生物工藝學(xué)課程的教學(xué)改革

華子義， 劉振國(guó)， 朱正芳， 王錦華， 黃俊逸， 黃 海

(上海大學(xué)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，生命科學(xué)學(xué)院，上海200444)

0 引言

生物技術(shù)在國(guó)計(jì)民生中起著越來(lái)越重要的作用。為解決我國(guó)生命科學(xué)高等教育的人才培養(yǎng)與工業(yè)實(shí)際的人才需求之間的結(jié)構(gòu)性矛盾，培養(yǎng)高層次應(yīng)用型人才是十分必要的［1］。生物工藝學(xué)是培養(yǎng)生物工程專業(yè)人才的專業(yè)必修課，其要求學(xué)生掌握現(xiàn)代生物科學(xué)和工程技術(shù)的原理及應(yīng)用，主要培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生具備生物工藝相關(guān)的扎實(shí)的理論知識(shí)及靈活的應(yīng)用能力［2］，因此對(duì)其構(gòu)建合理的教學(xué)內(nèi)容和課程體系，是十分重要的工作。課程建設(shè)是提高教育質(zhì)量的重要舉措，上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的生物工藝學(xué)課程先后于2008年和2010年被上海大學(xué)和上海市教委列為校級(jí)和市級(jí)重點(diǎn)建設(shè)課程。幾年來(lái)，在學(xué)校和學(xué)院的大力支持下，結(jié)合我校特色及學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣，同時(shí)借鑒了兄弟高校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、師資隊(duì)伍、教材建設(shè)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了多項(xiàng)改革和嘗試，收到了良好效果，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。

1 改革思路

教學(xué)小組在上海市和上海大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目的支持下，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為主線，以建設(shè)精品課程為目標(biāo)進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革和研究。具體研究思路為:①優(yōu)化和整合出符合教學(xué)大綱要求，能反映本學(xué)科新成果的課程內(nèi)容體系;②編制多媒體課件和建設(shè)課程教學(xué)網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)信息化;③ 進(jìn)行課程教學(xué)手段與方法改革，構(gòu)建以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式;④ 增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí);⑤開(kāi)設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，努力培養(yǎng)學(xué)生的綜合和創(chuàng)新能力。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)內(nèi)容是課程建設(shè)和教學(xué)改革的核心和關(guān)鍵［3］，對(duì)生物工藝學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的改革如下。

2．1 教材選擇

教材是教師與學(xué)生之間教與學(xué)的橋梁，是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)載體，選擇具有系統(tǒng)、完整的知識(shí)體系和反映本學(xué)科最新成果的優(yōu)秀教材，是確保教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)的生物工藝學(xué)課程教材有很多種，一般多是以工業(yè)發(fā)酵為主線，但是，各編者在體系編排、章節(jié)順序、內(nèi)容取舍、敘述方式、選擇的例證及描述的側(cè)重點(diǎn)等方面呈現(xiàn)不同風(fēng)格［4］;主要內(nèi)容大多包括微生物工業(yè)菌種選育和保藏、培養(yǎng)基配制及其滅菌、發(fā)酵機(jī)制與動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與控制、工業(yè)發(fā)酵染菌與防治、發(fā)酵產(chǎn)物提取與精制，有的還有發(fā)酵設(shè)備、生產(chǎn)實(shí)例介紹、廢水的生物處理等內(nèi)容［2］。由于在開(kāi)設(shè)生物工藝學(xué)課程的同時(shí)，還安排了“基因工程”、“酶工程”、“發(fā)酵設(shè)備”和“生化分離工程”等課程，因此，確定選用由我院王福源教授主編的《現(xiàn)代食品發(fā)酵技術(shù)》這本書(shū)作為教材。該書(shū)重點(diǎn)難點(diǎn)突出，知識(shí)量適中，能較好地滿足少學(xué)時(shí)的理論教學(xué)要求。該教材明確闡述了本學(xué)科的科學(xué)理論和概念，理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，完整地表達(dá)本課程應(yīng)包含的知識(shí)，注重與先行專業(yè)基礎(chǔ)理論、后續(xù)課程的銜接，同時(shí)又避免重復(fù)。該教材使用以來(lái)，學(xué)生反映良好，1999年該教材獲得上海市優(yōu)秀教材三等獎(jiǎng)。同時(shí)，還指定了華東理工大學(xué)出版社出版的《生物工藝學(xué)》等作為主要參考書(shū)。

2．2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

教學(xué)內(nèi)容的選擇要具有系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性、科學(xué)性、實(shí)用性和先進(jìn)性［5］，并且必須理清課程邏輯，讓學(xué)生有章可循。為此，我們?cè)谧鼋贪傅臅r(shí)候，大量閱讀相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)其內(nèi)在規(guī)律，形成一條主線，然后層層鋪展。即教學(xué)中，主要圍繞“一條主線，兩個(gè)基礎(chǔ)，典型案例”來(lái)展開(kāi)教學(xué)。一條主線，即以生物工藝學(xué)各研究對(duì)象的共性規(guī)律總結(jié)而成，按發(fā)酵工藝的流程為主線(菌種→培養(yǎng)基→種子擴(kuò)大培養(yǎng)→發(fā)酵過(guò)程控制→下游加工)來(lái)安排內(nèi)容。兩個(gè)基礎(chǔ)，即生物化學(xué)基礎(chǔ)和微生物學(xué)基礎(chǔ)，在教學(xué)中設(shè)計(jì)的問(wèn)題讓學(xué)生試著用這兩個(gè)基礎(chǔ)理論去分析解決。典型案例，即圍繞谷氨酸、檸檬酸等典型過(guò)程來(lái)精講案例，使學(xué)生在不同層次去體會(huì)理解。

2．3 優(yōu)化教學(xué)模式

教學(xué)質(zhì)量與課堂教學(xué)效果密切相關(guān)。探索和改進(jìn)教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量、保證教學(xué)效果是教師的主要職責(zé)。在實(shí)踐中，我們采用了多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合、自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)合，通過(guò)案例教學(xué)等多種形式的啟發(fā)式教學(xué)策略，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本技術(shù)的掌握，提高了學(xué)生的綜合能力。

(1)靈活多樣的多媒體教學(xué)。我們結(jié)合教學(xué)大綱利用Powerpoint、Flash、錄像等系統(tǒng)制作多媒體教學(xué)課件，使結(jié)構(gòu)式、生物合成途徑、動(dòng)力學(xué)公式、工藝流程圖等形象生動(dòng)、直觀易懂、便于記憶，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)大大節(jié)省教學(xué)時(shí)間［6-7］。當(dāng)然，在課堂中，起主導(dǎo)作用的仍是教師，教師要適時(shí)、適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用科學(xué)的教育手段去教書(shū)育人［8］。

(2)運(yùn)用問(wèn)題教學(xué)法強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式教學(xué)。問(wèn)題教學(xué)法是以問(wèn)題為載體，使學(xué)生在設(shè)問(wèn)和釋問(wèn)的過(guò)程中萌生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和欲望，進(jìn)而逐漸養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化自主學(xué)習(xí)的方法，能充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，是近年來(lái)受到廣泛重視的教學(xué)改革模式［9-10］。當(dāng)然，問(wèn)題教學(xué)在理念上，不要為問(wèn)題而問(wèn)題，要從創(chuàng)造性教學(xué)培養(yǎng)問(wèn)題意識(shí)、科學(xué)精神和構(gòu)建創(chuàng)新素質(zhì)的宗旨出發(fā)，注意問(wèn)題的層次性;不能只限于“呈現(xiàn)型”問(wèn)題，要注重“發(fā)現(xiàn)型”問(wèn)題與“創(chuàng)造性”問(wèn)題。通過(guò)相關(guān)啟發(fā)式教學(xué)，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，采用多種方式，啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，使課堂教學(xué)價(jià)值單向傳授變?yōu)殡p向共同的活動(dòng)過(guò)程，有利于培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力，提高他們的表達(dá)能力和歸納能力［11］，激發(fā)學(xué)生的多向思維能力、創(chuàng)新能力和開(kāi)拓精神。

(3)案例教學(xué)法。案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，教師在教學(xué)中扮演著設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論。生命科學(xué)是源于實(shí)踐的學(xué)科，在教學(xué)過(guò)程中，充分應(yīng)用案例，不僅使課堂生動(dòng)形象，而且使學(xué)生容易理解和記憶，觸類旁通，達(dá)到知識(shí)遷移的目的［12］。例如在講發(fā)酵過(guò)程的控制時(shí)，通過(guò)詳細(xì)講解谷氨酸的發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化研究這一案例，將培養(yǎng)基、溫度、pH、溶氧等條件的優(yōu)化方案及原理清晰形象地展示出來(lái)，便于學(xué)生接受［2，13］。

(4)撰寫(xiě)課程論文。開(kāi)始上課時(shí)，就要求學(xué)生在課程結(jié)束前完成一篇課程論文，內(nèi)容是發(fā)酵工程的新進(jìn)展或當(dāng)今熱門(mén)的生物質(zhì)能源問(wèn)題，題目自擬，不能抄襲現(xiàn)成的論文。完成后，進(jìn)行交流和評(píng)定。一方面加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生對(duì)學(xué)科前沿的了解，拓寬知識(shí)面;另一方面，增強(qiáng)了學(xué)生的表達(dá)能力，培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力，還有利于后繼課程“文獻(xiàn)檢索”的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)課題的開(kāi)展［3，14-15］。

(5)課程網(wǎng)站建設(shè)。課程與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，可以發(fā)揮更大的作用，使教育資源得到迅速的普及，加強(qiáng)雙向互動(dòng)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)教育也為個(gè)性化教學(xué)提供了切實(shí)有效的實(shí)現(xiàn)途徑和條件，學(xué)生能方便快捷地獲得相關(guān)信息。網(wǎng)站分為首頁(yè)、教學(xué)隊(duì)伍、教學(xué)大綱、教學(xué)研究、教學(xué)資源、多媒體資源、教學(xué)評(píng)價(jià)、課程申報(bào)和教學(xué)論壇等。其中教學(xué)資源和多媒體資源是整個(gè)網(wǎng)站的核心，除了有教學(xué)過(guò)程中的講義、思考題和課件外，還有視頻等。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接下載，自主使用這些資源來(lái)進(jìn)行自學(xué)、復(fù)習(xí)和拓寬知識(shí)面，使學(xué)習(xí)不再局限于課堂［16-17］。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3．1 加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)是生物工程專業(yè)本科教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐活動(dòng)的高素質(zhì)工程技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)［18］?，F(xiàn)階段，改變相對(duì)于生物工程迅速發(fā)展而生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)滯后的現(xiàn)狀，是生物工程教學(xué)改革的一個(gè)重點(diǎn)［5，19］。

生物工藝學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，加大實(shí)踐教學(xué)在教學(xué)計(jì)劃中的比重［4］，改革和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯得尤為重要。因此，我們把理論課時(shí)由60學(xué)時(shí)壓縮到30學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)由30學(xué)時(shí)拓展到40學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)層次，即驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性。內(nèi)容安排接近生產(chǎn)實(shí)際，保證前后聯(lián)系，從上游做到下游。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使課堂抽象的內(nèi)容具體化，加深對(duì)理論的理解。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程獨(dú)立考核，成績(jī)由預(yù)習(xí)、操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)考核綜合評(píng)出。

3．2 開(kāi)設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力

我們利用夏季實(shí)踐短學(xué)期，在生物工藝學(xué)課程結(jié)束后，對(duì)三年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)生物工藝學(xué)有關(guān)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生經(jīng)過(guò)自由選題，與指導(dǎo)老師溝通，自己查閱文獻(xiàn)，確定實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可行性答辯及方案修訂后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。短學(xué)期結(jié)束時(shí)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)題答辯，由答辯委員會(huì)進(jìn)行評(píng)分。通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)會(huì)了創(chuàng)新型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題、文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)方案制訂;通過(guò)實(shí)驗(yàn)中的“明確分工”培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神;通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和綜合運(yùn)用知識(shí)的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉和提高學(xué)生自主提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力［20-21］。

4 結(jié)語(yǔ)

生物工藝學(xué)是一門(mén)發(fā)展迅速的學(xué)科，相應(yīng)的教學(xué)工作也要不斷實(shí)踐和改革，緊密結(jié)合最新的研究成果，把最前沿的知識(shí)傳授給學(xué)生。今后的實(shí)踐教學(xué)中，我們將繼續(xù)深化教改，大膽探索，不斷實(shí)踐，爭(zhēng)取把生物工藝學(xué)課程建設(shè)成為深受同學(xué)們歡迎的精品課程。

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