基于STS模式理論的發(fā)酵工程教學改革探索

李從虎 曾德二

摘要 發(fā)酵工程是一門實踐性很強的學科，在現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。對發(fā)酵工程教學中引入STS（科學、技術(shù)、社會）模式理論，提出相應(yīng)的改革措施，旨在提高學生的科學技能和實踐能力，以期更好地服務(wù)社會。

關(guān)鍵詞 發(fā)酵工程；教學改革；STS

中圖分類號 S-01 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-376-02

STS（Science Technology Society）模式理論即科學、技術(shù)和社會模式理論，是針對當今科技迅猛發(fā)展及產(chǎn)生的社會、環(huán)境等問題形成的一種新的教學理念[1]。STS教育模式理論旨在將科學、技術(shù)和社會緊密結(jié)合，一方面強調(diào)科學與技術(shù)相互支持；另一方面強調(diào)科學技術(shù)與社會的相互作用[2]。STS教育的特征主要體現(xiàn)在：①參與式教學，強調(diào)學習者的親歷，重視學習過程中的探究與體驗； ②內(nèi)容綜合化，學習者思考不同學科不同領(lǐng)域的聯(lián)系和差異，從而全面、客觀地理解和認識現(xiàn)實世界；③強調(diào)社會責任，要求發(fā)展學習者的道德和價值判斷能力，培養(yǎng)學習者正確的價值觀和社會責任感；④體現(xiàn)科技素養(yǎng)，強調(diào)素質(zhì)教育而不片面強調(diào)精英教育；⑤體現(xiàn)未來教育，促進學習者在應(yīng)付未來生活中具有更強的決策能力[3-4]。因此，STS模式理論的教學目標為全面提高學習者的科學意識及科學技能、技術(shù)意識和實踐技能、社會意識及服務(wù)效能[5]。

發(fā)酵工程是發(fā)酵原理與工程學的結(jié)合，是研究由微生物或動植物細胞參與的利用生物材料生產(chǎn)有用物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品、生物醫(yī)藥和環(huán)保等領(lǐng)域的一門綜合性科學技術(shù)[6]。發(fā)酵工程的主要內(nèi)容包括工業(yè)微生物與原料的制備、發(fā)酵機理及代謝控制、產(chǎn)物的分離純化以及清潔生產(chǎn)技術(shù)等，因此，該課程涉及數(shù)學、生物化學、微生物學、化工原理等學科理論知識，是一門應(yīng)用性和實踐性很強的學科[7]。發(fā)酵工程與基因工程、細胞工程和酶工程構(gòu)成現(xiàn)代生物技術(shù)或生物工程的重要組成部分，且具有舉足輕重的作用，這是因為基因工程、細胞工程和酶工程的產(chǎn)物實現(xiàn)工業(yè)化，都需要借助于發(fā)酵工程的原理和技術(shù)[7]。隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，如何使發(fā)酵工程適合時代發(fā)展需要，如何讓學生掌握發(fā)酵工程最基本的內(nèi)容，提高分析問題和解決問題的能力，是教師需要認真思考的問題[8]。

該文以發(fā)酵工程教學過程中存在的問題為基礎(chǔ)，引入STS模式理論，提出相應(yīng)的改革措施，以期提高教師的教學能力以及學生的學習能力。

1 發(fā)酵工程教學中存在的問題

1.1 傳統(tǒng)觀念影響教學

傳統(tǒng)教學觀念仍以教師為主體，學生為客體、單一教材、課堂教學為中心的教學模式。該模式使得教師的教學方法、教學手段和考核模式較單一，學生上課積極性不高，從而導致教師教學和學生學習效率降低，難以培養(yǎng)出新型復合人才。

1.2 教學內(nèi)容孤立

發(fā)酵工程是一門涉及數(shù)學、生物化學、微生物學等多學科的綜合性課程，需要教師具有淵博的知識和豐富的社會經(jīng)驗。而現(xiàn)實是教師為避免多次備課的麻煩，不僅以單一教材為模板，且在教學過程中忽略很多自己不熟悉的內(nèi)容。因此，學生學習的知識有限。

1.3 學生學習的積極性不高

興趣是激發(fā)學生學習自主性和積極性的主要動力之一。然而在教學過程中，往往可以發(fā)現(xiàn)學生上課注意力不集中，上課說話、玩手機等現(xiàn)象。因此，如何提高學生的學習興趣，激發(fā)其學習的積極性仍是教師和學生面臨的主要問題之一。

1.4 理論與實踐脫節(jié)

發(fā)酵工程是一門應(yīng)用性和實踐性很強的學科，如果學生參與實踐的機會多，則會使其更容易理解課本知識。僅靠單一的課本理論知識，難以使抽象的知識具體化，亦難以提高學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

2 STS模式理論在發(fā)酵工程教學中的探索

在發(fā)酵工程教學中引入STS模式理論，既是教學內(nèi)容的需要，又是培養(yǎng)具有一批創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的需要。

2.1 科學知識的深化

現(xiàn)代教育學認為科學教育應(yīng)以認識活動過程為教學重點，以探索科學知識、發(fā)現(xiàn)客觀事物本質(zhì)為基礎(chǔ)，重點培養(yǎng)學生研究問題、處理信息和進行創(chuàng)造發(fā)明的能力[4]。因此，發(fā)酵工程教學應(yīng)深化理論知識，讓學生充分掌握基本理論是培養(yǎng)高素質(zhì)和創(chuàng)新性人才的基礎(chǔ)。

2.1.1 教材優(yōu)化，推薦優(yōu)秀參考教材。

教材是課堂理論教學的載體，在教師與學生之間起著重要的橋梁作用，精選優(yōu)秀教材是確保教學質(zhì)量的關(guān)鍵[9]。目前以發(fā)酵工程為基礎(chǔ)的教材很多，不同教材側(cè)重點各不相同，各具特色，因此，根據(jù)學生專業(yè)背景選擇合適的教材尤為重要。根據(jù)安慶師范學院生物技術(shù)專業(yè)的理科特性，筆者選擇了高等教育出版社的《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》作為該課程的理論教材，該教材內(nèi)容全面，結(jié)構(gòu)簡單明了，系統(tǒng)地介紹了從原料到產(chǎn)品的整個發(fā)酵生產(chǎn)的全過程?？紤]到各類型教材都具有一定的局限性，筆者推薦了張星元主編的《發(fā)酵原理》、俞俊堂主編的《新編生物工藝學》、姚汝華編著的《微生物工程工藝原理》等相關(guān)優(yōu)秀教材作為參考書目，以加深學生對發(fā)酵工程相關(guān)知識的理解。

2.1.2 教學內(nèi)容豐富、優(yōu)化。

科學合理的教學內(nèi)容和知識體系是教學改革成功的關(guān)鍵[8]。發(fā)酵工程的內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基制備與滅菌、發(fā)酵機理、代謝調(diào)控、發(fā)酵動力學、產(chǎn)物分離純化等，部分內(nèi)容與其他課程重復。如菌種的選育、培養(yǎng)基的制備與滅菌已在微生物學或基因工程中涉獵。因此，在有限的課時內(nèi)，要完成教學任務(wù)，必須合理安排教學內(nèi)容和教學重點。對已重復的內(nèi)容，可只要求學生復習相關(guān)章節(jié)，而發(fā)酵工程機理和過程控制則可作為課程的重點，詳細講解，力求達到教學目標。然而課本教學仍具有一定的遲滯性，因此，教師在教學過程中應(yīng)不斷閱讀國內(nèi)外的優(yōu)秀文獻，不斷更新教學內(nèi)容，向?qū)W生介紹學科發(fā)展的前沿信息，及時補充該領(lǐng)域新技術(shù)、新方法和新成果的相關(guān)內(nèi)容。不斷優(yōu)化教學內(nèi)容能夠擴大學生的視野和知識面，增加學生的學習興趣，促進其更主動、更積極的學習相關(guān)知識。

2.1.3 教學方法推陳出新。

傳統(tǒng)的教學方法以“教師為主體，學生為客體”為主，這種教學方法使得學生的學習積極性不高，導致教學效率低下。因此，改革教學方法、調(diào)動學生學習興趣成為發(fā)酵工程教學改革中一項重要工作。

激發(fā)學生的學習興趣是提高教學質(zhì)量的關(guān)鍵。發(fā)酵工程的內(nèi)容比較抽象、枯燥，如發(fā)酵設(shè)備和工藝的講解過程中，學生難以在腦海中將抽象的知識具體化，導致厭學現(xiàn)象嚴重。因此，在教學過程中，應(yīng)避免采用簡單的文字羅列知識體系，可通過多媒體利用圖片、動畫或者視頻的形式將內(nèi)容具體化，使學生更容易理解。同時，由于發(fā)酵工程注重的是將生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，大多數(shù)學生仍認為發(fā)酵工程僅與傳統(tǒng)釀造有關(guān)，無法認識發(fā)酵工程的地位和作用。針對這種片面認識，教師在緒論部分要精心備課，查閱資料，詳細介紹發(fā)酵工業(yè)在生物產(chǎn)業(yè)中的核心作用和發(fā)展前景，以此激發(fā)學生的求知欲和興趣，為今后的教學奠定良好的基礎(chǔ)。

綜合運用案例—問題—討論方法，可有效提高教學質(zhì)量。采用合適的案例將理論與實踐相結(jié)合，增加內(nèi)容的形象和真實性，同時采用問題引導學生對案例進行分析和討論，形成基于問題的案例教學，達到教學質(zhì)量的提高[10]。如在講述鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸發(fā)酵機制時，教師可先由鳥氨酸發(fā)酵機制提出相關(guān)問題，并讓學生課后查閱資料，然后于下一課時內(nèi)互相討論，最后教師對問題加以補充，使知識升華。在課堂討論過程中，教師要結(jié)合我國鳥氨酸發(fā)酵現(xiàn)狀，同時把握課堂氣氛，讓大多數(shù)學生積極參與，最后可由啟發(fā)式教學法將知識升華到瓜氨酸和精氨酸的發(fā)酵機制中。如此，可讓學生在激烈的討論中，變被動為主動，更深刻的理解知識，并能將知識延伸到相關(guān)的領(lǐng)域中。

此外，還可通過提交課程論文[11]、交互式教學模式[12]等方式提升學生的學習興趣，提高教學效率和教學質(zhì)量。

2.2 技術(shù)能力的提升

技術(shù)將科學原理和規(guī)律應(yīng)用于解決各種社會和自然科學問題之中，因此是科學物化為生產(chǎn)力的橋梁；沒有技術(shù)，理論與實踐相結(jié)合便是不著邊際的空話[4]。

2.2.1 完善基礎(chǔ)實驗，開展設(shè)計性試驗，提高學生創(chuàng)新能力。

實驗課教學是理論與實踐結(jié)合的紐帶，可促進學生對理論知識的認知程度。因此，在安排發(fā)酵工程實驗時應(yīng)盡可能接近生產(chǎn)實際，體現(xiàn)生產(chǎn)的模型和原理。如微生物發(fā)酵產(chǎn)酶實驗具體實驗內(nèi)容可包括微生物搖瓶培養(yǎng)、發(fā)酵罐的使用及代謝調(diào)控、酶的分離純化及性能測定等。通過這樣一個連續(xù)的實驗，促使學生對發(fā)酵工藝的研究有較全面的認識，為以后的研究打下堅實的基礎(chǔ)。在完善基礎(chǔ)實驗的同時，教師可提出相應(yīng)的任務(wù)，學生根據(jù)所學的知識，查閱大量資料，給出合理的實驗設(shè)計（原理、步驟、要點及難點等）。學生自主設(shè)計實驗不僅有利于其加深對理論知識的了解，同時還有助于擴大知識面。

2.2.2 開展生產(chǎn)實習，豐富實踐經(jīng)驗。

實驗教學促進學生對理論知識的認識，而生產(chǎn)實習則促進學生對發(fā)酵工業(yè)的社會認知。例如某醬類企業(yè)的生產(chǎn)實習，為了使生產(chǎn)實習的效率提高，實習之前可對整個工廠的生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備情況作簡要說明；同時提出相關(guān)問題，讓學生帶著問題去實習；實習結(jié)束，完善實習報告，引導學生把感性知識提升到理性認識。通過理論與實踐相結(jié)合，學生可以真正了解發(fā)酵生產(chǎn)的實際內(nèi)容和具體操作過程，加深學生對發(fā)酵工業(yè)的認知。

2.3 社會責任感的提升

STS模式理論要求教師要帶著一定的價值目標講授科學知識，這樣不僅使學生學習目的明確，而且能為其提供對自身價值觀進行闡明和思考的機會，有助于學生逐步形成正確的價值觀[4]。例如，在講授酒精發(fā)酵時，可聯(lián)想到開車與飲酒的相互矛盾；在講授抗生素發(fā)酵機制時，要注意抗生素雖然具有良好的抑菌作用，但長期濫用會導致細菌的耐藥性。與此同時，筆者選用的教材中也包含發(fā)酵工廠廢棄物處理和清潔生產(chǎn)技術(shù)的內(nèi)容，可大大提升學生的環(huán)保意識和清潔生產(chǎn)的理念。

3 結(jié)語

發(fā)酵工程是一門高速發(fā)展的實踐性很強的學科，是現(xiàn)代生物技術(shù)的集成器，其教學也是一個不斷完善、不斷改進的過程。在發(fā)酵工程的教學中，應(yīng)引入STS模式理論，將科學、技術(shù)和社會緊密結(jié)合在一起，實現(xiàn)課堂理論知識與社會生產(chǎn)實踐的有效鏈接。因此，不斷深化發(fā)酵工程的教學改革，可有效提升學生的綜合素質(zhì)，利用學到的科學知識和技術(shù)，充分發(fā)揮自身潛能，更好地投身到社會中去，接受實踐的檢驗，為社會的發(fā)展做出自己的貢獻。