“發(fā)酵工程”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

戴德慧，胡偉蓮

（浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江杭州 310023）

發(fā)酵工程是指在人為控制的條件下，通過(guò)微生物或動(dòng)植物細(xì)胞的生命活動(dòng)而獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過(guò)程，是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分[1]，也是生物化工研究成果產(chǎn)業(yè)化的必由之路，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。因此，“發(fā)酵工程”課程在生物化工及其相關(guān)專業(yè)課程體系中有著極其重要的地位。研究生教育是高等教育的重要組成部分，是一個(gè)國(guó)家最高層次的教育水平，是科技創(chuàng)新的源泉。如何提高研究生教育水平，是增強(qiáng)高校的科研和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵要素之一，對(duì)國(guó)家科技的發(fā)展水平具有較大影響[2]。研究生教育不應(yīng)是本科生教育的簡(jiǎn)單延伸，在研究生課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等教學(xué)過(guò)程中應(yīng)與本科生教學(xué)有較大區(qū)別。簡(jiǎn)單地將本科生的教學(xué)模式照搬到研究生課程教學(xué)中不利高層次創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。學(xué)校自2014年化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科研究生招生以來(lái)，“現(xiàn)代發(fā)酵工程”課程已開(kāi)設(shè)了5年。通過(guò)5年來(lái)研究生教學(xué)分析與反思，針對(duì)教學(xué)過(guò)程的具體問(wèn)題及教學(xué)改革需要提出了一些對(duì)策及改進(jìn)。

1 教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)過(guò)程中面臨最大的難點(diǎn)是選修學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)差異較大。其主要原因?yàn)閷W(xué)?！鞍l(fā)酵工程”課程面向整個(gè)化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科下所有方向的研究生開(kāi)放選修，選修的研究生其本科專業(yè)主要為食品科學(xué)與工程、生物工程，少數(shù)學(xué)生為化學(xué)工程、制藥工程及材料科學(xué)與工程等專業(yè)。對(duì)于生物工程專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生已在本科階段學(xué)習(xí)過(guò)很多相關(guān)課程，主要包括“微生物學(xué)”“生物化學(xué)”“分子生物學(xué)”“生物工藝學(xué)”等。食品科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)學(xué)生也學(xué)習(xí)過(guò)“微生物學(xué)”“生物化學(xué)”，具備了該課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)。而化學(xué)工程、制藥工程及材料科學(xué)與工程等專業(yè)的學(xué)生在本科學(xué)習(xí)階段很少接觸到“微生物學(xué)”“生物化學(xué)”“分子生物學(xué)”等基礎(chǔ)課程，但這些專業(yè)選修的學(xué)生未來(lái)研究的方向卻需要應(yīng)用到該課程的相關(guān)知識(shí)。因此，在教學(xué)內(nèi)容的選取上需要充分考慮且兼顧到各專業(yè)背景的學(xué)生。對(duì)于非生物工程與食品科學(xué)與工程專業(yè)的研究生，因其有良好的化學(xué)基礎(chǔ)，可以在課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中推薦自學(xué)“生物化學(xué)”“微生物學(xué)”等基礎(chǔ)課程。此外，生物技術(shù)是當(dāng)前世界最前沿的學(xué)科技術(shù)，生物科技日新月異，怎樣在教學(xué)中緊跟科技發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的人才一直是各高校生物類課程教學(xué)中經(jīng)常思索的問(wèn)題[3]。因此，教學(xué)內(nèi)容的安排上以發(fā)酵單元操作為主線，以學(xué)科的前沿知識(shí)與新興技術(shù)、工業(yè)實(shí)際應(yīng)用、科研成果等為補(bǔ)充。通過(guò)傳統(tǒng)的課本教材及經(jīng)典著作、文獻(xiàn)資料、教師的科研成果等組成教學(xué)內(nèi)容體系。各類教學(xué)內(nèi)容所占比例平均為教材占50%，學(xué)科前沿占 20%，工業(yè)應(yīng)用占20%，實(shí)踐操作占10%。不僅拓寬了學(xué)生的視野、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的深化與拓展，為創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了有利的條件。

2 教學(xué)方法

教學(xué)方法是在教學(xué)過(guò)程中教師為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的、完成教學(xué)任務(wù)而采取的各種活動(dòng)方式、手段和程序的總稱[4]。良好的教學(xué)方法不僅可以增強(qiáng)研究生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性和積極性，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及創(chuàng)新能力，對(duì)教學(xué)的效果起著決定性的作用。由于研究生教育的特殊性，其并不是本科教育的簡(jiǎn)單延伸，因此不能簡(jiǎn)單地照搬本科生課程的教學(xué)方式及模式。而應(yīng)根據(jù)本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)與要求，結(jié)合學(xué)校研究生培養(yǎng)特點(diǎn)及知識(shí)結(jié)構(gòu)與水平等方面的情況，摸索出一條適合專業(yè)研究生培養(yǎng)的教學(xué)模式及教學(xué)方法。而不再是傳統(tǒng)的教師根據(jù)教材進(jìn)行講解，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)講的填鴨式的教學(xué)。為了提高課程教學(xué)質(zhì)量，對(duì)課程的教學(xué)模式、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了積極的探索。

2.1 教學(xué)模式的創(chuàng)新

教學(xué)模式是指教學(xué)理論和教學(xué)實(shí)踐相互聯(lián)系與相互作用的媒介，是構(gòu)成教學(xué)系統(tǒng)諸要素的組合方式，是開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的一套方法論體系[5]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是一種以教師、書(shū)本及課堂為中心的教學(xué)模式，容易形成單向灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受的局面。由于作為認(rèn)知主體的學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中都始終處于被動(dòng)地接受知識(shí)的地位，其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性易被忽視和壓抑。這種模式難以培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。因此，傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷非常明顯。改變傳統(tǒng)教學(xué)模式、打造高效課堂模式極為必要。研討式教學(xué)模式是以解決問(wèn)題為中心的教學(xué)方式，通過(guò)由教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，師生共同查找資料，研究、討論、實(shí)踐、探索，提出解決問(wèn)題辦法的方式，使學(xué)生掌握知識(shí)和技能。課程選修的學(xué)生一般在10人左右。采用研討式教學(xué)模式有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)教學(xué)大綱及教學(xué)目標(biāo)，在每次課后設(shè)置5～6個(gè)主題，學(xué)生通過(guò)閱讀教材及參考書(shū)、參考文獻(xiàn)、課程網(wǎng)站等對(duì)主題展開(kāi)自主學(xué)習(xí)，在自主學(xué)習(xí)中獲得相應(yīng)的理論知識(shí)，并形成自己的觀點(diǎn)。在隨后的課堂上通過(guò)閱讀自講、討論、啟發(fā)、案例分析等多種方式進(jìn)行課程研討，教師對(duì)研討內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。由于每個(gè)學(xué)生在課堂上均需討論與發(fā)言，必然要對(duì)相關(guān)的主題熟悉。學(xué)生會(huì)自覺(jué)地努力閱讀參考書(shū)及相關(guān)文獻(xiàn)，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，促使了學(xué)生和教師的思維同步進(jìn)行。

2.2 教學(xué)手段的現(xiàn)代化

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起對(duì)研究生學(xué)習(xí)行為的影響日益增強(qiáng)。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)知識(shí)的快速更新及教育內(nèi)容的復(fù)雜化，在現(xiàn)代研究生教育過(guò)程中引進(jìn)先進(jìn)教育技術(shù)已刻不容緩。隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，電腦、智能手機(jī)、平板電腦等互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備已成為人們生活中的重要部分?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)也成為近年來(lái)在教學(xué)方法中研究的熱點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)程翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，課前學(xué)生帶著教師引導(dǎo)的問(wèn)題自主完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，課堂則主要進(jìn)行師生互動(dòng)式答疑討論，解決自主學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和難點(diǎn)[6]。翻轉(zhuǎn)課堂是研討式教學(xué)的重要形式。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及在高教領(lǐng)域的應(yīng)用，“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式已成為現(xiàn)實(shí)。學(xué)生可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)去獲取和使用優(yōu)質(zhì)的教育資源，不再單純地依賴授課教師去講授知識(shí)。在課前完成知識(shí)的自主學(xué)習(xí)，在課堂完成知識(shí)的內(nèi)化和升華[7]。同時(shí)利用微信構(gòu)建課程的網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，加強(qiáng)了師生、學(xué)生之間的交流與溝通，取得了較好的教學(xué)效果。

2.3 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是培養(yǎng)訓(xùn)練專業(yè)應(yīng)用技術(shù)和操作技能的場(chǎng)所，是理論與實(shí)踐結(jié)合的紐帶[8]。

“發(fā)酵工程”一門實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)不僅可以鞏固和加深理論知識(shí)學(xué)習(xí)。同時(shí)可以提高學(xué)生的工程視角和思維，從而培養(yǎng)科研的創(chuàng)新能力。在學(xué)校生物工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)包括上游基因工程、中游發(fā)酵工程、下游生物分離工程等3個(gè)模塊，即在基因工程模塊中構(gòu)建大腸桿菌脂肪酶工程菌，發(fā)酵工程中以10 L小型發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，下游通過(guò)細(xì)胞破碎、固液分離、鹽析、親和層析、離子交換層析等過(guò)程進(jìn)行脂肪酶提取與純化。通過(guò)整套實(shí)驗(yàn)取得非常好的教學(xué)效果。由于學(xué)校研究生招生中學(xué)校生物工程專業(yè)本科生所占比例較小，大多數(shù)為食品、制藥專業(yè)或外校錄取的學(xué)生。在發(fā)酵工程方面的實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，動(dòng)手能力較弱。鑒于選修該課程的學(xué)生大多數(shù)今后均會(huì)接觸到微生物發(fā)酵方面的課題研究。因此，在該課程的理論教學(xué)過(guò)程中穿插實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)非常有必要，這對(duì)今后學(xué)生畢業(yè)論文的開(kāi)展有非常大的幫助。學(xué)校發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室配有1套四聯(lián)發(fā)酵罐、3套全自動(dòng)獨(dú)立發(fā)酵罐?？梢愿鶕?jù)學(xué)生自己興趣或組合今后研究的課題進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室全天開(kāi)放。學(xué)生通過(guò)菌種活化、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵罐發(fā)酵控制及發(fā)酵液處理等過(guò)程能深刻掌握發(fā)酵工藝過(guò)程，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。此外，工程應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)也是學(xué)校的特色。開(kāi)展生產(chǎn)實(shí)踐、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。在實(shí)際生產(chǎn)中可強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。學(xué)校與許多知名的微生物發(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇不同的企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，了解發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝流程，同時(shí)可以和企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行交流，加深了對(duì)于所學(xué)理論知識(shí)的理解，提高了知識(shí)的應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)。

3 完善考核制度

研究生教育是最高層次的教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的高層次人才是研究生培養(yǎng)的主要目標(biāo)。因此，在評(píng)價(jià)學(xué)生與成績(jī)?cè)u(píng)定方面，不應(yīng)像本科生課程一樣通過(guò)期未筆試“一刀切”的評(píng)價(jià)方式，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只注重在期末考試前復(fù)習(xí)，而不重視平時(shí)課后及課堂的學(xué)習(xí)，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更不利于研討式教學(xué)為主的教學(xué)方式進(jìn)行。課程考核體系應(yīng)具有一定的靈活性，要真正能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及正確的評(píng)價(jià)學(xué)生。因此，采用綜合成績(jī)作為評(píng)價(jià)學(xué)生最后的課程成績(jī)。其中，平時(shí)成績(jī)占綜合成績(jī)的50%，平時(shí)成績(jī)主要包括出勤和課堂討論，出勤占平時(shí)成績(jī)的10%，課堂討論占平時(shí)成績(jī)的90%。學(xué)生的觀點(diǎn)正確與否不是唯一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)學(xué)生在課堂討論過(guò)程中的參與意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)造能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。期未成績(jī)由2個(gè)部分組成，一是課程綜述論文的質(zhì)量，包括選題、格式、內(nèi)容及參考文獻(xiàn)等，占期末成績(jī)的80%；另外是課程綜述論文的內(nèi)容制作成PPT并在課堂上講述，包括PPT制作、講授等，占期末成績(jī)的20%。通過(guò)對(duì)學(xué)生綜合考核評(píng)價(jià)，不僅激活了學(xué)生課堂討論的積極性，同時(shí)也提升了資料檢索能力、專業(yè)綜述寫(xiě)作水平。