問題教學(xué)法在發(fā)酵工藝學(xué)教學(xué)中的實踐

陳勇

摘 要：該文闡述了問題教學(xué)法在發(fā)酵工藝學(xué)課堂教學(xué)中的具體應(yīng)用。筆者設(shè)計出發(fā)酵工藝學(xué)各知識單元的題目，進(jìn)而形成以“問題”為關(guān)鍵詞的課件。在此基礎(chǔ)上，完成了問題教學(xué)法在發(fā)酵工藝學(xué)課堂教學(xué)的實踐。問題教學(xué)法不僅可以活躍課堂氣氛，增加師生互動，而且有利于學(xué)生獨立思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：問題教學(xué)法；發(fā)酵工藝學(xué)；教學(xué)；實踐

中圖分類號 G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）13-0162-03

Application of Question Teaching Method in the Course of Fermentation Technology

Chen Yong

（Food Science and Engineering College，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China）

Abstract：This article expounds the application of question teaching method in the fermentation technology. The author designed many “problems” for each chapter in the course of fermentation technology and made PPT courseware around these key “problems”. On this basis，the question teaching method was applied in the course of fermentation technology. It was shown that the problem teaching method can not only active classroom atmosphere，increase the interaction between teachers and students，but also is helpful for students to think independently and stimulate students interest in learning.

Key words： Question teaching method；Fermentation techndogy；Teaching；Practice

發(fā)酵工藝學(xué)是一門綜合性和實踐性強(qiáng)的課程，與生產(chǎn)實際聯(lián)系密切。因此，在生物工程、生物技術(shù)、食品等專業(yè)的課程體系中，該門課程設(shè)為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新性人才的重要必修課。目前，諸多文獻(xiàn)報道了《發(fā)酵工藝學(xué)》在課程內(nèi)容、實驗內(nèi)容以及教學(xué)方法上的一些改革與實踐。這些改革與實踐多集中在以發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)先后順序編排課程內(nèi)容、以學(xué)生為中心的實驗內(nèi)容設(shè)計及以全程考核為重點的課程考核模式改革[1-6]，但是，鮮有報道教學(xué)方法在課程講授中詳細(xì)的設(shè)計和實施過程。本文將根據(jù)多年的發(fā)酵工藝學(xué)教學(xué)實踐經(jīng)驗，闡述“問題教學(xué)法“在發(fā)酵工藝學(xué)教學(xué)在中的應(yīng)用，為教師們提供一些參考。

1 問題教學(xué)法的提出背景

傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)方法存在“課上學(xué)生發(fā)表意見少”和“課下熱衷背誦標(biāo)準(zhǔn)答案”的缺點。這種教學(xué)方式不僅不利于鍛煉學(xué)生獨立思考的能力，而且容易降低學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。以學(xué)生為中心的“自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法能夠有效的避免這種情況，然而，該方法的有效地組織和實施并非易事。在此背景下，我們采取了折中的方案，即采用了“問題教學(xué)法”貫穿于課堂教學(xué)。實踐表明，問題教學(xué)法既有利于活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又有利于鍛煉學(xué)生的獨立思考的能力。

問題教學(xué)法是以問題為中心組織的教學(xué)方法[7]。該種教學(xué)方法的有效實施一方面在于教師提出有啟發(fā)性的問題，另一方面在于課堂提問計入平時考核成績的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。下面就問題教學(xué)法在發(fā)酵工藝學(xué)課程中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

2 問題教學(xué)法的實施過程

本課程理論學(xué)時為24學(xué)時，分為工業(yè)培養(yǎng)基、工業(yè)滅菌、種子擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵過程檢測與控制、發(fā)酵機(jī)理5個知識單元。整個課程內(nèi)容采用了工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的先后順序合理安排，充分考慮到學(xué)生的認(rèn)識先后順序。

第一知識單元為發(fā)酵培養(yǎng)基，分為3部分，即培養(yǎng)基的類型、發(fā)酵培養(yǎng)基成分和來源及發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計與優(yōu)化。圍繞這3部分，我們提出問題為“在工業(yè)發(fā)酵中，有用于合成孢子的培養(yǎng)基、有獲得大量種子的培養(yǎng)基及用于發(fā)酵合成產(chǎn)物的培養(yǎng)基，你認(rèn)為這些培養(yǎng)基應(yīng)各具有什么特點？”接下來，以科研用培養(yǎng)基和工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的差異，引出問題：“你認(rèn)為工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中采用的培養(yǎng)基的主要成分是什么？為什么選擇這些原料？”由學(xué)生給出答案，教師根據(jù)回答情況給予相應(yīng)的分值。在講授工業(yè)培養(yǎng)基速效碳（氮）源與遲效碳（氮）源時，提出問題：“你認(rèn)為速效碳（氮）源和遲效氮源在發(fā)酵生產(chǎn)中起到的作用是什么？為什么設(shè)計培養(yǎng)基時需考慮二者的比例”。該題目加深學(xué)生對速效碳（氮）和遲效碳（氮）源的理解，同時增強(qiáng)學(xué)生對該知識點的記憶。在講授培養(yǎng)基成分優(yōu)化時，教師給出正交試驗的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并把答案寫到黑板上，以此考察學(xué)生的掌握情況，通過實驗課程中的“正交實驗優(yōu)化培養(yǎng)基配方”實驗項目進(jìn)一步鞏固該知識。

第二章為工業(yè)滅菌。采用自問自答的方式提出“發(fā)酵培養(yǎng)基如不滅菌，將會出現(xiàn)雜菌叢生”的情況。那么如何滅菌呢？由此引出濕熱滅菌的概念。進(jìn)一步提出與滅菌有關(guān)的滅菌動力學(xué)方程、阿累尼烏斯公式。對公式詳細(xì)講解后，提出問題“如何根據(jù)滅菌動力學(xué)方程求解理論滅菌時間？”最后讓學(xué)生做一道求解滅菌時間的習(xí)題，來檢驗學(xué)生的掌握程度。在講解分批滅菌和連續(xù)滅菌的概念、理論滅菌時間時，提出問題“分批滅菌和連續(xù)滅菌的異同點有哪些”，讓學(xué)生對二者進(jìn)行比較，以此鍛煉學(xué)生歸納總結(jié)能力。

根據(jù)工藝流程，在進(jìn)行發(fā)酵前需要制備大量的“種子”。由此可以提問：“菌種一般如何保藏？保藏菌種是否處于休眠狀態(tài)？”繼而提出工業(yè)發(fā)酵需要大量的活躍“種子”，“那么如何從保藏的菌種，一步一步獲得大量的活躍的菌體呢？”由此啟發(fā)學(xué)生思考并給出答案。這一知識單元中比較重要的是接種量、接種齡、種子罐級數(shù)對發(fā)酵過程的影響。在此，我們采取“極限假設(shè)”的方法，如接種量極大時、極小時會出現(xiàn)什么情況。學(xué)生回答后，由教師引出接種量過大或過小帶來的不利影響。通過這些問題的思考，加深學(xué)生理解接種量、接種齡和種子罐級數(shù)對發(fā)酵過程影響的認(rèn)識，避免了死背答案的情況。

第四章為發(fā)酵過程的基本工藝與控制知識單元。首先闡述發(fā)酵過程操作的分類，包括分批發(fā)酵、分批補(bǔ)料發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵，并以相關(guān)動力學(xué)方程解釋其過程。講解后，讓學(xué)生回答4種發(fā)酵操作方式的異同。通過學(xué)生自己的比較，更能加深他們對不同發(fā)酵方式的理解。接下來講述發(fā)酵過程的中間過程參數(shù)。首先，以工業(yè)發(fā)酵分析室的照片，告訴學(xué)生發(fā)酵取樣后將在這里進(jìn)行檢測。然后提出問題：“你認(rèn)為在實際工業(yè)發(fā)酵中，需要檢測哪些參數(shù)？為什么？”當(dāng)學(xué)生給出答案后，在ppt上顯示出工業(yè)生產(chǎn)批報，說明需要檢測的參數(shù)。其次，引導(dǎo)學(xué)生對碳源中總糖和還原糖概念加以區(qū)分。在此基礎(chǔ)上，展示出工業(yè)生產(chǎn)實例中的總糖、還原糖和淀粉酶活力的趨勢圖。此時提出問題，讓學(xué)生解釋圖中各曲線的走勢，并進(jìn)行參數(shù)相關(guān)性分析。通過讓學(xué)生自主分析各參數(shù)的趨勢和相關(guān)性，可以提升學(xué)生分析問題的能力。氮源代謝和磷代謝采用同樣的方法進(jìn)行講授。

中間補(bǔ)料也是發(fā)酵工藝學(xué)課程的重要內(nèi)容。講授時圍繞幾個基本問題展開：（1）為什么補(bǔ)料？（2）什么情況下才需要補(bǔ)料？（即補(bǔ)料的意義）（3）補(bǔ)什么？如何補(bǔ)？采用這3個問題，可以使內(nèi)容變得更加條理。讓學(xué)生根據(jù)自己的思考給出答案，同時老師將其簡略書于黑板上，以備之后與PPT的答案進(jìn)行對照。通過學(xué)生的答案與最終答案的對照，可加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解。關(guān)于“如何補(bǔ)”和“怎么補(bǔ)”的問題，需要采用工業(yè)補(bǔ)料發(fā)酵生產(chǎn)實例講解。

接下來內(nèi)容為發(fā)酵條件對發(fā)酵過程的影響。簡單的發(fā)酵條件有pH和溫度。如pH可采用自問自答的方式提出：“如果不控制發(fā)酵pH的話，發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH會不會發(fā)生變化？當(dāng)然會，因為微生物要生長代謝……”。逐漸引出問題“發(fā)酵pH為什么會變化”。由學(xué)生討論回答，老師將其學(xué)生答案簡略寫于黑板上，之后與PPT的答案進(jìn)行比較。關(guān)于“如何控制pH”的問題，也采用同樣的授課方法。溫度對發(fā)酵過程的影響部分也采用與上述類似的方法。實踐表明，提出步步深入的問題，循循誘導(dǎo)學(xué)生作答，不但可以將知識闡述清晰，同時，使學(xué)生參與其中，帶動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

在發(fā)酵條件中溶氧、二氧化碳濃度和呼吸熵也是重要的發(fā)酵參數(shù)。在講授溶氧時，對一些簡單的問題可采用自問自答的形式，如“為什么氧易成為微生物生長的限制性因素”“表述溶氧濃度方式有哪幾種”“如何檢測發(fā)酵液中的氧濃度”等。需要強(qiáng)調(diào)的是，在教材中沒有生產(chǎn)實際的溶氧變化曲線圖，但為了增加學(xué)生對該參數(shù)的理解，需加入了工業(yè)生產(chǎn)中的溶氧變化曲線圖（如紅霉素發(fā)酵過程溶氧趨勢變化規(guī)律等）。讓學(xué)生討論并分析出底物濃度、產(chǎn)物濃度、溶氧之間的趨勢變化的關(guān)系。通過對曲線相關(guān)性分析的鍛煉，能較好的提升學(xué)生分析問題的能力。當(dāng)然，二氧化碳和呼吸熵相關(guān)知識點也采用相似的教學(xué)方法。

“發(fā)酵總會結(jié)束，那么依據(jù)哪些指標(biāo)來決定發(fā)酵結(jié)束的時間點？”“放罐過早或過晚會有什么不利影響呢？”，這些問題學(xué)生比較容易回答。關(guān)于發(fā)酵泡沫的形成與控制知識內(nèi)容，我們圍繞著回答3個問題展開：“為什么會產(chǎn)生泡沫”“產(chǎn)生泡沫會引起什么危害”“如何控制泡沫”。學(xué)生回答了這3個問題，基本上掌握了相關(guān)的知識。關(guān)于染菌的防治部分，我們也設(shè)計了較多的題目，如“染菌有什么危害”“染菌的原因有哪些”“如何防治染菌”等問題。

最后一章節(jié)是發(fā)酵機(jī)理，主要是從代謝調(diào)控的角度來闡明產(chǎn)物積累的原理。我們選取了檸檬酸、谷氨酸、賴氨酸生產(chǎn)為例講授好氧發(fā)酵機(jī)理。在本節(jié)中注重學(xué)生自主分析問題，教師在PPT上展示產(chǎn)物合成途徑，進(jìn)而提問“從代謝途徑上分析，如何實現(xiàn)檸檬酸的積累（或谷氨酸或賴氨酸）”“從發(fā)酵條件上分析，如何實現(xiàn)檸檬酸（或谷氨酸或賴氨酸）的積累”。這些問題在教材上沒有相應(yīng)答案，需要學(xué)生自己分析總結(jié)。同時，我們選取了酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵、乳酸發(fā)酵來講授厭氧發(fā)酵的機(jī)理?！拔⑸餅槭裁匆铣删凭?、甘油、乳酸？這些物質(zhì)本身對微生物有用、無用？”一般學(xué)生很難回答這個問題，在學(xué)生討論和思考后，引導(dǎo)他們獲得答案，即菌體要代謝產(chǎn)能，這個過程會形成還原性輔酶，還原性輔酶要轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸暂o酶，這樣才能維持氧化性輔酶和還原性輔酶的平衡。在沒有氧氣的條件下，還原性輔酶只能通過氧化中間代謝物得到氧化，同時形成厭氧代謝產(chǎn)物。最后，讓學(xué)生重新回答該問題，考察學(xué)生理解的準(zhǔn)確性。

上述是我們將問題教學(xué)法貫穿于發(fā)酵工藝學(xué)課堂教學(xué)的大體概括。在PPT制作時，我們特別強(qiáng)調(diào)了“問題”的關(guān)鍵作用。

3 結(jié)語

問題教學(xué)法的關(guān)鍵之一是提出具有層次感和啟發(fā)性的問題。這不僅利于提高學(xué)生獨立思考和獨立分析數(shù)據(jù)的能力，而且有利于課程內(nèi)容條理化。我們把問題教學(xué)法與多媒體課件相結(jié)合，形成了以“問題”為關(guān)鍵詞的適合師生互動和重點突出的多媒體課件。問題教學(xué)法的關(guān)鍵之二是激發(fā)學(xué)生回答問題的熱情。當(dāng)學(xué)生感受到這種教學(xué)方式的優(yōu)點時，自然會積極參與到問題討論和回答。因此，要求教師重視“問題設(shè)計”。此外，我們增加了平時成績所占比例，學(xué)生課堂回答問題時的表現(xiàn)是平時成績的主要項目。

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（責(zé)編：徐煥斗）