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生物技术课程的开设

一、课程开设的必要性

纺织和生物技术深层次的交叉与融合将可使纺织成为21世纪最有生命力的产业之一[2]。传统的纺织工业因技术水平低、劳动生产率低、高能耗、高污染等问题,其发展受到很大的制约。解决这一问题的根本出路在于发展环境友好、资源节约型新工艺,而应用生物技术是重要途径之一。现代生物技术是以生命科学为基础,利用生物体及其代谢产物发展新工艺和新产品的一门学科,其特点是在常温常压下生产产品、节约资源和能源、减少环境污染。生物技术对纺织原料的获取、纺织印染工艺、纺织品最终废弃处理等整个纺织工程产生重要的影响,有助于降低成本,保护环境,关注健康与安全,提高产品的质量与功能性。目前已用于纺织工业的成熟的生物工艺有棉织物的酶退浆、氧漂生物酶净化、牛仔布的返旧整理和生物抛光等,还有一些工艺正在逐步成熟和完善,如棉织物的精练、羊毛的生物改性、合成纤维的生物改性等。因此,纺织生物技术对纺织工业提高产品质量、实现环境友好、促进传统纺织产业的升级改造将起到不可估量的作用。随着纺织生物技术从实验室走向工厂和实际应用,对纺织生物技术相关人才的需求也日益增加。为适应纺织行业这一新趋势,根据人才需求和专业特点,有必要在纺织类院校开设纺织生物技术类课程。我国的一些纺织类高校已开设纺织生物技术相关课程,如我校开设的课程为“纺织生物技术”,江南大学开设的课程为“纺织生物化学”,西安工程大学开设的课程为“生物技术在纺织品加工中的应用”。国外一些纺织院校也以不同形式开设了同类课程。“纺织生物技术”课程的教学目标是:通过开设该课程使学生掌握纺织生物新技术,了解这一学科的发展方向和趋势,能够运用纺织生物新知识、新技术解决纺织行业面临的生态、环保、节能等问题,适应纺织行业发展的新形势。因此开设“纺织生物技术”课程可拓宽学生的专业基础,有利于培养适应社会需求的新型纺织专业人才。

二、课程内容设置

“纺织生物技术”课程主要涉及生物和纺织两个学科,课程内容设置既要考虑相关的专业基础知识,又要体现两个学科知识的交叉融合。在对纺织生物技术的发展应用等进行深入调研的基础上,我们制定了“纺织生物技术”教学大纲。该课程为选修课,总学时为32,主要面向生物工程、轻化工程、应用化学、纺织工程和功能材料等专业。课程内容安排见表1。课程内容的选择既要考虑生物学基础知识,又要与课程的教学目标紧密结合。因生物学知识内容庞大,结合课程教学目标,内容主要选择与纺织染整工业密切相关的微生物基础知识和酶学基础知识两部分。授课时,首先介绍生物学基础知识,然后按纺织染整工艺的先后分别讲解纺织品的生物前处理和后整理技术。另外根据课程面向专业的不同,可以适当调整教学内容。对非生物类专业的学生,可以按上述内容讲解;对生物类专业的学生,可以适当减少生物学基础知识,增加纺织染整基础知识,如纺织材料的结构特性和纺织染整工艺等。

三、教材的选用

目前关于“纺织生物技术”课程的教材不多,主要有周文龙主编的《酶在纺织中的应用》,陈坚主编的《纺织生物技术》,李群、赵昔慧编写的《酶在纺织印染工业中的应用》;国外教材有ArturCavaco-Paulo主编的“TextilePro-cessingwithEnzymes”,RyszardKozlowski等编写的“BiotechnologyinTextileProcessing”。这些教材从不同的角度讲述了生物技术在纺织领域的应用,各有特色。《酶在纺织中的应用》是一本在国内较早讲述纺织生物技术的教材,该书不仅系统介绍了酶的基础知识,而且以不同的酶为主题分别介绍了纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶等的特性以及在纺织印染加工中的应用,还介绍了麻纤维的微生物脱胶、酶脱胶以及纺织废水的处理等。《纺织生物技术》一书分别围绕纺织品的前处理、后整理、废水处理及其他纺织生物技术等工艺模块进行讲述。《酶在纺织印染工业中的应用》一书以酶在纺织工业中的应用为核心,介绍了酶的作用机制、影响因素及其在前处理、后整理和纤维改性中的应用。授课时,可以其中一本书为主教材,参考其他教材,同时补充最新的研究进展,不断充实授课内容。

四、课程的教学方法

由于课程内容既涉及生物方面的基础知识,又要结合纺织工业的工艺特点和工艺要求,因此授课方法得当与否对学生理解并接受知识、培养学习兴趣至关重要。结合课程特点和内容,我们采用讲授、分析对比、讨论和启发式等多种教学方法。在生物学基础知识的教学中,考虑到纺织类专业学生的知识结构,采用以教师讲授为主的教学方式。在纺织品的生物前处理和后整理教学中,主要采用对比法教学。如在讲授纺织品的生物酶整理工艺时,先从学生熟悉的传统工艺讲起,让学生了解工艺的目的、要求及传统工艺存在的问题;然后引入生物酶处理工艺,介绍具体用酶的来源、特性、作用机制和工艺条件;最后从工艺流程的复杂性、生产周期、产品质量、废水、成本等方面比较酶处理工艺和传统工艺的优缺点。经过这样的比较分析,使学生充分认识到酶处理工艺的必要性、先进性,对两种处理工艺的理解更深入和全面。在纺织生物技术发展方向的教学中,先给学生布置一些题目,让学生查阅文献,然后在课堂上讨论分析,开拓学生的思维。对一些接近人们日常生活的教学内容,可以采用启发式教学,如关于牛仔布的纤维素酶整理,可以问学生如何将牛仔布整理成不同的风格、原理是什么。多种教学方式的结合不仅调动了学生学习的积极性和主动性,而且教学内容更易于被学生理解和接受。

五、课程的考核方式

课程采用多种形式对学生的学习进行评价,包括平时成绩(占20%)、综述及其讲述(占20%)、期末考试成绩(占60%)。平时成绩包括考勤、课堂参与情况及作业。综述及其讲述主要就纺织生物技术的几个专题让学生查阅文献、撰写综述报告、制作PPT并向全班同学进行讲述,考查学生查阅资料情况、对论文内容的理解及表达能力等,也是训练学生综合能力的一项措施。期末考试对全部学习内容进行考核。多种考核方式不仅促进了学生积极参与教学活动,引导学生思考,培养学生的综合素质,而且避免了因某一方面的不足影响最终成绩的弊端。六、结语纺织生物技术是一个正在形成和发展的交叉学科,“纺织生物技术”课程的开设对培养新型纺织人才具有重要的意义。在纺织类院校开设“纺织生物技术”课程是必然趋势。我校以选修课形式开设“纺织生物技术”课程,在传授纺织生物技术新知识、培养学生专业素养和创新意识等方面具有重要作用。从选课情况看,学生对该课程还是比较有兴趣的,选课学生来自轻化工程、应用化学、生物工程、纺织工程等不同专业;除了本科生外,还有部分研究生选课,特别是一些研究课题与纺织生物技术有关的研究生。我校(东华大学)开设该课程的时间较短,今后的教学仍需在以下方面不断改进提高:(1)该课程目前没有特别适合的教材,教师在备课中要查阅大量的资料,准备系统详细的教案。(2)要结合学生的专业背景,合理安排教学内容,授课内容既要紧跟学科前沿,又要结合实际应用,并随着学科发展不断补充和完善教学内容。(3)继续探索适宜的教学方法,进一步提高授课效果。

作者:杨雪霞 赵曙辉 曹张军 杨光 单位:东华大学 化学化工与生物工程学院


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