以學(xué)生能力輸出為導(dǎo)向構(gòu)建《發(fā)酵工程》模塊教學(xué)體系的探索
——以合肥學(xué)院為例

吳茜茜，張 潔，王杏文，楊 旸，王曉飛

（合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601）

以學(xué)生能力輸出為導(dǎo)向構(gòu)建《發(fā)酵工程》模塊教學(xué)體系的探索
——以合肥學(xué)院為例

吳茜茜，張 潔，王杏文，楊 旸，王曉飛

（合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601）

從企業(yè)需求出發(fā)確定了發(fā)酵生產(chǎn)崗位能力，課程改革以發(fā)酵單元操作為教學(xué)內(nèi)容，借助多媒體教學(xué)、虛擬仿真平臺教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)等方法，完成了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的《發(fā)酵工程》模塊教學(xué)體系構(gòu)建，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)酵工程實(shí)踐能力，從而支撐生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的培養(yǎng)目標(biāo).

崗位能力；發(fā)酵工程;虛擬仿真;應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案

近年來，以基因工程、細(xì)胞高通量培養(yǎng)和生物反應(yīng)器為基礎(chǔ)的發(fā)酵工程已經(jīng)成為化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)以及能源等國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一.隨著上述行業(yè)的迅速發(fā)展，發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模和品種不斷增加，對發(fā)酵過程中技術(shù)的要求也越來越迫切.作為產(chǎn)品生產(chǎn)流程中的中游核心技術(shù)，既關(guān)系到能否發(fā)揮菌種的最大生產(chǎn)能力，又會影響到下游產(chǎn)品處理的難易程度，在整個發(fā)酵過程中是一項(xiàng)承上啟下的關(guān)鍵技術(shù).因此對從業(yè)發(fā)酵崗位一線工程師的培養(yǎng)提出了更高的要求，要求學(xué)生不僅具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且具有工程意識，工程能力，能夠解決該崗位復(fù)雜的工程問題.以往的傳統(tǒng)《發(fā)酵工程》課程內(nèi)容及教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足此類人才培養(yǎng)的要求.眾多同行圍繞著各自的課程定位及目標(biāo)從課堂教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等多角度對《發(fā)酵工程》授課內(nèi)容進(jìn)行了改革與探索[1-4].本文擬在合肥學(xué)院“地方性、應(yīng)用型、國際化”辦學(xué)定位的大前提下，從分析發(fā)酵生產(chǎn)崗位能力需求作為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向，嘗試構(gòu)建本模塊的教學(xué)內(nèi)容.

1 教學(xué)改革思路及目標(biāo)

我校生物工程專業(yè)自2008年開始陸續(xù)摸索對人才培養(yǎng)方案進(jìn)行模塊化改革與模塊構(gòu)建，2012年提出將德國應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式移植過來，加以本土化改造，形成具有自己特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，以社會需求為導(dǎo)向，以行業(yè)實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，努力培養(yǎng)高素質(zhì)的本科工程型人才.《發(fā)酵工程》模塊作為該人才培養(yǎng)方案中模塊之一，也應(yīng)以社會需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)酵生產(chǎn)崗位的工程能力、以能解決復(fù)雜工程問題為目標(biāo)構(gòu)建模塊化教學(xué)體系[5-6].

2 發(fā)酵生產(chǎn)崗位能力要素分析

我校生物工程專業(yè)畢業(yè)生崗位需求調(diào)研表明在我省發(fā)酵（食品）類、生物制藥類、有機(jī)酸類、酶制劑類等生產(chǎn)企業(yè)要求生物工程畢業(yè)生具有發(fā)酵工程的知識背景及應(yīng)用能力，通過進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)崗位（一線工程師）能力要素分析，確定了其應(yīng)具備以下四種能力：

（1）發(fā)酵技術(shù)實(shí)際操作能力：掌握菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)一般操作方法；熟悉發(fā)酵設(shè)備的操作并能正確運(yùn)用生物傳感器，掌握常規(guī)發(fā)酵參數(shù)的檢測方法和調(diào)控技術(shù).

（2）設(shè)備選型和設(shè)計(jì)能力：具備對發(fā)酵主設(shè)備及其輔助設(shè)備的簡單設(shè)計(jì)及選型能力.

（3）發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)能力：能夠構(gòu)建典型發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程，包括種子擴(kuò)大培養(yǎng)、空氣除菌、培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵工藝流程、比擬放大等操作單元.

（4）緊急情況應(yīng)急的能力：具備對發(fā)酵調(diào)控過程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行正確判斷和處理能力，可以及時(shí)排除主設(shè)備及輔助設(shè)備小故障等能力.

3 理論教學(xué)內(nèi)容的改革

3.1 凝練微生物發(fā)酵操作過程，建立以發(fā)酵單元操作為基本章節(jié)的授課體系

根據(jù)上述發(fā)酵生產(chǎn)崗位需求及能力分析，同時(shí)按微生物發(fā)酵過程進(jìn)行單元分析，確定了六個基本操作單元，分別為培養(yǎng)基滅菌、空氣除菌、菌種擴(kuò)培、通氣與攪拌、發(fā)酵過程控制、比擬放大操作單元.其中通氣與攪拌、發(fā)酵過程控制、比擬放大是以發(fā)酵設(shè)備為基礎(chǔ)的單元操作，菌種擴(kuò)培、發(fā)酵過程控制則需要生物學(xué)基礎(chǔ)為知識點(diǎn)支撐.因此確定了本模塊8個章節(jié)的理論教學(xué)內(nèi)容，具體內(nèi)容見表1.

3.2 采用“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的工程能力

傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容組織方面?zhèn)戎赜谥R的系統(tǒng)性和完整性，缺少工程能力的培訓(xùn)，即發(fā)酵工程意識、工程素質(zhì)、工程實(shí)踐能力的培訓(xùn)；在教學(xué)方法和手段方面，雖然采用多媒體教學(xué)向?qū)W生展示照片、動畫或視頻等直觀性的資料，或者到工廠參觀，了解其生產(chǎn)過程，這在一定程度上緩解授課學(xué)生和教師之間“空對空”教學(xué)困境.由于發(fā)酵工程是一個工業(yè)化生產(chǎn)過程，課程內(nèi)容涉及到眾多的設(shè)備和輔助設(shè)備，學(xué)生對這些設(shè)備和輔助設(shè)備缺少感官認(rèn)識，對工業(yè)化的生產(chǎn)線缺乏概念，對生產(chǎn)操作缺乏訓(xùn)練，正是由于本模塊教學(xué)內(nèi)容的特殊性，造成了理論與生產(chǎn)實(shí)際情況脫節(jié)現(xiàn)象，在教學(xué)過程中缺少“身臨其境，頂崗操作”的過程.

針對以上問題，我們在上課之初借助發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室和啤酒生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地，開展“看的見、摸的著”的現(xiàn)場教學(xué)方法，讓學(xué)生通過拆卸發(fā)酵主設(shè)備，幫助學(xué)生了解發(fā)酵主設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理，為后期發(fā)酵設(shè)備章節(jié)的講授提供設(shè)備基礎(chǔ)；在課堂教學(xué)的過程中，借助我校省級生物虛擬仿真中心平臺，開展課后自主學(xué)習(xí)，將學(xué)生帶入“生產(chǎn)車間”，通過虛擬仿真軟件，一方面直接了解某工段的生產(chǎn)工藝、設(shè)備，另一方面結(jié)合發(fā)酵單元操作的內(nèi)容，直接模擬生產(chǎn)流程操作，如培養(yǎng)基滅菌單元操作如何正確開啟閥門、泵及開關(guān)順序，如何控制滅菌溫度等，此種教學(xué)方法可以讓學(xué)生對各操作單元有更深刻的印象，增強(qiáng)對課程內(nèi)容的理解和應(yīng)用，同時(shí)通過軟件設(shè)置工藝小故障，培養(yǎng)學(xué)生排除生產(chǎn)過程的事故能力，這些都對培養(yǎng)學(xué)生工程意識及工程應(yīng)用能力十分有利.

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課一般只對應(yīng)某個知識點(diǎn)而開設(shè)，學(xué)生缺少產(chǎn)品生產(chǎn)的整體性概念，即從菌種到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程.本模塊教學(xué)內(nèi)容借助以實(shí)驗(yàn)室和省級虛擬仿真中心平臺，通過“線上實(shí)驗(yàn)室”及“線下實(shí)驗(yàn)室”相互補(bǔ)充，使學(xué)生掌握單元操作的內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生掌握發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的全過程.

4.1 線下實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)

保藏菌種活化、擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵工藝調(diào)控等基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)在發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室完成.實(shí)驗(yàn)設(shè)置固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵等發(fā)酵整個過程，有利于學(xué)生從整體觀念出發(fā)，縮短校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外頂崗實(shí)習(xí)的距離.實(shí)驗(yàn)操作采用3-4人一組，每人負(fù)責(zé)不同的內(nèi)容，相互合作完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.

4.2 “線下與線上，虛與實(shí)”相結(jié)合的生產(chǎn)過程操作實(shí)驗(yàn)

首先安排同學(xué)進(jìn)入虛擬仿真中心，學(xué)習(xí)操作啤酒生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)軟件，了解從麥汁的制備過程、啤酒發(fā)酵過程控制到啤酒后處理等單元操作內(nèi)容，每人一組；考核合格者，需帶著授課教師審核通過的啤酒生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)方案，方能進(jìn)入啤酒實(shí)訓(xùn)基地.完成從原料到成品啤酒的實(shí)訓(xùn)，此環(huán)節(jié)每5-6人一組.

4.3 編寫配套的實(shí)驗(yàn)教材

實(shí)驗(yàn)教材是體現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的載體.根據(jù)模塊化教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)，我們編寫了一本實(shí)驗(yàn)教材，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用“虛實(shí)相結(jié)合，與教師科研項(xiàng)目結(jié)合”的原則，并在其中設(shè)置了部分設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié).

表1 《發(fā)酵工程》模塊教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法

綜上所述，本模塊教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建，堅(jiān)持以社會需求為導(dǎo)向，凝練崗位能力，并結(jié)合微生物發(fā)酵單元操作為內(nèi)容，構(gòu)建了《發(fā)酵工程》的單元操作教學(xué)內(nèi)容.在教學(xué)手段上以多媒體教學(xué)為主，再輔以現(xiàn)場教學(xué)、虛擬仿真等教學(xué)方法和手段，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，利用虛擬仿真平臺和校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地平臺，通過利用線上和線下相結(jié)合的教學(xué)方法,《發(fā)酵工程》模塊化課程教學(xué)體系明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)理論知識的理解與應(yīng)用，以及提高學(xué)生的實(shí)際操作技能及工程實(shí)踐能力具有明顯的效果，用人單位對我專業(yè)畢業(yè)生十分滿意.

〔1〕王海英，汪文俊，郭小華，熊海容.強(qiáng)化工藝實(shí)踐的發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系的建立[J].輕工科技，2012，163（6）：168-169.

〔2〕安登第，曾獻(xiàn)春，張瑞，努爾古麗?熱合曼，張偉.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.

〔3〕藏學(xué)麗，劉詩音，楊貧，趙慧娟.《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探[J].吉林農(nóng)業(yè)，2013，299，181.

〔4〕李麗.提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量培養(yǎng)復(fù)合型人才——《生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)改革[J].農(nóng)業(yè)工程，2015（5）2：88-89.

〔5〕夏瀟瀟，葛春梅，吳茜茜，張潔，蔡敬民.生物工程與工藝模塊化改革的探索與實(shí)踐[J].生物學(xué)雜志，2016，33（1）：116-118.

〔6〕胡慶國，張潔，葛春梅.生物工程專業(yè)應(yīng)用型教學(xué)體系的構(gòu)建及實(shí)踐[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（5）：135-137.

G712

A

1673-260X（2017）09-0185-02

2017-06-19

安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目：發(fā)酵工程及應(yīng)用實(shí)訓(xùn)（實(shí)驗(yàn)）中心(2014sxzx015)；省級名師工作室（2016msgzs060）；生物工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)（2012zy068）

吳茜茜(1974－9)，女，漢，安徽黟縣人，碩士，教授，主要從事發(fā)酵工程研究，Email:wqq@hfuu.edu.cn