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【北化实力】思政示范课 | 生物工艺学(双语)
课程思政示范课
●《生物工艺学》(双语) ●
绿色生物制造技术引领未来经济
课程名称：《生物工艺学》(双语)
课程主讲人：蔡的
所在学院：生命科学与技术学院
其他主讲教师：谭天伟，张会丽，王萌
课程介绍
《生物工艺学》(双语)是生工专业核心课，知识领域覆盖生命学院各专业。该课程采用双语教学，将专业英语和专业基础知识有机结合，以发酵工程出发，使学生进一步深入学习和理解生物反应的设计原理方法，具备生物工艺过程分析的初步能力和优化设计的意识，具备基本的专业外语应用能力，了解过程单元操作，为学生之后从事相关生物工艺领域的工作奠定基础。该课程于2005年获评北京市精品课程，2013年获评国家级资源共享课，2021年获评北京化工大学思政示范课。在新工科建设背景下，积极探索生物工程类人才培养模式改革与实践，贯彻“立德树人”的教学根本理念，以学生为中心进行课程思政设计。在教学过程中，逐步完善线下教学、线上资源、课后引导三位一体的思政教育资源，在教学大纲、教材建设、课堂参与、课后习题、结课考试等环节实现全课程周期、多角度思政要素的挖掘和提炼，以“润物无声”的方式将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给学生。
课程主讲人介绍
蔡的
男，博士，副教授
2016年起加入《生物工艺学》(双语、中美) 主讲团队；
2021年获北京化工大学优秀教育教学成果奖（特等奖）(9/10)，现主持院级教改项目1项；
科学研究方向为生物炼制关键技术及系统强化，先后主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题等在内的纵向项目7项，在国际重要学术刊物发表论文50余篇，被引近1800次，授权中国发明专利7项。
课程教学团队介绍
《生物工艺学》(双语）课程教学团队目前有4位教师，其中教授1人，副教授3人，均为博士，梯队结构合理。团队成员共同参与课程思政建设、定期进行集体备课、教案分析、教学心得交流，提升全员教学质量和教学研究水平。
案例
案例一
青霉素的放大、结晶和应用-中国科学家的贡献-职业操守、民族自信
课程教学目标
通过在抗生素应用过程中着重引入我国科研工作者在抗生素纯化结晶上的突出贡献，树立学生高远的理想和追求，饱含深沉的家国情怀，将个人前途和国家的发展进步紧密联系起来，将所学所思落实到报效国家的实际行动中。
课程思政案例设计
实施过程
青霉素是关系国际民生的重要药物分子，通过工业生物技术制备抗生素有着悠久的历史。在《生物工艺学》课程中，青霉素的发现和发展历程是第1章和第9章课程教案的重要案例之一，以往的教学中，除强调弗莱明发现青霉素的历史和贡献外，还会突出钱恩、弗洛里等另两位诺贝尔奖得主对青霉素纯化和临床应用的重要贡献。在课程中，结合主讲教师个人在留学期间获得的青霉素发酵、纯化工艺装置、诺贝尔奖章、最早的青霉菌落、最早纯化的青霉素样品实物等影像资料，着重强调了工业生物技术发展，如发酵技术、萃取技术的进步在青霉素单位效价、制备成本等方面的作用，但上述案例的重要技术突破均由外国科学家和科研团队提出。如此重要经典的案例鲜有中国科技工作者的贡献，可能对学生的民族自信心有不利影响，无法与建国以来我国科学家艰苦奋斗、勇于创新的精神和巨大科技成就形成共鸣。
事实上，我国科研工作者对青霉素的结晶纯化方面贡献巨大。例如，以往的抗生素由于结晶纯度相对较低，在注射前往往需要皮试，增加了患者的痛苦。王静康院士提出的工业结晶改善了青霉素的粒度，减少了溶剂残留，在质量和纯度上显著提升，打破了国外在相关领域的垄断，并进一步提升了抗生素品质，直接导致在抗生素使用过程中没有非常严重的过敏反应发生。
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案例二
人工虫草素的深层发酵技术-科创精神、环保意识
课程教学目标
通过在讲解非典型的菌丝体深层发酵过程时引入人工冬虫夏草的案例，可以突出工业生物技术的进步对传统产业的有效补充和升级。此外，通过这个案例的降解和讨论，承载了一定的生态保护意识和法制意识的培养功能。
课程思政案例设计
实施过程
在本课程的第7章中，涉及不同的微生物发酵分类方式，作为非典型的微生物发酵方式之一，好氧微生物特别是菌丝体的深层发酵技术在工业上应用广泛，因此需要作为补充知识点进行课堂讲授。
拟结合主讲教师所在团队在人工虫草菌丝体的深层发酵实例进行本思政点的讲解。重点突出野生冬虫夏草的活性成分和野生虫草挖掘对环境的破坏，突出运用合理的生物技术可有效保护环境，降低活性成分的生产成本，满足人类健康需求的同时，对濒危物种和自然生态环境起到保护作用。进而强化学生的环保意识，突出科技创新对人类发展进步的巨大作用。
冬虫夏草在保健品市场上受到很多消费者的追捧，其主要活性成分有虫草素等。野生的冬虫夏草是蝙蝠蛾幼虫与真菌之间寄生的结果。然而，冬虫夏草的挖掘对环境产生不利影响。其产区主要是青藏高原。每年5-7月青藏高原冬虫夏草主产区会迎来“挖草大军”，挖掘冬虫夏草一般是利用专用的出头和小铲，发现冬虫夏草后为不破坏虫体，人们就将周围的草皮连土一起挖出，以前挖冬虫夏草还要留下一些做种子，不以此挖尽，但显著人们要一下子挖出所有冬虫夏草，且极少有人会将草皮和土壤回填。这样一来每挖一棵冬虫夏草就需要掘地8-12cm深，最少破坏30cm2的草皮并留下坑洞。因高原脆弱生态环境，无数坑洞周围寸草不生，水土流失严重，草皮不断退化、沙化，范围不断扩大，甚至延伸到整片高原草甸，大大加快了雨季水土流失的速度。
利用深层菌丝体发酵技术，可以在发酵罐中短时间内获得活性物质产物结近的人工虫草菌丝体。由于发酵培养基内多采用廉价氮源、碳源，生产成本不是很高，可以很好补充天然虫草的市场缺口。也就是说，通过生物技术的进步和改进，可以间接对生态环境起到一定的改善作用。
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案例三
共发酵、微生物群落和膜生物反应器-政治认同，合作精神
课程教学目标
以往的教学中多以个人能力培养为主，而缺少团队精神和团队意识培养和引入。为此，本案例从微生物菌群规律的自然现象出发，揭示“团结就是力量”和合作精神的重要性，引起学生思考和共鸣，做到润物细无声。
课程思政案例设计
实施过程
微生物作为单细胞生物，往往十分脆弱。就单一菌体而言，环境的改变如不适宜的温度、pH、底物限制等都会导致微生物细胞死亡。但若将微生物聚集到一起，则可以展现出非常大的能量。
子案例1：固态发酵是一种典型的微生物发酵方式，具有操作简单、成本低、对灭菌无苛刻要求等技术优势。在固态发酵过程中要注意保证传热和传质稳定。例如，渥堆发酵是普洱茶制备的关键一步，在该固态发酵时，由于潮湿的茶叶堆芯微生物菌群的协同作用，菌群协同代谢产生的热量无法排除，堆芯温度有望达到数百度。
子案例2：细菌集聚形成生物膜时抵御外界逆境的重要形式。在微生物膜形成之前，细菌可能对于抗生素或者杀菌药物还比较敏感，但是一旦生物膜形成，杀菌剂对细菌的抑制作用就会大打折扣。在细菌生物膜的形成过程中，需要细菌之间的群体感应调节信号。
这就是一个微生物个体通过相互沟通形成强大集体，发挥“团结就是力量”的生动体现。
在讲解完废水处理过程中的活性污泥组成、混菌发酵原理何特点、膜生物反应器原理和案例之后，可从微生物种群之间的群体感应和人类行为的类比角度入手引入社会主义核心价值观，强化团队精神的重要性。例如，为什么微生物之间要存在群体感应，这种感应对于微生物群体的生长有何作用？这样的生物学过程在人类社会中类似于什么样的人类行为。
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案例四
青蒿素的发现和颠覆性工业生物技术革新-民族自信、科创精神
课程教学目标
引导学生利用唯物辩证法原理，辩证的看待这个案例。一方面，传统的中国文化解决了世界性医学难题，增强了民族自豪感，老一辈科学家无私奉献精神和攻坚克难精神值得广大师生学习。另一方面，应加强科技成果的知识产权保护意识，以及公民的法律意识。此外，需要对重大颠覆性技术突破对人类社会进步产生的积极影响有深刻理解和认识，中国梦的实现需要基础研究投入和突破，并实现技术弯道超车.
课程思政案例设计
实施过程
上个世纪60年代，疟原虫对奎宁类药物已经产生了抗药性，严重影响到治疗效果。青蒿素及其衍生物能迅速消灭人体内疟原虫，对恶性疟疾有很好的治疗效果。屠呦呦受中国典籍《肘后备急方》启发，成功提取出的青蒿素，被誉为"拯救2亿人口"的发现。2015年10月8日，中国科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理学或医学奖，成为第一个获得诺贝尔自然学奖的中国人。多年从事中药和中西药结合研究的屠呦呦，创造性地研制出抗疟新药——青蒿素和双氢青蒿素，获得对疟原虫100%的抑制率，为中医药走向世界指明一条方向。
2015年12月7日下午，2015年诺贝尔生理学或医学奖得主、中国科学家屠呦呦在瑞典卡罗林斯卡医学院用中文发表《青蒿素的发现：传统中医献给世界的礼物》的主题演讲。随着青蒿素的发现，中国的相关产业得到了长足的进步和发展。然而，也存在青蒿素发现初期中国的科研团队对青蒿素结构和制备技术的专利保护存在不足的问题。
随着颠覆性合成生物学技术的突破，近年来，美国的科研团队采用基因工程菌实现青蒿素及其衍生物的发酵制备，导致青蒿素的生产成本较传统植物种植-萃取分离技术有显著降低，迅速占领了国际市场。
采用课程讲授与课堂互动讨论相结合的方式融入案例主题。首先，是传统知识点的学习，在知识背景呈示部分，着重介绍以屠呦呦为代表的老一辈科学家对传统中医药文化素材挖掘，攻坚克难，解决世界性难题并获得我国科技界第一个本土诺贝尔奖的事迹。之后，通过对比传统技术路线和合成生物学替代技术路线在成本、技术难度、应用实效等层面上的对比，突出合成生物学等颠覆性技术突破促进人类发展和进步，以及知识产权保护的重要性等。进而在课堂上引导学生讨论，并从传统文化传承、家国情怀、科学精神、知识产权意识、颠覆性技术等层面交流。
引导学生利用唯物辩证法原理，辩证的看待这个案例。一方面，传统的中国文化解决了世界性医学难题，增强了民族自豪感，老一辈科学家无私奉献精神和攻坚克难精神值得广大师生学习。另一方面，应加强科技成果的知识产权保护意识，以及公民的法律意识。此外，需要对重大颠覆性技术突破对人类社会进步产生的积极影响有深刻理解和认识，中国梦的实现需要基础研究投入和突破，并实现技术弯道超车。
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案例五
固态发酵与液态发酵基本原理-民族自信、科创精神
课程教学目标
在讲授固态发酵和液态发酵基本原理过程中，着重引入我国传统的发酵和酿造工艺案例进行对比，提升学生的政治认同、文化认同、民族自信。通过古法和现代酿造技术的工艺对比，使学生认识到科学技术发展对人类文明的推动作用。
课程思政案例设计
实施过程
生物技术在我国有着悠久的历史和文化传承。例如，茶文化、酒文化等，对我国乃至东方文明具有深远的影响。在以往的教学中，工业微生物相关的酿造、发酵技术的引入多从显微镜-微生物发现-现代发酵技术产生的逻辑展开讲授和讨论，而忽视了对我国传统酿造工艺和技术的罗列和阐述，难以在学生中形成文化共鸣，造成学生更加崇尚西方技术的心理倾向，民族自豪感和文化自信有一定缺失。
在发酵过程和工艺控制一章的讲授中，基中罗列了大量的与现代生活息息相关的关于我国传统酿造的案例。通过大量经典案例的平铺堆砌和随堂讨论等形式的引入，增强学生对我国传统发酵工艺的理解。在学生的潜意识里形成对我国悠久食品酿造工艺的认同，树立学生正确的文化观，做到文化自信，树立正确的社会主义核心价值观，达到润物细无声的目的和效果。
此外，通过古法白酒酿造（固态发酵）和现代白酒酿造（液态发酵）技术的引入，引发学生的兴趣和讨论，通过实例的对比引申至固态发酵、液态发酵的基本原理和优缺点这一核心知识点的讲授。
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总结
在教学过程中，将思政元素有机结合生物工艺过程单元操作、设备选择、工艺过程原理、生物炼制和生物制造相关研讨中，将思政元素紧密依附于具体知识点进行传递。在合适的教学策略下，将思政元素伴随专业知识固化与学生的知识认知体系，实现学生在运用专业知识过程中时时闪现，达到润物细无声，实现学生思想价值观内化和专业教育、思想教育的统一。
欢迎报考北京化工大学
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编辑 | 韩欣爽
排版 | 韩欣爽
资料来源 | 教务处
审核 | 田聪阳
