于貞 姜愛麗 常秀蓮 林劍 鞠寶 邢榮蓮

【摘 要】《生化工程》是生物工程專業(yè)最難得課程之一，它理論抽象、邏輯性和綜合性強，對數(shù)學的要求高，是一門理論與實踐緊密結合的課程，授課過程將《生化工程》是為生物技術產(chǎn)業(yè)化服務的這一思想貫穿在整個教學過程中，將基本概念與基本原理始終與它們在生產(chǎn)實踐的應用結合起來，增強了學生理論聯(lián)系實踐的意識，提高了學生分析問題和解決問題的能力，達到了較好的教學效果。

【關鍵詞】生化工程;產(chǎn)業(yè)化;理論聯(lián)系實踐;教學效果

【中圖分類號】G642 ??????【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）11-0112-01

《生化工程》是將生物技術的實驗室成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的學科，它研究和解決的是生物反應過程中帶有共性的工程技術問題[1，2]，因而《生物化學工程》是生物工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎課，在生物工程專業(yè)課教學中占有十分重要的地位，對于提高學生的理論水平起到重要的作用。

隨著近幾年高校的不斷擴召，學生數(shù)量猛增，而教學資源相對不足，特別是象高等數(shù)學這樣的基礎課，學生大班上課，再加上數(shù)學課的邏輯性強，很多學生對高等數(shù)學都很頭疼。而《生化工程》課，本身對高等數(shù)學的要求比較高，同時其前修課程，恰恰包括了對數(shù)學要求很高的《物理化學》、《化工原理》，同時還包括《生物化學》、《微生物學》等課程，因此，《生化工程》是一門綜合性強，理論性強和邏輯性強，讓學生覺得難度很大的理論基礎課程[3]，特別是其中涉及的反應機理和所得的動力學方程，讓學生看到了一堆的數(shù)學公式，畏難情緒高漲，對這門課有著抵觸情緒，學得很是艱難，對理論的把握達不到教學要求，難以在實踐過程中加以運用，因而影響了我們的教學效果。

以往的《生化工程》教學過程中注重讓學生加深對動力學理論的理解，因而授課過程中強化是理論的數(shù)學推導，即便有為了強化理論運用的計算題，學生仍然覺得上《生物化學工程》課太難，因為學生的數(shù)學基礎較差，碰到與數(shù)學關系密切的課本能的抗拒，再加上《生化工程》的前置課程《物理化學》和《化工原理》也是和數(shù)學關系密切的課，所以一直以來，《生化工程》的教學效果不盡如人意，教師講得累，學生學得也辛苦，難以達到學生提高理論水平的要求。因此，如何在教學過程中激發(fā)學生的學習興趣，深入理解《生化工程》的理論知識，并學會將這些理論用來指導生產(chǎn)，強化學生理論與實踐相結合的意識，提高學生分析問題解決問題的能力，是教學中面臨的重大課題。結合長期的本科教學工作，筆者對《生化工程》的教學內(nèi)容、教學方法和教學手段進行了逐步的探索，取得了良好的教學效果。

一、在授課過程中強化學生的工程意識，增強學生學好《生化工程》的使命感

《生化工程》是在青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的過程中，創(chuàng)造性的應用化學工程學的原理與方法解決了青霉素發(fā)酵生產(chǎn)過程中產(chǎn)黃青霉需氧和染菌的主要矛盾，使得青霉素的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)成為可能，可以說青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的歷史就是《生化工程》誕生的歷史。它解決了好養(yǎng)微生物發(fā)酵的關鍵技術問題即氧的傳質(zhì)，培養(yǎng)基和空氣的滅菌技術解決了染菌的難題，引發(fā)了其他好養(yǎng)微生物發(fā)酵產(chǎn)品比如氨基酸工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)，開創(chuàng)了好氧發(fā)酵的新紀元，而《生化工程》也是在解決發(fā)酵生產(chǎn)過程中遇到的新的具有共性的工程技術的過程中得到不斷的發(fā)展。所以《生化工程》其實是生物技術產(chǎn)業(yè)化的橋梁，是為工業(yè)化服務的，這一思想貫穿在整個授課過程中，不斷強化學生的工程意識，讓學生充分認識到《生化工程》在生物技術產(chǎn)業(yè)化過程中能夠解決哪些工程技術問題，產(chǎn)生什么樣的經(jīng)濟效益，明確《生化工程》在學科體系中的重要性，增強學生學好《生化工程》的使命感。

二、將《生化工程》理論教學與實驗、生產(chǎn)相結合，增強學生理論與實踐相結合的意識

1.將《生化工程》的基本概念與和實驗方案相結合，強化學生對概念的理解。

《生化工程》被認為是生物工程專業(yè)最難的課程之一。該課程理論抽象，推理太難，對數(shù)學的要求特別高，使學生的學習興趣不高。

為了使學生加深對《生化工程》理論的理解，在講解基本概念時，從生產(chǎn)實例入手，通過生產(chǎn)實例的介紹過渡到基本概念的引出，并力求將概念具體化和實踐化，也就是將概念轉(zhuǎn)化成在實驗室能進行測定的參數(shù)，這樣概念就是活的，更有利于學生對基本概念的把握。比如在講述生物工程的基本概念時，先從合成氨和味精生產(chǎn)兩個典型的化學反應過程入手，分析兩個化學反應過程不同特點，點明產(chǎn)生這種差別的原因是因為催化劑的不同而引起的，再進一步引申出生物工程的基本概念，并根據(jù)生物催化劑在生物反應過程的不同用途，讓學生根據(jù)生活舉出具體的產(chǎn)品實例

比如在講培養(yǎng)基高溫短時滅菌的基本原理時，這里涉及到反應的活化能，“活化能”這個概念，其實在《無機化學》、《有機化學》和《物理化學》等課程中均有涉獵，它表示反應分子達到活化分子所需的能量，活化能影響了化學反應速率的快慢，催化劑如酶能降低反應活化能，所以能加快化學反應速率。如何測定一個反應的活化能？怎么就知道芽孢受熱死亡的活化能高，營養(yǎng)物質(zhì)受熱分解的活化能低？根據(jù)反映活化能和反應速率相互關系的阿倫紐斯定理，設計實驗方案，并確定實驗過程中要測定哪些數(shù)據(jù)，如何處理這些數(shù)據(jù)才能減少誤差，最后獲得反應的活化能。通過這種方式，將《生化工程》中所涉及到的概念盡可能的轉(zhuǎn)化成為在實驗室能夠檢測的參數(shù)，使學生對概念的理解和掌握更加深入。

《生化工程》中涉及到的公式有很多，為了讓學生學會從工程角度處理實際問題，我們會首先從反應的機理出發(fā)，用數(shù)學的方法嚴密的推導出來，讓學生了解的動力學方程的出處，對動力學中各變量和模型參數(shù)有清晰的認識。這樣可以增強學生的邏輯思維，加深學生對公式的理解，同時為了引導學生學會應用這些公式，我們把重點放到如何根據(jù)所得的動力學方程，設計具體的實驗方案，以便獲得我們所需的模型參數(shù)，并在生產(chǎn)過程中如何根據(jù)模型參數(shù)的物理意義來甄別實驗結果的好壞。這樣學生對數(shù)學模型的理解更為透徹，能更好地將理論運用到生產(chǎn)實踐中去。

2.將理論原理與實例分析相結合，提高學生的學習興趣。

理論原理的講授一般比較枯燥，為了增強學生的學習興趣，一般從理論原理產(chǎn)生的生產(chǎn)背景和理論背景出發(fā)，闡明當時的學術背景下面臨的主要矛盾，人們是如何解決這個主要矛盾從而導致新的理論的突破和產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的大幅提高，比如味精的大規(guī)模生產(chǎn)和普及。味精最初是用鹽酸將小麥蛋白降解，再將谷氨酸提純，最后用強堿進行中和后生成谷氨酸單鈉即味精，然而這種方式生產(chǎn)的味精，對原料的利用率低，生產(chǎn)過程中要用到強酸強堿，對設備和環(huán)境的破壞也很嚴重，因而當時的味精是一種奢侈品，而好養(yǎng)發(fā)酵工藝的產(chǎn)生，對味精的生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的影響，不僅因為發(fā)酵法對環(huán)境友好，條件溫和，而且采用深層液體發(fā)酵技術，使得產(chǎn)量大幅度增加，使得味精很快就成為普通家庭的生活必需品，提高了人們的生活水平。這樣不僅使學生了解了理論原理的發(fā)展歷史，而且看到了理論突破對生產(chǎn)力的作用，增強了學生分析問題解決問題的信念。由于學生上《生化工程》之前經(jīng)歷過認識實習，學生對生物工程相關企業(yè)有了初步了解，所以在授課過程中介紹完將基本原理后，讓學生用學過的原理解釋生產(chǎn)實習看到的現(xiàn)象，將認識實習中獲得的感性認識上升到理性認識。

3.將生物化學工程基本原理與生產(chǎn)工藝的優(yōu)化相結合，強化學生理論聯(lián)系實踐的意識。

《生化工程》本身就是將生物技術的實驗室成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的學科，因此生化產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過程中的傳質(zhì)、傳熱、動量傳遞及反應過程的優(yōu)化都離不開《生化工程》的理論指導。因此結合生產(chǎn)過程中遇到的實際問題，是如何利用生化工程的基本原理結合計算機技術加以解決的，引導學生在實際生產(chǎn)和科研過程中如何利用反應動力學的基本原理來優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。比如在青霉素生產(chǎn)過程中如果用BSTR會由于產(chǎn)黃青霉比生長速率低導致發(fā)酵周期長達100h，而利用三個CSTR串聯(lián)來對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化，可以縮短發(fā)酵時間32h，大大提高了單位時間產(chǎn)品的產(chǎn)率;同時在發(fā)酵過程中，利用微生物生長和青霉素形成均與溫度有關的特點，建立起微生物生長速率、青霉素生成速率與溫度的反應動力學方程，運用計算機技術得到青霉素生成過程中各個時期的最佳溫度，對青霉素的生產(chǎn)過程實行分段控制的先進生產(chǎn)工藝，使青霉素的產(chǎn)量比恒溫控制時提高了76.6%[4]，大大提高了單位發(fā)酵液中青霉素的效價，讓學生深刻體會到《生化工程》的基本理論對生產(chǎn)的指導作用，有利于學生在今后的科研和工作過程中更好地利用《生化工程》的基本原理解決實際問題。

通過以上改革，使學生加深了對《生物化學工程》課程基本概念、基本理論的理解，對基本結論的理解更加深刻，并能夠很熟練地根據(jù)所學理論設計實驗方案，且對所得的數(shù)據(jù)能夠進行正確處理，對于提高同學們的實際操作能力、理論聯(lián)系實際、分析問題解決問題的能力有著顯著的推動作用。隨著上述實踐教學體系的不斷提高和完善，對于生物工程專業(yè)的整體教學水平的提高也必將有著重要的意義。

參考文獻

[1]戚以政，汪淑雄.生化反應動力學與反應器[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999.

[2]賈士儒.生物反應工程原理[M].北京：科學出版社，2002.

[3]韓培培，賈士儒，喬長晟.淺談如何上好生物反應工程課[J].廣州化工，2012（3）：148-154.

[4]山根恒夫.生化反應工程（周斌譯）[M].西安：西北大學出版社，1992.

作者簡介：于貞，女，（1973-），博士，副教授，從事生物工程教學與科研工作。

項目基金：煙臺大學2017年教改項目《強化學生理論與實踐相結合意識、提高學生素質(zhì)的生化工程教學改革》資助。