PBL教學法在微生物工程實驗教學中的應用

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，為提高教學質量，在微生物工程實驗教學中嘗試引入PBL教學法。結果表明，在微生物工程實驗中實施PBL教學法，可訓練學生科學的思維方法，提高學生的職業技能，培養學生的創新能力。

[關鍵詞] 微生物工程實驗；PBL；教學改革

[中圖分類號] R642.2 [文獻標識碼] 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專業的主干專業課程之一，是現代生物技術與工程學緊密結合的課程，是一門應用性和實踐性非常強的課程。通過該課程學習，要求學生掌握微生物工程的基本原理和方法，初步具備應用這些基本理論去分析和解決生產過程中的具體問題以及開發新菌種、新工藝和新技術的能力，為學生將來從事生物技術實際工作打下扎實的專業基礎[1]。實驗課程是實踐教學的重要環節，實驗教學的任務是加深學生對理論知識的理解，掌握科學研究的基本方法和實驗技能，培養學生嚴謹的治學作風、分析問題和解決問題的能力，創新能力和創新精神。目前國內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，強調靈活多樣的實驗教學方法[2]。

PBL是以問題為基礎來展開學習和教學過程的一種教學模式，PBL 教學強調把學習設置于復雜的、有意義的問題中，通過讓學生合作解決實際問題來學習隱含于問題背后的科學知識，從而培養學生獨立思考問題和解決問題及創新的能力，提高學生學習的主動性，使學生由“學會”變為“會學”[3-4]。微生物工程具有工程與應用特色，如何使學生在眾多的單元知識學習過程中，將知識點融會貫通以適應當前科技飛速發展，已成為檢驗課程教學成敗的關鍵。積極探索在微生物工程實驗教學中引進PBL教學法，將為學生精心選擇和設計的問題融入實驗教學中，學生通過在實驗中解決這些問題來獲取關鍵的知識，并在實驗過程中訓練相關的操作技能。

1 PBL在微生物工程實驗教學中的應用

1.1 實驗內容的改革

由于微生物工程涉及上游的菌株選育、中游的發酵培養和下游的產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化及上中下游總體的優化與整合等，以及新產品、新工藝、新技術的開發。過去開設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，但由于開設的實驗涉及不同的產品，內容之間聯系不多，學生完成實驗后，雖然學習了一些基本技能，但對微生物工程產品生產的全過程缺乏總體認識，特別是對各單元操作的優化與整合沒有得到訓練，不能將所學的知識融會貫通。因此，當遇到實際問題時，學生還是不知如何下手，缺乏應對實際工作的綜合能力[5]。為了解決實驗教學中存在的問題，設計了以一個產品為主線的綜合性探究性實驗，明確實驗目標，學生為了完成實驗的總體目標，必須對實驗的各單元進行分解和整合，實驗結果是開放性的。為完成實驗任務，學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用。教師在實驗教學中采取PBL的教學模式對學生進行引導。學生完成實驗后會對微生物工程的上中下游各環節有一個清晰的，完整的認識。同時，培養了學生的創造性思維和創新精神，提高學生的綜合能力。

1.2 PBL教學法的實施

綜合性實驗是以微生物發酵生產葡萄糖淀粉酶為主線，實驗的總目標是在搖瓶規模下實現葡萄糖淀粉酶的高產。該實驗包括菌種的篩選、培養基的優化、發酵條件的優化、產品的分離純化、葡萄糖淀粉酶活性的測定等環節，學生需要將上中下游各環節進行優化整合才能完成實驗任務。實驗老師一般把20人左右的學生分為一個實驗班組，在實驗前向實驗班的同學明確提出他們要完成的實驗總目標，然后要求同學們分成4個小組通過查閱文獻各自制定出葡萄糖淀粉酶的生產路線，包括菌種的篩選、培養基的配方、發酵工藝條件、分離純化的方法，然后制成PPT上臺演講，老師和同學一起討論4個小組提出的方案，最終確定出一套基礎方案。下一步，老師和學生一起討論將總目標分解成各環節的小目標，老師會針對目標提出問題，學生根據目標問題自主在4個小組中進行分工，同時運用統計學的優化方法設計實驗，各小組完成優化實驗的一部分，然后將全班的實驗結果匯總，分析討論，得到最優的生產條件。如全班同學先分工用正交的方法完成了培養基的優化，下一步再分工完成發酵條件的優化。實驗過程中，教師針對具體問題，讓學生主動思考，分析討論，鼓勵學生自己分析問題。這樣就可使學生加深對實驗全過程的認識。許多學生提出一些新穎的想法，把學習真正變成創造性的活動，提高了學習效果。最終通過全班同學的努力，逐步完成實驗方案中所有的實驗環節，實現了實驗的總目標，同時也在實驗過程中培養了學生的思維能力、創新和協作能力。

2 PBL教學法在微生物工程實驗中實施效果分析

2.1 提高學生的綜合素質

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

2.2 提高教師的素質

PBL實驗教學的實施，需要指導老師更新教學思想觀念，注意角色轉換，精心選擇恰當的實驗教學內容，具有完善的知識結構，有能力對學生的實驗設計方案進行指導，控制實驗的進程并解決學生在實驗操作過程中出現的各種問題。實驗指導教師自身創新思維的培養和創新能力的提高是提升創新性實驗教學質量的前提，在微生物工程實驗中實施PBL教學，需要教師不斷提高自身教學水平，深化教學改革，進行教育創新，有力地促進了本專業師資隊伍建設和教學研究工作的開展。

3 結語

教學理論特別強調教會學生學習，PBL教學以學生為中心的教學思路，即訓練學生科學的思維方法，又促進了教師專業水平提高和教學方法創新，達到了教學相長的目的。在微生物工程實驗中實施PBL教學，對促進學校生物技術專業課程教學質量的提高，深化教學改革和人才培養具有積極的意義。

[參考文獻]

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

[2] 謝明杰，陳茜，王倩，等.強化微生物發酵工程實踐教學培養學生創新能力[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教學模式在生物化學教學中的重要性[J].教育教學論壇，2017（1）：123-124.

[4] 揣俠，趙艷，劉偉，等.PBL與LBL教學法相結合在醫學微生物學實驗教學中的應用和探討[J].中國繼續醫學教育，2017，9（1）：15-17.

[5] 姚越飛.發酵工程課程實驗教學改革探索[J].中南林業科技大學學報：社會科學版，2010，4（4）：166-168.

（收稿日期：2018-04-08）