单位文秘网 2021-08-18 09:03:37 点击: 次
摘要: 海洋生化工程是一门新兴的极富生命力的综合性学科,随着人口的不可逆性增长、陆地资源和可耕种面积的不可逆性减少,全球性陆地资源短缺的压力将日益增加,海洋生化工程将成为人类缓解人口膨胀、资源短缺、环境恶化矛盾的至为重要的关键技术。本文作者探讨了跨学科选修课海洋生化工程的教学内容的合理选择,并结合自己的教学经验和体会对如何采用灵活多样的教学方法以提高本课程的教学效果进行了分析和讨论。
关键词: 海洋生化工程课程建设教学方法
一、引言
海洋生化工程是以海洋生物学为基础,利用陆地生化工程体系和工程原理,将海洋生物技术实验室研究成果推向产业化的一门新兴的极富生命力的综合性学科[1]。其作为高新技术之一,正以巨大的活力改变着传统的社会生产方式和产业结构,通过对实验室研究成果大的开发、放大和工程化,进而为人类提供更丰富的商品和社会服务[2,3]。随着科技水平的不断提高,人口的不可逆性增长,人类生活水平的不可逆性提高,陆地资源和可耕种面积的不可逆性减少,全球性陆地资源短缺的压力将日益增加,海洋生化工程将成为人类缓解人口膨胀、资源短缺、环境恶化矛盾的至为重要的关键技术。“九五”期间国家在“九五”科技攻关计划和首次被正式纳入国家高科技发展计划的“海洋863生物技术”研究领域中加大了对与海洋生化工程研究相关课题的支持力度[4,5]。国家“十五”科技攻关计划和国家“十五—863”计划也对该学科的发展给予了更多的关注。由此可见,这门课程的开设顺应了时代发展的要求。
很多学者认为,21世纪将是海洋的世纪[6,7]。因此,工科院校学生掌握一定的海洋生化工程基础知识,对于专业知识的学习,就业能力的提高,适应新世纪、新形势和新环境对本科学生的要求等都至关重要。海洋生化工程是面对具有理工科基础的非生物工程专业的学生开设的一门公共选修课程。由于海洋生化工程包含了非常广泛的研究内容,除了涉及微生物学和生物化学两门基础课外,生化反应工程、生化分离工程、生物工艺学、分子生物学和细胞生物学等都是该领域中相互支撑、相互联系的分支学科,然而对非生物工程专业的学生一一列出这些课程是不可能的,也没有必要。笔者认为,海洋生化工程既然是公选课程,面对理工科背景的学生,就应该充分考虑选修此门课程的学生的专业特点,从课程内容选择到教学方法的应用都应该围绕这个特点来进行。
二、根据专业特点,合理安排课堂教学内容和教学进程
选修本课程的学生专业分别为材料化学、测绘工程、化学工程与工艺、机械电子工程、机械设计制造及其自动化、工商管理和市场营销。本课程的目的是向非生物工程专业类学生介绍海洋生化工程的基本理论和技术,使他们在学习本课程后对海洋生化工程领域的知识有一个较全面的了解。也就是说,本课程应该以介绍性为主,在知识的广度方面尽量展开,让学生尽可能多地接触到海洋生化工程的方方面面,而在深度方面则不作特别的要求,毕竟他们的专业不是生物工程,而且本课程的总学时数只有32个课时。因此,我们充分考虑到这个原则,在选择教学内容时以工程应用为背景,以海洋生化工程的基本原理为主线,以非生物工程专业学生学习海洋生化工程基本知识为目的,将海洋生化工程所涉及的相关内容及最新研究进展有机地融合起来,笔者将本课程的内容分成四大部分。
(一)微藻生物技术基础。
这一部分的内容主要包括微藻的特点和分类、微藻的大规模培养和生物量采收、微藻的生物量和代谢产物及其应用以及常见的经济微藻和赤潮微藻。此部分内容对于未接触过海洋生化工程课程的学生而言比较抽象、难以理解,然而此部分内容对他们学习后续内容起到非常重要的作用,因此,笔者会以大量实图,包括主要微藻的显微图片(中国浮游植物图谱)、微藻的大规模培养设备、生物量采收的工艺流程和以色列等微藻生物技术发达国家在某些经济微藻养殖、采收等方面的示范视频短片,使学生能对微藻有一个较为全面的了解,并激发出他们的学习兴趣,从而快速、轻松地进入第二部分内容的学习。
(二)海洋生物活性物质的研究与开发。
本部分内容包括海洋药用物质、生物信息物质、海洋生物毒素、生物功能材料等各种天然产物的研究与开发。由于海洋生物活性物质一般都是以微量形式存在,因此如何获得足够量的活性物质一直是能否进行实际应用的关键之一。近年来,大量的生物学及生态学的研究结果表明,海洋生物活性物质的初始来源大部分甚至可能全部来自低等海洋生物如藻类及其共生菌类。因此,笔者认为本部分应围绕以低等生物为研究对象,应用生物培养、基因工程、DNA重组、生化工程、酶工程和发酵工程等生物技术生产生物活性物质进行讲解,并应该大量结合当今海洋生化工程领域的最新成果。此外,由于此部分涉及的海洋生物活性物质主要来源于海洋无脊椎动物、海藻和微藻,因此,笔者讲解活性物质种类及功效时配以活性物质来源的海洋生物的相应图片。在讲解过程中,笔者发现此种方法很好地激发了学生的学习兴趣,于是,在课时安排上适时调整,对这部分内容进行了相应的拓展,力图使学生尽可能多地了解海洋生化工程的发展前景和动态。
(三)海洋生物活性物质的制备技术。
海洋生化制备技术是生化制备技术在海洋生物中的具体应用和延伸,原理、方法和技术与生物化学制备基本一致,因此,重点讲解内容为海洋生化制备技术与其他经典的生化分离方法不同的特点及海洋生化制备的实例。在此部分,对于传统的分离技术如过滤、离心、结晶等未进行讲解,而对生物产品分离的方法,如盐析、离子交换、等电点沉淀、亲和层析、双水相萃取和超临界萃取等进行了相应讲授,这能够充分拓展材料化学和化学工程与工艺等专业学生的视野。并且,在讲解过程中,笔者会配以上述基本单元炒作的原理演示动作图和实验人员规范操作的视频短片。令笔者兴奋的是,课后不仅材料化学和化学工程与工艺两个专业的学生反映这些实验方法对于指导他们的课程实验和毕业实验非常有用,其他专业的学生也感觉这部分内容很好地拓展了他们的知识面。
(四)近海滩涂生物资源的开发利用。
随着世界人口的日益膨胀和资源约束的不断加剧,浅海滩涂资源开发不仅已成为缓解人类社会生存与发展面临的人口、资源与环境之间矛盾的有效途径之一,更是一项世界性的事业。我国浅海滩涂面积大、分布广、地理条件优越、开发潜力巨大。在这种发展趋势下,讲授近海滩涂生物资源的开发利用具有非常重要的现实意义。这能让学生充分了解国际发展的新形势,以适应国际新环境。因此,本部分也是笔者的重点讲解内容,包括近海滩涂生物资源的开发利用现状及主要模式,等等。由于荷兰、日本、挪威、英国、美国和马来西亚等国家浅海滩涂开发较为典型,因此,有很多实例可以让学生直观地了解(以图片方式)“围海造地”、“自然保护区公园”、“海水增养殖业”和“建机场、码头和人工岛”等浅海滩涂的利用途径。此外,值得一提的是,目前关于包括滩涂在内的湿地保护工作备受世界自然基金会的重视,扬州大学、浙江大学、集美大学和北京林业大学等11所大学加入此工作,相应的宣传短片不仅让学生感同身受,而且让海洋生化工程达到了预期的教学效果。
三、采取灵活多样的教学方法,保证教学质量
一套行之有效的教学方法能保证教学的顺利实施,并能够取得良好的教学效果。因此,在教学过程中,笔者采取启发式和讨论式教学,尽可能调动学生的求知欲望,实现教学双方的良性互动,使教师的“教”与学生的“学”在一个轻松活跃的气氛中进行。
(一)理论联系实际,融知识性和趣味性于一体。
在教学过程中,将书本上的理论知识与一些实际问题紧密联系。一方面使学生掌握海洋生化工程的基本知识,另一方面激发学生的学习兴趣,让他们觉得海洋生化工程知识在解决实际问题中行之有效。例如,在讲解海洋生物活性物质的研究与开发中,很多活性物质都已经被开发成为新药,那么可以讲授过程中,侧重于这些新药的疗效和应用,让学生领略到海洋生化工程的强大功能;同时,也要注重趣味性。例如,化妆品广告中大宝SOD蜜中的“SOD”指的是超氧化物歧化酶(Super Oxide Dismutase);奶粉广告中的脑黄金“DHA”、“AA”就是指二十二碳六烯酸、花生四烯酸等不饱和脂肪酸。
(二)充分利用网络资源,丰富教学内容。
将网络上丰富的信息资源充分利用在教学过程中,不仅大大增加课堂教学信息量,集文字、图表、声音、动画和颜色于一体,使知识传授和教学艺术高度结合,而且将较难用语言和文字表达的海洋生物及活性物质结构等直观、动态地显示在学生的面前,使课堂教学更加生动、形象、直观,这对学生理解和掌握相关知识有着事半功倍的效果。
四、结语
目前,我国正在积极倡导在高校开展素质教育,改变以往专业人才培养狭隘的“对口”观念,将学生培养成厚基础、宽口径,具有创新精神和较强理论联系实际能力的科技型人才。而海洋生化工程公选课的开设,正是为这个目的服务的,让非生物工程专业学生具有相应的生物工程方面的知识,能很好地开阔他们的视野,培养他们跨学科交叉综合思维的能力。笔者对跨学科公选课海洋生化工程课程建设及教学方法进行了初步尝试,取得了预期的教学效果,这让笔者更有信心开展下一年度的跨学科公选课。然而,在教学中也遇到了相应的问题,例如,公选课面向全校学生开课,而学生专业跨度较大,因此,每年开课前授课内容都要相应改动,而且有时候做很大变动,这就给本课程的教学增大了工作量。同时,课程内容涉及面太广,而现有国内海洋生化工程教材理论程度都较深,很难用于本课程的教学。因此,选编适合的教材对于海洋生化工程公选课的开设具有很重要的影响。当然,跨学科公选课海洋生化工程还有很多需要改进和完善的方面,笔者相信通过教学实践,跨学科公选课海洋生化工程面临的困难一定能得到有效的解决。
参考文献:
[1]欧阳藩.中国生物技术产业现状.化工进展,2000,5:5-9.
[2]欧阳藩.21世纪中国的海洋生物技术产展望.97’中国青年学者生物技术前沿学术讨论会论文集,1997,北京,1-2.
[3]欧阳藩,董志峰,白新盛.发展我国医药工业的探讨.生物工程进展,1995,5(5):20-24.
[4]中国海洋学会.21世纪中国海洋科学与技术展望.北京:海洋出版社,1998.
[5]韩晓鹏,彭海青,翟世奎.海洋科学中若干前沿领域发展趋势的分析与探讨.北京:海洋出版社,1994.
[6]管华诗.我国海洋生物技术的发展与展望.世界科技研究与发展,1998,20,(4):12-14.
[7]陈登勤.海洋高新技术与海洋生物资源开发.世界科技研究与发展,1998,20,(4):95-97.
基金资助:人才引进科研启动项目(KQ08001)
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