發(fā)酵工程與設(shè)備課程教學(xué)改革探索

馬瓊 嚴(yán)榮 雷紅靈

摘要結(jié)合發(fā)酵工程與設(shè)備課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，對(duì)該課程教材的選用、教學(xué)內(nèi)容的更新、教學(xué)方法與教學(xué)模式的優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化等問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，探索發(fā)酵工程與設(shè)備課程教學(xué)改革的思路。

關(guān)鍵詞發(fā)酵工程與設(shè)備；生物工程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）17-0254-02

AbstractAccording to the teaching information and practice research of Fermentation Engineering and Equipment，the selection of teaching material，updating of teaching content，optimization of teaching model and practice teaching were analyzed for researching innovation of Fermentation Engineering and Equipment.

Key wordsFermentation Engineering and Equipment；Bioengineering；Teaching innovation

基金項(xiàng)目湖北省教育廳高等學(xué)校教學(xué)研究項(xiàng)目（2015351）；湖北民族學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2013JY016）；湖北民族學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2013JYZ16）。

作者簡(jiǎn)介馬瓊（1979—），女，湖北利川人，副教授，博士，從事微生物學(xué)與發(fā)酵工程方面的教學(xué)與科研工作。

收稿日期2017-04-21

發(fā)酵工程與設(shè)備是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，是生物工程、生物技術(shù)、生物科學(xué)、食品科學(xué)與工程等專業(yè)的重要課程。在現(xiàn)代生物技術(shù)中，發(fā)酵工程與設(shè)備是核心課程之一[3]，這是因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)基因工程、植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程等發(fā)酵產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)，必須借助發(fā)酵工程的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)設(shè)備和控制技術(shù)，而酶工程也是利用發(fā)酵工程的生產(chǎn)原理和生產(chǎn)設(shè)備，在生物反應(yīng)器中，通過微生物或動(dòng)植物細(xì)胞的發(fā)酵，將相應(yīng)原料轉(zhuǎn)化成所需產(chǎn)品，然后利用生物分離工程技術(shù)獲得產(chǎn)品?？梢?，發(fā)酵工程與設(shè)備課程的教學(xué)在現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域中具有不可替代的作用。

湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于2002年設(shè)置生物工程本科專業(yè)，2005年開設(shè)發(fā)酵工程與設(shè)備專業(yè)方向課程，隨后，生物科學(xué)、食品科學(xué)與工程也開設(shè)了發(fā)酵工程專業(yè)課。近年來，筆者一直擔(dān)任該課程的教學(xué)任務(wù)，深切體會(huì)到要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、動(dòng)手操作能力，除了要求學(xué)校加大教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入，教師加大教學(xué)精力投入、認(rèn)真?zhèn)湔n、堅(jiān)持學(xué)習(xí)、不斷提高自身的業(yè)務(wù)水平外，還需轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，勇于探索，實(shí)時(shí)追蹤學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，以適應(yīng)現(xiàn)代教育規(guī)律[1-2]。筆者就如何提高發(fā)酵工程與設(shè)備課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和實(shí)踐動(dòng)手能力探索教學(xué)改革新方法。

1緊扣課程主線，更新教學(xué)內(nèi)容

1.1選用優(yōu)秀的新教材

教材是知識(shí)的載體，在教學(xué)過程中起著傳導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容的作用，是教學(xué)內(nèi)容的指揮棒。為了確保教學(xué)質(zhì)量，需要選擇邏輯性強(qiáng)、具有完整知識(shí)體系并能反映學(xué)科領(lǐng)域新進(jìn)展的優(yōu)秀教材。發(fā)酵工程與設(shè)備課程沒有一本以該課程名稱命名的教材，多以《微生物工程》《工業(yè)微生物學(xué)》《發(fā)酵工業(yè)概論》《發(fā)酵工程》《生物工藝學(xué)》《發(fā)酵工藝原理》為教材，形成以工業(yè)微生物發(fā)酵為主線的編寫思路，但不同教科書在章節(jié)的編排體系、實(shí)例的選擇以及教學(xué)重難點(diǎn)等方面各不同。綜合考慮該課程的性質(zhì)與定位、生物工程專業(yè)特點(diǎn)以及教學(xué)課時(shí)等情況，采用了賀小賢編寫的《生物工藝原理》。書中系統(tǒng)地講解了發(fā)酵工程上游菌種選育、中游發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的優(yōu)化、發(fā)酵過程的優(yōu)化與控制、發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)以及下游產(chǎn)品的分離與純化技術(shù)，同時(shí)還增加了植物細(xì)胞發(fā)酵、動(dòng)物細(xì)胞發(fā)酵以及固定化細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，還列舉了生產(chǎn)或生活中常見發(fā)酵產(chǎn)品實(shí)例，同時(shí)還補(bǔ)充了基因工程菌的發(fā)酵工藝，補(bǔ)充了發(fā)酵設(shè)備相關(guān)知識(shí)和典型產(chǎn)品的發(fā)酵實(shí)例。整體上看，該教材具有全面、簡(jiǎn)明、系統(tǒng)、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。通過學(xué)習(xí)本教材，學(xué)生可以全面了解工業(yè)微生物生產(chǎn)的過程，熟悉發(fā)酵設(shè)備，提高工程學(xué)意識(shí)。

1.2指定內(nèi)容更為廣泛的參考用書

現(xiàn)代市場(chǎng)需要有系統(tǒng)性知識(shí)結(jié)構(gòu)的人才，要求做到厚基礎(chǔ)、寬口徑，即既要有扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，又要有較強(qiáng)的實(shí)踐技能。這就要求教學(xué)內(nèi)容既要具有專業(yè)基礎(chǔ)性和科學(xué)性，又要具有系統(tǒng)性和實(shí)用性，僅一本教材難以滿足現(xiàn)代人才培養(yǎng)的要求。因此，以教材為主，以參考內(nèi)容為輔，對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容加以擴(kuò)展，指定了《發(fā)酵工程》《生物工藝學(xué)》《發(fā)酵工藝原理》《微生物工程》等作為主要參考書，使發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵設(shè)備以及與發(fā)酵設(shè)備相關(guān)的工程學(xué)等教學(xué)內(nèi)容更為充實(shí)。通過選用合適的教材和參考書，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，開闊了學(xué)生在發(fā)酵工程領(lǐng)域的視野，同時(shí)將世界范圍內(nèi)最新的相關(guān)科研成果和技術(shù)及時(shí)介紹給學(xué)生，督促學(xué)生閱覽國內(nèi)外專業(yè)期刊雜志，瀏覽中英文專業(yè)網(wǎng)站，充實(shí)課外教學(xué)內(nèi)容，使課外教學(xué)內(nèi)容更加豐富，加大了專業(yè)學(xué)習(xí)的信息量。

1.3更新教學(xué)內(nèi)容

為了保證課堂講授內(nèi)容的質(zhì)量，教師應(yīng)處理好授課內(nèi)容、教學(xué)大綱、考試大綱和教材之間的關(guān)系，組織設(shè)計(jì)好課堂講授內(nèi)容。一方面，要求課堂講授內(nèi)容應(yīng)教有所依，即嚴(yán)格完成教學(xué)大綱所規(guī)定的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)；另一方面，強(qiáng)調(diào)授課內(nèi)容的自主性，不斷更新授課知識(shí)，擴(kuò)充課堂講授內(nèi)容，做到既遵本循綱，又不照本宣科。課堂講授重心應(yīng)放在重點(diǎn)內(nèi)容、難點(diǎn)內(nèi)容、關(guān)鍵點(diǎn)及疑點(diǎn)上，教師應(yīng)緊扣重點(diǎn)內(nèi)容開展教學(xué)，圍繞難點(diǎn)內(nèi)容詳盡闡釋，引導(dǎo)學(xué)生討論關(guān)鍵點(diǎn)和有爭(zhēng)議的疑點(diǎn)內(nèi)容，通過討論達(dá)成共識(shí)或者獲得新的見解。這樣激發(fā)了學(xué)生聽課的興趣，解決了因授課課時(shí)少而教材內(nèi)容多的矛盾。其次，將教材章節(jié)的授課順序進(jìn)行了調(diào)整，即緒論、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)、培養(yǎng)基的制備與滅菌、無菌空氣的制備、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵機(jī)制與代謝調(diào)控、發(fā)酵參數(shù)的控制、污染的防治、好氧發(fā)酵設(shè)備與厭氧發(fā)酵設(shè)備、工業(yè)發(fā)酵實(shí)例。這樣，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間相互聯(lián)系，授課內(nèi)容相互銜接，學(xué)生容易系統(tǒng)地把握發(fā)酵工程及設(shè)備的全部內(nèi)容。另外，注重將各知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)發(fā)酵生產(chǎn)的工藝操作既相互獨(dú)立又相互滲透。再次，注意處理好專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課程的銜接問題，避免重復(fù)教學(xué)或知識(shí)脫節(jié)。例如，發(fā)酵機(jī)制與代謝調(diào)控是生物化學(xué)課程的重要內(nèi)容，菌種選育是微生物學(xué)課程的重要內(nèi)容，這些內(nèi)容在生物化學(xué)和微生物學(xué)課程中均作為重要知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)講解。在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，避免重復(fù)講授發(fā)酵機(jī)制與代謝調(diào)控及菌種選育內(nèi)容，將這部分內(nèi)容重點(diǎn)放在發(fā)酵實(shí)例這一章中講述。因此，將發(fā)酵機(jī)制有機(jī)地融合在代謝調(diào)控、菌種選育與有機(jī)酸發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、核苷酸發(fā)酵等章節(jié)講解，尤其是微生物產(chǎn)生的中間產(chǎn)物如何轉(zhuǎn)變成為目的產(chǎn)品及其代謝調(diào)控是重點(diǎn)講解部分。

2優(yōu)化教學(xué)模式

2.1綜合應(yīng)用教學(xué)方式

首先，要求教師的課堂講授不能僅僅滿足教材內(nèi)容的簡(jiǎn)單重復(fù)，既要講現(xiàn)象，又要講原因，啟發(fā)學(xué)生的思維和想象力；既要講過程，又要講結(jié)論，要講獲得結(jié)論的方法，讓學(xué)生在課堂上既學(xué)得專業(yè)知識(shí)，又獲得科學(xué)研究的方法論啟示，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。其次，充分利用實(shí)例教學(xué)。教師在課堂講授過程中多列舉實(shí)例，把生產(chǎn)生活中熟悉的微生物發(fā)酵實(shí)例引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生從身邊學(xué)習(xí)發(fā)酵知識(shí)，豐富學(xué)生的課堂知識(shí)，然后巧妙設(shè)疑，針對(duì)疑問引導(dǎo)學(xué)生思考，并得出結(jié)論，將涉及的規(guī)律性、原理性知識(shí)概括出來，使學(xué)生更容易掌握專業(yè)知識(shí)。注重活躍學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。例如，對(duì)于某些抽象的公式和原理，學(xué)生自己分析推導(dǎo)得出結(jié)論，再由教師總結(jié)。又如，每次課給學(xué)生布置重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)相關(guān)的思考題，加強(qiáng)課后學(xué)習(xí)。下次在導(dǎo)入新的授課內(nèi)容之前，對(duì)這些思考題進(jìn)行提問，鞏固所學(xué)知識(shí)，檢查學(xué)生對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的掌握情況?？傊?，多種教學(xué)方式的綜合應(yīng)用改變了教師在課堂上唱“獨(dú)角戲”“滿堂灌”的弊端，學(xué)生的主觀能動(dòng)性得到發(fā)揮，學(xué)習(xí)積極性大有提高。

2.2應(yīng)用多媒體課件

多媒體教學(xué)不僅可以節(jié)省黑板板書時(shí)間，還可以使課堂變得更生動(dòng)有趣，它是調(diào)節(jié)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有效方式。首先做到課件和教案的電子化；其次，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，讓學(xué)生瀏覽國內(nèi)國際專業(yè)網(wǎng)站，引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科前沿的科技動(dòng)態(tài)和最新科學(xué)研究的技術(shù)成果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣。對(duì)于培養(yǎng)基的滅菌、空氣的凈化處理、生產(chǎn)種子的制備、發(fā)酵工藝的優(yōu)化等章節(jié)，其具體內(nèi)容主要是介紹設(shè)備工作原理、操作技術(shù)要點(diǎn)和工藝流程，這些章節(jié)知識(shí)點(diǎn)比較抽象，操作實(shí)踐性強(qiáng)，單靠課堂講解枯燥乏味。因此，在講授這些章節(jié)時(shí)穿插播放工廠實(shí)際操作的DVD、VCD教學(xué)影碟，這種形象直觀的教學(xué)手段將難以理解的知識(shí)點(diǎn)生動(dòng)地演示給學(xué)生，既加深了學(xué)生對(duì)這些知識(shí)的理解和掌握，又使學(xué)生對(duì)工廠生產(chǎn)和市場(chǎng)需求有了進(jìn)一步了解。但是，多媒體教學(xué)僅僅是一種輔助教學(xué)方式，不能完全替代黑板板書，某些章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)采用板書的方式加以解釋和闡述。如生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)部分公式較多，對(duì)該部分內(nèi)容，用板書一步一步推導(dǎo)和計(jì)算，學(xué)生跟著教師的思維發(fā)展，這樣知識(shí)點(diǎn)就更容易掌握。

3強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

發(fā)酵工程與設(shè)備是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)方向課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是發(fā)酵工程與設(shè)備課程教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、提高專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力、提高學(xué)生獨(dú)立解決問題能力的重要環(huán)節(jié)[4-5]。這就要求課程實(shí)驗(yàn)要前后聯(lián)系緊密，相互滲透，從上游做到中游甚至到下游[6-7]，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要體現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)際，接近生產(chǎn)的原理和模型。例如，在黑曲霉的液體深層發(fā)酵產(chǎn)淀粉酶實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括制備黑曲霉斜面菌種、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制與滅菌、液體菌種的制備、無菌操作接種、發(fā)酵罐液體深層發(fā)酵、α-淀粉酶的分離與純化、酶活性的測(cè)定、發(fā)酵廢液的后處理[8]。實(shí)驗(yàn)過程中教師堅(jiān)持指導(dǎo)，及時(shí)糾正問題及錯(cuò)誤，指導(dǎo)學(xué)生正確完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定融合到具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。例如，發(fā)酵設(shè)備的傳輸空氣蒸汽系統(tǒng)的檢測(cè)、發(fā)酵溫度的控制、發(fā)酵液pH在線監(jiān)測(cè)、溶解氧在線監(jiān)測(cè)以及發(fā)酵過程中故障的排除等，要求學(xué)生從發(fā)酵液上罐開始到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程結(jié)束，每隔一定時(shí)間，采用無菌操作取發(fā)酵液樣品，進(jìn)行各種離線參數(shù)的檢測(cè)，包括菌體濃度檢測(cè)、菌體形態(tài)顯微觀察、還原糖濃度的測(cè)定、α-淀粉酶活性的測(cè)定。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)酵過程中的各種參數(shù)的變化進(jìn)行質(zhì)與量的分析，繪制圖形和參數(shù)變化曲線，并寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分注重實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論。通過開展緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生對(duì)發(fā)酵罐發(fā)酵過程有一個(gè)全面的、工程學(xué)的認(rèn)識(shí)，使抽象的理論具體化，加深了對(duì)該課程理論知識(shí)的理解，提高了實(shí)驗(yàn)技能。

4結(jié)語近年來，現(xiàn)代生物技術(shù)不斷發(fā)展，發(fā)酵工程與設(shè)備課程的教學(xué)更需要一個(gè)不斷探索、不斷改進(jìn)、不斷完善的過程。筆者針對(duì)發(fā)酵工程與設(shè)備課程和學(xué)校生物工程專業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行了理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的初步探索，取得了較好的教學(xué)效果。今后還要繼續(xù)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，改革教學(xué)思維，加大實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的比重，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，使該課程的教學(xué)真正適應(yīng)新時(shí)代生命科學(xué)對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 安登第，曾獻(xiàn)春，張瑞，等.發(fā)酵工程課程的立體化教學(xué)探索與實(shí)踐[J].微生物學(xué)通報(bào)，2014，41（7）：1443-1447.

[2] 任曉莉，趙潤柱，梁保紅.發(fā)酵工程課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].微生物學(xué)通報(bào)，2011，38（1）：127-130.

[3] 明紅，劉涌濤，聶國興.發(fā)酵工程教學(xué)體系的改革實(shí)踐與探索[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2012，14（10）：761-763.

[4] 鄔建國，王新風(fēng)，張瞳.地方應(yīng)用型本科院?！栋l(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 教育教學(xué)論壇，2016（50）：112-113.

[5] 任曉莉，佟春生，趙金安，等.《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，12（2）：118-120.

[6] 秦秀麗，孫佳巖.微生物學(xué)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，20（1）：79-81.

[7] 曹廣麗，宋金柱，楊謙.生物專業(yè)微生物課程教學(xué)改革初探[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013，11（4）：10 9-102.

[8] 馬瓊.地方本科院校生物工程專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國輕工教育，2010（2）：61-63.