生物工程研究生教学案例建设分析

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生物工程作为推动生物产业健康发展的新兴学科，具有明显的工程化和产业化特征。从生物工程生产的角度出发，结合实际案例，学习研究成果产业化过程中的基本原理、基本程序和基本方法，对于培养学生的工程化意识具有重要的作用。

1生物工程研究生案例库现状

工科硕士研究生(学术型及工程领域研究生)的学习方式不能仅仅局限在课堂和实验室，必须在生产实践中提升学习效果，解决本专业领域范围内生产实际问题。我国多所高校已经尝试案例教学，但是使用的教学案例却往往处于零散状态，一般都是由任课教师基于个人的专业特长开发和制作，案例采集面狭小，原创性案例数量偏少、案例分析深度不够。许多案例的方案往往停留在纸面上，脱离了企业的生产实践，实践性效果大打折扣。

2生物工程研究生案例库的建设

结合山东半岛生物产业特点，以地方行业企业的实际状况为背景，选取代表性、典型性、先进性和创新性的素材进行案例开发，建设了多个系列的教学案例，每一案例系列按照相关领域的产业链设计，每个系列包括数个案例，每个案例均按照技术研发及成果产业化的工程过程编写，重点突出转化过程中所面临的技术与工程问题，注重案例系列的产业链完整性，使学生切实掌握研发思路和工程转化过程。如基因工程菌系列案例，涵盖了基因工程菌的获得及培养、基因工程产品的提取和精制、生物制药厂设计等内容;从多角度引导学生进行学习、讨论、设计。每个系列案例的设计均设计课堂引导、课堂讨论和课外思考三种学习形式，注重知识的综合应用，提高学生多角度综合处理问题、解决问题能力。

3微藻生物技术系列案例设计及教学

微藻生物技术是本学科的特色研究方向之一，多项技术已实现产业转化。本系列案例遵循典型性、实用性和启发性的原则，结合相关研究团队的研究成果及成果转化的实际过程，涉及微藻规模化培养、微藻反应器的开发研制、微藻活性成分规模化制备、微藻固碳、微藻在环境净化领域的应用等产业链全过程，学生通过课前自主学习、课堂针对性讲解、小组讨论、工程设计等环节，熟悉研究开发及成果转化的全过程。3．1微藻规模化培养。首先在课前，布置学生查阅相关文献，了解微藻的基本特性及影响微藻生长的主要因素，课上结合课题组研究实际，讲解光照、营养盐、CO2等因素对微藻培养的影响;组织学生进行小组讨论，从光能高效率捕获和利用、营养高效率吸收和利用及微藻培养条件优化三方面，讨论学习实现微藻大规模高密度培养的关键技术;课后学生分组查阅国内外研究文献，讨论分析多种微藻生长抑制物对微藻生长的影响;结合国内外研究文献，以螺旋藻和渤海赤潮藻类为例，学生制作PPT讲解微藻的生长与生长动力学，要求结合不同微藻生长动力学模型的建立过程，具体讲述微藻生长动力学模型对微藻大规模培养中的指导作用;教师点评并指出，微藻的大规模培养技术是制约微藻生物技术发展的主要瓶颈之一，也是微藻研究领域中的关键技术和难点，启发学生进行思考:微藻培养过程中，如何有效提升微藻生物量?要求学生课后查阅文献，分组讨论，提出并设计相应的解决方案。3．2微藻生物反应器的开发。光生物反应器是微藻大规模培养的核心装置，目前微藻的大规模、产业化生产仍受限于微藻生物反应器的研制。本案例首先布置学生查阅文献，了解微藻光生物反应器的发展及常见类型，课堂教师从影响光生物反应器性能的光、混合与传质、温度控制三个主要因素着手，阐述光生物反应器的设计原则及研发思路，启发学生进行思考，在光生物反应器设计中，如何有效提升微藻生物量?之后学生进行分组讨论，结合国内外商业化光生物反应器的研发实例，讨论学习微藻光合反应器的设计改良、研发和生产使用，并进行讨论结果汇总，分组讲述介绍光生物反应器研发中，如何降低微藻光生物反应器的制造、运行以及维护成本，同时提高微藻生产能力。最后，从微藻产业化生产出发，指导学生进行微藻规模化培养工程的设计，在设计过程中使学生进一步理解前期所学知识，通过实际经历了解科研成果的转化过程。3．3微藻活性物质的制。备随着微藻生物技术的不断发展，微藻生物活性物质逐渐成为新的研究热点。本案例以微藻中常见活性物质制备为例，引导学生研究学习微藻活性物质的制备技术。学生前期学习了植物原料中活性物质的制备技术，掌握了常见的分离纯化技术手段，本案例学习过程中首先由教师给学生指出，微藻中生物活性物质的工业(提取)制备，与常规植物提取既有相似之处，又具有其自身的特点，启发学生进行思考:微藻活性物质工业制备的难点是什么。之后安排学生分组进行讨论，在实际生产中如何应用常见的细胞破壁技术、提取纯化方法进行微藻活性物质的制备;结合微藻产物工业制备技术发展趋势，总结微藻活性物质产业生产的难点和特点。课后教师提供给学生相关的微藻活性物质制备相关资料，要求学生结合以前所学生物活性物质制备技术，从实际案例中归纳总结出微藻活性物质制备的共性技术，结合微藻产物工业制备技术发展趋势，提出微藻活性物质工业制备的难点，以作业形式提交。另外，选取β－胡萝卜素、虾青素、岩藻黄素、多不饱和脂肪酸、藻蓝蛋白等物质为目标产物，设计微藻成分生产工艺流程，并探讨定位微藻全藻利用的“分级提取－全组分开发”概念。3．4微藻固碳。本案例作为本系列案例的一个拓展案例，采用教师引导、学生分组学习讨论的方式，引导学生去分析、领悟微藻固碳领域的相关研究及应用。课前两周布置相关学习任务，学生组织学习小组，进行文献查阅和分析讨论，课上由各小组代表分别从固碳微藻的选育、微藻固碳的机理和影响因素、微藻固碳的反应器设计、微藻固碳的技术应用四个方面进行讲解介绍，教师根据学生的讲解情况进行针对性点评，同时提出制约微藻CO2固定效率的瓶颈问题，学生现场对微藻固碳技术的经济可行性进行分析，讨论降低微藻固碳成本的可行性方案，课后结合文献调研，对设计的方案进行进一步分析完善，形成文本作业提交。3．5微藻在环境净化领域的应用。本案例也是此系列的一个拓展性案例，重点在拓展学生的视野。学习过程中，以课堂讨论、课后思考为主。课堂上，首先由教师讲述介绍国外微藻在环境净化方面的研究进展，如能量高效利用的污水处理系统———AlgalBioWallSystem(藻类及藻类生物墙系统)，BioUrban微藻空气净化器，以及欧盟INCOVER项目等，学生分组讨论每种技术的设计理念、特点、先进性等;课后查阅文献，了解微藻在养殖废水处理方面的应用，总结提出为提高净化效果采用的措施，以文本作业形式提交。

4考核体系与教学效果分析

案例教学的目的是切实提高强化学生的工程意识，对于学生学习效果的考核也应围绕此中心，重点考察学生应用所学知识解决实际工程问题能力。注重过程评价，根据学生的课堂发言、讨论、讲解情况给出平时成绩，占总成绩的50%，提高学生平时教学过程的参与积极性。以文本形式提交的设计、作业等占50%，平时成绩重点考察学生对知识的掌握和应用情况，文本作业则主要考察学生的工程技能。在上述微藻生物技术系列案例的教学过程中，随着教学的深入，学生逐渐掌握了微藻生物技术的基本理念和研发现状，对于成果转化过程有了比较深刻的认识了解，尤其是提交的两份设计性作业，通过工艺设计及图纸的绘制，提高了学生对工程规范的认知，同时也潜移默化地将床戏意识和工程意识融入学生的后续论文研究过程，从实验方案的设计、实施等方面充分考虑选用技术的先进性及工业可行性，为工科研究生的培养奠定了良好的工程基础。

参考文献

［1］彭婵娟，杨世芳．化工分离工程的案例教学［J］．山东化工，2018，47(3):119－120．

［2］张建峰，张洁婧，梁静，等．案例教学法在发酵技术与设备课程中的尝试［J］．科技经济导刊，2017(7):132．

［3］葛武鹏，李志成，张静，等．基于案例教学的食品工程硕士实操技能培养的教改探析［J］．教育教学论坛，2017，39(9):136－138．

［4］廖鹰，贺筱媛，吴善明，等．系统工程案例库建设与实践［J］．中国管理信息化，2016，19(5):235－237．

作者:姜爱莉 单守水 鞠宝 邢荣莲 曲江勇 单位:烟台大学