以學生為中心的《發酵工程》課程教學內容體系改革與實踐

摘 要：近年來，以學生為中心培養學生學習積極性、自主性、創新性，構建高效的課堂教學模式成為高等院校教學改革的主要內容之一。發酵工程是一門實踐性強的專業課，近年來，根據課程特點結合專業方向，開展了以學生為中心的發酵工程課程教學內容和手段改革，提出了在理論教學上吸取了多元化的教學方法優點，把基于問題的學習和案例引導式教學方法相結合，進行“發酵工藝實例模塊”教學內容設計；在實踐教學上著重以項目為載體，科研與教學相互促進，突出以學生為中心的教學理念，培養學生的創新實踐能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：以學生為中心 發酵工程 課程改革

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2012）12（c）-0070-02

“發酵工程”是我校生物工程、制藥工程等專業開設的一門重要專業課，它是一門利用微生物的生長繁殖和代謝活動，并通過現代化工技術，大量生產人們所需產品過程的理論和工程技術課程，該課程含有現代生物科學和工程的科學技術，課程內容涉及到數學、化學、生物化學、微生物學、化工原理和機械設備等學科，涉及面廣內容豐富[1～2]。中藥發酵工程方向也是我校省級重點建設生物工程專業的特色專業方向之一，因此，結合專業方向，開展發酵工程課程教學內容和手段改革，推進該課程精品化建設，對提高課程教學水平，加強師資隊伍培育，突出專業辦學特色等方面具有重要意義。本文概述了該課程近年來的教學改革體會。

1 課程內容體系改革

發酵工程主要包括上游發酵技術（微生物菌種保藏、篩選等）、發酵過程技術（發酵過程控制、發酵培養），下游分離提取技術過程（發酵產物的提取、精制等）三個部分。而發酵工程課程內容主要講述生物反應過程理論與技能，即微生物培養、發酵過程控制等中游技術。為增強課程內容的內在邏輯性，發揮在專業課程群中的承上啟下的連貫性，強化各課程之間的有機聯系，滿足學生多樣化的學習需求，我們結合專業方向對發酵工程課程內容體系做了一定的改革和調整，提出了“一個基礎、兩條主線、三大案例”的發酵工程課程內容體系改革思路。一個基礎是指微生物代謝調節理論，兩條主線分別是指以菌種和發酵生產為中心展開的內容，三大案例分別是酵母酒精厭氧發酵工藝、檸檬酸液體深層發酵工藝、藥用真菌多糖發酵工藝，以此構建教學框架，來增強課程內容的系統性。圍繞各中心知識點不斷向外擴延，并有機串聯。

2 教學內容改革

2.1 注重教材建設，促進教學內容的改革

教材建設是課程建設的重要組成部分，關系到教學內容的革新和教學目標的實施[3]。全國“發酵工程”課程的系列教材已先后出版了十余種，其內容既有上游技術的微生物學基礎理論，也有生物反應過程，以及下游技術生物發酵產品的分離提取技術，且不同的教材其側重點不同，單獨使用一種教材易出現與上游微生物學課程內容及下游生化分離工程課程內容重復，而常常存在涉及的發酵工藝過程案例不足的現象[4]。如華東理工大學出版的《新編生物工藝學》分上下兩冊，上冊側重微生物原理，而下冊側重于生化分離技術，內容較全面，但使用該教材往往與微生物學和生化分離工程兩門課的重復教學；又如《微生物工程》與《微生物工程概論》內容較多的涉及生化分離工程與發酵設備課程教學內容，同樣也會出現類似現象等；又如近兩年我們使用高等教育出版社出版的《生物工藝原理》內容較為全面，但也存在內容過于粗獷，教學過程中須補充部分內容，才能使學生深入理解發酵過程控制理論等。近年來，教研室教師開展了一系列的集體備課和教學研究，將課程定位在重點講授發酵生產過程的共性單元知識，突出寬口徑、強基礎的教學思想，使學生掌握發酵產品生產過程的共性原理及典型發酵產品的生產過程的控制方法。目前該課程我們采用了高等教育出版社出版的“十一五”國家級規劃教材《發酵工程原理與技術應用》，根據專業方向編寫了省級規劃重點教材《發酵工程》作為補充教材，并指定《新編生物工藝學》《發酵工業概論》和《生化分離工程》等為主要參考書目。

2.2 注重學科背景，突出專業特色

藥用真菌發酵既是發酵工程的內容之一，也是我校中藥生物工程特色專業重點建設內容。在實驗課程設置時不僅考慮到學生發酵工程的基本知識和基本技能的培養，也要充分考慮依托中藥生物工程特色專業背景，我們開設了中藥發酵相關實驗課程，如靈芝、桑黃、茯苓等液體深層發酵菌絲體多糖的實驗，中藥內生菌及抗菌活性篩選等自主性、開放性、設計性實驗供學生選修。在自主性、開放性實驗教學中實行學生導師制，使學生完成該類實驗教學能夠繼續跟隨導師開展相關畢業論文設計。從近三年來的實驗教學和畢業論文設計內容看，絕大多數學生認為自主性、開放性這種實驗教學導師制更能培養自身的學習興趣，學到更為扎實、全面的專業知識和技能，并且參與這種實驗教學的學生中考研人數明顯增加，師生關系更為融洽。

2.3 注重學科發展，更新教學內容

發酵工程是一門發展迅速的學科，新工藝、新技術和新成果層出不窮。在課堂教學中，我們以教材為主，并參閱其它相關的書籍和國內外專業期刊雜志，挑選一些國內外最新期刊上相關的研究論文，定時更新轉載一些學科發展前沿信息，如濃縮啤酒的研究進展、高密度發酵技術、新型滅菌設備的研究等[5]，對教學內容加以充實擴展，加大課堂教學信息量，并將這些新知識重組進入教案，在課堂上介紹給學生，使學生接收更多更廣泛的信息，了解學科發展的前沿。

在網絡課程建設方面，基于學校網絡教學平臺建立了《發酵工程》Blcakbord網絡課程網站，已有較完整的課程教學大綱、授課教案、實驗指導、多媒體課件及部分習題等教學材料，鏈接了國內外其他高校省級、國家級發酵工程精品課程等資源，如北京化工大學譚天偉教授主講《生物工藝學》國家級精品課程、貴州大學邱樹毅教授主講《生物工藝學》國家級精品課程、華中科技大學余龍江教授主講《發酵工程》國家級精品課程、華東理工大學張嗣良教授主講《發酵工程》國家級精品課程等。

目前，在現有教學師資隊伍的前提下，充分利用網絡教學平臺，錄制上傳了發酵相關的視頻信息，如固定化釀酒酵母酒精發酵演示、無菌接種演示、微生物生長曲線測定、發酵罐使用和清洗等課程教學錄像，以及轉載了如生物柴油、四川泡菜、青霉素發現等的教學視頻資料。近幾年的教學體會來看，網絡教學平臺的視頻教學對學生的實驗操作能力、專業學習興趣等培養具有積極的引導作用。

3 改革教學方法與手段

在教學方法上，我們根據發酵工程課程內容特點，把基于問題的學習（PBL）和基于案例的學習（CBS）的引導式教學方法相結合，精心設計“發酵工藝實例模塊”引導教學內容，采用“創建情景、提出問題、探究解決問題、匯報及評價”等方法設計發酵工程課程問題引導式教學模式。例如，在好氧發酵模塊中，我們首先以“檸檬酸發酵機制原理”作為核心問題情景；然后再設計“檸檬酸發酵培養基配制原理、好氧發酵工藝共性特點”等基礎性問題，引導學生重點掌握，歸納總結。這些基礎性問題的設立，目的是使學生橫向縱向聯系已學知識，歸納形成以“發酵機制類型及發酵工藝特點”為中心的系統知識網絡，掌握基礎知識；最后設計“衣康酸發酵機制及特點、醋酸發酵機制及特點”等作為開放性問題，要求學生利用書籍、文獻、網絡等手段自行解答問題，并以5～6人為小組形成方案。最終在好氧發酵模塊教學中我們先后設計核心問題、基礎性問題、開放性問題，分別引導學生通過提出問題、分析討論問題、解決問題等環節完成好氧發酵模塊的教學，從而初步建立了問題引導式的課堂教學模式。

在教學手段上，針對學生缺乏在發酵企業實踐接觸的機會，在學習一些較為抽象章節時，較難完全理解，我們引進一套發酵工程設備及產品分離方面的教學仿真軟件，結合我們自制的多媒體教學課件，在學習相關單元知識時，使用仿真軟件播放相關內容（如過濾原理發酵罐結構與滅菌操作等），將工藝原理以及設備結構特點動態展現出來，形成理論知識與形象感受交叉互動，加深了學生的理解的同時輕了課堂學習氛圍。

此外，為提高學生學習興趣，突出以學生為中心的教學方法，在課堂教學中我們選擇一些學生感興趣的教學內容，如酸奶發酵、啤酒發酵等，讓學生動手做課件，并到講臺親自講解，這種方法頻受學生好評，不僅提高了學生學習的積極性，主動性，也鍛煉了學生自主學習和口頭表達的能力。

4 開放性實踐教學改革

發酵工程是一門與生產實際緊密相關的學科，實驗操作顯得尤為重要[6～7]。在實驗內容選擇上，我們通過以典型發酵產品生產為導向的發酵實驗，讓學生熟悉發酵的工藝流程，掌握現代（深層）發酵原理、發酵設備的操作及發酵產品的后處理技術，培養學生的創新性和實踐操作能力。在實驗內容設計上，建立了以驗證性、綜合性、設計性實驗為主，開放性實驗為輔的實驗教學體系，并積極吸引學生參與科研活動。在設計性實驗中，加強了對學生自我學習能動性的培養，由主講教師設置選題，如淀粉酶產生菌的分離篩選試驗設計，學生利用已學過的菌種分離、鑒定、滅菌、培養等微生物技術，獨立設計實驗路線。此外，改革實驗課程的考試方式，將筆試改為設定主題的操作考試，考查學生實踐動手操作能力。

在開放性實驗教學方面，著重以開放實驗項目為載體，注重科研與教學的相互促進，鼓勵學生利用發酵實驗教學平臺，申報各類學生科研項目，開展畢業論文設計和參與教師開放實驗項目。從近年的教學結果來看，在指導學生申報和實施科研項目的過程中，學生的創新實踐能力得到了進一步的提升，而教師也可從開放教學中得到啟發和靈感，找到科研的切入點。

5 課程改革成效

5.1 學評教

根據校內學生評教指標和校內管理部門提供的近三年的學生評價結果，本課程近三年評估結果均超過學校平均分數，具體情況如表2。

5.2 教學成果

近年來，學校在政策和資金上對發酵工程方向教學和研究給予了大力的培養，發酵工程課程列入我校重點建設精品課程之一。經過幾年的教學改革與實踐也取得了一些實踐性成果，如近三年來發酵工程課程先后獲省級教學改革項目1項，校級教學改革招標項目2項，一般項目5項，在各類期刊上發表教改論文14篇。2010年發酵工程課程被評為院級重點建設課程，2011年課程所在教研室獲學校教學成果二等獎1項，2012年6月被評為校級精品課程。在師資隊伍建設上，1名主講教師獲省級先進教師，一名青年教師連續兩年獲校青年教師說課比賽一等獎。

5.3 學生科研成果

近年來，教師指導學生參與開放性實驗項目，學生各類科研立項，指導學生完成畢業論文，學生和指導老師合作發表文章等方面在數量和質量上都有明顯的提升。近三年來，課程所在教研室指導學生參加各級學科競賽3次，獲省級大學生新苗計劃項目5項，校級學生科研項目11項，學生為第一作者發表論文20余篇。

6 結語

發酵工程是一門實踐性、應用性很強的課程，近年來課程所在教研室吸取了多元化的教學方法和以學生為中心的教學理念，開展了發酵工程課程的教學內容和手段改革，培養學生的創新實踐能力，取得了良好的教學效果。同時在課程教學改革過程中也遇到一些問題，如課程考核方式的改革，課程教學質量形成性評價體系的構建等有待進一步完善。總之，改革傳統教學方法，吸取多元化教學模式優點，構建以學生為中心的高效的課程教學模式，提升教學效果，仍將是我們今后繼續探討和研究的課題。

參考文獻

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