生物工程研究生教學案例建設分析

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生物工程作為推動生物產業健康發展的新興學科，具有明顯的工程化和產業化特征。從生物工程生產的角度出發，結合實際案例，學習研究成果產業化過程中的基本原理、基本程序和基本方法，對于培養學生的工程化意識具有重要的作用。

1生物工程研究生案例庫現狀

工科碩士研究生(學術型及工程領域研究生)的學習方式不能僅僅局限在課堂和實驗室，必須在生產實踐中提升學習效果，解決本專業領域范圍內生產實際問題。我國多所高校已經嘗試案例教學，但是使用的教學案例卻往往處于零散狀態，一般都是由任課教師基于個人的專業特長開發和制作，案例采集面狹小，原創性案例數量偏少、案例分析深度不夠。許多案例的方案往往停留在紙面上，脫離了企業的生產實踐，實踐性效果大打折扣。

2生物工程研究生案例庫的建設

結合山東半島生物產業特點，以地方行業企業的實際狀況為背景，選取代表性、典型性、先進性和創新性的素材進行案例開發，建設了多個系列的教學案例，每一案例系列按照相關領域的產業鏈設計，每個系列包括數個案例，每個案例均按照技術研發及成果產業化的工程過程編寫，重點突出轉化過程中所面臨的技術與工程問題，注重案例系列的產業鏈完整性，使學生切實掌握研發思路和工程轉化過程。如基因工程菌系列案例，涵蓋了基因工程菌的獲得及培養、基因工程產品的提取和精制、生物制藥廠設計等內容;從多角度引導學生進行學習、討論、設計。每個系列案例的設計均設計課堂引導、課堂討論和課外思考三種學習形式，注重知識的綜合應用，提高學生多角度綜合處理問題、解決問題能力。

3微藻生物技術系列案例設計及教學

微藻生物技術是本學科的特色研究方向之一，多項技術已實現產業轉化。本系列案例遵循典型性、實用性和啟發性的原則，結合相關研究團隊的研究成果及成果轉化的實際過程，涉及微藻規?；囵B、微藻反應器的開發研制、微藻活性成分規模化制備、微藻固碳、微藻在環境凈化領域的應用等產業鏈全過程，學生通過課前自主學習、課堂針對性講解、小組討論、工程設計等環節，熟悉研究開發及成果轉化的全過程。3．1微藻規?；囵B。首先在課前，布置學生查閱相關文獻，了解微藻的基本特性及影響微藻生長的主要因素，課上結合課題組研究實際，講解光照、營養鹽、CO2等因素對微藻培養的影響;組織學生進行小組討論，從光能高效率捕獲和利用、營養高效率吸收和利用及微藻培養條件優化三方面，討論學習實現微藻大規模高密度培養的關鍵技術;課后學生分組查閱國內外研究文獻，討論分析多種微藻生長抑制物對微藻生長的影響;結合國內外研究文獻，以螺旋藻和渤海赤潮藻類為例，學生制作PPT講解微藻的生長與生長動力學，要求結合不同微藻生長動力學模型的建立過程，具體講述微藻生長動力學模型對微藻大規模培養中的指導作用;教師點評并指出，微藻的大規模培養技術是制約微藻生物技術發展的主要瓶頸之一，也是微藻研究領域中的關鍵技術和難點，啟發學生進行思考:微藻培養過程中，如何有效提升微藻生物量?要求學生課后查閱文獻，分組討論，提出并設計相應的解決方案。3．2微藻生物反應器的開發。光生物反應器是微藻大規模培養的核心裝置，目前微藻的大規模、產業化生產仍受限于微藻生物反應器的研制。本案例首先布置學生查閱文獻，了解微藻光生物反應器的發展及常見類型，課堂教師從影響光生物反應器性能的光、混合與傳質、溫度控制三個主要因素著手，闡述光生物反應器的設計原則及研發思路，啟發學生進行思考，在光生物反應器設計中，如何有效提升微藻生物量?之后學生進行分組討論，結合國內外商業化光生物反應器的研發實例，討論學習微藻光合反應器的設計改良、研發和生產使用，并進行討論結果匯總，分組講述介紹光生物反應器研發中，如何降低微藻光生物反應器的制造、運行以及維護成本，同時提高微藻生產能力。最后，從微藻產業化生產出發，指導學生進行微藻規模化培養工程的設計，在設計過程中使學生進一步理解前期所學知識，通過實際經歷了解科研成果的轉化過程。3．3微藻活性物質的制。備隨著微藻生物技術的不斷發展，微藻生物活性物質逐漸成為新的研究熱點。本案例以微藻中常見活性物質制備為例，引導學生研究學習微藻活性物質的制備技術。學生前期學習了植物原料中活性物質的制備技術，掌握了常見的分離純化技術手段，本案例學習過程中首先由教師給學生指出，微藻中生物活性物質的工業(提取)制備，與常規植物提取既有相似之處，又具有其自身的特點，啟發學生進行思考:微藻活性物質工業制備的難點是什么。之后安排學生分組進行討論，在實際生產中如何應用常見的細胞破壁技術、提取純化方法進行微藻活性物質的制備;結合微藻產物工業制備技術發展趨勢，總結微藻活性物質產業生產的難點和特點。課后教師提供給學生相關的微藻活性物質制備相關資料，要求學生結合以前所學生物活性物質制備技術，從實際案例中歸納總結出微藻活性物質制備的共性技術，結合微藻產物工業制備技術發展趨勢，提出微藻活性物質工業制備的難點，以作業形式提交。另外，選取β－胡蘿卜素、蝦青素、巖藻黃素、多不飽和脂肪酸、藻藍蛋白等物質為目標產物，設計微藻成分生產工藝流程，并探討定位微藻全藻利用的“分級提取－全組分開發”概念。3．4微藻固碳。本案例作為本系列案例的一個拓展案例，采用教師引導、學生分組學習討論的方式，引導學生去分析、領悟微藻固碳領域的相關研究及應用。課前兩周布置相關學習任務，學生組織學習小組，進行文獻查閱和分析討論，課上由各小組代表分別從固碳微藻的選育、微藻固碳的機理和影響因素、微藻固碳的反應器設計、微藻固碳的技術應用四個方面進行講解介紹，教師根據學生的講解情況進行針對性點評，同時提出制約微藻CO2固定效率的瓶頸問題，學生現場對微藻固碳技術的經濟可行性進行分析，討論降低微藻固碳成本的可行性方案，課后結合文獻調研，對設計的方案進行進一步分析完善，形成文本作業提交。3．5微藻在環境凈化領域的應用。本案例也是此系列的一個拓展性案例，重點在拓展學生的視野。學習過程中，以課堂討論、課后思考為主。課堂上，首先由教師講述介紹國外微藻在環境凈化方面的研究進展，如能量高效利用的污水處理系統———AlgalBioWallSystem(藻類及藻類生物墻系統)，BioUrban微藻空氣凈化器，以及歐盟INCOVER項目等，學生分組討論每種技術的設計理念、特點、先進性等;課后查閱文獻，了解微藻在養殖廢水處理方面的應用，總結提出為提高凈化效果采用的措施，以文本作業形式提交。

4考核體系與教學效果分析

案例教學的目的是切實提高強化學生的工程意識，對于學生學習效果的考核也應圍繞此中心，重點考察學生應用所學知識解決實際工程問題能力。注重過程評價，根據學生的課堂發言、討論、講解情況給出平時成績，占總成績的50%，提高學生平時教學過程的參與積極性。以文本形式提交的設計、作業等占50%，平時成績重點考察學生對知識的掌握和應用情況，文本作業則主要考察學生的工程技能。在上述微藻生物技術系列案例的教學過程中，隨著教學的深入，學生逐漸掌握了微藻生物技術的基本理念和研發現狀，對于成果轉化過程有了比較深刻的認識了解，尤其是提交的兩份設計性作業，通過工藝設計及圖紙的繪制，提高了學生對工程規范的認知，同時也潛移默化地將床戲意識和工程意識融入學生的后續論文研究過程，從實驗方案的設計、實施等方面充分考慮選用技術的先進性及工業可行性，為工科研究生的培養奠定了良好的工程基礎。

參考文獻

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作者:姜愛莉 單守水 鞠寶 邢榮蓮 曲江勇 單位:煙臺大學