《生物反应工程》课程教学大纲

《生物反应工程》课程教学大纲一、课程信息课程代码319B3317课程名称生物反应工程课程性质专业必修课学分2学时32先修课程生物化学、微生物学、化工原理、物理化学适用专业生物工程课程简介：《生物反应工程》它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题，是生物技术中将近代生物学的成就转变成生产力所必不可少的重要组成部分。课程主要内容包含：培养基灭菌，空气除菌，通气与搅拌，发酵罐的比拟放大，固定化酶、固定化细胞，典型发酵过程动力学及模型，微生物生化反应过程的质量和能量衡算等。该课程的教学目标是使学生掌握生物科学科研成果向工业化生产转化过程中出现的工程问题的解决方法。二、课程目标通过本课程的学习，学生应具备以下几方面的目标：1.较全面和深入理解生物反应过程的定义、分类、特点、基本原理和方法，能对复杂工程问题解决方案进行分析、比较。2.具备应用基本原理和方法去分析和解决生物反应过程问题的能力，能对生物反应实际过程中的问题进行基本的分析并优化，并能得到可替代的解决方案。3.能进行基本的工程计算，能对一个系统或过程建立适当的数学模型并求解，具备一定的生物工艺设计与工程开发能力。课程目标对毕业要求的支撑关系表课程目标毕业要求指标点1.2能针对一个系统或过程建立适当的数学模型并求解1.4能将工程和专业知识用于复杂生物工程问题解决方案的比较2.3能认识到复杂工程问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案课程目标1√课程目标2√课程目标3√三、教学内容与预期学习成效知识单元对应课程目标知识点预期学习成效实现环节学时1.课程简介课程目标11)生物反应工程诞生的背景；2)生物反应工程的主要内容；3)生物反应工程的发展趋势。知识目标：（1）掌握生物反应工程的主要内容；（2）了解生物反应工程诞生背景及发展趋势。能力目标：能利用生物反应工程相关概念去分析判断其应用。教学方法：课堂讲授、课堂讨论；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认识论、探索精神等；课程思政教学内容设计：生物反应工程发展史、生物反应工程发展趋势等；主要内容可包括：通过对生物反应工程内容、发展史及发展趋势的介绍，引发学生对于生物反应工程的兴趣和探索欲望。2.培养基灭菌课程目标1、2、31)微生物的热死灭动力学；2)分批灭菌的设计；3)连续灭菌反应器的流体流动模型；4)连续灭菌反应器的计算及设计。知识目标：（1）理解灭菌技术的原理和特点；（2）掌握分批灭菌和连续灭菌的设计；（3）熟悉灭菌效果的分析与计算。能力目标：能应用灭菌理论计算和优化实际灭菌参数。教学方法：讲授、例题分析、与前期实验课程和实践相结合分析；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。4课程思政元素：科学精神、严谨而又灵活的实践工程处理思维等；课程思政教学内容设计：通过对不同灭菌计算的工程处理方法，引导学生养成正确的工程思维能力和辩证思维能力。3.空气除菌课程目标1、2、31)空气中的微生物；2)空气压缩过程中状态的变化；3)空气除菌方法；4)典型的空气除菌流程分析；5)新型过滤器。知识目标：（1）了解空气中的微生物及空气压缩过程中状态的变化；（2）掌握空气除菌方法；（3）熟悉典型的空气除菌流程分析。能力目标：能对空气过滤除菌流程进行分析和判断。教学方法：讲授、例题分析、工程案例分析；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合2课程思政元素：科学的发展观；课程思政教学内容设计：通过对空气除菌流程及材料的发展，引导学生应用发展观点看待问题，应用最新的方法、最新的材料去解决工程问题。4.通气与搅拌课程目标1、2、31)搅拌器的型式及流型；2)搅拌器轴功率计算；3)非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响；4)双膜理论；5)测量体积溶氧系数kLα的方法；6)kLα与设备参数及操作变数之间的关系；7)发酵液中的kLα与其调节。知识目标：（1）熟悉搅拌器的型式及流型；（2）掌握搅拌器轴功率计算；（3）掌握通气发酵罐中溶氧速率与通气及搅拌的关系；（4）熟悉双膜理论；（5）理解测量体积溶氧系数kLα的方法。能力目标：能判断分析搅拌器，能进行搅拌轴功率和体积溶氧系数kLα的计算，能用双膜理论分析溶氧过程。教学方法：讲授、例题分析、讨论归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。6课程思政元素：科学精神、探索精神、工程思维等；课程思政教学内容设计：搅拌功率不同人的演算推到，激发学生的探索精神。通过工程假设和计算训练工程思维和培养科学精神。5.发酵罐的比拟放大课程目标1、2、31)发酵罐比拟放大法的进展；2)以kLa(或kd)为基准的比拟放大法；3)以P0/V相等为基准的比拟放大法；4)比拟放大的其他校核基准；5)发酵罐的比拟缩小。知识目标：（1）了解发酵罐放大法的发展；（2）掌握以kLα为基准的比拟放大法；（3）掌握以P0/V相等为基准的比拟放大法；（4）熟悉比拟放大的其他基准及发酵罐的比拟缩小。能力目标：能用发酵罐比拟放大方法进行计算和放大，能分析各个放大准则适用条件。教学方法：讲授、例题分析、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。66.固定化酶、固定化细胞课程目标1、2、31)酶、细胞的固定化方法；2)定化酶、细胞的性质；3)固定化酶、固定化细胞的应用；4)固定化酶、细胞反应动力学；5)固定化酶、固定化细胞反应器。知识目标：（1）掌握酶、细胞的固定化方法及固定化酶、细胞的性质；（2）熟悉固定化酶、固定化细胞的应用；（3）熟悉固定化酶、细胞反应动力学；（4）理解固定化酶、细胞反应器的选择。能力目标：能分析酶、细胞的固定化方法、性质、应用，并能进行动力学计算，能适当地选择反应器。教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。4课程思政元素：科学精神、文化自信等；课程思政教学内容设计：通过我国在固定化酶、固定化细胞方面的先进应用，激发学生的自信与民族自豪感。同时培养学生科学的工程应用能力。7.典型发酵过程动力学及模型课程目标1、2、31)分批发酵动力学；2)细胞反应动力学模型的建立3)微生物生长速率与底物浓度的关系莫诺模型；4)补料分批发酵过程动力学；5)单级恒化器及其操作特征；6)部分菌体再循环的单级恒化器；7)连续培养的应用。知识目标：（1）理解分批培养过程细胞、底物和产物变化；（2）掌握莫诺方程求解；（3）熟悉补料分批发酵过程动力学；（4）掌握单级恒化器及其操作特征；（5）了解连续培养的应用。能力目标：能应用理论知识对分批和连续发酵过程进行动力学分析和计算。教学方法：讲授、例题分析、讨论归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。68.微生物生化反应过程的质量和能量衡算课程目标1、2、31)微生物反应过程中营养物资和产物之间的碳素衡算；2)微生物反应过程中的主要基质碳源的衡算；3)培养微生物细胞为目的的微生物反应过程中的化学平衡；4)微生物反应的化学平衡通式；5)微生物反应过程中的氧衡算；6)微生物反应过程碳源消耗的分析；7)生物氧化与能量传递；8)能量生长偶联与能量生长非偶联；9)微生物反应过程的ATP衡算；知识目标：（1）熟悉微生物反应过程中营养物资和产物之间的碳素衡算及碳源的衡算；（2）理解微生物反应过程中ATP和氧的衡算；（3）熟悉微生物反应过程的能量衡算。能力目标：能初步地对微生物生化反应过程的质量和能量进行衡算。教学方法：讲授、例题分析、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2（一）考核及成绩评定方式本课程总评成绩由以下方式给出，即：总评成绩=考试成绩×60%+作业成绩×20%+平时表现成绩×20%，其中：考试成绩：根据课程的理论知识考试成绩给出，考试采用闭卷形式进行。满分100分，占总评成绩的60%。平时表现：根据课程内容对学生在课堂上的出勤、回答问题的状态、课堂练习和课堂汇报情况进行评分。其中支撑课程目标1的表现占比20%；支撑课程目标2的表现成绩占比30%，支撑课程目标3的表现成绩占比50%。满分100分，占总评成绩的20%。作业成绩：按照教学进度，教学过程中布置4次小作业，作业1支撑课程目标1、3，各占50%；作业2支撑课程目标2、3，各占50%；作业3支撑课程目标3；作业4支撑课程目标1，2，各占50%。每次作业100分，作业占总成绩的20%。（二）评分标准平时表现评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）课堂态度（50分）能积极、踊跃回答问题，能认真完成课堂练习，不缺勤迟到教师老师鼓励后积极、踊跃，教师监督后能完成课堂练习，较少缺勤迟到教师鼓励后积极度不高，教师监督后勉强做练习，有一定缺勤迟到消极，不做课堂练习，缺勤较多正确程度（50分）回答正确无误、分析合理，结论有效；课堂练习完成正确回答问题基本正确，分析比较合理，结论有效；课堂练习结果基本正确回答问题错误较多，经老师提醒后仍然分析有误，结论无效；课堂练习错误较多答不对题，没有进行课堂练习作业评分标准（每项内容均以满分100计）内容优（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）支撑课程目标培养基灭菌相关作业作业字迹清楚，排版清晰，概念清晰，计算分析正确作业字迹清楚，排版较好，概念较清晰，计算分析基本正确作业字迹有一定潦草，排版欠缺，概念较多清晰，计算分析有一定错误字迹潦草，排版混乱，概念混乱，计算分析有较多错误13空气除菌相关作业作业字迹清楚，排版清晰，分析正确作业字迹清楚，排版较好，分析基本正确作业字迹有一定潦草，排版欠缺，分析有一定错误字迹潦草，排版混乱，分析有较多错误12通气与搅拌相关作业作业字迹清楚，排版清晰，计算分析正确作业字迹清楚，排版较好，计算分析基本正确作业字迹有一定潦草，排版欠缺，计算分析有一定错误字迹潦草，排版混乱，计算分析有较多错误23发酵罐比拟放大相关作业作业字迹清楚，排版清晰，计算正确作业字迹清楚，排版较好，计算基本正确作业字迹有一定潦草，排版欠缺，计算有一定错误字迹潦草，排版混乱，计算有较多错误3课堂汇报评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）汇报完成进度（20分）提前完成按时完成延时完成未完成汇报表现（30分）逻辑清晰，表达流利逻辑较为清晰，表达较为流利逻辑一般，表达一般逻辑混乱，表达不清汇报内容（50分）内容准确，紧贴前沿研究内容较为准确，较为前沿内容基本准确，前沿性一般内容存在错位，观点陈旧五、课程目标达成评价依据课程目标考核环节(评价依据)期望值平均得分达成值计算课程目标1期末考试相关试题期望值A1=40a1=相关试题实际得分达成值=a1A1平时表现相关平时表现期望值B1=20b1=平时表现实际得分作业1、4相关作业期望值C1=225c1=作业实际得分课程目标2期末考试相关试题期望值A2=20a2=相关试题实际得分达成值=a2A2平时表现相关平时表现期望值B2=20b2=平时表现实际得分作业2、4相关作业期望值C2=25c2=作业实际得分课程目标3期末考试相关试题期望值A3=40a3=相关试题实际得分达成值=