針對理學(xué)專業(yè)的《發(fā)酵工程》課程教學(xué)改革探討

郭艾英 張志雯 杜金友 宋士清

摘要：側(cè)重工科且理工結(jié)合的發(fā)酵工程是輕工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥類高等院校的專業(yè)必修課程，針對屬于理學(xué)的生物技術(shù)專業(yè)特點，對其專業(yè)課發(fā)酵工程的課程教學(xué)改革進行了探討，通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、實驗教學(xué)和實踐教學(xué)的組織與安排上進行革新，以學(xué)生為主體，注重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新思維能力，切實提高了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：理學(xué)專業(yè)；發(fā)酵工程；教學(xué)實踐；改革

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

作為現(xiàn)代生物工程重要組成部分的發(fā)酵工程，是以生物細(xì)胞為主體，利用廉價的原料生產(chǎn)有用產(chǎn)品或用于環(huán)境凈化，是生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)階段。該課程是我校生命科技學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課程，在微生物學(xué)、生物化學(xué)、生物統(tǒng)計學(xué)等相應(yīng)先導(dǎo)課程之后開設(shè)，是一門基礎(chǔ)理論與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合的課程。針對我校授課對象為理學(xué)生源的實際情況，在授課過程中如何優(yōu)化課程內(nèi)容，把這門側(cè)重工科且理工結(jié)合的課程講好，是筆者講授這門課程的主要出發(fā)點。使之起到既啟發(fā)學(xué)生思路，又能拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)酵工藝的知識面，為今后從事與生物工程相關(guān)的科學(xué)研究，技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，為此，筆者結(jié)合工作中的教學(xué)實踐，從授課內(nèi)容、授課方式等方面就如何提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生分析問題及解決實際問題的能力進行了一些嘗試。

一、加強課程體系建設(shè)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1、因地制宜，制定合理的教學(xué)大綱

教學(xué)內(nèi)容和課程體系是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，是教學(xué)改革的核心和關(guān)鍵[1]。在大綱制定方面，我們借鑒了其他院校的教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合我校的辦學(xué)條件、實驗條件、學(xué)生基本情況及就業(yè)方向等實際情況來制定合理的教學(xué)大綱。在前幾屆學(xué)生的授課中，我們把發(fā)酵動力學(xué)單獨作為一章來講授，但由于我校生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生之前并未學(xué)習(xí)生物化工，代謝控制等相關(guān)理論課程，所以學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容相當(dāng)吃力，且這部分內(nèi)容是從微觀上來調(diào)控菌株，因此自08年起的授課中我們做了調(diào)整，僅把部分關(guān)鍵內(nèi)容穿插到發(fā)酵工藝控制中來講授，取得了較好的效果?？偨Y(jié)近些年的教學(xué)實踐，結(jié)合學(xué)生的實際情況，筆者對教學(xué)大綱進行了調(diào)整。眾所周知，盡管生物工程領(lǐng)域涉及的相關(guān)產(chǎn)品多種多樣，從工業(yè)化的菌種、培養(yǎng)基、發(fā)酵工藝控制及關(guān)鍵點和產(chǎn)品的分離純化都有較大的差異，但其基本的生產(chǎn)形式和理論基礎(chǔ)大體相同。由此大綱的制定圍繞這些工藝的共性規(guī)律，將發(fā)酵工藝以菌種選育—種子擴大培養(yǎng)—培養(yǎng)基制備—無菌空氣制備—發(fā)酵設(shè)備—發(fā)酵工藝控制—產(chǎn)品的分離純化為一條主線來編排，其各個操作單元涉及的內(nèi)容也是該課程的重點內(nèi)容，授課中不斷強化這條主線，使學(xué)生牢固掌握發(fā)酵工藝的核心部分。

2、注重教材建設(shè)，選用優(yōu)秀教材

教材是教師和學(xué)生之間教與學(xué)的橋梁，是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的知識載體。結(jié)合學(xué)生自身特點，選擇系統(tǒng)性強、知識體系完整和能夠反映本學(xué)科領(lǐng)域的最新技術(shù)的優(yōu)秀教材在很大程度上能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，確保授課效果，提高教學(xué)質(zhì)量。在教材選擇上，前幾屆學(xué)生我們選用化學(xué)工業(yè)出版社出版的俞俊棠教授主編的《新編生物工藝學(xué)》（上下冊），但這部教材內(nèi)容偏重工科，不太適合我校的理學(xué)學(xué)生使用，由此現(xiàn)在僅作為參考教材供學(xué)生學(xué)習(xí)。自08年起，我校選用了2007年高等教育出版社出版的李艷教授主編的生物技術(shù)和生物工程專業(yè)規(guī)劃教材《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》，該教材在內(nèi)容編排上系統(tǒng)性強，體系完整、實用，更適合理學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)生一本教材在手，便能全面的了解發(fā)酵工藝的生產(chǎn)主線及相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域。除了推薦俞俊棠主編的《新編生物工藝學(xué)》（上下冊）作為參考書外，還為學(xué)生推薦賀小賢主編的《生物工藝原理》（第二版），劉振宇編著的《發(fā)酵工程技術(shù)與實踐》。同時，還向?qū)W生推薦相關(guān)的網(wǎng)站，像生物谷、生物秀等，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

3、因材施教，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

隨著生物技術(shù)的不斷豐富和發(fā)展，發(fā)酵工程的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)加以補充和及時更新，盡可能增加一些新內(nèi)容，新技術(shù)、新成果方面的資料，介紹學(xué)科發(fā)展的前言信息，拓寬學(xué)生視野。由此教師應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容進行適當(dāng)?shù)膭h減或增加，使教學(xué)內(nèi)容更系統(tǒng)化，以利于學(xué)生對內(nèi)容的整體把握。

針對我校生物技術(shù)專業(yè)為理學(xué)學(xué)生這一特點，學(xué)生對工學(xué)的認(rèn)識較淺，感性認(rèn)識多于理性思考，學(xué)習(xí)中缺乏從工學(xué)角度認(rèn)識問題，解決實際問題的能力。為此，在教學(xué)內(nèi)容上，筆者更注重實用性、基礎(chǔ)性、科學(xué)性、系統(tǒng)性，既要闡明發(fā)酵工藝的基本知識和基本原理，強化發(fā)酵工藝主線，且把典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)融于課程講授中。在章節(jié)編排上按照發(fā)酵工藝主線進行設(shè)置，其中緒論（2學(xué)時）、菌種選育（4學(xué)時）、種子擴大培養(yǎng)（4學(xué)時）、培養(yǎng)基制備（6學(xué)時、）無菌空氣制備（4學(xué)時）、發(fā)酵設(shè)備（4學(xué)時）、發(fā)酵工藝控制（10學(xué)時）、產(chǎn)品的分離純化（2學(xué)時）。由于學(xué)生在第六學(xué)期開設(shè)《生物分離工程》課程，所以產(chǎn)品的分離純化部分我們只做簡單講授，目的使學(xué)生掌握整個發(fā)酵工藝主線。對于學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，像菌種選育和培養(yǎng)基制備中，與微生物相關(guān)的一些基本內(nèi)容點到為止，本門課程中重點講授目的菌株的選育方法、發(fā)酵工業(yè)所用培養(yǎng)基的來源及培養(yǎng)基優(yōu)化設(shè)計、培養(yǎng)基滅菌方面則重點講授工業(yè)生產(chǎn)上的間接滅菌和連續(xù)滅菌方法等內(nèi)容，使學(xué)生學(xué)到的內(nèi)容既不重復(fù)，又前后連貫。對于新學(xué)內(nèi)容，有的講深講透，有的適當(dāng)介紹，有的主張學(xué)生自主學(xué)習(xí)并提交學(xué)習(xí)心得。

二、優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性

教學(xué)方法是課程建設(shè)的重要內(nèi)容之一，為了保證教學(xué)的系統(tǒng)性和豐富的知識容量，課堂講授必不可少。傳統(tǒng)的填鴨式講授很難引起學(xué)生的聽課興趣，由此應(yīng)根據(jù)授課內(nèi)容選擇合適的教學(xué)方法，以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性?，F(xiàn)代的教學(xué)方法包括啟發(fā)式教學(xué)、討論式互動教學(xué)、設(shè)計式教學(xué)等，如何在短短的50分鐘課堂講授中合理利用各種教學(xué)方法，抓住學(xué)生興趣，提高授課效果，這是發(fā)酵工程課程改革的重點內(nèi)容。

1、構(gòu)建互動教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

改革傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法，運用多種教學(xué)方法，增加課程的趣味性和知識性，充分調(diào)動學(xué)生積極性和主動性[2]。例如啟發(fā)式教學(xué)可以應(yīng)用到各章節(jié)的授課中，如在講授培養(yǎng)基制備時，引導(dǎo)學(xué)生回憶四大類微生物常用的培養(yǎng)基成分，然后讓學(xué)生回答這些培養(yǎng)基能否應(yīng)用于工業(yè)上的發(fā)酵生產(chǎn)，進一步以具體案例講授培養(yǎng)基優(yōu)化方法，以利于學(xué)生掌握；種子擴大培養(yǎng)章節(jié)中講授接種量時，首先讓學(xué)生回想微生物實驗中進行平板接種或斜面接種，經(jīng)培養(yǎng)后不同同學(xué)的平板或斜面長的菌量是否一樣，造成生長情況不一的原因是什么，引導(dǎo)學(xué)生對出現(xiàn)的結(jié)果進行思考、分析、討論，使學(xué)生思維緊跟教師的講授內(nèi)容。

設(shè)計式教學(xué)是學(xué)生自己設(shè)計、精心準(zhǔn)備、自己負(fù)責(zé)完成的教學(xué)過程。在本課程的教學(xué)中，發(fā)酵設(shè)備章節(jié)的講授采用這一教學(xué)方法。由于我校為理學(xué)生源，對儀器的構(gòu)造和功能理解不深，若采用“教師講，學(xué)生聽”的授課方法，學(xué)生必定對儀器理解不深，因此本章節(jié)授課是提前將課程提綱告知學(xué)生，學(xué)生自由結(jié)組選擇講授內(nèi)容，并從圖書館、網(wǎng)上找相關(guān)內(nèi)容，自主備課，由小組同學(xué)推薦代表進行講授，教師再做適當(dāng)補充，而未上講臺的同學(xué)每人提交一份學(xué)習(xí)心得。這種由被動變主動的學(xué)習(xí)方法，既提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，又提高了其授課能力，可謂一舉多得。此種教學(xué)方法在授課過程中獲得了學(xué)生的一致好評。

2、利用多媒體教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)模式

多媒體教學(xué)具有生動、文本清晰、信息量大等特點，為教學(xué)帶來了新的活力，實現(xiàn)文字、圖像、聲音的同步輸出，能夠在短時間內(nèi)向?qū)W生輸送大量信息[3]。我校發(fā)酵工程課程的理論學(xué)時較少，這與該課程涉及的內(nèi)容較多相矛盾，因而采用多媒體教學(xué)可以很好的解決這一矛盾。本課程的實踐性很強，由此教師備課時應(yīng)盡量多地搜集相關(guān)素材，并以精彩的圖文、動畫形式制成多媒體課件，形象生動地展現(xiàn)抽象的知識點作為教材的補充，或以視頻技術(shù)在課堂上進行一些實驗的演示，加深學(xué)習(xí)印象，應(yīng)盡量減少多媒體課件中文字羅列，便于學(xué)生接受。如培養(yǎng)基的滅菌，發(fā)酵罐的接種操作采用影像展示給學(xué)生，既生動又直觀，既加深了學(xué)生對知識的理解和掌握，提高了學(xué)習(xí)興趣，又使學(xué)生了解了工廠的實際操作，有利于學(xué)生以后工作中盡快進入角色提供了幫助。

三、注重實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力

發(fā)酵工程是實踐性很強的一門學(xué)科，為了提高學(xué)生的動手能力，獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力，將理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，由此本課程的實驗教學(xué)摒棄了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)的弊端，采用開放式教學(xué)方法，讓學(xué)生做實驗室的主人，自主設(shè)計實驗，自主進行實驗。為了達(dá)到預(yù)期的效果，在學(xué)生進行實驗之前，需要向?qū)W生講解實驗室的安全操作規(guī)程，并對各位學(xué)生進行嚴(yán)格的基本功訓(xùn)練，考核合格者方能進入實驗室進行實驗。

以往的實驗教學(xué)中我們也采用了傳統(tǒng)的教師教，學(xué)生按步就班的做，但學(xué)生做實驗過程中暴露出的問題非常多，如學(xué)生很少思考實驗的整個過程，每步實驗都是在教師督促和監(jiān)督下完成；對實驗原理把握不透，實驗過程即使出現(xiàn)問題自己都渾然不知；寫完實驗報告就忘掉實驗內(nèi)容等等。由此，自11年起筆者嘗試了開放式實驗教學(xué)方法。首先教師給出不同的實驗題目，學(xué)生自由結(jié)組選擇本小組感興趣的課題，自主查閱資料，制定相應(yīng)的實驗方案，然后和教師進行商討實驗的可行性方案，在教師的指導(dǎo)下自主安排實驗時間和進度，獨立完成實驗，之后進行總結(jié)報告，最后各小組再進行10-15分鐘的多媒體匯報，并解答同學(xué)和老師的提問，通過答辯，即“定課題—查閱資料—擬定方案—進行實驗—總結(jié)報告—多媒體匯報”六部曲。實踐出真知，此種授課方法在一定基礎(chǔ)抹殺了學(xué)生平時做實驗的“等”“靠”現(xiàn)象，充分發(fā)揮了學(xué)生的自主能動性，提高了學(xué)生分析問題，解決問題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作意識和團隊精神，使學(xué)生經(jīng)實踐真正理解發(fā)酵工程的真諦，這一實驗方法也得到了兩屆學(xué)生的高度認(rèn)可。

四、加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，擴展學(xué)生知識面

缺乏實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的知識理論體系是不完整的，為了提高學(xué)生對發(fā)酵工程的感性認(rèn)識并強化他們的工程化概念，增長基本技能，必須加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，這也是該課程教學(xué)的重要組成部分和課程建設(shè)的重點。

在教學(xué)實習(xí)開始之前，通過組織學(xué)生就近參觀本地不同類型的發(fā)酵工廠，如生物制品廠、檸檬酸廠、味精廠、葡萄酒廠等，使學(xué)生對發(fā)酵工廠有一個整體的概念，加深學(xué)生對書本知識的理解，有利于其掌握理論授課內(nèi)容。參觀之后學(xué)生回到我們自己的實驗室，利用實驗室的小型發(fā)酵罐模擬工廠操作進行一次真正意義上的發(fā)酵生產(chǎn)。在實踐環(huán)節(jié)，各個步驟包括培養(yǎng)基制備、發(fā)酵罐實罐滅菌、接種、發(fā)酵工藝過程的管理與控制及產(chǎn)品產(chǎn)量的測定等各個環(huán)節(jié)均由學(xué)生親自完成，教師在整個過程中起主導(dǎo)作用，提醒學(xué)生在操作中的注意事項，適時的進行必要的指導(dǎo)。這種實踐教學(xué)組織形式不僅提高了學(xué)生獨立思考能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。

通過近幾年的教學(xué)實踐和改革，在課程體系建設(shè)方面，理論教學(xué)環(huán)節(jié)、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)各方面不斷的提高完善，尋求適應(yīng)我校理學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，努力講好這門亦工亦理偏重工科的課程，這也使得學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性不斷提高，對該專業(yè)的就業(yè)前景有了明晰的認(rèn)識，為他們的考研和就業(yè)指明了方向，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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