基于工程學范式發(fā)酵工程實驗教學模式探索

當前，高校發(fā)酵工程課程驗證性實驗比重過大，實驗設置之間缺乏有機聯(lián)系，彼此孤立，探索性和主動性設計和創(chuàng)新性實驗所占比重很少，教師對學生實驗過程的考核評估缺乏彈性。通過發(fā)酵工程課程體系設計的調(diào)整和完善、教學模式和教學手段的改革、完善科學合理的考核評價體系和開放性工程設計類實驗教學的實施，解決了高校人才培養(yǎng)模式與行業(yè)對人才需求的不對稱性。

發(fā)酵工程實驗教學評價體系工程學思維發(fā)酵工程是直接服務于生產(chǎn)實踐及生物技術(shù)進步的一門工程學科，是社會經(jīng)濟中最活躍的工業(yè)體系，發(fā)酵工程的迅猛發(fā)展，與高素質(zhì)的發(fā)酵人才密切相關(guān)，而高素質(zhì)的發(fā)酵人才培養(yǎng)迫切需要改革和完善人才培養(yǎng)機制，建立合理的教學平臺，切實解決教學過程中不適應時代發(fā)展的教學模式，即要培養(yǎng)學生扎實的理論基礎和實驗技能，更要拓展學生的工程學思維，提高人才的整體質(zhì)量，為社會輸送卓越的工程技術(shù)人才。

一、發(fā)酵工程發(fā)展歷史和學科特色

人類利用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)食品和藥物已有幾千年歷史，隨著新技術(shù)、新工藝和新設備的不斷出現(xiàn)，再加上分子生物技術(shù)的建立，已能夠通過發(fā)酵生產(chǎn)胰島素、細胞因子和疫苗等多種基因工程藥物。隨著世界進入資源匱乏時代，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心問題是資源的循環(huán)和高效利用以及可再生能源的開發(fā)，這些問題的解決都涉及到產(chǎn)業(yè)化過程。

發(fā)酵是系統(tǒng)而非孤立的工程學問題，需要進行生產(chǎn)過程的經(jīng)濟核算和可行性評估。當前發(fā)酵工程課程設置，存在實驗教學改革明顯滯后于理論教學改革，亦明顯滯后于行業(yè)發(fā)展需要，實驗教學設置多為靜態(tài)和孤立的驗證性實驗，缺乏鍛煉學生工程學思維的內(nèi)容。發(fā)酵工業(yè)急需的人才嚴重匱乏，而高校畢業(yè)生又很難在對口企業(yè)就業(yè)，其根源在于教學內(nèi)容和生產(chǎn)實際的脫節(jié)。實驗教學不僅為了鞏固課程理論知識，掌握必要的操作技能，更要提高學生的科研思維能力，培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識，尤其是工程學思維能力，滿足行業(yè)進步的要求。

二、傳統(tǒng)實驗教學特點與不足

傳統(tǒng)實驗教學的特點主要體現(xiàn)在：（1）教學內(nèi)容相對滯后，驗證性實驗比重過大，工程設計和創(chuàng)新性實驗比重太小。實驗之間缺乏有機聯(lián)系，彼此孤立。新技術(shù)難以在教學中體現(xiàn)，如對基因工程菌株的工業(yè)化生產(chǎn)工藝流程的設計幾乎沒有，已不能滿足發(fā)酵工業(yè)發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求。（2）教學方式單一，絕大部分高校實驗準備幾乎全部由教師完成，學生按實驗指導操作，缺乏學習的主動性和創(chuàng)造性，實驗基本操作完成后甚至不清楚基本原理，學生工程學思維模式得不到有效鍛煉；（3）缺乏合理的考核評價體系，傳統(tǒng)的實驗考核一般以老師為中心，大多根據(jù)實驗報告和平時表現(xiàn)給出實驗成績，這種單一的評價體系不利于工程學思維模式的建立。（4）實操性實驗課時數(shù)偏少，由于受專業(yè)培養(yǎng)計劃學時數(shù)壓縮的影響，發(fā)酵工程教學的學時數(shù)偏少，課內(nèi)一般只能完成某些特定的生理生化指標的測定等基本實驗技能的訓練，探索性、研究性及設計性的實驗教學根本無法在課堂教學中完成。

三、基于工程學范式的發(fā)酵工程實驗教學改革的具體對策

學科范式（Paradigm）決定著學科的價值觀、方法論和具體內(nèi)涵，關(guān)系到本學科的課程設置、實驗教學創(chuàng)新方向、學科新的生長點和交叉擴張模式，對學科的學術(shù)定位和教學定位具有一定的規(guī)范力，影響到理論課程、實驗課程和第二課程的配置和其內(nèi)在聯(lián)系，同時也會影響教學手段的設計、組織和運用。為了解決發(fā)酵工程人才培養(yǎng)模式與發(fā)酵工業(yè)對人才需求的不對稱性，教學改革有如下幾方面的探索。

1.課程體系調(diào)整和完善

發(fā)酵工程的人才培養(yǎng)模式要與行業(yè)對人才的需求對接，課程設置要兼顧學科發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。傳統(tǒng)的發(fā)酵工程實驗設計主要是一些相對獨立的驗證性實驗，彼此缺乏系統(tǒng)聯(lián)系，需要對實驗教學內(nèi)容做一綜合調(diào)整，使實驗教學形成一個完善體系，并引入工程學設計內(nèi)容，增加學生整體思維和經(jīng)濟效益的評估以及可行性分析的能力。

2.實驗教學模式和手段改革

發(fā)酵工程實驗教學學生應是主體，教師只是引導者，應增設一些設計性實驗內(nèi)容，在教師引導下選擇一些產(chǎn)品，學生通過查閱資料首先提出工程設計方案，并對整個生產(chǎn)過程模擬仿真，并進行經(jīng)濟效益評估，以獲得切實可行的完整實施方案。教師負責把關(guān)并提出指導性意見，跟蹤完成實驗過程。通過工程設計性實驗，提高學生的主觀能動性、動手能力、創(chuàng)新意識和工程學思維能力。

3.科學合理的考核評價體系

合理的考核評價體系是推動學生完成實驗的有效動力。實驗課程的評價始終是教學中的一大難題。實驗教學不僅要教會學生一些基本操作技能，更要培養(yǎng)學生良好的思維模式，教學考核不僅要注重結(jié)果，更要注重過程。學生能夠從實施過程中總結(jié)、分析、歸納和提高，而不僅獲得實驗結(jié)果。對學生實驗成績的評估不應機械性地對結(jié)果數(shù)據(jù)進行評判。工程設計實驗的評判也應符合工程設計的特質(zhì)。工程設計性實驗最能反應學生學習的總體效果，在增加這類實驗的同時，還要建立與之相適應的考核評估體系。

4.開放性工程設計類實驗教學

開放性工程設計實驗教學要堅持綜合性、選擇性和靈活性的原則，以跨學科思維構(gòu)建學科教育體系，在培養(yǎng)學生動手能力的同時，進一步培養(yǎng)學生綜合運用各交叉學科知識的能力，使學生能解決日益寬泛和綜合的多學科復雜問題，協(xié)調(diào)上中下游的工藝技術(shù)需求，建立工程學思維模式。工程學是用于企業(yè)分析、設計、改進和運作的知識、理論與實踐的整體，是將科學基本原理運用于實際用途的應用手段。由于學時有限，學生很難接受和展開相應的訓練，發(fā)酵工程教學需要延伸到第二課堂，實行開放性教學，通過培養(yǎng)學生的興趣，充分利用學生的課余時間，進行工程設計性實驗的開展。開放性工程設計類實驗教學的開展，也有利于培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

運用工程學范式，培養(yǎng)學生的工程學思維，以更好地適應日益發(fā)展的發(fā)酵工程領(lǐng)域?qū)θ瞬排囵B(yǎng)的需求，為我國發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)卓越的工程技術(shù)人員。當然，開放性工程設計教學也帶來了諸如教學成本增加和實驗室管理困難等一些新問題，這些問題如何解決，還有待進一步研究探索。

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