“头脑风暴法”在酶工程参与式课堂教学中的应用

摘要：如何将理论知识的学习转变成探索型学习过程，进而激发学生的学习主动性和创造性，始终是高等教育课堂教学需要探讨的热点问题。本文阐述了“头脑风暴法”在《酶工程》课程中的应用及其优势，并在课堂教学、讨论和点评过程中，注重以学生为主体，利用“头脑风暴法”等教学方式，引导学生深入思考，培养学生的创造性和解决实际问题的能力以及团队合作的精神，此教学模式对高校开展实践创新高素质人才培养大有裨益。

关键词：头脑风暴；参与式教学；教学模式；创新性

中图分类号： G632.4 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.07.066

酶工程是生物工程的重要内容，《酶工程》是高等农业院校生物工程专业的骨干课程之一。长期以来，酶工程的课堂教学以讲授式为主要模式，虽然在知识传播上有一定积极意义，但整体局限于知识传授和理论讲解，却忽视了实践能力的训练和思辨精神的培养，学生的教学主体地位被忽视，缺乏独立发现、独立思考的过程，更缺乏团队合作、解决问题的能力，成为堆积知识的仓库和应付考试的机器，这不仅与教育的目标相背离，更不能顺应知识经济时代的挑战。那么如何在课堂教学中充分调动学生的积极性与主动性，使学生全员参与、全程参与教学过程呢？头脑风暴作为一种高效、快捷且群体参与性强的激励创造性思维的教学模式，逐渐被应用于教学过程中。

1 “头脑风暴法”及其在酶工程课堂教学中的应用意义

“头脑风暴法”是由美国创造学家Alex F. Osborn于1953年正式发表的一种集体开发创造性思维的方法。奥斯本借“风暴”来形象比喻思维高度活跃，打破常规，产生大量创造性设想的状态[1]。在随后的几十年里，头脑风暴法被广泛用于商业和教育领域，在许多创造性的活动中得到了运用和发展。在教育领域，头脑风暴教学法常被用来培养学生的创造性思维，其一般原则是集体中的每个成员能畅所欲言，进行合作式学习，取长补短，集思广益，使各种设想在教学活动中相互碰撞激起脑海的创造性风暴。

酶工程是随着酶学研究的迅速发展，特别是酶的应用推广使酶学和工程学相互渗透、结合而发展的一门新的科学技术，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的交叉学科[2]，由于酶工程具有涉猎面广，实践性突出等学科特点，在教学过程中如何既要让学生之间相互启发，共同进步，又能够培养学生运用理论知识灵活分析、解决多变的实际问题能力，是我们在教学过程中经常遇到和值得探讨的问题。“头脑风暴法”在课堂教学中的引入在一定程度上能够提升学生的响应积极性，激发学生在酶工程科学领域的创造性与发散性思维。

2 酶工程课堂教学中“头脑风暴法”应用策略

在教学过程中，头脑风暴法的实施步骤包括：明确问题、营造气氛、自由畅谈、收集设想及延迟评判[3]。其操作的核心内容是问题设计和营造让学生畅所欲言的环境[4]。首先，在问题的设计方面，教师精心准备的题目应当是同学们感兴趣或目前社会关注的焦点问题，其答案应当是多因素、多层次构成的，可供讨论，让学生有切身体会，有话可说，而且能让具有不同基础知识水平的同学有不同层面的回答，有尽情发挥的空间。其次，营造一个和谐的环境和氛围非常重要，为使气氛轻松自然，让大家尽快适应规则，教师可先提出一些极为简单的问题，以让大家尽快进入状态，尽快适应这种氛围与节奏。在教学过程中还应遵循的原则是：让学生随心所欲的提观点，尽可能多的产生不同的、不同寻常的观点，教师不批评，不评价，并适当引导学生对观点的组合和提升。

3 “头脑风暴法”在酶工程课堂教学中的应用

3.1 运用“头脑风暴法”突破教学的重点、难点

酶的分子工程特别是酶的定向进化，既是酶工程教学的难点，也是该领域的前沿课题，为了尽可能让同学们想学、乐学、易学、好学，我们对这部分内容采用“头脑风暴法”来实施教学，通过师生互动来共同完成，这样可以充分调动他们学习的主动性、参与性和创造性。

在酶的定向进化这部分内容我们设计的问题是：如何利用分子生物学技术改造酶分子，使其更适应现代生物工程的要求，让学生充分张扬想象力，引导学生认识现代生物工程对酶这种催化剂的要求：能具备长期稳定性和活性，能适用于水及非水相环境，能接受不同底物甚至是自然界中不存在的合成底物，能够在特殊环境中合成和拆分制作新药物。引导学生从合理化设计和非合理化设计两个角度去了解酶，用发散思维去感受这两种设计思路，然后把自己的感受用学术思维表现出来。有的学生可能从化学修饰、基因克隆去设计，也有的学生从定点突变的角度去思考，而有的学生则会大胆的从进化的角度设想：既然天然酶在生物体内存在的环境与实际应用环境的不同，这样使酶在生物体系中进化的空间有限，既然某些酶或蛋白质待进化的性质不是其在生物体系内所涉及的，那么是否给酶分子提供一个体外进化空间，从而使具有新功能和特性的酶可以通过从大量未知的自然种系中寻找，即通过定向进化提高酶分子对现代生物工程的需求呢？这时我们再提取学生发散思维的元素加以规律化和总结，将酶分子改造的现代技术——定向进化向学生作介绍，学生就能快速灵活掌握，这个阶段主要培养学生的创新能力以及对该领域前沿技术的了解。

3.2 运用“头脑风暴法”导入新课

固定化酶属于化学酶工程，内容比较枯燥，在讲解这部分章节时，为了激发同学们的学习兴趣，在课程导入时，围绕现代酶工程研究领域的热点问题，让同学们经历头脑风暴，具体实施案例如下：

在未讲授新课程内容之前，先将同学们分为3组，然后发问：酶作为生物催化剂，在生产应用中有那些优势和劣势？此时课堂立刻兴奋起来，A组认为酶是蛋白质易失活，随着反应时间的延长，反应速度会下降；B组补充：在生产中不能回收，会增加生产成本；C组认为不能让工艺连续化，对现代工业来说，不是理想的催化剂等。这时候跟进下一个问题：

在利用农作物秸秆制备燃料乙醇时，要添加纤维素酶制剂催化纤维素水解，但其成本占产品成本的50%～60%，请同学们出谋划策如何将纤维素酶的成本降低？A组的同学根据所学的生物化学或酶的发酵生产方面的知识提出通过产酶菌株选育提高酶制剂产量来降低酶的生产成本；B组则倾向于基因工程育种等技术手段提高酶的催化活性；C组提出的观点是否能通过增加酶应用于生产工艺中反复使用率来降低成本，但却拿不出具体实施方案。带着如何解决问题的好奇心，教师则在综合同学们认真思考后的各种观点基础上提出可以通过将酶制备成固相形式解决问题，自然而然地引领他们进入本章教学，由于采用了“头脑风暴法”来导入课程，同学们一扫上课时的沉闷，课堂气氛活跃，学生们能各抒己见，对酶工程有兴趣、有乐趣，由惧怕课本内容的抽象到急于了解其奥妙，探究知识的兴趣大增，教学效果明显改善。

3.3 运用“头脑风暴法”，引导同学整理知识点的相互联系

酶工程的核心是以应用为出发目的研究酶，学科的交叉性是其鲜明的特点，随着酶学研究和现代生物技术的发展又出现了分子酶工程，故酶工程的内涵是化学工程、基因工程、蛋白质工程和微生物工程的技术集成结晶，因此酶工程各章节内容独立性较强，在课堂教学过程中学生难以把握知识点之间的相互联系[5]。针对这个问题，我们在教学中鼓励同学采用头脑风暴法，在课程即将结束时对酶工程课程内容做一个知识线索分析，并将总结内容共享。

在实施过程中，分两个阶段进行，在准备阶段，将全班同学分为2个小组，要求他们利用课后时间去学校图书馆或电子阅览室查阅相关书籍和资料，在总结阶段，每组派出一个代表给大家讲解这段时间通过查阅资料的收获，其他同学有问题可以及时提出，大家一起讨论，形成良好的学习氛围，保证每位同学都积极思考、踊跃参与，进一步促进同学对这个原则的理解。当各组同学均围绕知识线索这一特定的学习内容产生各自的新观点时，这种情况就是“头脑风暴”。在实施阶段，A组同学认为，按着知识结构酶工程内容可以分成三部分，即生物酶工程、化学酶工程及应用酶工程，并勾画的酶工程知识线索图（见图1）。

B组同学则认为随着现代酶工程技术的发展，酶工程的范围不仅涉及蛋白酶，也包括以核酸、脱氧核酸、环糊精为组分的非蛋白酶类，但无论其分子类型具有何种多样性，都能发挥共同的功能——生物催化作用，因此可以依据其分子多样性总结于图2。

在知识整合过程中，各种设想相互碰撞，最终提炼出可用元素，并用学术语言进行综合、概括，一方面使同学们知识面拓宽，另一方面，课堂气氛的宽松有利于激发他们的自学能力，在相互启迪之下，则会产生创造的欲望。

4 在酶工程教学中应用头脑风暴法的教学评价

酶工程是生物工程专业的骨干课，头脑风暴法在酶工程教学实践是一种尝试，这种教学方式的运用有助与培养学生发散思维和创造性，但并不能完全代替传统的教学方法。我们应从教学内容和具体情况出发，在合理改善传统教学方法的同时，灵活安排各个教学环节，最大限度地调动学生的主观能动性和学习参与性，充分提高学习效率和教学效果，从而满足信息时代国家对创新型药学人才的需求。

参考文献

[1] 柯浚哲.头脑风暴法[J].中国研究生，2003，（4）：50-51.

[2] 程仕伟，廖静，产业化案例辅助“酶工程”理论教学的探讨[J].微生物学通报，2011，38，（6）：942-945.

作者简介：陈红漫，博士，沈阳农业大学生物科技学院，副教授，研究方向：酶生物活性物质提取。