《生物工程设备》课程教学大纲

《生物工程设备》教学大纲课程中文名称：生物工程设备课程英文名称：BioengineeringEquipment课程编号：J1139学分：3学时：48（其中：讲课学时：48；实验学时：0；上机学时：0）开课学期：第5学期先修课程：认识实习、化工制图与CAD、化工原理、微生物学、发酵工程原理后续课程：生物反应工程、生工设备与车间设计、生产实习适用专业：生物工程使用教材：《生物工程设备》，陈必链主编，科学出版社，第1版开课单位：生物与制药学院课程性质与课程目标本课程是生物工程专业的一门专业核心必修课，也是生物工程专业的学位课。主要讲授生物工程相关领域常用设备的结构、原理、设计、选型等专业知识，培养学生将这些知识用于解决生物工程领域，特别是生物发酵生产复杂工程问题的能力。具体课程目标为：(1)掌握解决生物发酵生产复杂工程问题所需的生物工程设备方面的专业知识，包括主要设备的结构和原理等，并能够在生物发酵工艺（设备）的设计、选型和合理化改进的过程中运用上述知识；(2)掌握基于生物工程设备方面的专业知识对生物发酵生产设备相关工程问题（案例）进行分析和有效表达的能力，并能够通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性；(3)掌握基于生物工程设备方面的专业知识计算满足特定生物发酵生产需求的主要设备参数，设计和优选生产处理单元（设备）和流程的能力。二、课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标毕业要求指标点毕业要求1.掌握解决生物发酵生产复杂工程问题所需的生物工程设备方面的专业知识，包括主要设备的结构和原理等，并能够在生物发酵工艺（设备）的设计、选型和合理化改进的过程中运用上述知识；1.4掌握解决食品发酵、生物医药生产复杂工程问题所需工程专业知识，能够将其用于生物加工的菌种、工艺和设备方案比较、设计与改进。1工程知识2.掌握基于生物工程设备方面的专业知识对生物发酵生产设备相关工程问题（案例）进行分析和有效表达的能力，并能够通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性；2.3能够认识到解决菌种改良、工艺改进、设备改造和质量控制等复杂工程问题存在的多种方案可供选择，会通过文献研究寻求可替代的方案，并能够分析各种因素的影响，获得有效结论。2问题分析3.掌握基于生物工程设备方面的专业知识计算满足特定生物发酵生产需求的主要设备参数，设计和优选生产处理单元（设备）和流程的能力。3.2能够通过建模进行工艺计算，设计和优选满足生物发酵产品要求的生产工艺流程和处理单元（设备）。3设计与开发方案三、教学内容、教学进度及教学要求序号章节教学内容学时分配教学要求学生任务（用于及时分析课程目标达成度）作业要求课后要求课堂要求1第一章生物反应器机械搅拌式生物反应器的结构及工作原理；反应器容积及搅拌轴功率的计算；通气发酵罐中溶氧速率与通气及搅拌的关系；自吸式及气升式生物反应器的结构及工作原理；厌氧生物反应器的结构及工作原理；生物反应器设计基础知识；生物反应器的比拟放大原则及方法；16教学重点：各类生物反应器的结构及工作原理；通气发酵罐中溶氧速率与通气及搅拌的关系；生物反应器设计基础知识；生物反应器的比拟放大原则及方法。教学难点：正确理解微生物的营养类型与各类生物反应器之间的对应关系；掌握反应器容积、搅拌轴功率、溶氧速率等参数的计算及控制方法；掌握生物反应器设计基础知识和比拟放大原则；教学方法：PPt讲授，结合实物图片、过程动画启发式教学；设立专题课堂讨论，设备不足大胆提出，鼓励质疑；分组进实验室参观各类生物反应器，现场讲解。(1)各类主要生物反应器的结构及工作原理，并分析比较各类反应器适用的微生物营养类型或发酵工艺（课程目标1）；(2)根据实例计算满足生物发酵产品要求的反应器容积、搅拌轴功率、溶氧速率等生产处理单元（设备）的关键参数（课程目标3）。(1)通过文献查了解生物反应器的最新进展，并选择一种新型生物反应器进行评述（课程目标1）；(2)针对提供的工业生产出现的问题实例，从生物反应器的结构、工作原理、选型等角度对问题成因进行分析和有效表达，并通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性（课程目标2）。(1)在完成机械搅拌式生物反应器的结构及工作原理教学后安排该类反应器用于青霉素发酵时的不足或问题出现的原因的专题讨论（课程目标2）；(2)在完成各类反应器结构及工作原理教学后安排主要工业微生物适用的生物反应器类型或反应器选型可能存在的问题及其原因的专题讨论（课程目标2）；(3)在完成生物反应器设计基础和比拟放大原则教学后安排某企业在反应器设计和放大出现的问题和可能的原因的专题讨论（课程目标2）。2第二章物料处理和培养基灭菌设备原料筛选和粉碎设备的结构及工作原理；固、液物料输送设备的结构及工作原理；培养基的制备和灭菌设备；分批灭菌的特点及操作要求；连续灭菌的特点及流程设计。8教学重点：固体及液体原料输送设备；培养基灭菌流程设计及灭菌设备选型。教学难点：灭菌时间的计算；掌握分批灭菌和连续灭菌的特点以及设备选型原则。教学方法：PPt讲授，结合实物图片、过程动画启发式教学；设立专题课堂讨论，鼓励经济节约型物料输送及灭菌流程创新；分组进实验室参观粉碎、糊化、糖化以及灭菌设备，现场讲解。(1)根据生物发酵生产实例计算所需培养基灭菌所需的时间，并初步设计连续灭菌流程（课程目标3）。(1)针对提供的生产染菌实例，从物料输送或培养基灭菌流程、设备的角度等角度对问题成因进行分析和有效表达，并通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性（课程目标2）。(1)在完成物料输送、培养基制备与灭菌设备的结构及工作原理教学后安排现有设备的不足和原因，以及如何设计经济节约型物料输送或灭菌流程的专题讨论（课程目标2）。3第三章空气净化除菌设备空气调节方法概述；空气净化除菌方法与原理；典型空气预处理流程分析；过滤介质和空气过滤除菌设备的设计与选型。6教学重点：发酵工程对空气无菌程度的要求；常用空气净化除菌方法与原理；空气介质过滤除菌流程、过滤介质和除菌设备。教学难点：介质过滤除菌的计算；掌握空气介质过滤除菌流程设计与设备选型原则。教学方法：PPt讲授，结合实物图片、过程动画启发式教学；设立专题课堂讨论，鼓励经济节约型空气除菌流程与设备的创新；分组进实验室参观空气介质过滤除菌及相关辅助设备，现场讲解。(1)简述工业常用的空气（净化）灭菌的方法原理、设备特点及选型依据（课程目标1）；(2)根据实际生产要求（计算）设计空气灭菌流程，选择所需的空气灭菌设备，并说明其原因（课程目标3）。(1)针对生产染菌实例，从空气除菌设备的角度对问题成因进行分析和有效表达，并通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性（课程目标2）。(1)在完成常用空气净化除菌方法与原理，以及空气介质过滤除菌和相关辅助设备的结构教学后安排现有空气净化除菌设备或流程的不足的专题讨论（课程目标2）；(2)在完成本章教学后安排现有空气灭菌设备成本问题以及从发酵工艺创新的角度降低空气供应和空气灭菌成本的可行性的专题讨论（课程目标2）。4第四章过滤、离心和膜分离设备板框压滤、真空过滤设备的结构、工作原理和选型原则；管式、碟片离心机和离心过滤设备的结构、工作原理和选型原则；板式、管式、螺旋卷式、中孔纤维膜分离设备的结构、工作原理和选型原则。6教学重点：典型过滤、离心、膜分离设备的结构和工作原理；教学难点：掌握离心机分离因数的计算方法和离心设备的选型原则。教学方法：PPt讲授，结合实物图片、过程动画启发式教学；设立专题课堂讨论，分析现有分离设备的不足；分组进实验室参观，现场讲解。(1)简述生物发酵产品常用的过滤、离心、膜分离设备的结构特征、工作原理和选型依据（课程目标1）；(1)在完成过滤、离心、膜分离设备的结构及工作原理教学后安排现有分离设备在用于分离生物发酵产品时还可能存在哪些问题及设备合理化改进措施的专题讨论（课程目标2）。5第五章离子交换和萃取设备固定床、反吸附、连续式离子交换设备的结构、工作原理和选型原则；液-液、双水相、液-固萃取设备的结构、工作原理和选型原则。4教学重点：常用离子交换和萃取设备的结构和工作原理；教学难点：掌握离子交换和萃取设备的选型原则。教学方法：大学MOOC，培养自主学习能力；设立专题课堂讨论，分析发酵产物分离对生产成本的影响。(1)简述生物发酵产品常用的离子交换或萃取设备的结构特征、工作原理和选型依据（课程目标1）；(1)在完成自学任务后，分组讨论影响维生素C或青霉素发酵生产成本的主要原因的专题讨论（从提取流程和提取设备的角度，课程目标2）。6第六章蒸发与结晶设备蒸发原理、蒸发设备的分类和选型原则；常用真空蒸发设备的结构和工作原理；结晶设备的结构和工作原理。4教学重点：常用蒸发设备的种类、结构和工作原理。教学难点：蒸发与结晶设备的选型原则。教学方法：PPt讲授，结合实物图片、过程动画启发式教学；大学MOOC，培养自主学习能力（结晶设备）。(1)简述生物发酵产品常用的蒸发设备的结构特征、工作原理和选型依据（课程目标1）；(1)在完成蒸发设备的工作原理和选型教学后安排现有设备用于生物发酵产物的蒸发浓缩时还可能存在哪些问题及设备合理化改进措施的专题讨论（课程目标2）。7第七章干燥设备固体物料干燥机理；生物工程产品的干燥特点和干燥设备的选型；常用干燥设备的结构和工作原理。4教学重点：喷雾干燥设备、沸腾造粒干燥设备、真空冷冻干燥设备的结构和工作原理。教学难点：非绝热和绝热干燥的原理、区别及适用范围；掌握生物工程产品干燥设备的选型原则。教学方法：PPt讲授，结合实物图片、过程动画启发式教学；分组进实验室参观典型干燥设备，现场讲解。(1)简述生物发酵产品常用的干燥设备的结构特征、工作原理和选型依据（课程目标1）；(2)结合具体案例和物料参数对生物发酵产品的干燥设备的关键参数进行计算和设备选型（课程目标3）。(1)针对提供的生物发酵产物分离问题实例，从分离流程和设备的角度对问题成因进行分析和有效表达，并通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性（课程目标2）。(1)在完成本章教学后安排安琪公司现有活性干酵母分离和干燥流程还可能存在哪些问题及合理化改进措施的专题讨论（课程目标2）。四、课程考核方式、成绩评定标准及对课程目标的支撑4.1课程考核方式课程考核方式包括期末考试和平时成绩两部分，各占50%。期末考试采用闭卷考试的方式。平时成绩为平时作业、文献报告和课堂专题讨论3个考核项目得分之和。平时成绩+期末考试卷面成绩的50%=最终考核成绩，满分100分。4.2各考核项目成绩评定标准考核项目分值评分标准(%)100>x>9090>x>8080>x>7070>x>6060>x平时作业20准确率>90%，字迹工整，思路清晰，按时提交准确率>80%，字迹工整，按时提交准确率>70%或未按时提交次数为1次准确率>60%或未按时提交次数2~3次准确率<60%或未按时提交次数≥4次文献报告20内容新颖，评述准确，分析切中要点，无抄袭现象，按时提交内容丰富，评述较为准确，分析切中要点，无抄袭现象，按时提交评述较为准确，分析涵盖要点，无明显抄袭现象，或未按时提交次数为1次评述和分析基本合理，无明显抄袭现象或未按时提交次数为2~3次有明显抄袭现象或未按时提交次数≥4次课堂讨论纪要10观点新颖，创新性强，考虑全面、准确，切中要点，按时提交能够形成自己的观点，考虑全面，重点突出，按时提交所述内容涵盖主要知识点，考虑全面，重点突出，或未按时提交次数为1次所述内容涵盖主要知识点，考虑不够全面或未按时提交次数为2~3次所述内容未能涵盖主要知识点或未按时提交次数≥4次期末考试50简答题：10×5，计50分，考核专业（基础）知识的掌握情况和课程目标1的达成度；分析题：15×2，计30分，考核基于专业（基础）知识分析具体工程问题的能力和课程目标2的达成度；设计应用题：20×1，计20分，考核将专业（基础）知识用于设计和优选工艺流程、处理单元（设备）的能力和课程目标3的达成度。卷面分值×50%=期末考试项目得分。注：(1)平时作业共10次，每次2分；文献报告：共5次，每次4分；分别按照评分标准折算后计入最终考核成绩。(2)课堂专题讨论：固定分组，每组4-5人，每次抽选1组进行课堂发言；各组当堂整理讨论纪要并提交，共10次讨论纪要，每次1分，按照评分标准折算后计入最终考核成绩；(3)平时作业、文献报告、讨论纪要的迟交影响项目得分。(4)无故旷课4次及以上者，按照《三峡大学本科生学籍管理规定》不能参加课程的期末考试。4.3考核成绩对课程目标和毕业要求指标点的支撑考核项目及成绩分布平时作业文献报告课堂讨论纪要期末考试小计毕业要求1.4课程目标1124-2541毕业要求2.3课程目标2-16101541毕业要求3.2课程目标38--1018合计20201050100其它参考教材《生物工程设备》梁世中主编中国轻工业出版社2011年1月第二版《发酵设备》高孔荣编著中国轻工业出版社1992年12月第一版《微生物工程》曹军卫、马辉文编著科学出版社出版200