《生物反應(yīng)工程》課程教學(xué)大綱

《生物反應(yīng)工程》課程教學(xué)大綱一、課程信息課程代碼319B3317課程名稱生物反應(yīng)工程課程性質(zhì)專業(yè)必修課學(xué)分2學(xué)時32先修課程生物化學(xué)、微生物學(xué)、化工原理、物理化學(xué)適用專業(yè)生物工程課程簡介：《生物反應(yīng)工程》它應(yīng)用化學(xué)工程的原理和方法，研究解決有生物體或生物活性物質(zhì)參與的生產(chǎn)過程即生物反應(yīng)過程中的基礎(chǔ)理論及工程技術(shù)問題，是生物技術(shù)中將近代生物學(xué)的成就轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力所必不可少的重要組成部分。課程主要內(nèi)容包含：培養(yǎng)基滅菌，空氣除菌，通氣與攪拌，發(fā)酵罐的比擬放大，固定化酶、固定化細(xì)胞，典型發(fā)酵過程動力學(xué)及模型，微生物生化反應(yīng)過程的質(zhì)量和能量衡算等。該課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握生物科學(xué)科研成果向工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)的工程問題的解決方法。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以下幾方面的目標(biāo)：1.較全面和深入理解生物反應(yīng)過程的定義、分類、特點(diǎn)、基本原理和方法，能對復(fù)雜工程問題解決方案進(jìn)行分析、比較。2.具備應(yīng)用基本原理和方法去分析和解決生物反應(yīng)過程問題的能力，能對生物反應(yīng)實(shí)際過程中的問題進(jìn)行基本的分析并優(yōu)化，并能得到可替代的解決方案。3.能進(jìn)行基本的工程計(jì)算，能對一個系統(tǒng)或過程建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型并求解，具備一定的生物工藝設(shè)計(jì)與工程開發(fā)能力。課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系表課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.2能針對一個系統(tǒng)或過程建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型并求解1.4能將工程和專業(yè)知識用于復(fù)雜生物工程問題解決方案的比較2.3能認(rèn)識到復(fù)雜工程問題有多種方案可選擇，會通過文獻(xiàn)研究尋求可替代的解決方案課程目標(biāo)1√課程目標(biāo)2√課程目標(biāo)3√三、教學(xué)內(nèi)容與預(yù)期學(xué)習(xí)成效知識單元對應(yīng)課程目標(biāo)知識點(diǎn)預(yù)期學(xué)習(xí)成效實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)學(xué)時1.課程簡介課程目標(biāo)11)生物反應(yīng)工程誕生的背景；2)生物反應(yīng)工程的主要內(nèi)容；3)生物反應(yīng)工程的發(fā)展趨勢。知識目標(biāo)：（1）掌握生物反應(yīng)工程的主要內(nèi)容；（2）了解生物反應(yīng)工程誕生背景及發(fā)展趨勢。能力目標(biāo)：能利用生物反應(yīng)工程相關(guān)概念去分析判斷其應(yīng)用。教學(xué)方法：課堂講授、課堂討論；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。2課程思政元素：認(rèn)識論、探索精神等；課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：生物反應(yīng)工程發(fā)展史、生物反應(yīng)工程發(fā)展趨勢等；主要內(nèi)容可包括：通過對生物反應(yīng)工程內(nèi)容、發(fā)展史及發(fā)展趨勢的介紹，引發(fā)學(xué)生對于生物反應(yīng)工程的興趣和探索欲望。2.培養(yǎng)基滅菌課程目標(biāo)1、2、31)微生物的熱死滅動力學(xué)；2)分批滅菌的設(shè)計(jì)；3)連續(xù)滅菌反應(yīng)器的流體流動模型；4)連續(xù)滅菌反應(yīng)器的計(jì)算及設(shè)計(jì)。知識目標(biāo)：（1）理解滅菌技術(shù)的原理和特點(diǎn)；（2）掌握分批滅菌和連續(xù)滅菌的設(shè)計(jì)；（3）熟悉滅菌效果的分析與計(jì)算。能力目標(biāo)：能應(yīng)用滅菌理論計(jì)算和優(yōu)化實(shí)際滅菌參數(shù)。教學(xué)方法：講授、例題分析、與前期實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)踐相結(jié)合分析；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。4課程思政元素：科學(xué)精神、嚴(yán)謹(jǐn)而又靈活的實(shí)踐工程處理思維等；課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：通過對不同滅菌計(jì)算的工程處理方法，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成正確的工程思維能力和辯證思維能力。3.空氣除菌課程目標(biāo)1、2、31)空氣中的微生物；2)空氣壓縮過程中狀態(tài)的變化；3)空氣除菌方法；4)典型的空氣除菌流程分析；5)新型過濾器。知識目標(biāo)：（1）了解空氣中的微生物及空氣壓縮過程中狀態(tài)的變化；（2）掌握空氣除菌方法；（3）熟悉典型的空氣除菌流程分析。能力目標(biāo)：能對空氣過濾除菌流程進(jìn)行分析和判斷。教學(xué)方法：講授、例題分析、工程案例分析；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合2課程思政元素：科學(xué)的發(fā)展觀；課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：通過對空氣除菌流程及材料的發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用發(fā)展觀點(diǎn)看待問題，應(yīng)用最新的方法、最新的材料去解決工程問題。4.通氣與攪拌課程目標(biāo)1、2、31)攪拌器的型式及流型；2)攪拌器軸功率計(jì)算；3)非牛頓流體特性對攪拌功率計(jì)算的影響；4)雙膜理論；5)測量體積溶氧系數(shù)kLα的方法；6)kLα與設(shè)備參數(shù)及操作變數(shù)之間的關(guān)系；7)發(fā)酵液中的kLα與其調(diào)節(jié)。知識目標(biāo)：（1）熟悉攪拌器的型式及流型；（2）掌握攪拌器軸功率計(jì)算；（3）掌握通氣發(fā)酵罐中溶氧速率與通氣及攪拌的關(guān)系；（4）熟悉雙膜理論；（5）理解測量體積溶氧系數(shù)kLα的方法。能力目標(biāo)：能判斷分析攪拌器，能進(jìn)行攪拌軸功率和體積溶氧系數(shù)kLα的計(jì)算，能用雙膜理論分析溶氧過程。教學(xué)方法：講授、例題分析、討論歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。6課程思政元素：科學(xué)精神、探索精神、工程思維等；課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：攪拌功率不同人的演算推到，激發(fā)學(xué)生的探索精神。通過工程假設(shè)和計(jì)算訓(xùn)練工程思維和培養(yǎng)科學(xué)精神。5.發(fā)酵罐的比擬放大課程目標(biāo)1、2、31)發(fā)酵罐比擬放大法的進(jìn)展；2)以kLa(或kd)為基準(zhǔn)的比擬放大法；3)以P0/V相等為基準(zhǔn)的比擬放大法；4)比擬放大的其他校核基準(zhǔn)；5)發(fā)酵罐的比擬縮小。知識目標(biāo)：（1）了解發(fā)酵罐放大法的發(fā)展；（2）掌握以kLα為基準(zhǔn)的比擬放大法；（3）掌握以P0/V相等為基準(zhǔn)的比擬放大法；（4）熟悉比擬放大的其他基準(zhǔn)及發(fā)酵罐的比擬縮小。能力目標(biāo)：能用發(fā)酵罐比擬放大方法進(jìn)行計(jì)算和放大，能分析各個放大準(zhǔn)則適用條件。教學(xué)方法：講授、例題分析、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。66.固定化酶、固定化細(xì)胞課程目標(biāo)1、2、31)酶、細(xì)胞的固定化方法；2)定化酶、細(xì)胞的性質(zhì)；3)固定化酶、固定化細(xì)胞的應(yīng)用；4)固定化酶、細(xì)胞反應(yīng)動力學(xué)；5)固定化酶、固定化細(xì)胞反應(yīng)器。知識目標(biāo)：（1）掌握酶、細(xì)胞的固定化方法及固定化酶、細(xì)胞的性質(zhì)；（2）熟悉固定化酶、固定化細(xì)胞的應(yīng)用；（3）熟悉固定化酶、細(xì)胞反應(yīng)動力學(xué)；（4）理解固定化酶、細(xì)胞反應(yīng)器的選擇。能力目標(biāo)：能分析酶、細(xì)胞的固定化方法、性質(zhì)、應(yīng)用，并能進(jìn)行動力學(xué)計(jì)算，能適當(dāng)?shù)剡x擇反應(yīng)器。教學(xué)方法：課堂講授、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。4課程思政元素：科學(xué)精神、文化自信等；課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：通過我國在固定化酶、固定化細(xì)胞方面的先進(jìn)應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的自信與民族自豪感。同時培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的工程應(yīng)用能力。7.典型發(fā)酵過程動力學(xué)及模型課程目標(biāo)1、2、31)分批發(fā)酵動力學(xué)；2)細(xì)胞反應(yīng)動力學(xué)模型的建立3)微生物生長速率與底物濃度的關(guān)系莫諾模型；4)補(bǔ)料分批發(fā)酵過程動力學(xué)；5)單級恒化器及其操作特征；6)部分菌體再循環(huán)的單級恒化器；7)連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用。知識目標(biāo)：（1）理解分批培養(yǎng)過程細(xì)胞、底物和產(chǎn)物變化；（2）掌握莫諾方程求解；（3）熟悉補(bǔ)料分批發(fā)酵過程動力學(xué)；（4）掌握單級恒化器及其操作特征；（5）了解連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用。能力目標(biāo)：能應(yīng)用理論知識對分批和連續(xù)發(fā)酵過程進(jìn)行動力學(xué)分析和計(jì)算。教學(xué)方法：講授、例題分析、討論歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。68.微生物生化反應(yīng)過程的質(zhì)量和能量衡算課程目標(biāo)1、2、31)微生物反應(yīng)過程中營養(yǎng)物資和產(chǎn)物之間的碳素衡算；2)微生物反應(yīng)過程中的主要基質(zhì)碳源的衡算；3)培養(yǎng)微生物細(xì)胞為目的的微生物反應(yīng)過程中的化學(xué)平衡；4)微生物反應(yīng)的化學(xué)平衡通式；5)微生物反應(yīng)過程中的氧衡算；6)微生物反應(yīng)過程碳源消耗的分析；7)生物氧化與能量傳遞；8)能量生長偶聯(lián)與能量生長非偶聯(lián)；9)微生物反應(yīng)過程的ATP衡算；知識目標(biāo)：（1）熟悉微生物反應(yīng)過程中營養(yǎng)物資和產(chǎn)物之間的碳素衡算及碳源的衡算；（2）理解微生物反應(yīng)過程中ATP和氧的衡算；（3）熟悉微生物反應(yīng)過程的能量衡算。能力目標(biāo)：能初步地對微生物生化反應(yīng)過程的質(zhì)量和能量進(jìn)行衡算。教學(xué)方法：講授、例題分析、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。2（一）考核及成績評定方式本課程總評成績由以下方式給出，即：總評成績=考試成績×60%+作業(yè)成績×20%+平時表現(xiàn)成績×20%，其中：考試成績：根據(jù)課程的理論知識考試成績給出，考試采用閉卷形式進(jìn)行。滿分100分，占總評成績的60%。平時表現(xiàn)：根據(jù)課程內(nèi)容對學(xué)生在課堂上的出勤、回答問題的狀態(tài)、課堂練習(xí)和課堂匯報情況進(jìn)行評分。其中支撐課程目標(biāo)1的表現(xiàn)占比20%；支撐課程目標(biāo)2的表現(xiàn)成績占比30%，支撐課程目標(biāo)3的表現(xiàn)成績占比50%。滿分100分，占總評成績的20%。作業(yè)成績：按照教學(xué)進(jìn)度，教學(xué)過程中布置4次小作業(yè)，作業(yè)1支撐課程目標(biāo)1、3，各占50%；作業(yè)2支撐課程目標(biāo)2、3，各占50%；作業(yè)3支撐課程目標(biāo)3；作業(yè)4支撐課程目標(biāo)1，2，各占50%。每次作業(yè)100分，作業(yè)占總成績的20%。（二）評分標(biāo)準(zhǔn)平時表現(xiàn)評分標(biāo)準(zhǔn)（以滿分100計(jì)）評價指標(biāo)（100分）優(yōu)（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）課堂態(tài)度（50分）能積極、踴躍回答問題，能認(rèn)真完成課堂練習(xí)，不缺勤遲到教師老師鼓勵后積極、踴躍，教師監(jiān)督后能完成課堂練習(xí)，較少缺勤遲到教師鼓勵后積極度不高，教師監(jiān)督后勉強(qiáng)做練習(xí)，有一定缺勤遲到消極，不做課堂練習(xí)，缺勤較多正確程度（50分）回答正確無誤、分析合理，結(jié)論有效；課堂練習(xí)完成正確回答問題基本正確，分析比較合理，結(jié)論有效；課堂練習(xí)結(jié)果基本正確回答問題錯誤較多，經(jīng)老師提醒后仍然分析有誤，結(jié)論無效；課堂練習(xí)錯誤較多答不對題，沒有進(jìn)行課堂練習(xí)作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)（每項(xiàng)內(nèi)容均以滿分100計(jì)）內(nèi)容優(yōu)（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）支撐課程目標(biāo)培養(yǎng)基滅菌相關(guān)作業(yè)作業(yè)字跡清楚，排版清晰，概念清晰，計(jì)算分析正確作業(yè)字跡清楚，排版較好，概念較清晰，計(jì)算分析基本正確作業(yè)字跡有一定潦草，排版欠缺，概念較多清晰，計(jì)算分析有一定錯誤字跡潦草，排版混亂，概念混亂，計(jì)算分析有較多錯誤13空氣除菌相關(guān)作業(yè)作業(yè)字跡清楚，排版清晰，分析正確作業(yè)字跡清楚，排版較好，分析基本正確作業(yè)字跡有一定潦草，排版欠缺，分析有一定錯誤字跡潦草，排版混亂，分析有較多錯誤12通氣與攪拌相關(guān)作業(yè)作業(yè)字跡清楚，排版清晰，計(jì)算分析正確作業(yè)字跡清楚，排版較好，計(jì)算分析基本正確作業(yè)字跡有一定潦草，排版欠缺，計(jì)算分析有一定錯誤字跡潦草，排版混亂，計(jì)算分析有較多錯誤23發(fā)酵罐比擬放大相關(guān)作業(yè)作業(yè)字跡清楚，排版清晰，計(jì)算正確作業(yè)字跡清楚，排版較好，計(jì)算基本正確作業(yè)字跡有一定潦草，排版欠缺，計(jì)算有一定錯誤字跡潦草，排版混亂，計(jì)算有較多錯誤3課堂匯報評分標(biāo)準(zhǔn)（以滿分100計(jì)）評價指標(biāo)（100分）優(yōu)（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）匯報完成進(jìn)度（20分）提前完成按時完成延時完成未完成匯報表現(xiàn)（30分）邏輯清晰，表達(dá)流利邏輯較為清晰，表達(dá)較為流利邏輯一般，表達(dá)一般邏輯混亂，表達(dá)不清匯報內(nèi)容（50分）內(nèi)容準(zhǔn)確，緊貼前沿研究內(nèi)容較為準(zhǔn)確，較為前沿內(nèi)容基本準(zhǔn)確，前沿性一般內(nèi)容存在錯位，觀點(diǎn)陳舊五、課程目標(biāo)達(dá)成評價依據(jù)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)(評價依據(jù))期望值平均得分達(dá)成值計(jì)算課程目標(biāo)1期末考試相關(guān)試題期望值A(chǔ)1=40a1=相關(guān)試題實(shí)際得分達(dá)成值=a1A1平時表現(xiàn)相關(guān)平時表現(xiàn)期望值B1=20b1=平時表現(xiàn)實(shí)際得分作業(yè)1、4相關(guān)作業(yè)期望值C1=225c1=作業(yè)實(shí)際得分課程目標(biāo)2期末考試相關(guān)試題期望值A(chǔ)2=20a2=相關(guān)試題實(shí)際得分達(dá)成值=a2A2平時表現(xiàn)相關(guān)平時表現(xiàn)期望值B2=20b2=平時表現(xiàn)實(shí)際得分作業(yè)2、4相關(guān)作業(yè)期望值C2=25c2=作業(yè)實(shí)際得分課程目標(biāo)3期末考試相關(guān)試題期望值A(chǔ)3=40a3=相關(guān)試題實(shí)際得分達(dá)成值=