羅水忠，潘利華，楊雪飛，鄭志，王軍輝

（合肥工業(yè)大學食品與生物工程學院，安徽 合肥 230009）

隨著人口老齡化的加劇，治未病方法的普及，以及國人健康意識的提升，運用營養(yǎng)保健食品促進健康、改善疾病狀況、減少藥物副作用已經成為很多人的共識。未來，具有預防疾病和促進康復調節(jié)功能的保健品行業(yè)將具有巨大的發(fā)展空間[1]。但是，隨著監(jiān)管和市場準入的更加嚴格，未來的保健食品發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)并存。在大健康背景下，如何獲取功效成分并有效保持其活性，是保健品行業(yè)戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)、確保企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的基礎。

“生化分離工程”是分析從發(fā)酵液、酶反應液或動植物細胞培養(yǎng)液中分離、提取、純化與精制生化產品的過程[2]，是保健品生產的重要環(huán)節(jié)。它是食品科學與工程、生物工程、生物技術等專業(yè)的必修課程，亦是一門綜合性、實踐性、應用性、工程性極強的學科。該課程涉及數(shù)學、化學、物理學、生物學、工程學等相關背景知識，基礎知識多、基本理論廣，與生產聯(lián)系非常緊密。但是，該課程教學學時少，而且未被列為考研專業(yè)課程，因此學生的學習興趣不濃、積極性不高。如何在有限的教學學時內提高學生的學習興趣與積極性，讓學生理解、掌握“生化分離工程”的理論知識與實驗技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適于大健康背景下保健品行業(yè)的專業(yè)人才，為大健康產業(yè)的發(fā)展提供智力支持，我們根據(jù)工科學校學生工科基礎較強的特點，對“生化分離工程”的課程教學與實驗教學進行了設計與探索。

1 設計與探索課程教學模式，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維

“生化分離工程”課程主要講授各種生物活性物質（保健品中的功效成分）中雜質的去除、分離、純化和精制技術，通過對該課程的學習，要求學生能針對不同功效成分的特性，較好地運用各種分離技術來設計合理的提取、精制工藝路線，并能從理論上解釋各種分離現(xiàn)象，提高分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。理論學習是“生化分離工程”課程教學的基礎，是學生動手能力培養(yǎng)和訓練的基石[3]?？梢哉f，“生化分離工程”課程實踐教學質量的好壞直接關系到該課程教學的成敗。課程教學的好壞，不僅取決于教師的教學水平，更取決于學生學習的積極性與主動性。因此，為提高課程教學質量，我們以大健康背景下培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維為主線，對課程教學模式進行了探索與精心設計。

（1）精選與豐富教材，結合實例，實現(xiàn)教學內容的創(chuàng)新

現(xiàn)代生物技術發(fā)展迅猛，生化分離方法層出不窮，但由于教材出版相對滯后，難以選定一本能及時反映現(xiàn)代生物分離技術的滿意教材。我們根據(jù)曹學君的《現(xiàn)代生物分離工程》、嚴?？档摹渡蛛x技術》等國內現(xiàn)有的教材，以及我們工科學校的辦學思想和學生較強的工學基礎等特點，選擇了嚴?？档摹渡蛛x技術》作為主要授課教材，以我國衛(wèi)生部規(guī)定的保健食品原料（衛(wèi)法監(jiān)發(fā)[2002]51號）為實例原料，將授課內容分為以下5個模塊：①難溶物的分離與去除，主要包括過濾、細胞破碎、離心、沉淀4個單元操作，以黃精多糖為例；②產品的粗提分離，主要包括萃取、吸附、離子交換3個單元操作，以葛根黃酮為例；③產品的純化，主要包括層析、色譜、膜分離3個單元操作，以大蒜SOD為例；④產品的精制，主要包括結晶、干燥2個單元操作，以蛋白和多肽為例；⑤新型分離技術，主要包括分子蒸餾、頂空微萃取等分離技術，以薄荷精油為例。授課時詳細講述各單元分離過程的原理與分離系質量、熱量、動量傳遞過程的基本規(guī)律，探求分離過程對原料的選擇與設計、技術經濟效果的評價與優(yōu)化等基本方法。課后要求學生對分離技術在1～2種功效成分中的應用進行資料查閱、分析和總結，并在課堂時間對其作點評，實現(xiàn)教學內容創(chuàng)新的同時，培養(yǎng)了學生的科研意識和創(chuàng)新意識。

（2）采用交互式教學，調動學生創(chuàng)新動力

“生化分離工程”課程在大三下學期開設，學生已經掌握了物理、化學、微生物、數(shù)學、計算機等基礎知識，具備了成人的思考能力和學習能力，這為交互式教學提供了便利條件。因此，在教學過程中，我們通過雨課堂，把一些較為簡單的、定性的內容讓學生自學、自講。在該章節(jié)的講授過程中，教師將自學內容的重點及難點有機結合到教學內容中，對自講內容通過提問方式讓學生回答有關思考題，同時師生共同討論遇到的疑難問題。生化工程學科的發(fā)展日新月異，新型分離技術及新產品層出不窮，在課時有限的情況下，教師不可能在課堂上把所有的內容統(tǒng)統(tǒng)灌輸給學生。我們在每個章節(jié)的課堂授課結束時，都安排一些結合本章重點和難點內容的小課題，如學完“萃取”一章，安排給學生“萃取技術在生物分離中的應用進展”課題，要求并指導學生查閱文獻、分析資料及撰寫小論文，最后分組講解與討論。學生在進行文獻查閱的過程中，能了解萃取領域當前世界的最新發(fā)展動態(tài)，分析哪些功能成分適合用萃取技術制備，再結合教學內容，不僅加深了課堂內容的印象，而且對于實際使用過程中出現(xiàn)的萃取率低、分離過程緩慢等情況和解決方法也有所認識；同時賦予學生上臺表現(xiàn)和被檢驗的機會，大大地調動了他們的創(chuàng)新動力。

（3）融匯科研實踐經驗，激發(fā)學生創(chuàng)新興趣

為了激發(fā)學生創(chuàng)新興趣，我們在教學過程中加強科研與教學的結合。在講授理論課的過程中，首先，我們用自己的科研成果作為例子進行講解，多媒體教學所用的圖片中有我們科研過程中的一些典型的照片，并將自己在相關科研過程中積累的一些經驗和注意事項在授課的過程中逐一加以傳授。這樣既增加了學生對科研的神秘感，拉近了學生與科研的距離，又激發(fā)了學生學習的興趣，其次，我們還把自己的科研工作內容也帶入課堂，結合教材內容加以分析，這對很多學生都有吸引力，對有意進一步深造的學生也具有引導作用。如在講到色譜分離過程的時候，結合我們經常使用的離子交換色譜、紙色譜等操作方式的改進，以黃精多糖的純化為例，引導學生深入思考，指出每一種分離方法的優(yōu)劣，使學生深刻理解不同體系必須選擇不同的分離方式，激發(fā)了學生的創(chuàng)新興趣。

（4）調動主觀能動性思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識

主觀能動性思維包括發(fā)散性思維和收斂性思維。發(fā)散性思維通過教師提出問題，鼓勵學生以解決問題為中心，不局限于一種傳統(tǒng)方法，積極尋求多種解決方法的思維方式，是形成創(chuàng)造意識的基礎。例如，在講授“膜分離”一章時，我們鼓勵學生盡可能多列舉出增加膜通量的方法。學生紛紛提出自己的想法，如提高熱側溶液的溫度，提高膜兩側的溫差，增加水蒸氣壓差，增加進料流量，有同學還提出改進膜材料與結構等設想，思維極其活躍。但為了從眾多可能的方案中優(yōu)選出最佳的方法，則需要收斂性思維的指導。收斂性思維，是將發(fā)散性思維求同的思維。如前述的增加膜通量的幾種方法，如何確定一種最優(yōu)的方法呢?就要進行思維收斂，運用已有的知識，根據(jù)對膜蒸餾產物的要求，結合增加膜通量各種方法的能耗、設備投資、操作成本等的比較分析，選擇最合適的方法。

此外，“生化分離工程”是一門邏輯性很強的學科，它的許多結論往往需要經過一系列嚴謹?shù)臄?shù)學推導處理才能得到。因此，如果教師在授課過程有意識地調動、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，定能培養(yǎng)出思維敏捷的適于大健康產業(yè)需求的大學生人才。

2 設計與改革實驗教學模式，提高學生創(chuàng)新能力

“生化分離工程實驗”是使學生理解和鞏固“生化分離工程”理論知識的關鍵環(huán)節(jié)，是物質成分被分離實現(xiàn)工程放大的實踐環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)高質量分離工程與技術人才的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)物質分離的工藝方法具有模塊化、選擇性強、可替換性等特點，如何在“生化分離工程實驗”課程中培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力、實踐創(chuàng)新能力以及科學研究能力，我們對實驗教學模式進行了精心設計。

（1）重視基礎實驗，培養(yǎng)學生的基本實驗技能

為了培養(yǎng)學生的基本實驗技能，我們開設了以驗證型、演示型和虛擬型實驗為主的基礎實驗?！耙越處煘橹行?，以課本為中心”的驗證型基礎實驗的目標是使學生學會教材中給定的一種方法，驗證一個已知的事實，以加深對理論課堂的理解與鞏固。如“PEG/（NH4）2SO4雙水相系統(tǒng)中蛋白質分配系數(shù)的測定”驗證型實驗，通過試驗測定實驗數(shù)據(jù)，繪制雙水相相圖，分析牛血清白蛋白在PEG/（NH4）2SO4雙水相系統(tǒng)中的分配行為，不僅使學生掌握了雙水相相圖的制作方法及蛋白質的測定方法，培養(yǎng)了基本實驗操作技能，而且有助于學生對物質的雙水相分離實驗的理論背景和設計方法的理解。根據(jù)學校大型硬件設施緊缺的現(xiàn)狀，我們將超臨界萃取異黃酮、超聲波提取香菇多糖、離子交換法制備軟水、高效液相色譜儀結構及操作等設計為5～6人一組的演示型基礎實驗，在有限的學時里實現(xiàn)了每位學生都能進行實踐操作的目的。為有效緩解高校在實驗經費、場地、器材等方面面臨的困難和壓力，我們開設了四個虛擬型基礎實驗，包括薄層色譜法分離糖類物質、反膠束萃取技術提取胰蛋白酶、離子交換法制備軟水、高效液相色譜儀結構及操作。借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術在計算機上進行的虛擬仿真實驗提高了學生的學習興趣，加深了對理論知識的理解，實現(xiàn)了課程教學目標。

（2）開設綜合實驗，培養(yǎng)學生綜合實驗技能

實踐出真知，不與實踐結合的理論只能是空洞的理論[4]。為了鞏固學生的課程理論知識，培養(yǎng)學生綜合實驗技能，在完成基礎實驗的基礎上，我們設計了8課時的綜合實驗。綜合實驗是由學生根據(jù)教師給定的實驗模塊、實驗目的、實驗要求和實驗條件，自行設計方案并加以實現(xiàn)的實驗。為充分發(fā)揮學生對實驗的參與度、創(chuàng)造力和團隊精神，以具有調節(jié)機體功能的功效成分為目標分離物，我們設計了10個備選實驗模塊：①植物黃酮的提取與純化；②胞內SOD的提取與純化；③發(fā)酵液中青霉素的分離與純化；④發(fā)酵液中低聚糖的分離與純化；⑤茶葉中茶多酚的分離與純化；⑥發(fā)酵液中谷氨酸的分離與純化；⑦生物多糖的分離與純化；⑧花青素的提取與純化；⑨綠原酸的分離與純化；⑩成纖維細胞生長因子的分離和純化。實踐表明，學生根據(jù)自己的興趣自行選擇模塊實驗，積極性很高。例如，選擇“花青素的提取與純化”實驗模塊的同學，興奮地看著大孔樹脂魔術般地由白色變成紅色，酒精洗脫則又由紅色變成白色。我們發(fā)現(xiàn)，綜合實驗不但能夠考核學生領悟和融合知識、掌握基本技能、科學思維和創(chuàng)新意識，而且能夠提高學生運用所學的知識和技能，創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（3）實施探索實驗，提高學生創(chuàng)新實踐能力

為了培養(yǎng)學生的逆向思維能力，鼓勵他們大膽設想、創(chuàng)新，我們將傳統(tǒng)的驗證性實驗設計為探索實驗。探索實驗是通過挖掘書本已有的實驗內容，對某項或某個方面與某個領域有關的未知或未全知的問題，在學生不知道結論的情況下，通過教師創(chuàng)設問題情境，學生進行大膽設想、自主設計實驗、獨立實驗操作、經過思考分析才能得出結論的實驗，如在“超濾濃縮和分離谷光甘酞過氧化酶”的實驗中，書中給出了一個標準的分離條件，為了提高學生的參與性和主動性，我們將實驗題目改成“濃縮分離谷光甘酞過氧化酶的超濾條件的探索”，這樣把驗證性實驗上升為探索實驗，大大發(fā)揮了學生的能動性。探索實驗把學生引入科學探索的新起點、新境界、新高度，讓他們親歷“探索”過程，發(fā)現(xiàn)新問題，解決新矛盾，獲取新成果，從中體會成功的喜悅與失敗的考驗，激發(fā)并維持旺盛的創(chuàng)新激情，形成創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

“生化分離工程實驗”教學中實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不在于一定要學生發(fā)現(xiàn)新的生物分離技術，而是根據(jù)學生現(xiàn)有的知識、能力基礎，教師有意識地利用生化分離工程實驗的特性，提出基礎性、綜合性及探索性問題，學生才有可能用已知的各種分離技術設計待分離物質的分離提純方案，獨立完成實驗操作，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力[5]。例如，鹽析法沉淀蛋白質實驗，教師可以提出蛋白質在保健品中的應用原則及鹽析的原理等基礎性問題，蛋白質的功效發(fā)揮機理及其分離方法的種類等綜合性問題，以及蛋白質鹽析條件等探索性問題。學生根據(jù)老師的提示，將能夠更深刻地理解蛋白質初級分離純化的方法，蛋白質高級分離純化的方法，鹽析沉淀在蛋白質高級分離純化過程中的重要性等知識，進而設計多條脫鹽處理工藝路線，并進行工藝優(yōu)化篩選，從而掌握蛋白質分離技術的精髓。

3 結論

“生化分離工程”是一門理論性、實用性都很強的專業(yè)基礎課。在本門課的教學過程中，我們根據(jù)當前大健康背景下營養(yǎng)與保健品制造業(yè)對人才的要求，結合工科院校學生的特點，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、提高學生創(chuàng)新能力為中心，不斷改進課程教學和實驗教學的內容與方法，激發(fā)學生的求知欲望和探索精神，使學生自覺、自愿地去學習更多的新知識，提出更多的新觀點，這也要求教師進行更多創(chuàng)造性的科研活動，以便更好地傳道授業(yè)解惑。