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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 发酵工程 一级学科:  08 工学
二级学科: 0818 生物工程类 教学层次:  本科
负责教师: 张嗣良 学校名称:  华东理工大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 国家级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: http://jpkc.ecust.edu.cn/24/index.htm 是否交换: 
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课程介绍:

4-2理论课和理论(含实践)课教学内容
4-2-1结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况,说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
1.专业的基本情况和定位:
我校生物工程专业经过半个世纪的发展,目前所属学科为国家重点学科,拥有一个国家级重点实验室(生物反应器工程国家重点实验室)、和一个国家级工程中心(国家生化工程技术研究中心(上海)),在国内享有声誉。专业以研究型高校的专业发展定位,努力建设成国内著名、国际知名的名牌专业。目前专业每年本科招收70左右名来自全国各地的优秀学生(常年录取分数线在我校各专业中名列前茅),以及80名左右对生物工程充满兴趣的硕士、博士研究生及博士后,成为我国生物工程人才培养的高地。
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2.课程在专业课程体系与实验体系的位置:
专业课程体系:专业课:发酵工程、分离工程、生物工程设备以及专业选修课
专业基础课:微生物、生物化学、基因工程、代谢调控、化工原理、机械基础、工程制图以及选修课
专业实验体系:专业实验:发酵工艺实验、分离工程实验、生物过程工程实验、以及发酵与分离工程综合实验
????????? 专业基础实验:微生物学实验、生物化学实验、分子生物学实验、化工原理实验
《发酵工程》是专业核心课。与课程配套实验包含两部分:发酵工艺实验(课程的基础实验部分,以单元操作为主)、发酵工程综合实验(课程的综合实验部分,综合性设计性实验)。此外生物过程工程实验(课程的基础实验部分)里也对应《发酵工程》课程的工程实验模块。因而无论从理论教学和实验教学,《发酵工程》都是一门最重要的专业核心课。
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3.课程的定位与目标:
课程定位:
《发酵工程》是生物工程专业一门最重要的专业核心课程,其理论教学和实验教学体系的编排和设置对生物工程专业的人才培养的质量起到至关重要的作用。
培养目标:
发酵工程基于生物学知识和工程学概念,解决的是生物技术产业化进程中的关键问题,是工业生物技术的核心。《发酵工程》课程教学跳出具体的产品,而是按发酵产品的典型流程编排教学内容,强调对发酵工程生物学与工程学基本原理的理解,强调对发酵过程的共性规律的掌握,同时也能了解生物过程研究的多样性。此外安排实验实践环节的训练来加强学生的适应能力、应用能力和科研开发能力。通过《发酵工程》的学习,将技术基础课和专业课与发酵工业的操作实践结合起来,为今后从事生物工程的有关科研和生产打下良好的基础。
课程有理论课程48学时,配套的实验课程60学时共108学时。
4-2-2知识模块顺序及对应的学时
1.课程的体系结构:
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2.课程知识模块顺序及对应学时:
发酵工程课程理论教学4 8学时。教学内容跳出具体的产品,而是以发酵产品生产中共性的规律,按产品生产工艺流程来编排教学内容。典型的发酵产品流程包括下面几个方面:菌种的来源(4学时)、培养基的制备(5学时)、种子的扩大培养(4学时)、发酵过程的工艺控制(13学时),分别对应着课程的第二、第三、第四、第七章。课程内容讲解时注重学生对基本原理和概念的理解,除了应用到微生物、生化的基本知识外,分子生物学、基因组学、蛋白组学、系统生物学的手段和方法也贯穿于课程内容的讲解之中,重点让学生理解这些基本原理在发酵现象中的应用。同时对发酵过程工艺流程有一个完整的认识。
发酵工程最终解决的是一个工程问题,培养学生的工程素养是本课程教育的重要内容。课程围绕“三传一反” 的基本思想展开,重点讲解这些化学工程的基本原理在如何应用到发酵工业中,如:发酵动力的建立(2学时)反应器中氧的传递(8学时)发酵过程的优化与放大(2学时),分别对应课程的第五、第六、第九章。通过学习让学生理解发酵过程定量控制和放大优化的基本思想,了解发酵工业生产控制和过程放大中的量化和优化基本方法。
课程内容安排时以生物学现象为切入口,中间引入工程学概念,通过整个课程的学习让学生建立起发酵过程生物学基础和工程学基础的完整概念。为加深对基本概念的理解,课程采用案例教学的方法,具体发酵案例除贯穿在每一章的原理里面,还针对4个不同层次(初级代谢、次级代谢、基因工程发酵、动(植)物细胞培养)发酵过程中的典型案例6学时),单列一章进行讨论,对应课程第八章。通过这种课程内容的安排,让学生在了解发酵产品共性的基础上,对发酵产品的个性有一个相对完整的认识。
课程共十章,第一章为绪论2学时)讲解发酵过程发酵工业的发生、现状、内涵及作用于地位,让学生认识了解发酵工程,同时激发学生对课程的学习兴趣。第十章为展望2学时),让学生了解发酵工程的发展趋势,引导学生进一步深入学习。
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4-2-3课程的重点、难点及解决办法
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??? 课程的重点为:强化发酵工程的学科地位和作用;坚持发酵工程的生物学和工程学基础。课程的难点为:掌握发酵工艺的共性和特点,体现发酵工程课程的先进性和完整性。现分述如下:
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1、凸现发酵工程的学科地位和作用
发酵工程既有悠久的历史,又体现出蓬勃的生机,被誉为工业生物技术的核心。借助于微生物进行产品开发或环境改造是发酵工程的基本内容和目标,涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题,为人类社会带来巨大经济和社会效益。必须充分认识到发酵工程的作用。
课程从两个层次加以阐述:
首先,发酵工程在当前国民经济中已经占据的重要地位。从在传统发酵食品中的应用,到抗生素工业的建立,以及基因工程产品的大规模产业化的实施,目前全球发酵产品的年销售额400亿美元左右,并以每年7-8%的速度增长。我国发酵行业现有5000多家企业,主要发酵产品的年产值达1400亿元。
其次,从生物经济的角度再认识发酵工程的今后作用地位。能源、资源、环境日益问题的日益尖锐,加速了生物经济的到来。科学家预言,随着石油、煤等资源的枯竭,人类经济将从基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济,在这场深刻的变革中,作为为工业生物技术核心的发酵工程能发挥何种作用?解决那些问题?这是人们关注的问题。
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2、坚持发酵工程的生物学基础和工程学基础
《发酵工程》教学内容绝对不仅仅是微生物技术产品的综合开发和生产工艺流程的打通。发酵工程首先是一个生物现象,但最终解决的是一个工程问题,培养有工程底蕴的生物技术应用人才是本课程的重要目标。课程提出了以生物过程的科学问题,即生物过程的工程学基础和生物学基础作为我们的教学内容基本出发点,实现教学从工艺向工程的跨度。
具体措施:
首先课程内容编排上面坚持生物学和工程学两个基础并重,一方面通过微生物、生化、分子生物学的知识深入理解发酵过程生物学现象,另一方面应用“三传一反”的基本的原理理解发酵过程定量控制和放大优化的基本思想,最终掌握发酵工业生产控制和过程放大中的量化和优化基本方法。
其次在课程体系上按照发酵工程生物学和工程学基础的构架来体现现代发酵技术的特点。近年来发酵工程的生物学和工程学基础发展很快,生物反应器的多尺度复杂系统理论以及生物过程系统生物学等新的方法和手段引入,给发酵工程学科注入勃勃的生机。课程通过两个基础的前沿介绍反映现代发酵技术的特点,进一步体现发酵工程学科解决具体生物学现象的工程内涵。
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3、掌握发酵工艺流程的共性和特点
?? 发酵工程研究内容广泛、对象丰富,在有限的学时内,让学生了解发酵工艺流程的共性和个性,达到宽基础、少而精的教学目标是课程设计的难点。
?? 解决措施:
?? 首先是按一条主线编排教学内容。课程教学内容编排跳出具体产品,而是按发酵过程的共性的工艺流程主线编排教学内容,结合生物学现象和工程概念,让学生掌握其中的共性原理。
?? 其次是围绕四个层次,精选案例。传统发酵的概念仅仅是利用微生物,现在发酵过程单元操作原理已经拓展至动、植物细胞的产品表达。所以课程讲解发酵过程的共性原理时,采用案例教学,按照初级代谢、次级代谢、基因工程发酵、动植物细胞培养四个典型的发酵类别来精选案例,让学生掌握共性的基础上,了解个性。为了加深对个性的了解,课程还专设“典型产品分析”一章。
4、体现发酵工程课程的先进性和完整性
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发酵工程的生物学基础和工程学基础发展很快,48学时的理解课程仅仅能讲解一些基本内容,一些前沿也仅仅这能做一些介绍,如何进一步体现课程的先进性和完整性,以利于学生的深入学习。
解决措施:
我们在本科教育《发酵工程》课程的基础上, 根据生物学和工程学发展,进一步设置系列选修课程(讲座)供深入学习用,或作为硕士研究生和博士研究生的选修课,形成一个以《发酵工程》为核心的课程群
4-2-4实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)
实验课程作为发酵工程教学的重要主要部分,一直是我们课程建设的重点,本着加强基础、提高综合、融入学科发展的目标,经过最近几年的改革,形成了基础、综合两个层次的课程配套实验内容,并以此建立了一整套的实验管理体系,形成了我们学校实验教学的特色,提高了学生的实践能力和分析问题解决问题的能力。
基础实验:在强调生物学与工程学基础上,将发酵过程按工艺流程安排了菌种诱变、培养基配置、种子扩培、发酵培养、产物分析五大单元实验模块,与理论课程同步开设,作为课程实验的基本环节;综合设计实验:指具有综合度并带有一定设计性的大实验,是课程实验的提高环节,实验内容涵盖抗生素制造、基因工程产品表达、动物细胞培养、酶反应工程及过程控制监测等诸多内容,学生可以结合自己的兴趣选做其中部分内容。此外在实验教学计划外增设创新实验,将一些反映学科发展方向或研究热点的带有探索性的实验环节公布出来,鼓励学生自由参加。目前每年有三分之一的学生参加创新实验。
为保证实验的实施, 建设建立了一整套的实验管理体系。1)系统的实验教学计划:基本实验环节从3年级第二学期随《发酵工程》理论同步开设;综合性实验环节安排在4年级的第一学期。通过这样一个连贯性的实验教学规划,使学生的实验技能得到系统的训练。2)集中时间安排综合性实验环节,保证实验效果:根据发酵实验周期长,综合性实验连续性要求高的特点,集中1个半月的时间安排综合性实验,保证了实验的效果。3)信息化管理,保证实验实施:开发出集管理、预习、信息反馈为一体的实验管理信息系统,挂在网上,学生只需输入自己的学号和密码,就能进入网页,在给出的菜单中挑选自己中意的实验内容,保证了实验高效的实施和运转。
目前我们的实验教学体系,显示出显著的特点是:1)基本技能实验掌握好:首先通过精心选择安排基本技能训练的实验内容,做到少而精,便于学生掌握,而且在进一步在综合实验环节中,这些基本技能训练重复出现,基本技能得到了巩固和加强;2)综合性实验的比重大;占整个实验环节的70%,综合性实验中学生更可部分或全部完成从实验方案设计、实验准备直至实验结果获取的全过程。通过这种系统化的训练,学生的动手能力、综合问题的分析能力得到极大的提高;3)时代感突出:实验内容涵盖了发酵工程的诸多新领域,与学科的发展相适应,激发了学生的实验兴趣。
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4-4教学方法与教学手段(含多种教学方法灵活使用的形式与目的;教育技术应用与教学改革)
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教学方法的研究与实践
1.坚持教学与科研互动
首先形成了一支教学经验丰富,科研能力强的教学队伍。
其次是着眼于学科发展,来认识理解
发酵工程,并以此来指导《发酵工程》课程内容的更新,体现课程的时代感、凸现课程的作用与地位,提出了 “一条主线、两个基础、四个层次”课程体系,形成了我们学校《发酵工程》鲜明的教学特色。
此外科研与教学互动也极大地提升了学生的实验条件和实验水平。
2.坚持归纳法与演绎法相结合
在教学过程中坚持案例教学,采用归纳法与演绎法相结合解释发酵过程现象。通过归纳法加深同学对基本概念的理解,提高分析解决问题的能力;通过演绎法,启迪学生的创新思维,培养学生的创新意识和能力。
3.坚持教与学的互动
坚持以人为本的教学思想。课堂教学使用启发、引导的方法,教学中挖掘学生的思维潜能。在具体教学中强调互动性,营造活跃和谐的学习氛围。课堂教学采取教师学生共同讲课,典型案例互动分析等方法,提高学生的分析能力和解决问题能力。实验课程开设实验菜单,学生可结合自己的兴趣选择。作为课堂教学的延伸对部分学有余力的学生进行通过各种中、高级选修课程和创新性实验环节进行“因材施教” 和“个性化” 培养。
通过网络BBS的意见反馈、答疑解惑、作业交流营造师生、学生之间的互动氛围;通过课程教学、实验室参观、师生座谈会拉近理论知识与具体对象、教与学之间的距离;通过组织部分学生自己查阅资料、制作PPT到课堂演讲激发同学的学习热情。
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运用各种现代化教学手段提高教学质量
首先是充分利用多媒体的教学手段保证教学质量,课程教学(包括理论与实验课程)全部采用多媒体教学,制作的课件资料充实,思路清晰,图文并茂,在教学中起到了积极的作用。
其次是充分利用网络平台技术方便教学管理,拓展学习空间,目前随着实验选课系统、课程网站、BBS论坛的良好运行,网络平台越来越成为重要的教学支撑。1)开发出的集管理、预习、信息反馈为一体的实验管理信息系统,挂在网上,学生只需输入自己的学号和密码,就能进入网页,在给出的菜单中挑选自己中意的实验内容,保证了实验高效的实施和运转。2)以建立一个较为完善的《发酵工程》课程网站,内容涵盖了课程简介、理论课与实验课的课件、相关网站的链接、习题库,拓展学习等内容并保持动态更新,拓展了学生的学习空间。3)开设了BBS互动论坛,课程快讯、答疑解惑、习题交流、课程建议等等增加了互动性、营造了良好的学习氛围。
课程网站自2005年5月15号开通以来累计访问量超过6500多次,论坛注册用户超过1000人,论坛点击率超过1,000,000人次,具备了一定的影响与辐射力,已成为精品课程建设的重要支撑。

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