技術(shù)研究進展”和“酶分子定向進化的最新研究進展及應用”，將學生分成10組，每組4人，以團隊合作方式自主學習調(diào)研相關(guān)的文獻，并對文獻進行總結(jié)綜述，最后通過PPT分享各自調(diào)研的成果，并提出自己的見解，最后由教師評價總結(jié)，以此拓展學生的科學視野，提高學生自主學習能力、問題總結(jié)能力及表達能力。

3.3?考核方式

以往傳統(tǒng)教學的課程總評成績主要包括平時成績（30%）和期末考試成績（70%）兩部分。改革后更加注重對學生創(chuàng)新思維和動手實踐能力的評價，重視教學過程性、導向性和實效性，將傳統(tǒng)教學的期末考試改革為學生成果展示與匯報，成果展示可以海報或者結(jié)題報告等方式進行，匯報主要以PPT形式進行，最終成績采用多樣化的考核方式（平時表現(xiàn)、專題報告、成果展示），將學生組內(nèi)外互評（50%）與教師評價（50%）相結(jié)合，更加偏重對學生實驗設(shè)計能力、動手能力、結(jié)果總結(jié)分析能力和表達能力的考查。

4?酶工程教學改革成效

酶工程研究性教學的開展，提高了學生對酶工程學習的興趣，加深了學生對酶工程知識框架和具體細節(jié)的認知，學生成績和滿意度較往年均得到較大提高，說明酶工程研究性教學可提高學生對知識的掌握程度，提高教學效果，并得到學生的充分認可。而且，在酶工程研究性教學期間，部分學生借助實踐課題和專題講座的訓練及完成，取得了不錯的科研成果，完成大學生科研基金項目2項，申請國家發(fā)明專利2項，發(fā)表綜述及研究性論文各1篇，大大提高了學生的科研興趣及能力。此外，由于學生在酶工程課程教學中的研究訓練，較早進入了實驗室，并明確了自己的本科論文研究方向，較早順利完成畢業(yè)論文，且畢業(yè)論文質(zhì)量較高，得到本科畢業(yè)論文導師的普遍好評，學生的考研方向也更加明確，學生考研積極性和成功率較往年均有所提高?？傊腹こ萄芯啃越虒W的開展，提高了學生對酶工程的學習興趣和效果，并培養(yǎng)了學生的實踐能力和科研精神，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、學術(shù)競賽、論文發(fā)表數(shù)、參畢業(yè)論文質(zhì)量和考研錄取率均得到提升。

5?結(jié)語與展望

在新工科建設(shè)的背景下，作為應用型學科，酶工程更注重學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，以期培養(yǎng)具有國際競爭力的新時代人才，并為社會的綠色可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。筆者以培養(yǎng)學生的實踐能力和工程創(chuàng)新能力為目標，嘗試對酶工程進行教學改革，構(gòu)建了酶工程研究性教學體系，并取得了較好的教學效果，除了完成既定的學習目標，還提高了學生的科研素養(yǎng)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型科研人才奠定基礎(chǔ)。研究性教學對教師的學識和科研能力等方面提出更高的要求，除了要求教師具有淵博的學識，還要具備較強的科研基礎(chǔ)和能力，且有一定的科研項目支撐。此外，研究性教學的開展應該得到學校的大力支持，配置多種用于學生探究性實驗的配套儀器裝置并提供相應經(jīng)費，滿足教師及學生科研項目實施的需求。今后，還可進一步將研究性教學擴展到企業(yè)中去，以尋求校企合作，不斷深化產(chǎn)學研合作和產(chǎn)教融合，也可通過研究性教學平臺，鼓勵學生參加國內(nèi)外各項學術(shù)比賽，以賽促學，以賽促教，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量?？傊?，本課程的改革思路和舉措可為生物技術(shù)及相關(guān)課程的建設(shè)及改革提供參考。

參考文獻：

［1］郭元，劉書影，賀愛香.“新工科”背景下大學生工程實踐能力培養(yǎng)探索［J］.科技風，2021（05）：3435.

［2］范俊，張增磊，魯衛(wèi)東.新工科背景下國內(nèi)高校研究性教學模式的構(gòu)建研究［J］.教育教學論壇，2020（3）：233234.

［3］李勇.基于“新工科”的酶工程教學改革的探索［J］.輕工科技，2019，35（10）：177178.

［4］代培紅，王莉萍，蘇豫梅，等.《酶工程》課程建設(shè)規(guī)劃的研究［J］.教育教學論壇，2019（45）：173174.

［5］王盎然，張紅，王亞納，等.新工科背景下化學工程與工藝專業(yè)建設(shè)的探索與實踐［J］.化工高等教育，2022，39（2）：4752.

［6］程峰，熊能，翁春躍，等.新工科教育背景下“酶工程”課程教改的探索與實踐［J］.生物加工過程，2022，20（3）：342347.

基金項目：國家自然科學基金（編號：22208276）；河南省高等學校重點科研項目計劃（編號：23A416003）

作者簡介：陳震（1990—?），男，江西撫州人，博士，信陽師范學院生命科學學院講師，主要從事微生物發(fā)酵與酶工程研究。