序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的大健康下“生化分離工程”教學(xué)設(shè)計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

摘要：“生物分離工程”是一門理論性、應(yīng)用性和邏輯性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課。根據(jù)大健康背景下營養(yǎng)與保健品制造業(yè)的人才需求及工科院校的學(xué)生工學(xué)基礎(chǔ)較強的特點，對“生化分離工程”的課程教學(xué)與實驗教學(xué)進行了設(shè)計與探索，以期在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)使學(xué)生掌握“生化分離工程”的理論知識與實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：生化分離工程；大健康；教學(xué)改革；思維能力；創(chuàng)新能力

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(jīng)成為很多人的共識。未來，具有預(yù)防疾病和促進康復(fù)調(diào)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(zhǔn)入的更加嚴(yán)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(chǔ)?！吧蛛x工程”是分析從發(fā)酵液、酶反應(yīng)液或動植物細(xì)胞培養(yǎng)液中分離、提取、純化與精制生化產(chǎn)品的過程[2]，是保健品生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。它是食品科學(xué)與工程、生物工程、生物技術(shù)等專業(yè)的必修課程，亦是一門綜合性、實踐性、應(yīng)用性、工程性極強的學(xué)科。該課程涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)等相關(guān)背景知識，基礎(chǔ)知識多、基本理論廣，與生產(chǎn)聯(lián)系非常緊密。但是，該課程教學(xué)學(xué)時少，而且未被列為考研專業(yè)課程，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃、積極性不高。如何在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，讓學(xué)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(xué)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供智力支持，我們根據(jù)工科學(xué)校學(xué)生工科基礎(chǔ)較強的特點，對“生化分離工程”的課程教學(xué)與實驗教學(xué)進行了設(shè)計與探索。

1設(shè)計與探索課程教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)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(zhì)（保健品中的功效成分）中雜質(zhì)的去除、分離、純化和精制技術(shù)，通過對該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能針對不同功效成分的特性，較好地運用各種分離技術(shù)來設(shè)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(xué)習(xí)是“生化分離工程”課程教學(xué)的基礎(chǔ)，是學(xué)生動手能力培養(yǎng)和訓(xùn)練的基石[3]?？梢哉f，“生化分離工程”課程實踐教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到該課程教學(xué)的成敗。課程教學(xué)的好壞，不僅取決于教師的教學(xué)水平，更取決于學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性。因此，為提高課程教學(xué)質(zhì)量，我們以大健康背景下培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維為主線，對課程教學(xué)模式進行了探索與精心設(shè)計。

（1）精選與豐富教材，結(jié)合實例，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

現(xiàn)代生物技術(shù)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(shù)的滿意教材。我們根據(jù)曹學(xué)君的《現(xiàn)代生物分離工程》、嚴(yán)?？档摹渡蛛x技術(shù)》等國內(nèi)現(xiàn)有的教材，以及我們工科學(xué)校的辦學(xué)思想和學(xué)生較強的工學(xué)基礎(chǔ)等特點，選擇了嚴(yán)?？档摹渡蛛x技術(shù)》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(nèi)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(xì)胞破碎、離心、沉淀4個單元操作，以黃精多糖為例；②產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品的精制，主要包括結(jié)晶、干燥2個單元操作，以蛋白和多肽為例；⑤新型分離技術(shù)，主要包括分子蒸餾、頂空微萃取等分離技術(shù)，以薄荷精油為例。授課時詳細(xì)講述各單元分離過程的原理與分離系質(zhì)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(shè)計、技術(shù)經(jīng)濟效果的評價與優(yōu)化等基本方法。課后要求學(xué)生對分離技術(shù)在1~2種功效成分中的應(yīng)用進行資料查閱、分析和總結(jié)，并在課堂時間對其作點評，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新的同時，培養(yǎng)了學(xué)生的科研意識和創(chuàng)新意識。

（2）采用交互式教學(xué)，調(diào)動學(xué)生創(chuàng)新動力

“生化分離工程”課程在大三下學(xué)期開設(shè)，學(xué)生已經(jīng)掌握了物理、化學(xué)、微生物、數(shù)學(xué)、計算機等基礎(chǔ)知識，具備了成人的思考能力和學(xué)習(xí)能力，這為交互式教學(xué)提供了便利條件。因此，在教學(xué)過程中，我們通過雨課堂，把一些較為簡單的、定性的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)、自講。在該章節(jié)的講授過程中，教師將自學(xué)內(nèi)容的重點及難點有機結(jié)合到教學(xué)內(nèi)容中，對自講內(nèi)容通過提問方式讓學(xué)生回答有關(guān)思考題，同時師生共同討論遇到的疑難問題。生化工程學(xué)科的發(fā)展日新月異，新型分離技術(shù)及新產(chǎn)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(nèi)容統(tǒng)統(tǒng)灌輸給學(xué)生。我們在每個章節(jié)的課堂授課結(jié)束時，都安排一些結(jié)合本章重點和難點內(nèi)容的小課題，如學(xué)完“萃取”一章，安排給學(xué)生“萃取技術(shù)在生物分離中的應(yīng)用進展”課題，要求并指導(dǎo)學(xué)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(xué)生在進行文獻查閱的過程中，能了解萃取領(lǐng)域當(dāng)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(shù)制備，再結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，不僅加深了課堂內(nèi)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(rèn)識；同時賦予學(xué)生上臺表現(xiàn)和被檢驗的機會，大大地調(diào)動了他們的創(chuàng)新動力。

（3）融匯科研實踐經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣

為了激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣，我們在教學(xué)過程中加強科研與教學(xué)的結(jié)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(xué)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(guān)科研過程中積累的一些經(jīng)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(xué)生對科研的神秘感，拉近了學(xué)生與科研的距離，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，其次，我們還把自己的科研工作內(nèi)容也帶入課堂，結(jié)合教材內(nèi)容加以分析，這對很多學(xué)生都有吸引力，對有意進一步深造的學(xué)生也具有引導(dǎo)作用。如在講到色譜分離過程的時候，結(jié)合我們經(jīng)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(dǎo)學(xué)生深入思考，指出每一種分離方法的優(yōu)劣，使學(xué)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(xué)生的創(chuàng)新興趣。（4）調(diào)動主觀能動性思維，培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(chǔ)。例如，在講授“膜分離”一章時，我們鼓勵學(xué)生盡可能多列舉出增加膜通量的方法。學(xué)生紛紛提出自己的想法，如提高熱側(cè)溶液的溫度，提高膜兩側(cè)的溫差，增加水蒸氣壓差，增加進料流量，有同學(xué)還提出改進膜材料與結(jié)構(gòu)等設(shè)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(dǎo)。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(chǎn)物的要求，結(jié)合增加膜通量各種方法的能耗、設(shè)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(xué)科，它的許多結(jié)論往往需要經(jīng)過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)處理才能得到。因此，如果教師在授課過程有意識地調(diào)動、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，定能培養(yǎng)出思維敏捷的適于大健康產(chǎn)業(yè)需求的大學(xué)生人才。

2設(shè)計與改革實驗教學(xué)模式，提高學(xué)生創(chuàng)新能力

“生化分離工程實驗”是使學(xué)生理解和鞏固“生化分離工程”理論知識的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是物質(zhì)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(zhì)量分離工程與技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)物質(zhì)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(xué)生分析和解決問題的能力、實踐創(chuàng)新能力以及科學(xué)研究能力，我們對實驗教學(xué)模式進行了精心設(shè)計。

（1）重視基礎(chǔ)實驗，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能

為了培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能，我們開設(shè)了以驗證型、演示型和虛擬型實驗為主的基礎(chǔ)實驗?！耙越處煘橹行?，以課本為中心”的驗證型基礎(chǔ)實驗的目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)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(zhì)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(xué)生掌握了雙水相相圖的制作方法及蛋白質(zhì)的測定方法，培養(yǎng)了基本實驗操作技能，而且有助于學(xué)生對物質(zhì)的雙水相分離實驗的理論背景和設(shè)計方法的理解。根據(jù)學(xué)校大型硬件設(shè)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(jié)構(gòu)及操作等設(shè)計為5~6人一組的演示型基礎(chǔ)實驗，在有限的學(xué)時里實現(xiàn)了每位學(xué)生都能進行實踐操作的目的。為有效緩解高校在實驗經(jīng)費、場地、器材等方面面臨的困難和壓力，我們開設(shè)了四個虛擬型基礎(chǔ)實驗，包括薄層色譜法分離糖類物質(zhì)、反膠束萃取技術(shù)提取胰蛋白酶、離子交換法制備軟水、高效液相色譜儀結(jié)構(gòu)及操作。借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)在計算機上進行的虛擬仿真實驗提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對理論知識的理解，實現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)。

（2）開設(shè)綜合實驗，培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗技能

實踐出真知，不與實踐結(jié)合的理論只能是空洞的理論[4]。為了鞏固學(xué)生的課程理論知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗技能，在完成基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了8課時的綜合實驗。綜合實驗是由學(xué)生根據(jù)教師給定的實驗?zāi)K、實驗?zāi)康?、實驗要求和實驗條件，自行設(shè)計方案并加以實現(xiàn)的實驗。為充分發(fā)揮學(xué)生對實驗的參與度、創(chuàng)造力和團隊精神，以具有調(diào)節(jié)機體功能的功效成分為目標(biāo)分離物，我們設(shè)計了10個備選實驗?zāi)K：①植物黃酮的提取與純化；②胞內(nèi)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(xì)胞生長因子的分離和純化。實踐表明，學(xué)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?zāi)K的同學(xué)，興奮地看著大孔樹脂魔術(shù)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(xué)生領(lǐng)悟和融合知識、掌握基本技能、科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，而且能夠提高學(xué)生運用所學(xué)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(xué)生創(chuàng)新實踐能力

為了培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力，鼓勵他們大膽設(shè)想、創(chuàng)新，我們將傳統(tǒng)的驗證性實驗設(shè)計為探索實驗。探索實驗是通過挖掘書本已有的實驗內(nèi)容，對某項或某個方面與某個領(lǐng)域有關(guān)的未知或未全知的問題，在學(xué)生不知道結(jié)論的情況下，通過教師創(chuàng)設(shè)問題情境，學(xué)生進行大膽設(shè)想、自主設(shè)計實驗、獨立實驗操作、經(jīng)過思考分析才能得出結(jié)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(biāo)準(zhǔn)的分離條件，為了提高學(xué)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(xué)生的能動性。探索實驗把學(xué)生引入科學(xué)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?！吧蛛x工程實驗”教學(xué)中實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不在于一定要學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的生物分離技術(shù)，而是根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的知識、能力基礎(chǔ)，教師有意識地利用生化分離工程實驗的特性，提出基礎(chǔ)性、綜合性及探索性問題，學(xué)生才有可能用已知的各種分離技術(shù)設(shè)計待分離物質(zhì)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(zhì)實驗，教師可以提出蛋白質(zhì)在保健品中的應(yīng)用原則及鹽析的原理等基礎(chǔ)性問題，蛋白質(zhì)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(zhì)鹽析條件等探索性問題。學(xué)生根據(jù)老師的提示，將能夠更深刻地理解蛋白質(zhì)初級分離純化的方法，蛋白質(zhì)高級分離純化的方法，鹽析沉淀在蛋白質(zhì)高級分離純化過程中的重要性等知識，進而設(shè)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(zhì)分離技術(shù)的精髓。

3結(jié)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(chǔ)課。在本門課的教學(xué)過程中，我們根據(jù)當(dāng)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(jié)合工科院校學(xué)生的特點，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高學(xué)生創(chuàng)新能力為中心，不斷改進課程教學(xué)和實驗教學(xué)的內(nèi)容與方法，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和探索精神，使學(xué)生自覺、自愿地去學(xué)習(xí)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。

作者：羅水忠 潘利華 楊雪飛 鄭志 王軍輝 單位：合肥工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院