生物分离技术在现代化学工业和生物工程专业相关领域中广泛应用, 特别是近代生物技术及其产业化的迅速发展, 促使作为“下游技术”的生物分离技术成为技术和经济的关键。近年来, 生物分离技术的研究发展迅速, 许多新的分离技术不断产生, 这些工艺不仅关注传统化工分离技术, 也根据生物物质的特殊性发展适合生物活性物质的工艺。我们在课程教学过程中, 除了介绍生物分离技术所涉及的常用的分离过程的原理、特点以及适用范围, 注重理论联系实际, 尤其是针对学生在基础课学习过程中缺乏的工程概念, 通过课件建设和实践教学环节进行改革尝试, 将知识融会贯通, 将不同的单元操作连接起来并进行产品分离纯化设计, 取得了较好的学习效果。
1 课程的特色
生化分离技术是微生物、食品、制药、生物工程、生物技术等专业的重要专业课, 它是一门含有现代生物科学和工程的科学技术。生物分离技术不同于传统的化工分离过程, 表现在原料含水量大, 组分复杂, 分离工艺操作步骤多、差异大, 产品质量要求高。近年来, 分子生物学研究取得了许多突破性进展, 形成许多高附加值的基因工程新产品。这些新产品的开发和应用, 离不开产物分离和纯化的基础理论和实验技术的发展。消费行业对产物的纯度标准也在不断提高, 传统分离技术研究的内容和手段获得更新, 许多适合生物活性物质的新型分离纯化技术也不断产生。
在中国农业大学, 生物分离技术是生物工程专业的重要专业课之一。课程在前期生物技术课程, 包括酶工程、发酵工程等课程学习基础上, 介绍快速、大规模、高纯度和高收率地实现产品分离纯化, 具有明显的工程和应用性。
2 教学内容的设置方法
在教学过程中, 我们先后参阅过多种国内外不同版本的教材或参考书, 并经常阅读国内外期刊, 及时了解学科动态, 不断更新教学内容, 使教学内容逐步跟上生物科学发展, 尽量缩小学科前沿与教学的差距。用现代论点描述经典分离理论, 用现代知识拓宽课程内容, 强调生化分离技术内容与当代科技发展和日常生活相结合, 将学科前沿恰到好处地融入到教材中去。同时, 每年都对生化分离技术教学内容进行充实和完善, 逐步形成自己独具特色的教学体系和教学艺术, 具体内容有以下几点。
2.1 概论是对一门课总体的内容介绍
概论能够激发学生学习的兴趣, 同时又能增加学生对该门课的了解。在概论介绍中, 讲明本课程在学科领域里的地位及其与上游技术的关系;课程涉及的内容、发展历史、现状及发展方向;在国民经济发展中的地位;主要工业产品;研究热点、难点、国内与国际差距等。这样激发了学生对后续课程的兴趣, 从而增加了学生对该门课程的热爱及课后阅读资料的主动性, 对教师努力讲好本门课程也是一种鞭策和推动。
2.2 使课程主线清晰、内容融会贯通
生化分离技术是一门应用学科, 采用化学工程和生物工程原理从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取具有活性的物质的技术, 广泛应用于食品、发酵、轻工和医药等领域产品分离及提纯。随着世界范围内生物技术应用的迅猛发展, 生化分离技术越来越受到重视, 并逐渐成为生物工程中必不可少的过程环节之一。
生物分离技术课程涉及面广, 课程内容量大, 是一门应用性和实践性较强的课程。主要包括发酵液的四大部分。我们在每一章课堂的讲授中, 以基础理论教学为主线, 使学生了解生化分离技术中的多个单元操作的基本原理, 然后通过产品纯化介绍实例, 将这些单元操作连接在一起, 使课程内容主干清晰、脉络分明, 学生也能够比较完整地建立起这门课程的体系, 对前后知识融会贯通, 加深对知识的理解和掌握。理解课程具有工程性的特点, 建立起学生对工程课程具有的空间概念。例如, 如何能快速分离纯化出活性蛋白是生物工程专业学生应当掌握的基本知识与基本技能, 然而蛋白质物质在分离过程中极易失活变性、分离过程中质量很难控制。我们在介绍单元操作基础上, 将多个单元操作串联起来, 不仅介绍发酵液的前期处理, 也将初步纯化和高度纯化技术以工艺流程形式连接, 并介绍单元操作的连接方法及前后的兼容措施, 同时注意到蛋白质在分离过程中的失活及其产生原因, 如蛋白质在层析过程中的界面失活、界面作用对蛋白质活性的影响等, 并分析蛋白质分离过程中的质量控制措施等, 引导学生如何争取思考和选择适合蛋白质分离和纯化的工艺条件。
2.3 跟踪学术发展, 不断更新教学内容
我们在教学内容安排上重视要求学生掌握基础理论与规律, 同时十分注意本课程不断出现的新理论、新设计和新方法, 及时了解学术前沿动态。讲课时任课教师以一定篇幅讲述国内外研究和工业化生产中的一些热点及有代表性的产品, 结合教师本身科研课题和从事过的工作, 提炼与课程相关内容, 尽可能详尽地让学生了解到现代生化分离技术所达到的层面, 所触及的领域以及一个工业化产品完成的一般路径, 将专业性寓于学生渴望了解的热点之中, 有助于并加深学生对该问题的认识。在讲授时区别对待, 有些讲深讲透, 有些适当介绍, 有些点到为止。恰当地处理这些内容, 既可以提高学生学习的兴趣, 又可为学生今后进一步探索和发展起到一个指路作用。
3 精心备课, 用心讲授
教学过程中重视对学生的启发。首先是讲重点、难点, 针对难懂的问题讲深讲透, 易懂的内容则指出关键, 留下悬念。其次, 善于提出问题, 让学生在积极思考中接受知识, 例如:让学生思考生物物质具有哪些特点, 对生物分离技术有哪些要求?在此基础上, 让学生理解生物分离技术与传统化工分离的差异。此外, 上课时鼓励学生对不懂的地方当堂举手提问, 既活跃了课堂气氛, 又调动了学生学习的主动性。
将实例引入教学。生化分离技术是一门与生产实践密切联系的应用学科, 在讲述中充分发挥这一优势, 尽量把有关的实例引入课堂中剖析, 丰富学生的感觉, 帮助学生建立起工程观念, 使学生在轻松的气氛中接受基本知识。采用实例教学的最大特点是活跃课堂气氛, 促进学生思维、提高兴趣, 加深对理论知识的理解, 提高学生发现问题、解决问题的能力, 改变教师在课堂上唱“独角戏”的弊端。
同时, 将目前生化分离技术研究工作者目前研究的概况及时补充, 为那些将来考研的学生指出目前研究热点的大致进展及研究的瓶颈。
4 实践环节
生化分离技术课程是一门实践性和应用性很强的课程, 而学生实践知识和经验缺乏, 对工厂的了解几乎是空白。为了使学生在毕业实习或工作时能够进行生化分离技术的操作, 主讲教师将许多与实践相关的内容在教学时以多媒体或在课堂演示的方式教给学生, 如层析控制时如何装柱和上料、如何控制吸附速率、如何解析如何对各指标出现的情况进行规律性分析, 然后让学生根据上游技术的学习, 结合生物分离技术设计几种相关产品的分离和纯化, 并进行设计和试验。目前, 在我院生化分离技术课程的56学时中安排了近1/3的实验内容 (16学时) , 其中8个学时由教师指导、学生独立设计、并进行基础准备来完成产品的分离纯化不仅让学生全面系统地了解分离过程, 也建立起产品质量和手率等重要实践中应掌握的知识。同时, 主讲教师结合专业实习, 将实习过程中所涉及的分离过程和技术介绍给学生, 提高学生的感性认识, 在这个过程中, 学生也能熟悉生物分离技术生产设备和流程。
通过以上教学方式的实施和运行, 加深了学生对理论知识的理解, 有益于激发学生的求知欲望, 学生在获得扎实的专业知识的基础上分析和解决问题能力均得以提高。今后我们还将加深对生物分离技术的研究, 不断丰富教学手段、教学形式、提高教学质量, 以培养出适应社会发展要求的高层次人才。
摘要：根据中国农业大学生物工程专业毕业生的反馈信息, 结合《生物分离技术》课程教学中存在的问题, 提出课程教学改革的一些新方法, 在教学过程中突出基础理论, 强化工程概念, 引入科研和实践教学环节, 激发学生学习的兴趣, 调动学生主动的思维和勇于探索新领域, 深化教学内容, 提高学生分析和解决实际问题的能力, 让学生在掌握生物分离技术的基本原理, 并能在实践中加以应用。
关键词：生物分离技术,教学
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