發(fā)酵工程課程教學(xué)模式的改革與實(shí)踐

王大紅 ， 王 瑤 ， 古紹彬

(1.河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院 ， 河南 洛陽 471023 ; 2.鞏義第三中等專業(yè)學(xué)校 ， 河南 鞏義 451252 ； 3.河南科技大學(xué) 食品加工與安全國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 ， 河南 洛陽 471023)

0 前言

發(fā)酵工程是指利用微生物或動(dòng)植物細(xì)胞的生命活動(dòng)，將原料轉(zhuǎn)化成人們所需物質(zhì)的技術(shù)過程，該課程結(jié)合了生物學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科的特點(diǎn)[1]。河南科技大學(xué)的生物工程專業(yè)從2006年開始招收本科生，經(jīng)過多年對教學(xué)體系的建設(shè)，已建立一支以博士、教授為主的師資隊(duì)伍。但隨著社會(huì)的進(jìn)步和對人才需求的改變，如何培養(yǎng)出能夠勝任現(xiàn)代企業(yè)需求的生物工程技術(shù)人才，對發(fā)酵工程的教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。本文是我們總結(jié)在講授這門課所得到的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，希望和同行們進(jìn)行交流和討論，期待提高發(fā)酵工程教學(xué)水平。

1 理論教學(xué)

1.1 選擇優(yōu)秀的教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

發(fā)酵工程主要包括微生物工業(yè)菌種篩選與選育、發(fā)酵培養(yǎng)基的制備與優(yōu)化、滅菌工程、發(fā)酵過程的優(yōu)化與控制、發(fā)酵產(chǎn)品的下游技術(shù)等內(nèi)容[2]。目前，國內(nèi)有很多版本的發(fā)酵工程教材，經(jīng)過仔細(xì)篩選，2018年，選用江南大學(xué)陳堅(jiān)院士和堵國成教授主編，2012年化學(xué)工業(yè)出版社出版的國家精品課程教材發(fā)酵工程原理與技術(shù)。該教材不僅僅包括發(fā)酵工程的基本理論，還包括了大量的編者研究成果實(shí)例。該教材的使用不僅有利于學(xué)生對理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而且通過案例教學(xué)使學(xué)生更容易掌握知識(shí)和了解更多的前沿知識(shí)。在講授內(nèi)容上，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案，避免與生物工程設(shè)備、生化分離工程知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)，對發(fā)酵設(shè)備和下游工藝部分不講或者少講，把絕大部分時(shí)間用在發(fā)酵工程的上游和中游的知識(shí)點(diǎn)上。在講授這些內(nèi)容的同時(shí)，給大家推薦一些國外關(guān)于發(fā)酵方面的著名期刊，如Nature Biotechnology、Current Opinion in Biotechnology、Applied Microbiology and Biotechnology等，介紹最新的研究進(jìn)展，更新學(xué)習(xí)內(nèi)容；同時(shí)結(jié)合自己在讀博士和科研期間的所見所聞，以舉例的形式對問題予以講解。

1.2 改進(jìn)教學(xué)手段，提高教學(xué)效率

選擇合適的教學(xué)方法對教學(xué)的效果起著決定性的作用，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。經(jīng)過多年的教學(xué)，根據(jù)發(fā)酵工程課程的特點(diǎn)，積極探索有效的課程改革方法并進(jìn)行實(shí)踐。

1.2.1教學(xué)模式的創(chuàng)新

目前，主流的課堂教學(xué)是以老師課堂上講授為主的教學(xué)模式，這樣的教學(xué)方式使學(xué)生主動(dòng)性被抑制，學(xué)生缺少主動(dòng)的去分析問題和解決問題，容易造成學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的消極情緒。因此，當(dāng)務(wù)之急是改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，從而打造更加高效的課堂。根據(jù)多年教學(xué)摸索和總結(jié)，靈活運(yùn)用案例教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)，每節(jié)課的課后老師提出案例，并向?qū)W生提出相關(guān)問題，讓學(xué)生充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行查找答案，正式上課時(shí)讓學(xué)生分組討論，這樣就成功地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。由于每組學(xué)生在課堂上均需討論與發(fā)言，發(fā)言的結(jié)果記入小組的平時(shí)成績中，這樣學(xué)生就會(huì)主動(dòng)到圖書館或者學(xué)校的電子數(shù)據(jù)庫中查閱相關(guān)資料。學(xué)生通過查閱，學(xué)習(xí)了如何去查閱文獻(xiàn)的基本技能，學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性得到充分調(diào)動(dòng)。例如：在介紹醋的發(fā)酵工藝和特點(diǎn)時(shí)候，讓大家分別查閱國內(nèi)相關(guān)幾大名醋的發(fā)酵工藝和各自的特點(diǎn)，在課上加以討論，使大家掌握了固態(tài)和液態(tài)發(fā)酵方式的特點(diǎn)和產(chǎn)品的特點(diǎn)。

1.2.2教學(xué)手段的現(xiàn)代化

由于智能手機(jī)和平板電腦的普及，利用互聯(lián)網(wǎng)上的在線教育平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)是近年來的熱點(diǎn)，如雨課堂、學(xué)習(xí)通等。在講授該課程中，主要以多媒體教學(xué)為主，并靈活應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)手段。翻轉(zhuǎn)課堂是研討式教學(xué)的重要形式，把傳統(tǒng)的老師講學(xué)生聽的模式翻轉(zhuǎn)過來，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)通信工具，提前把學(xué)習(xí)內(nèi)容和相關(guān)問題發(fā)給學(xué)生，學(xué)生帶著問題自主完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，教師可以在課堂留出部分時(shí)間進(jìn)行討論和答疑，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的疑問，并予以解決。鼓勵(lì)學(xué)生獲得互聯(lián)網(wǎng)上的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，擴(kuò)大視野，不要局限于課堂上老師所講授的相關(guān)知識(shí)。充分挖掘其它網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，充分利用其他重點(diǎn)高校發(fā)布的“發(fā)酵工程”相關(guān)精品課程，如江南大學(xué)發(fā)酵工程原理與技術(shù)國家精品課程、華東理工大學(xué)發(fā)酵工程精品課程、天津科技大學(xué)發(fā)酵工藝學(xué)精品課程等。為了使教學(xué)過程更加生動(dòng)，引入一些專業(yè)視頻和動(dòng)畫，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)利用微信等聊天工具，搭建課程的網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，及時(shí)的解決學(xué)生提出的問題。本課程教學(xué)方式的改變加強(qiáng)了師生和學(xué)生的互動(dòng)，課堂氣氛融洽，教學(xué)效果良好。

2 實(shí)踐教學(xué)

發(fā)酵工程是與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密的一門工程課程，在教學(xué)學(xué)習(xí)過程中要注重理論與實(shí)踐的密切聯(lián)系。為了提高學(xué)生的實(shí)際工作能力和工程素質(zhì)，就需要在教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，增加實(shí)踐教學(xué)在教學(xué)計(jì)劃中的比重，需要對實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，才能達(dá)到教學(xué)目的。

2.1 優(yōu)化發(fā)酵工程課程實(shí)驗(yàn)

圍繞我院建設(shè)食品學(xué)科的特色，優(yōu)化發(fā)酵工程課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。近幾年，我們把這門課的實(shí)驗(yàn)課安排在理論課之后的下一個(gè)學(xué)期，采用全部分組進(jìn)行綜合性大實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)體系。對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行合理優(yōu)化和整合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與發(fā)酵工程緊密相關(guān)，按照發(fā)酵工藝的流程，分別從發(fā)酵工程的上游、中游和下游三部分進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)。主要包括實(shí)驗(yàn)菌株的分離、種子的制備、培養(yǎng)基制備及滅菌、分批發(fā)酵、發(fā)酵工藝的優(yōu)化、目標(biāo)產(chǎn)物的制備和分析等。一共安排三周的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)過程中要求每一位學(xué)生自己動(dòng)手操作完成自己的任務(wù)，從而形成了該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，除了上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，要求每小組推出一名同學(xué)代表小組以PPT形式匯報(bào)實(shí)驗(yàn)過程和展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)成果，其他同學(xué)通過別人的展示不僅可以看出自己的不足，而且又使學(xué)生更深地了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過程等，做到心中有數(shù)，實(shí)驗(yàn)效果大大提高，而且通過課程實(shí)驗(yàn)可以加深理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2.2 建設(shè)發(fā)酵工程課程見習(xí)基地

實(shí)驗(yàn)室完成的教學(xué)只是理論課的初步小實(shí)驗(yàn)，與實(shí)際生產(chǎn)相比存在一定的差距。因此，通過與實(shí)習(xí)基地溝通，組織學(xué)生到相關(guān)基地見習(xí)，如杜康控股、普萊柯、新春都制藥、青島啤酒(宜陽分廠)等基地進(jìn)行參考學(xué)習(xí)。在參觀過程時(shí)，由企業(yè)技術(shù)人員介紹企業(yè)的工廠布局，產(chǎn)品的生產(chǎn)流程、主要設(shè)備情況等，使學(xué)生了解相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)布局和生產(chǎn)工藝；同時(shí)對一些重點(diǎn)部分要詳加介紹，如什么是二級和三級發(fā)酵、種子罐和液體發(fā)酵罐的區(qū)別等。結(jié)束后，學(xué)生總結(jié)實(shí)習(xí)內(nèi)容，并說出自己的心得體會(huì)和收獲，最后由教師進(jìn)行概括性總結(jié)，回答學(xué)生的問題。這樣，學(xué)生能夠把課堂上的知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系起來，從感性知識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，學(xué)生可以把收獲和心得總結(jié)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上并提交。近年來，學(xué)院爭取各方面的資源，大力建設(shè)校內(nèi)實(shí)踐基地，已建成葡萄酒生產(chǎn)線、酸奶生產(chǎn)線、果汁生產(chǎn)線和發(fā)酵中試平臺(tái)，學(xué)生可以到相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)踐。

2.3 引入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

為了使學(xué)生能夠更好地踏入工作崗位，我們在專業(yè)制定培養(yǎng)方案時(shí)，在第八學(xué)期前四周專門設(shè)立發(fā)酵工程課程相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目以3～5人為一個(gè)小組，該課程不僅要求學(xué)生積極主動(dòng)去查閱資料和設(shè)計(jì)方案，而且要求學(xué)生互相配合，鍛煉其協(xié)作能力。近年來，我們設(shè)置了多項(xiàng)與發(fā)酵工程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課題，如“板栗紅棗果醋發(fā)酵工藝的優(yōu)化”“納他霉素的發(fā)酵生產(chǎn)”“聚賴氨酸產(chǎn)生菌株的篩選與選育”“豆粕飼料發(fā)酵工藝研究”“柿子酒的發(fā)酵過程研究”等，以專業(yè)教師分組指導(dǎo)的方式進(jìn)行。

3 完善考核制度

在成績考核方面，為了加大教學(xué)過程中的考核，課程考核體系的設(shè)置應(yīng)具有一定的靈活性，能夠比較正確的、全面的評價(jià)學(xué)生。在綜合成績評定中，期末卷面成績占60%，平時(shí)的綜合成績占40%。平時(shí)成績的評定主要包括缺席情況、課堂討論的參加次數(shù)、課堂中小測成績、課后作業(yè)完成情況，出勤占平時(shí)成績的20%，課堂討論占平時(shí)成績的 40%，課堂測驗(yàn)成績和課后作業(yè)完成各占20%。通過對學(xué)生綜合考核評價(jià)，不僅激發(fā)了學(xué)生課堂討論的積極性，同時(shí)也提高了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力。通過三年的實(shí)踐，取得了較好的效果。因此，我們計(jì)劃在以后的課程考核中，把平時(shí)成績所占比例進(jìn)一步提高，最終達(dá)到50%。

從近幾年的教學(xué)實(shí)踐看，學(xué)生都非常愿意參與到該課程的教學(xué)改革中，特別積極地參與到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)中，通過改革不僅能使學(xué)生更好的對理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而且增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，從而提高了學(xué)生的工科能力。學(xué)生在畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成、研究生初試和面試、和踏入工作崗位等方面，自信心和競爭力明顯增強(qiáng)。通過對《發(fā)酵工程》課程教學(xué)的初步改革，教學(xué)質(zhì)量得到一定程度的提高，達(dá)到了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。