崔 莉，余圓圓，袁久剛，王 平，張 穎

(江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

“紡織生物技術(shù)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

崔 莉，余圓圓，袁久剛，王 平，張 穎

(江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

分析目前江南大學(xué)“紡織生物技術(shù)”課程教學(xué)過程中存在的問題，從調(diào)整和補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)方式及增設(shè)實(shí)踐教學(xué)等方面，探討該課程教學(xué)改革的途徑。

紡織生物技術(shù)；輕化工程；教學(xué)改革

一、 “紡織生物技術(shù)”課程概況

紡織是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，然而傳統(tǒng)的紡織印染工業(yè)對環(huán)境的污染問題日益突出，已經(jīng)成為制約我國紡織工業(yè)發(fā)展的瓶頸。生物技術(shù)應(yīng)用于紡織的歷史非常久遠(yuǎn)，但真正快速發(fā)展卻是在20世紀(jì)80年代以后，它是隨著生物酶技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的。具有代表性的應(yīng)用主要包括將淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等酶制劑用于織物退漿、牛仔布整理及真絲脫膠等紡織加工。生物技術(shù)加工過程作用條件溫和、高效以及無污染，可以應(yīng)用于紡織材料的前處理、印染及后整理加工，是一種生態(tài)染整加工技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。

生物技術(shù)的迅速發(fā)展對復(fù)合型輕化工程專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。我校(江南大學(xué))充分利用本校優(yōu)勢學(xué)科生物工程與紡織工程的發(fā)展和交叉融合，開設(shè)了針對輕化工程專業(yè)本科生的能力拓展課程“紡織生物技術(shù)”，該課程的教學(xué)與實(shí)施為培養(yǎng)符合紡織印染行業(yè)和社會發(fā)展需求的復(fù)合型人才奠定了基礎(chǔ)?！凹徔椛锛夹g(shù)”課程以“有機(jī)化學(xué)”“纖維物理與化學(xué)”等課程為基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)使學(xué)生了解紡織清潔生產(chǎn)的必要性及紡織生物技術(shù)基本概念，重點(diǎn)掌握酶對紡織材料的作用原理、在紡織生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用情況和最新發(fā)展研究，并了解紡織廢水的生化處理特征及生物技術(shù)在紡織其他方面的應(yīng)用，有助于相關(guān)專業(yè)間的融合，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力，為以后的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

“紡織生物技術(shù)”課程理論與實(shí)際結(jié)合性較強(qiáng)，且具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉性。隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，目前的教學(xué)內(nèi)容暴露出其局限性，相對單一的教學(xué)方式無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，同時學(xué)生缺乏足夠的生物技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識，使得學(xué)生對生物技術(shù)及其應(yīng)用無法深入理解，因此導(dǎo)致教學(xué)效果不盡如人意。針對上述問題，有必要對該課程進(jìn)行教學(xué)改革，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采用多樣化教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求的復(fù)合型輕化工程專業(yè)人才。

二、 “紡織生物技術(shù)”課程教學(xué)存在的問題

1. 教學(xué)內(nèi)容陳舊

課程教學(xué)內(nèi)容是人才培養(yǎng)的主要落腳點(diǎn),也是教學(xué)改革的關(guān)鍵。“紡織生物技術(shù)”課程的性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)需要該課程的教學(xué)內(nèi)容既具有系統(tǒng)性又具有開拓性。我校自2005年開設(shè)“紡織生物技術(shù)”課程以來，沒有固定教材，主要參考書目是2002年周文龍編著的《酶在紡織中的應(yīng)用》[1]，內(nèi)容主要包括生物酶的基礎(chǔ)理論知識、淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等幾類常用酶種在織物退漿、纖維素纖維改性及蛋白纖維改性中的應(yīng)用，并簡要介紹了一些其他酶制劑，如過氧化氫酶、漆酶、脂肪酶等在紡織加工中的應(yīng)用潛能。隨著酶工程的迅速發(fā)展和人們對酶認(rèn)識的不斷深入，原來的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)無法滿足“紡織生物技術(shù)”課程教學(xué)大綱的要求。隨后在已有教學(xué)參考書目的基礎(chǔ)上，將陳堅等于2007年編著的《新型紡織酶制劑的發(fā)酵與應(yīng)用》[2]中的部分內(nèi)容補(bǔ)充到課程教學(xué)中。該書中的相關(guān)內(nèi)容是我校基于國家“863”計劃、國家自然科學(xué)基金及教育部科學(xué)技術(shù)研究資助而開展的關(guān)于五種新型紡織酶制劑研究成果，這些內(nèi)容代表了最新的紡織用酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)，具有前沿性和實(shí)用性。紡織產(chǎn)品加工過程的復(fù)雜性和多樣性決定了可能用于紡織材料改性的酶種類的多樣性，隨著人們對紡織材料和酶的種類及其作用機(jī)理的認(rèn)識不斷深入，已有的教學(xué)內(nèi)容已無法滿足現(xiàn)代紡織生物技術(shù)發(fā)展的要求。

此外，“紡織生物技術(shù)”課程與前期及后續(xù)課程的銜接不夠緊密。如“紡織生物技術(shù)”的先修課程為“有機(jī)化學(xué)”和“纖維物理與化學(xué)”，但這些先修課程與生物技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容缺乏緊密聯(lián)系，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解紡織生物技術(shù)的含義，尤其是具體的生物酶催化機(jī)制及生物酶對紡織材料的改性機(jī)理時有一定的困難。導(dǎo)致學(xué)生無法從酶的本質(zhì)與纖維結(jié)構(gòu)和性能上理解酶催化在紡織纖維材料改性過程中的應(yīng)用特點(diǎn)，只能生搬硬套，嚴(yán)重影響了學(xué)生對紡織生物技術(shù)知識的掌握，學(xué)生在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后相關(guān)科研生產(chǎn)中很難發(fā)揮其主動性和創(chuàng)造性。

2. 教學(xué)方法單一

“紡織生物技術(shù)”課程長期以來雖一直采用多媒體教學(xué)方式,但課件內(nèi)容多為文字表述，在教學(xué)過程中仍以“教師講、學(xué)生聽”為主。作為一門輕化工程專業(yè)本科生的能力拓展課程，這種教學(xué)方法極大地限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性。學(xué)生本身缺乏生物技術(shù)的學(xué)習(xí)背景，面對復(fù)雜的生物酶結(jié)構(gòu)、繁多的生物酶種類及抽象的作用機(jī)理，學(xué)生難免感覺理解困難，上課時容易懈怠懶散，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。

3. 缺乏實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

“紡織生物技術(shù)”課程具有理論性較強(qiáng)但又與實(shí)踐聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，而目前我校該課程僅局限于課堂講授，沒有與之相配套的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生對酶作用的高效性、專一性和作用條件溫和性缺乏感性認(rèn)識。與酶有關(guān)的唯一實(shí)踐性環(huán)節(jié)也僅僅體現(xiàn)在少數(shù)學(xué)生的畢業(yè)論文相關(guān)課題的研究工作中，存在嚴(yán)重的局限性。即使能夠進(jìn)入與生物酶有關(guān)的后續(xù)畢業(yè)課題研究的學(xué)生，也嚴(yán)重缺乏實(shí)際操作技能及對生物酶作用條件的理解，而未進(jìn)入該環(huán)節(jié)的學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的掌握則完全停留在理論上，缺乏必要的實(shí)踐應(yīng)用能力和獨(dú)立思考問題的能力。

三、 “紡織生物技術(shù)”課程教學(xué)改革初探

結(jié)合我校紡織生物技術(shù)研究所取得的成果，以及輕化工程專業(yè)與生物工程專業(yè)交叉融合的優(yōu)勢，在分析目前“紡織生物技術(shù)”課程教學(xué)存在問題的基礎(chǔ)上，對該課程的教學(xué)體系進(jìn)行了改革和完善，以促進(jìn)學(xué)生更好地理解和掌握紡織生物技術(shù)。

1. 重組和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在沒有固定教材的情況下，我們根據(jù)歷年來所講授的紡織生物技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，將授課內(nèi)容分為三部分：(1)酶的催化理論，包括酶作為蛋白質(zhì)的性質(zhì)及其催化原理，紡織酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)。(2)各類常用酶在紡織加工中的應(yīng)用，包括應(yīng)用于紡織品前處理、染色和后整理各類加工過程中可能用到酶制劑的種類及其作用原理，一些新型酶種應(yīng)用于紡織材料加工的潛能及最新的發(fā)展動態(tài)。(3)紡織材料的生物法合成，利用生物技術(shù)包括微生物和酶工程制備新型的紡織材料。

由于缺乏必要的生物技術(shù)基礎(chǔ)知識，學(xué)生對酶的催化機(jī)制很難理解，對酶作為蛋白質(zhì)所具有的性質(zhì)具有似曾相識的感覺。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)簡要回顧和補(bǔ)充蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及蛋白質(zhì)的性質(zhì)等相關(guān)基礎(chǔ)知識[3]，使學(xué)生能更好地理解酶的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與酶的催化作用之間的關(guān)系，以及酶的作用效果與反應(yīng)條件之間的關(guān)系。在講授酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用之前，給學(xué)生補(bǔ)充復(fù)習(xí)紡織纖維的物理化學(xué)性質(zhì)，使學(xué)生更好地理解各類酶對紡織材料處理的作用機(jī)理。同時在教學(xué)過程中適當(dāng)補(bǔ)充酶的活性測定原理及方法等相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生全面了解生物技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用，并為后續(xù)的實(shí)踐教學(xué)打好基礎(chǔ)。此外，結(jié)合我校生物工程學(xué)院和紡織服裝學(xué)院紡織生物技術(shù)研究室近年來的課題研究成果[4-9]，在教學(xué)過程中介紹酶在紡織工業(yè)中應(yīng)用的最近資料，如聚乙烯醇降解酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、漆酶等新型酶制劑在紡織工業(yè)中的應(yīng)用，以及對現(xiàn)有酶制劑的改性及其對纖維材料的作用機(jī)制等，極大地豐富了教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生了解該領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)。

2. 改進(jìn)和完善教學(xué)手段

“紡織生物技術(shù)”課程的學(xué)科交叉性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容比較枯燥，再加上學(xué)生缺乏必要的生物技術(shù)基礎(chǔ)知識，即使教師精心準(zhǔn)備了教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生仍然缺乏聽課興趣。因此改革課程教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，就成為教學(xué)改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容。酶是一類應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速的生物催化劑，根據(jù)授課內(nèi)容，給學(xué)生指定相應(yīng)的討論主題開展討論式教學(xué)。學(xué)生通過查閱資料、制作PPT，然后在課堂上講解，教師進(jìn)行點(diǎn)評并組織學(xué)生提問討論，激發(fā)學(xué)生積極思考，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。如在講授各類酶的作用機(jī)制時，讓學(xué)生討論酶對纖維作用的選擇性及可能獲得的整理效果。從紡織材料加工的條件分析紡織酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生從本質(zhì)上了解酶的催化原理、用于不同結(jié)構(gòu)纖維材料加工的酶制劑種類及酶促反應(yīng)在紡織材料加工各工序的作用效果，通過討論提出提高生物酶在紡織品印染加工過程中穩(wěn)定性的方法。學(xué)生在這種師生互動式教學(xué)中，由被動接受變?yōu)榱酥鲃訉W(xué)習(xí)，極大地提高了學(xué)生的查閱文獻(xiàn)能力、口頭表達(dá)能力以及分析問題和解決問題的能力。同時在提問與回答中活躍了課堂氣氛，學(xué)生思維得到激發(fā)，教師也能夠獲得一些有啟發(fā)性的研究靈感。

以前“紡織生物技術(shù)”課程雖采用多媒體教學(xué)，但是課件以文字為主，內(nèi)容相對單調(diào)枯燥，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為此我們重新制作了多媒體課件，充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)資源，在課件中添加了大量的圖片和動畫，并配以相應(yīng)的視頻資料，將生物酶的催化機(jī)制、酶的測定方法等生動而具體地展示出來。如在講授酶的催化效率時，將過氧化氫在無催化劑、金屬離子催化劑與過氧化氫酶催化下的分解效率展示在同一張幻燈片中，使學(xué)生對酶催化高效性的特點(diǎn)一目了然；在講述酶的催化機(jī)理時，以絲氨酸蛋白酶為例，以動畫的形式生動形象地將酶與底物的結(jié)合、底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的過程展示給學(xué)生，使原本抽象難懂的理論知識變得形象生動、通俗易懂，學(xué)生對該內(nèi)容印象深刻，極大地提高了學(xué)習(xí)熱情。

3. 增設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)

“紡織生物技術(shù)”作為一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，必須將理論與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，通過實(shí)踐才能使學(xué)生深入地理解生物技術(shù)應(yīng)用于紡織工業(yè)的理論知識，因此只是在課堂上講授生物酶的相關(guān)理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。對此，我們根據(jù)生物酶在紡織品印染加工中應(yīng)用的發(fā)展趨勢，以及我校在紡織生物技術(shù)方面的研究特色，開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生通過自己動手操作，觀察酶對紡織材料改性的結(jié)果和現(xiàn)象，深入地理解酶的作用，全面地掌握紡織生物技術(shù)知識。在實(shí)踐教學(xué)過程中，還要留給學(xué)生一定的自由度和獨(dú)立的思維空間,讓學(xué)生充分發(fā)揮自主性。圍繞“紡織生物技術(shù)”課程教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容，我們初步設(shè)計了2個實(shí)驗(yàn)：(1)淀粉酶退漿，要求學(xué)生了解淀粉酶活性的測定方法，了解影響淀粉酶對棉織物淀粉漿料退除效果的影響因素；(2)過氧化氫酶去除漂白殘留的過氧化氫，要求學(xué)生考察過氧化氫酶的作用對漂白后棉織物染色性能的影響，并與傳統(tǒng)水洗法去除過氧化氫的效果進(jìn)行比較。

此外，利用我校已有的紡織生物技術(shù)研究室資源，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中組織學(xué)生參觀教師和研究生在生物酶應(yīng)用方面的研究成果，使學(xué)生了解生物酶的基礎(chǔ)理論知識和應(yīng)用領(lǐng)域，了解生物酶的應(yīng)用特點(diǎn)和最新發(fā)展動向。還組織學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)之余積極參與該實(shí)驗(yàn)室相關(guān)課題的討論和研究工作，鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力和思考問題、解決問題的能力。

四、 結(jié)語

通過幾年的教學(xué)實(shí)踐，我們對“紡織生物技術(shù)”課程現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組優(yōu)化和適當(dāng)補(bǔ)充，使這門學(xué)科交叉性強(qiáng)的課程的知識結(jié)構(gòu)更加完整，教學(xué)內(nèi)容更加豐富，并與當(dāng)前該領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)緊密聯(lián)系，有效地發(fā)揮了該課程開拓學(xué)生知識視野和提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的作用。教學(xué)方法的改善提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的思維。增設(shè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，真正使學(xué)生從理論和實(shí)際的結(jié)合中理解和掌握紡織生物技術(shù)的相關(guān)知識，鍛煉了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。

[1] 周文龍.酶在紡織中的應(yīng)用[M].北京:中國紡織出版社，2002.

[2] 陳堅，華兆哲，堵國成.新型紡織酶制劑的發(fā)酵與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] 魏述眾.生物化學(xué)[M].北京:中國輕工出版社，1996.

[4] 崔莉.微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶穩(wěn)定性及其對羊毛蛋白纖維改性機(jī)制的研究[D].無錫：江南大學(xué)，2007.

[5] 厲成宣.固定化過氧化氫酶對H2O2的催化分解[D].無錫：江南大學(xué)，2008.

[6] 王平.羊毛表面生物酶改性及機(jī)制研究[D].無錫：江南大學(xué)，2010.

[7] 余圓圓.纖維素酶修飾及其對纖維素纖維作用的研究[D].無錫：江南大學(xué)，2014.

[8] 倪曉艷.漆酶改性黃麻纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的制備與性能研究[D].無錫：江南大學(xué)，2015.

[9] 張穎.微生物降解聚乙烯醇的條件及降解過程機(jī)制研究[D].無錫：江南大學(xué)，2006.

2015年江南大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目(JG2015042)

崔 莉(1972—)，女，山西長治人，副教授，博士，研究方向?yàn)榧徔椛锛夹g(shù)。E-mail:cuili_72@163.com

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