MOOC模 式下的微生物發酵工程學教學改革探索

國 輝 何曉青 李志茹 趙國柱 謝響明

北京林業大學生物科學與技術學院 北京 100083

MOOC模 式下的微生物發酵工程學教學改革探索

國 輝 何曉青 李志茹 趙國柱 謝響明

北京林業大學生物科學與技術學院 北京 100083

微生物發酵工程學是北京林業大學生物理科基地專業本科生重要的一門專業基礎課，該課程采取教學與實踐相結合的方式，著重介紹微生物發酵工程的發展前沿及相關重要技術的應用。在總結北京林業大學生物理科基地微生物發酵工程教學經驗的基礎上，從教學內容、教學方式、教學成果以及考核方式等方面探討了MOOC模式下的微生物發酵工程學教學改革探索。

微生物發酵工程學；慕課模式；教學改革

大規模在線開放課程(Massive Open Online Course)縮寫為MOOC，國內翻譯為“慕課”。慕課作為一種在線教學模式，為全人類提供了擴充教育和知識的機會，其建設和研究已成為國內外教育模式改革的焦點。Coursera，Udacity，edX作為MOOC平臺的三大主要課程形式[1,2]，能夠為全球學習愛好者提供大量免費課程，一些世界著名高校也將某些優勢課程以MOOC方式推出。MOOC模式即基于在線教育資源的全新教學模式，在該模式下學生可以自主選擇學校等教育機構提供的線上信息資源，如為MOOC專門制作的教學視頻、課件、參考資料等進行學習。并且MOOC還提供了交流和考核的平臺，學生可以隨時針對教學中的問題與教師和其他學生進行溝通，教師也可通過在線作業、考試等方式對學生的學習效果進行考核。MOOC模式的原則是匯聚、混合、轉用及推動分享。對于高校教育來說，MOOC是一種可同時對大量的有不同需求的學生進行培訓的全新教學模式。

微生物發酵工程學是將微生物學的原理應用到工、農、醫等生產部分中而形成多學科知識的一門課程。它是在科學實驗和生產實踐中發展起來的新型學科，具有很強的實驗性和實踐性[3]。我校的微生物發酵工程學主要是針對生物技術專業、食品科學與工程專業的本科生，使其在有限的課時內掌握該課程的基本技術和原理，開展實驗和實踐教學，提高學生分析和解決問題的能力，為學生今后對知識的進一步應用奠定基礎，以培養和造就高素質、創造性人才。本文在總結我校生物理科基地微生物發酵工程學教學經驗的基礎上，從教學內容、教學方式、教學成果和考核方式等方面，綜合探討引入MOOC模式的微生物發酵工程教學改革。

1 優化整合教學資源 更新完善教學內容

豐富多樣的教學資源和科學合理的教學內容是課程成功的基礎。我校開設的微生物發酵工程課程32學時，共有25章內容。在傳統課堂模式中，分為四大部分，第一部分微生物發酵過程中的原理知識；第二部分微生物工程發酵產物的分離純化；第三部分微生物發酵工程中主要的生產設備；第四部分是包括啤酒和抗生素等發酵在內的微生物工程生產舉例。其特點是將工程技術的相關應用與理科的基礎知識有效結合，

使學生學習和掌握專業的微生物發酵工程學理論知識的同時，了解其必要的實踐應用案例，認識到其產生的社會價值和效益。在傳統教學中，教師以講解各個章節的知識點為主，時間往往集中在2個學時，這就需要大量單一枯燥的知識在較短的時間內被學生吸收和掌握，進而會出現學生上課注意力不集中、問題反饋不及時、學習狀態及效果差等現象。因此在此基礎上，需要對各章節整合、凝練、劃分，最終把復雜多樣的內容分為發酵工程緒論、微生物菌種選育、提高發酵水平、發酵效率、代謝及下游工程以及典型發酵案例等幾大部分內容。將這些教學內容提煉重點后，結合MOOC教學模式進行探索，包括教學視頻、教學課件、參考資料及電子習題等信息資源對學生的網絡化共享等。其中MOOC的核心是教學視頻的制作，視頻的長度一般控制在8～15 min，研究發現人的認知活動效率在最初15 min內較高，隨后開始下降[1,2]，因此，將MOOC形式結合于微生物發酵工程理論課程，也同時考慮到了符合學生正常的認知記憶規律，能夠有效地提高學習效率。另外，任課教師要深刻認識和掌握微生物發酵工程學課程的知識結構和內容，特別是通過課堂教學反饋及與學生的雙向交流后，深入了解哪些知識點不易被學生理解，以便更全面精致且有側重點的完成教學微視頻及教學課件的制作，明確各個知識點的聯系，將文字、動畫和圖片等多媒體資料整合優化，有效利用，并拓展包含課外及實踐性教學資源。例如啤酒發酵視頻，生物質能源研究熱點等，同時涉及近年來影響因子較高的國外期刊中相關研究的前沿進展，進而不斷更新完善教學內容，充實網絡這個學生“第二課堂”的信息量，完善教學內容。

2 開展案例教學 提高學生積極性

案例教學以近年學術刊物上發表的微生物發酵工程學相關SCI論文為案例。教師在課程開始時給出主要的幾個熱點研究方向，例如園林廢棄物的好氧發酵，生物質能源研究與開發，功能微生物在環境修復方面的應用，酒類發酵等。學生根據個人興趣以3～4人為一組，自由組合，在課余時間開展討論與分析，然后各自利用在生物信息學課程上學到的文獻檢索方法在相關數據庫查詢所需要的學術論文。通過論文的翻譯與學習，與小組內其他成員交流探討，實現論文所涉及知識點的掌握與貫通，然后將論文的主要內容以板塊形式制作成PPT，最后每小組推舉1人參加全班的報告交流。優秀的交流報告及PPT可制作為典型教學資源共享至網絡。通過這種方式，一方面學生制作的PPT及優秀的交流報告視頻可以作為典型教學案例，添加到MOOC教學資源中并共享至網絡，豐富教學內容；另一方面，可以培養學生檢索文獻、查找資料、制作PPT等利用信息化工具的學習能力提高學生的答辯交流能力，豐富他們的課外生活，增加團隊意識以及集體榮譽感，同時加強課內外教師與學生以及學生之間的互動，進一步提高學生的學習積極性[4]，為理論與實踐教學相結合奠定更扎實的基礎。

3 強化教學理論與實踐有效結合 提升教學成果

傳統的微生物發酵工程學實驗教學主要以驗證性和示范性實驗的方式反映課程內容，存在實驗內容陳舊、單一枯燥、缺乏思維性分析等弊端。而該課程本身作為一門應用性和實踐性很強的學科，需要多元化的教學方式。與MOOC模式相結合的實踐教學，教師可以將實驗目的、原理、材料、步驟及注意事項等知識點制成教學錄像或動畫等。很多學生平時對實驗室內常規儀器和設備如- 80 ℃冰箱、恒溫搖床、恒溫培養箱、超凈工作臺、PCR擴增儀、臺式高速冷凍離心機、紫外分光光度計、酶標儀、電泳儀、凝膠成像系統、普通光學顯微鏡以及電子顯微鏡等接觸較少，基本的動手操作能力匱乏。通過MOOC資源分享，教師可要求學生在課前認真觀看模擬操作演示，以減少或避免學生實踐性操作的失誤，保證課程內容被學生最大化吸收學習。課后，教師可通過發布討論話題在網上組織學生對實驗過程中的問題以及異常結果開展綜合分析，這樣可在有限的時間內較好的提升教學效果。

另外，為適應新的人才培養計劃，改善、拓展與創新微生物發酵工程實驗與實踐教學模式，結合微生物學科辦學特色及教師的科研方向，我校微生物學科在基礎類開放實驗室之外又向生物學院申請了微生物教學科研實踐基地—(林質資源)微生物高質資源化開發利用生態環保示范園。依托這一基地優勢，微生物發酵工程學實驗可以不斷增加一些創新設計性實驗，例如檸檬酸鹽發酵實驗，相關發酵菌劑的開發研制等。通過將相關實驗內容共享至MOOC課程平臺，可以方便教師鼓勵學生自行選定實驗內容，與學生在線討論實驗方案，并最終在開放性實驗室或實踐基地中

開展實驗，對于比較優秀的學生，教師會進一步引導和輔助，將其研究成果整理分析，鼓勵其在中文核心期刊或英文SCI雜志上發表。目前，本學科以本科生為第一作者累積發表的SCI論文2篇，中文核心期刊論文十余篇。學生發表的優秀論文及其寫作的經驗心得會在第一時間分享至相關課程科目的MOOC信息平臺，鼓勵更多的學生依托學校資源進行創新和提高。在這樣的背景下，即能激發學生的科研熱情，也有助于他們今后研究或工作的思維訓練。

4 注重能力培養 綜合評定學生成績

單純的筆試成績考察不能反映本科生對知識掌握、應用以及能力的培養，而當代大學生更應該注重綜合素質的提升。MOOC模式下的課程學習效果評價內容主要包括平時作業、討論以及期末考試等形式，具有多元化多樣化的考核特點。學生可在網上進行作業提交、考試答題等多種活動，課程考核合格者可以獲得相應學分。針對微生物發酵工程學課程的特點，考核評價方式要同時反映出學生的理論水平、動手能力、科學思維能力，避免考前突擊和死記硬背的情況。該課程綜合評價包括課后作業、討論參與、實驗內容以及期末考試四部分，每部分分別占總成績的權重為20%，20%，20%，40%，課程通過成績為60分(含60分)以上。教師完成每章節的課程內容后通過MOOC平臺的在線課后檢測將作業分階段布置給學生，為方便采用系統自動評分結合教師手動評分的模式，題型一般以選擇題和填空題為主，輔以拓寬學生思路的簡答和論述等。教師可以在短時間內將評分結果反饋到在線系統中，這樣也方便學生及時查看作業結果和答案說明。這一新模式避免了紙質作業的提交，節省了學生課代表的負擔，既節約了資源又有效地提高了時間利用率。學生需要在課程學習中的每個階段都完成相應的作業檢測。“討論參與”部分成績則是課上交流的方式，包括PPT制作匯報、課上回答問題，以及結合課外科研能力訓練參與情況進行判定審核。“實驗課程”部分成績是教師根據學生實驗課程表現、實驗報告完成情況以及創新性實驗設計表現來進行評定。期末考試仍以筆試形式進行，題型主要為名詞解釋和實驗設計，目的是保證學生在對基礎理論知識掌握的基礎上，開發和鍛煉其獨立設計實驗及摸索改進方法的能力。總之，多樣化的考核方式避免了以僵化的應試教育形式衡量本科學生的學習效果，強調注重提升學生的主動學習能力和創新能力，使學生在學到專業理論的同時，又能很好地掌握工程技術方面的實踐能力。有利于復合型人才培養。

5 結束語

雖然面對面的教學模式很難或者不可能完全被取代，但是MOOC模式的出現確實會對傳統教學模式和學習方法產生影響，引發教師對教學方式和方法改變的觸動，也會讓學生學習理念發生從“考”到“學”到“研”的轉變。現在，MOOC模式教學隨著教育信息化的快速發展變得越來越普遍，在我國一線城市的教育中尤為突出。將高等教育中的微生物發酵工程學與MOOC模式結合，為現代微生物發酵工程的高效便捷性授課帶來了新的發展契機，同時也存在一些挑戰。微生物發酵工程學課程要求學生具有很強的實踐能力，因此無論是實驗課程和科研實習，都需要學生在具體實驗設計和操作中獲得直接經驗，而目前的課程內容和方式可能很難完全實現MOOC化。盡管如此，MOOC方式仍然可以有效補充微生物發酵工程學課程，其具有的交互式交流反饋、多元化、多樣化考核等特色，能夠改變傳統教學的枯燥和單一化，有利于提高教學質量，充分調動學生的能動性，使學生可以更全面的利用網絡信息、資源進行個人主動性學習，鍛煉學生提出和解決科學問題的能力。隨著當今信息化時代中現代教育教學技術以及專業課程的不斷發展和進步，對教育工作者也提出了嚴峻的挑戰。我們必須不斷學習新方法、新理論，同時掌握所授課程新的研究成果和技術，更進一步充實和完善教學內容和教學模式，進而達到更好的教學效果，收獲更多優秀的教學成果。

[1] 嚴沁.MOOC時代的《醫學微生物學》課程改革初探[J].西北醫學教育,2015,23(5):836-838.

[2] Miri Barak, AbeerWatted, HossamHaick. Motivation to learn in massive open online courses: Examining aspects of language and social engagement[J].Computer&Education, 2016, 94: 49-60.

[3] 宋存江,王淑芳,李國強.開放課程背景下的微生物發酵工程教學方法與教學模式改革[J].高校生物學教學研究,2014,4(1):3-6.

[4] 金一,李志茹,趙國柱.微生物遺傳學與分子生物學教學改革探索[J].中國現代教育裝備,2013(9):45-47.

Teaching Reform in Microbial Fermentation Engineering under the MOOC Model

Guo Hui, He Xiaoqing, Li Zhiru, Zhao Guozhu, Xie Xiangming
Beijing Forestry University, Beijing, 100083, China

Microbial fermentation engineering course is a major compulsory course of biological science in Beijing Forestry University for undergraduate students. This course adopts the combination of teaching and practice, and introduces the development of microbial fermentation engineering and the application of related important technologies. Based on summarizing the teaching experience in Microbiology fermentation engineering in Beijing Forestry University, we briefly discuss a series of teaching reforms from teaching contents, teaching methods, teaching effects and examination in microbial fermentation engineering course under the MOOC model.

microbial fermentation engineering course; MOOC model; teaching reform

2016-01-06

國輝，博士，講師。何曉青，博士，副教授，教研室主任。李志茹，碩士，高級實驗師。趙國柱，博士，副教授。謝響明，博士，教授。