生物技術(shù)專業(yè)發(fā)酵工程課程改革探索

趙娟娟 吳榮榮 李志濤

摘 ? ?要： 文章結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的背景及衡水學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，從優(yōu)化課程內(nèi)容體系、改進(jìn)教學(xué)方法、加強(qiáng)教學(xué)與企業(yè)互動和優(yōu)化考核方式等方面進(jìn)行探索與分析，對生物技術(shù)專業(yè)發(fā)酵工程課程進(jìn)行教學(xué)改革，以期提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞： 生物技術(shù)專業(yè) ? ?發(fā)酵工程 ? ?教學(xué)改革 ? ?應(yīng)用型人才

發(fā)酵工程是以微生物的特定性狀和功能為基礎(chǔ)，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系[1]。它結(jié)合生物學(xué)和工程學(xué)的特點(diǎn)，涉及微生物學(xué)、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)工程、機(jī)械設(shè)備等多門學(xué)科。發(fā)酵工程具有應(yīng)用性強(qiáng)和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，是生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展的支撐點(diǎn)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵和必由之路。

教育部2010年啟動了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，致力于培養(yǎng)適合經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要的工程技術(shù)人才[2]，以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。衡水學(xué)院也正致力于向應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型，探索對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)?！栋l(fā)酵工程》是我校生物技術(shù)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)必修課程。做好發(fā)酵工程課程的建設(shè)與改革，對學(xué)生綜合能力的發(fā)展、進(jìn)入相關(guān)行業(yè)時快速入手等起著重要作用。

本文結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的背景及應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合本校的課程設(shè)置和教學(xué)活動，通過優(yōu)化課程內(nèi)容體系、改進(jìn)教學(xué)方法、加強(qiáng)教學(xué)與企業(yè)互動和優(yōu)化考核方式等方面進(jìn)行探索與分析，對發(fā)酵工程的教學(xué)改革進(jìn)行思考。

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與更新

衡水學(xué)院《發(fā)酵工程》課程的設(shè)置，是在完成基礎(chǔ)課和部分專業(yè)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。但隨著應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的提出，理論課時縮減，只有32個學(xué)時，因此必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。在此之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了一些本課程的相關(guān)知識。根據(jù)生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際教學(xué)情況，對已掌握的不再重復(fù)講授，著重復(fù)習(xí)以突出重點(diǎn)。如在菌種選育一章，由于在微生物學(xué)中已詳細(xì)講解過各種選育方法，本課程中以問題方式引出，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，模糊的地方課下通過網(wǎng)絡(luò)平臺復(fù)習(xí)。對下游提取分離的技術(shù)，在生物工業(yè)下游技術(shù)課程中會詳細(xì)介紹，所以授課主要集中于對發(fā)酵工程上游技術(shù)和中間控制的學(xué)習(xí)。

課程內(nèi)容的安排上，我們力將發(fā)酵工程研究對象共性的規(guī)律提煉出來，在理解發(fā)酵機(jī)制的基礎(chǔ)上，按照發(fā)酵過程的主線編排教學(xué)內(nèi)容，包括：菌種選育→培養(yǎng)基→滅菌與空氣除菌→種子擴(kuò)培→發(fā)酵機(jī)制→發(fā)酵過程控制→染菌分析及防治→發(fā)酵經(jīng)濟(jì)學(xué)。同時以動力學(xué)模型和發(fā)酵設(shè)備為輔，堅(jiān)持生物學(xué)基礎(chǔ)和工程學(xué)基礎(chǔ)并重，要求學(xué)生注重理論基礎(chǔ)和實(shí)踐操作相結(jié)合。這樣安排有利于學(xué)生清楚、完整地掌握整個發(fā)酵工藝過程和發(fā)酵的共性問題，為后續(xù)課程和科學(xué)研究的順利開展奠定基礎(chǔ)。

同時，衡水學(xué)院為學(xué)生開設(shè)了多門和發(fā)酵工程相結(jié)合的專業(yè)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)，包括發(fā)酵工程設(shè)備、發(fā)酵工程設(shè)備實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵工程大實(shí)驗(yàn)、生物工程下有技術(shù)、釀酒概論等，形成了以培養(yǎng)發(fā)酵應(yīng)用型人才為目的的課程群，對發(fā)酵工程的原理和技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)化。

除了豐富教學(xué)內(nèi)容外，增加新知識、介紹最前沿的科技動態(tài)也尤為必要。教師應(yīng)通過閱覽國內(nèi)外專業(yè)期刊及網(wǎng)站，將國內(nèi)外最新的科研動態(tài)和成果分門別類地穿插在相關(guān)章節(jié)中進(jìn)行講解，使學(xué)生拓寬視野，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

經(jīng)過以上優(yōu)化調(diào)整，使發(fā)酵工程的教學(xué)體系更加清晰，教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生能夠更好地理論聯(lián)系實(shí)際對課程進(jìn)行掌握。

2.教學(xué)方法的改進(jìn)

2.1激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。根據(jù)教學(xué)總結(jié)，學(xué)生對發(fā)酵工藝在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用了解甚少。因此，結(jié)合日常生活中的具體實(shí)例在緒論部分介紹現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史、產(chǎn)業(yè)概況、生產(chǎn)生活中的產(chǎn)品介紹和未來展望等內(nèi)容，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為以后的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

2.2案例教學(xué)

發(fā)酵工程是一門應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科，在授課過程中，引入與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系緊密的案例并進(jìn)行剖析講解不僅能使課堂生動形象，而且能引導(dǎo)學(xué)生自主思考，加深學(xué)生對理論知識的理解，觸類旁通。如發(fā)酵工程課程中的發(fā)酵工藝控制這一部分內(nèi)容，要求學(xué)生了解并掌握培養(yǎng)pH對發(fā)酵過程的影響。為此，我們從相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中特意選取了一些研究案例，如“pH對林可霉素發(fā)酵的影響”，該研究表明不同初始pH會顯著影響林可霉素的產(chǎn)量。通過實(shí)例講解，可以讓學(xué)生印象深刻并強(qiáng)化對具體知識要點(diǎn)的領(lǐng)會。

2.3引入PBL教學(xué)理念

PBL是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，發(fā)展學(xué)生綜合思考能力和解決實(shí)際問題能力的教學(xué)理念。在實(shí)踐性強(qiáng)的《發(fā)酵工程》課程中引入PBL教學(xué)理念，通過提出問題、收集資料、小組討論、總結(jié)評價(jià)等環(huán)節(jié)開展發(fā)酵工程PBL教學(xué)改革以提高教學(xué)實(shí)效。

按照發(fā)酵工藝類型分成多個PBL課程教學(xué)模塊，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性問題，如酒精等發(fā)酵機(jī)制類型及發(fā)酵工藝特點(diǎn)等;再設(shè)計(jì)開放性問題，如由酒精發(fā)酵延伸總結(jié)乳酸、甘油等發(fā)酵工藝特點(diǎn)。學(xué)生自由分組。首先，各小組對基礎(chǔ)性問題查閱文獻(xiàn)，組內(nèi)討論，再選派代表進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)。各小組提問，匯報(bào)組成員補(bǔ)充說明和回答，最終形成解決方案。教師對課程實(shí)施過程中出現(xiàn)的不足問題再給予指導(dǎo)，提出改進(jìn)意見及下一步要求，幫助學(xué)生理清思路和改進(jìn)方法。

2.4現(xiàn)代化教學(xué)手段的利用

為加深學(xué)生對發(fā)酵工程課程的理解，提高授課效率，充分利用多媒體課件，將難于理解的內(nèi)容以圖片和視頻等形式向?qū)W生展示[3]。例如，針對培養(yǎng)基滅菌的操作流程，采取設(shè)備示意圖和動畫相結(jié)合的方式，形象展示蒸汽滅菌的過程。針對發(fā)酵過程控制環(huán)節(jié)，利用仿真教學(xué)軟件，讓學(xué)生形象地認(rèn)識發(fā)酵工程設(shè)備，理解發(fā)酵過程的調(diào)控手段及產(chǎn)品分離過程。

同時，建設(shè)發(fā)酵工程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，以提供多媒體課件、文獻(xiàn)資料和發(fā)酵相關(guān)企業(yè)網(wǎng)址鏈接。學(xué)生通過拓展學(xué)習(xí)，能夠較好地了解國內(nèi)外發(fā)酵領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

3.教學(xué)與企業(yè)參觀互動

衡水學(xué)院在開設(shè)發(fā)酵工程課程時，目標(biāo)定位在為企業(yè)培養(yǎng)發(fā)酵工程所需的應(yīng)用型人才。為了提高學(xué)生對發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識并強(qiáng)化他們的工程化概念，增強(qiáng)學(xué)生自主性及生產(chǎn)實(shí)踐能力，在學(xué)期中學(xué)院專門安排學(xué)生到衡水當(dāng)?shù)氐湫偷陌l(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)，如衡水老白干釀酒集團(tuán)、衡水九州啤酒廠等進(jìn)行參觀，了解工廠基本生產(chǎn)過程，熟悉發(fā)酵工廠生產(chǎn)的基本知識和必須生產(chǎn)設(shè)備。如在啤酒廠的實(shí)習(xí)過程中，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握啤酒的生產(chǎn)工藝流程，原料的粉碎、蒸煮糖化及典型的厭氧發(fā)酵過程。將書本上的理論知識與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生了解生產(chǎn)中常遇到的難以解決的問題，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性與開拓性，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的形成和能力的提高。

參觀后要求每個學(xué)生圍繞企業(yè)的生產(chǎn)工藝，獨(dú)立地完成實(shí)習(xí)報(bào)告，作為實(shí)踐成績的考核。該方法不僅使學(xué)生帶著任務(wù)熟悉發(fā)酵工藝流程與生產(chǎn)工藝控制等環(huán)節(jié)，而且培養(yǎng)學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐技能和基本工程意識，為今后他們走上工作崗位打下好的工程基礎(chǔ)，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

4.優(yōu)化考核方式

考試是教師評定學(xué)生成績、取得教學(xué)反饋信息的主要方法，也是督促學(xué)生全面、系統(tǒng)復(fù)習(xí)的重要手段[4]。從單方面考核，會使學(xué)生死讀書，讀死書，達(dá)不到舉一反三的效果。我們采用復(fù)合考核方式對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，建立以基本知識、技能為基礎(chǔ)，以綜合能力為重點(diǎn)，以學(xué)習(xí)態(tài)度為參照的綜合考評體系。將發(fā)酵工程理論課程的考核分為3個部分，即平時成績（15%）、實(shí)踐考核（15%）和期末考核（70%）。平時成績包括學(xué)生課堂表現(xiàn)、出勤情況、作業(yè)等;實(shí)踐考核包括參觀發(fā)酵工廠后撰寫的報(bào)告及在實(shí)踐活動中的參與度和表現(xiàn)。期末考核為閉卷筆試，由基礎(chǔ)理論題、實(shí)際應(yīng)用題和工藝設(shè)計(jì)題等組成，重點(diǎn)考查學(xué)生對基礎(chǔ)理論和重、難點(diǎn)知識的掌握。

這種多方位的考核突破了傳統(tǒng)的考核方式在考試內(nèi)容的深度和廣度方面存在的局限性，全面考核了學(xué)生對知識的掌握情況。

發(fā)酵工程是生物技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，也是一門發(fā)展迅速的學(xué)科。隨著新型生物反應(yīng)器的不斷出現(xiàn)，發(fā)酵新產(chǎn)品不斷涌出，要求發(fā)酵工程專業(yè)課教師根據(jù)發(fā)酵工程產(chǎn)品市場不斷改革和探索，實(shí)時更新授課內(nèi)容，靈活采用各種教學(xué)方法和考核方法，加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，并強(qiáng)調(diào)工程觀念和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。這樣才能真正提高學(xué)生綜合素質(zhì)，為社會培養(yǎng)復(fù)合應(yīng)用型人才。

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衡水學(xué)院教改項(xiàng)目：《發(fā)酵工程》課程教學(xué)改革研究。課題編號：jg2014049.