PBL教學(xué)法在微生物工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用

謝琦　梁斌　唐穎　林軍　王凜　周先麗

[摘要] 微生物工程是一門實踐性很強的課程，為提高教學(xué)質(zhì)量，在微生物工程實驗教學(xué)中嘗試引入PBL教學(xué)法。結(jié)果表明，在微生物工程實驗中實施PBL教學(xué)法，可訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法，提高學(xué)生的職業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 微生物工程實驗；PBL；教學(xué)改革

[中圖分類號] R642.2 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1672-5654（2018）07（a）-0119-02

[Abstract] Microbiology engineering is a very practical course. In order to improve the quality of teaching， we try to introduce the PBL teaching method in the experimental teaching of microbiology engineering. The results show that the implementation of PBL teaching method in microbiology engineering experiment can train students' scientific thinking methods， improve their professional skills， and cultivate students' innovative ability.

[Key words] Microbiology Engineering Experiment； PBL； Teaching Reform

微生物工程是我國高等院校生物技術(shù)專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，是現(xiàn)代生物技術(shù)與工程學(xué)緊密結(jié)合的課程，是一門應(yīng)用性和實踐性非常強的課程。通過該課程學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握微生物工程的基本原理和方法，初步具備應(yīng)用這些基本理論去分析和解決生產(chǎn)過程中的具體問題以及開發(fā)新菌種、新工藝和新技術(shù)的能力，為學(xué)生將來從事生物技術(shù)實際工作打下扎實的專業(yè)基礎(chǔ)[1]。實驗課程是實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)的任務(wù)是加深學(xué)生對理論知識的理解，掌握科學(xué)研究的基本方法和實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、分析問題和解決問題的能力，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。目前國內(nèi)高等院校進行實驗改革的共識是減少驗證性實驗和單一性實驗，強調(diào)靈活多樣的實驗教學(xué)方法[2]。

PBL是以問題為基礎(chǔ)來展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程的一種教學(xué)模式，PBL 教學(xué)強調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置于復(fù)雜的、有意義的問題中，通過讓學(xué)生合作解決實際問題來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識，從而培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題和解決問題及創(chuàng)新的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使學(xué)生由“學(xué)會”變?yōu)椤皶W(xué)”[3-4]。微生物工程具有工程與應(yīng)用特色，如何使學(xué)生在眾多的單元知識學(xué)習(xí)過程中，將知識點融會貫通以適應(yīng)當(dāng)前科技飛速發(fā)展，已成為檢驗課程教學(xué)成敗的關(guān)鍵。積極探索在微生物工程實驗教學(xué)中引進PBL教學(xué)法，將為學(xué)生精心選擇和設(shè)計的問題融入實驗教學(xué)中，學(xué)生通過在實驗中解決這些問題來獲取關(guān)鍵的知識，并在實驗過程中訓(xùn)練相關(guān)的操作技能。

1 PBL在微生物工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 實驗內(nèi)容的改革

由于微生物工程涉及上游的菌株選育、中游的發(fā)酵培養(yǎng)和下游的產(chǎn)物提取等各階段的理論知識與操作技能，還涉及到各階段的優(yōu)化及上中下游總體的優(yōu)化與整合等，以及新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)的開發(fā)。過去開設(shè)的課程一般是一些孤立的，但力求上中下游均包括的驗證性實驗，但由于開設(shè)的實驗涉及不同的產(chǎn)品，內(nèi)容之間聯(lián)系不多，學(xué)生完成實驗后，雖然學(xué)習(xí)了一些基本技能，但對微生物工程產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程缺乏總體認識，特別是對各單元操作的優(yōu)化與整合沒有得到訓(xùn)練，不能將所學(xué)的知識融會貫通。因此，當(dāng)遇到實際問題時，學(xué)生還是不知如何下手，缺乏應(yīng)對實際工作的綜合能力[5]。為了解決實驗教學(xué)中存在的問題，設(shè)計了以一個產(chǎn)品為主線的綜合性探究性實驗，明確實驗?zāi)繕?biāo)，學(xué)生為了完成實驗的總體目標(biāo)，必須對實驗的各單元進行分解和整合，實驗結(jié)果是開放性的。為完成實驗任務(wù)，學(xué)生需要在實驗課前有針對性地去查閱文獻，積極思考，分析解決問題，并在具體的實驗操作中應(yīng)用。教師在實驗教學(xué)中采取PBL的教學(xué)模式對學(xué)生進行引導(dǎo)。學(xué)生完成實驗后會對微生物工程的上中下游各環(huán)節(jié)有一個清晰的，完整的認識。同時，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合能力。

1.2 PBL教學(xué)法的實施

綜合性實驗是以微生物發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖淀粉酶為主線，實驗的總目標(biāo)是在搖瓶規(guī)模下實現(xiàn)葡萄糖淀粉酶的高產(chǎn)。該實驗包括菌種的篩選、培養(yǎng)基的優(yōu)化、發(fā)酵條件的優(yōu)化、產(chǎn)品的分離純化、葡萄糖淀粉酶活性的測定等環(huán)節(jié)，學(xué)生需要將上中下游各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化整合才能完成實驗任務(wù)。實驗老師一般把20人左右的學(xué)生分為一個實驗班組，在實驗前向?qū)嶒灠嗟耐瑢W(xué)明確提出他們要完成的實驗總目標(biāo)，然后要求同學(xué)們分成4個小組通過查閱文獻各自制定出葡萄糖淀粉酶的生產(chǎn)路線，包括菌種的篩選、培養(yǎng)基的配方、發(fā)酵工藝條件、分離純化的方法，然后制成PPT上臺演講，老師和同學(xué)一起討論4個小組提出的方案，最終確定出一套基礎(chǔ)方案。下一步，老師和學(xué)生一起討論將總目標(biāo)分解成各環(huán)節(jié)的小目標(biāo)，老師會針對目標(biāo)提出問題，學(xué)生根據(jù)目標(biāo)問題自主在4個小組中進行分工，同時運用統(tǒng)計學(xué)的優(yōu)化方法設(shè)計實驗，各小組完成優(yōu)化實驗的一部分，然后將全班的實驗結(jié)果匯總，分析討論，得到最優(yōu)的生產(chǎn)條件。如全班同學(xué)先分工用正交的方法完成了培養(yǎng)基的優(yōu)化，下一步再分工完成發(fā)酵條件的優(yōu)化。實驗過程中，教師針對具體問題，讓學(xué)生主動思考，分析討論，鼓勵學(xué)生自己分析問題。這樣就可使學(xué)生加深對實驗全過程的認識。許多學(xué)生提出一些新穎的想法，把學(xué)習(xí)真正變成創(chuàng)造性的活動，提高了學(xué)習(xí)效果。最終通過全班同學(xué)的努力，逐步完成實驗方案中所有的實驗環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了實驗的總目標(biāo)，同時也在實驗過程中培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新和協(xié)作能力。

2 PBL教學(xué)法在微生物工程實驗中實施效果分析

2.1 提高學(xué)生的綜合素質(zhì)

實驗教學(xué)改革前，采用的教學(xué)方式一般都是教師在課前將實驗材料準(zhǔn)備好，上課時詳細地講解實驗原理和實驗方法，強調(diào)實驗的注意事項。學(xué)生對老師高度依賴，上課前不預(yù)習(xí)，實驗時才通過聽講了解今天的實驗內(nèi)容，實驗時完全按照老師的講解操作，不敢越雷池一步，以求得到好的實驗結(jié)果。這樣的教學(xué)安排，學(xué)生由于缺乏自主思考，處于被動的機械操作的狀態(tài)，做過的實驗往往做過就忘，更談不上融會貫通和創(chuàng)新。因此，我們積極探索在微生物工程實驗教學(xué)中引入符合學(xué)生的認知規(guī)律的PBL教學(xué)模式和精選實驗內(nèi)容，并在幾屆生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生中實施。教師和同學(xué)對改革后的教學(xué)效果普遍反應(yīng)良好，認為這樣的教學(xué)改革大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。這樣的實驗設(shè)計和教學(xué)方法，使得學(xué)生必須主動參與到實驗的各個環(huán)節(jié)，如：學(xué)生要通過文獻的查閱和深入學(xué)習(xí)與此相關(guān)的專業(yè)知識來制定實驗方案，掌握完成各單元目標(biāo)所需要的方法和實際的操作技能，解決實驗中遇到的問題，使學(xué)生體會到了知識的活學(xué)活用；同時在實驗中學(xué)生要進行分工協(xié)助，每位學(xué)生都要參與問題的分析和討論，要學(xué)習(xí)聆聽別人的意見、發(fā)表自己的觀點，當(dāng)觀點不一致時通過互相的討論交流來達成一致，真正體現(xiàn)學(xué)生間的團隊合作精神。在完成實驗的過程中，學(xué)生的理論知識得以強化，培養(yǎng)了學(xué)生收集和評價信息、綜合運用知識、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新精神。

2.2 提高教師的素質(zhì)

PBL實驗教學(xué)的實施，需要指導(dǎo)老師更新教學(xué)思想觀念，注意角色轉(zhuǎn)換，精心選擇恰當(dāng)?shù)膶嶒灲虒W(xué)內(nèi)容，具有完善的知識結(jié)構(gòu)，有能力對學(xué)生的實驗設(shè)計方案進行指導(dǎo)，控制實驗的進程并解決學(xué)生在實驗操作過程中出現(xiàn)的各種問題。實驗指導(dǎo)教師自身創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高是提升創(chuàng)新性實驗教學(xué)質(zhì)量的前提，在微生物工程實驗中實施PBL教學(xué)，需要教師不斷提高自身教學(xué)水平，深化教學(xué)改革，進行教育創(chuàng)新，有力地促進了本專業(yè)師資隊伍建設(shè)和教學(xué)研究工作的開展。

3 結(jié)語

教學(xué)理論特別強調(diào)教會學(xué)生學(xué)習(xí)，PBL教學(xué)以學(xué)生為中心的教學(xué)思路，即訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法，又促進了教師專業(yè)水平提高和教學(xué)方法創(chuàng)新，達到了教學(xué)相長的目的。在微生物工程實驗中實施PBL教學(xué)，對促進學(xué)校生物技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量的提高，深化教學(xué)改革和人才培養(yǎng)具有積極的意義。

[參考文獻]

[1] 田亞紅.一體化教學(xué)模式在《微生物工程》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2014（26）：100-101.

[2] 謝明杰，陳茜，王倩，等.強化微生物發(fā)酵工程實踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索，2009，28（2）：139-141.

[3] 周先麗，蘇何玲，劉永明，等.淺談PBL教學(xué)模式在生物化學(xué)教學(xué)中的重要性[J].教育教學(xué)論壇，2017（1）：123-124.

[4] 揣俠，趙艷，劉偉，等.PBL與LBL教學(xué)法相結(jié)合在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用和探討[J].中國繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2017，9（1）：15-17.

[5] 姚越飛.發(fā)酵工程課程實驗教學(xué)改革探索[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2010，4（4）：166-168.

（收稿日期：2018-04-08）