《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319B5304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、物理化学课程负责人适用专业生物制药课程简介：《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.通过本课程学习，学生较全面和深入理解生化反应过程的定义、分类、特点、基本原理和方法，学生能对复杂工程问题解决方案进行选择和判断，能分析得到有效的解决方案。2.通过本课程学习，学生具备应用基本原理和方法分析和解决生化反应过程问题的概念和能力，能对生化实际过程中的问题进行基本的分析并优化，并能得到有效的解决方案。3.通过本课程学习，学生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，培养进行生物工艺设计与工程开发的能力，培养学生严谨细致、精益求精的工程师精神。

课程目标对毕业要求的支撑关系表毕业要求毕业要求指标点课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求1毕业要求指标点1.2H毕业要求指标点1.4H毕业要求2毕业要求指标点2.3M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。2四、成绩评定及考核方式知识单元对应课程目标考核方式成绩评定1.课程简介课程目标1课堂表现、课后作业、论文质量本课程总评成绩由以下方式给出，即总评成绩=平时成绩×30%+作业成绩×30%+课程论文成绩×40%2.培养基灭菌课程目标1、2、33.空气除菌课程目标1、2、34.通气与搅拌课程目标1、2、35.发酵罐的比拟放大课程目标1、2、36.固定化酶、固定化细胞课程目标1、2、37.典型发酵过程动力学及模型课程目标1、2、38.微生物生化反应过程的质量和能量衡算课程目标1、2、3课程论文课程目标1、2、3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）积极、踊跃老师鼓励后积极、踊跃老师鼓励后积极度不高消极回答正确程度（50分）回答正确无误、分析合理，结论有效回答问题基本正确，分析比较合理，结论有效回答问题错误较多，经老师提醒后仍然分析有误，结论无效答不对题单次作业评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）作业完成进度（20分）提前完成按时完成延时完成未完成概念清晰程度（30分）75%以上概念清晰50%以上概念清晰25%以上概念清晰不清晰正确性和结论有效性（50分）分析合理，计算无误，结论有效分析较合理，计算错误少，结论较有效分析基本合理，计算有较大的错误，结论基本有效存在严重错误期末学期论文评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差（0%-60%）论文完成进度（20分）提前完成按时完成延时完成未完成论文质量（50分）论文内容满足要求，综述量大且有逻辑，参考文献20篇以上。论文内容满足要求，综述量较大且有逻辑，参考文献15篇以上。论文内容基本满足要求，综述量小且逻辑混乱，参考文献10篇以上。论文内容不能满足要求，综述量小且混乱无章，参考文献5篇以下。论文规范性（30分）论文写作及排版标准，参考文献格式规范论文写作及排版比较标准，参考文献格式比较规范论文写作及排版比较乱，较多的参考文献格式不规范论文写作及排版乱，参考文献格式不规范五、课程目标达成度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度计算课程目标1课程论文A1=40a1=课程小论文实际得分达成度=a1A1平时表现相关平时表现期望值B1=40b1=平时表现实际得分作业1、2、3相关作业期望值C1=31.25c1=作业实际得分课程目标2课程论文A2=20a2=课程小论文实际得分达成度=a2A2平时表现相关平时表现期望值B2=40b2=平时表现实际得分作业1、2相关作业期望值C2=18.75c2=作业实际得分课程目标3课程论文A3=40a3=课程小论文实际得分达成度=a3A3平时表现相关平