發酵工程課程教學改革初探

張江波

摘 要：發酵工程是一門與生產聯系密切、實踐性極強的課程，是生物學與化工的交叉學科。我院自開課十余年來，根據課程特點和授課專業，不斷進行課程改革，引入下企業生產實習優化課程設置，通過改革教材、PPT等豐富授課內容，通過引入課堂演講等形式活躍課堂氣氛，并且大力改革了評價體系，增加了評分主體，提高了公平性。授課經驗和學生反饋顯示，改革取得了一定的成效。

關鍵詞：發酵工程 課程改革 課堂演講

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0148-03

Abstract： Fermentation engineering is a very practical course in which the production is closely related. This course is a cross discipline of biology and chemical engineering. In the past 10 years since the commencement of this course， continuous reforms were carried on in our college， including the course optimization through the introduction of enterprise production practice， the enrichment of the teaching content through the reform of teaching material and teaching PPT， and the activation of classroom atmosphere through the introduction of class presentations as well as other ways. Meanwhile， the evaluation system of the course was also reformed， with increasing the evaluation subject in order to enhance the fairness in evaluation. According to our teaching experience and the feedback from the students， the reform has achieved some good results.

Key Words： Fermentation engineering； Course reform； Class presentation

發酵工程是利用微生物或其他生物細胞，在特定的生物反應器內生產某種特定的產品的工業化生產過程和技術體系。發酵工程與基因工程、細胞工程、酶工程和生物分離工程并稱為生物產業的五大工程。隨著新世紀以來各種生物技術的突飛猛進，發酵工程課程以其能夠將實驗室研究（上游技術）和工業生產實踐（中下游技術）聯系到一起的特點而受到各大高校的越來越多的重視，成為三生專業（生物科學、生物技術、生物工程）中生物技術和生物工程專業的重要課程[1]。

我院自2001年成立微生物與生物工程教研室以來，就為本院的生物工程專業和生物技術專業開設發酵工程課程，其中生物技術專業的發酵工程課程曾用名“微生物與發酵工程”，后更名為發酵工程。其后，隨著課程教學水平的不斷提高，教學方法的不斷改革，教學體系的日趨完善，我們又將該門課程推向全校，作為全校相關專業的一門專業基礎選修課，包括葡萄酒、資源與環境、創新等學院都有不少學生選修這門課程，反響良好。這也體現了發酵工程這門學科本身廣交叉、多融合的特點。在不斷擴大課程授課面的同時，我們也沒有忘記開設這門課程的初衷；為本院的生技和生工專業服務。隨著課程的不斷完善和發展，針對不同授課專業群體也越來越有各自獨立的特點；生工專業是主干課程、重點課程，課時量大，配備專門的為期1周的進駐發酵工廠的實習，教學內容與前置課程化工原理聯系密切，主要傾向于發酵工程中下游部分，以工科知識為主，表現為數學公式多，計算復雜；生物技術專業本身不是工科，未開設化工原理，學習發酵也主要是為了他們能更好的用分子生物學、基因工程等手段改造生物細胞，即發酵工程的上游菌種選育技術，因此發酵工程不是主干課程，但作為主干課程的重要補充，課時量適中，沒有工廠實習但有相應的發酵實驗課程，教學內容與前置課程微生物學和生物化學密切聯系，主要傾向于發酵工程上游部分，以理科知識為主，表現為數學公式少，但是生化代謝途徑多；其他專業的發酵工程課程，則以課程的通識理論為主，輔以授課專業的相對應的特色知識，如葡萄酒專業的學生就會專門講一下葡萄酒發酵的相關原理等，課時量較少，同樣開設相應的實驗課，沒有實習。通過這種針對不同專業、不同教學目的的課程設置的區分，達到了按需施教、差異化教學的目的，經過近幾年的不斷實踐和總結，取得了一定的成果，也積累了一定的經驗，逐步形成了適合我校情況的發酵工程教學課程體系。

1 發酵工程課程的特點

發酵（fermentation）這個詞最初的起源是指人們觀察到的葡萄酒發酵中發酵醪起泡翻涌的現象，后來引申為一種食品的制作方法。而在微生物學中，發酵的含義則是指三種生物細胞電子傳遞鏈受氫方式的一種：不同于有氧呼吸和無氧呼吸，發酵的電子傳遞鏈末端受氫體為內源性中間代謝物。而我們給學生開設的發酵工程中的發酵，則是指利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體或其代謝產物的過程，這實質上是一種工業生產層面的概念。發酵工程這門課程的顯著特點有兩個，一是與工業生產實踐聯系非常緊密，而且發酵產品涉及日常生活的方方面面，覆蓋面非常廣。二是這門課程對學生的動手能力要求較高，其中涉及的發酵原理和各個單元操作光靠課本講其實是不夠的，需要學生親自動手做才能理解掌握。這也直接導致了發酵工程實驗技術課程后來從發酵工程理論課中分離了出來。因此，發酵工程課程的教學需要兼顧系統性、基礎性、科學性、實用性和先進性[2-3]。

2 發酵工程教學方法改革

2.1 優化課程設置

課程開設之初，僅面向本學院的學生，課程設置為理論課加一個賴氨酸發酵實驗。在進行了幾屆學生的授課之后，隨著教學大綱的不斷改革，對課程授課計劃的要求的不斷提高和細化，以及在授課過程中積累的經驗和發現的問題，我們對課程設置進行了優化。眾所周知，發酵工程是一門實踐性非常強的課程，與生產實踐聯系緊密。根據這個特點，我們將實驗部分從課程主體中分離出來，單獨開設一門課程，定名為發酵工程實驗技術，實驗內容和課時量都大幅增加，并且針對不同的專業設置不同的內容。生技專業進行包括你檸檬酸發酵、蟲草固體發酵、酸奶發酵等8項內容的實驗課，內容覆蓋了發酵工程在食品、輕工等的幾個主要領域；生物工程專業則在實驗的同時進入一線生產企業陜西省太白酒廠進行下企業鍛煉實習。一個星期吃住在企業，與工人師傅一起制曲、蒸酒、包裝、檢驗，在學到實打實的發酵工程實踐知識的同時也感受了企業的生產生活、起到了絕佳的鍛煉效果。外院其他專業與生技專業實驗內容相近，根據專業特點略作調整。經過幾年的授課實踐，優化后的課程設置取得了不錯的效果，學生中的反響也越來越好。

2.2 豐富授課內容

教材是課程的基礎，在發酵工程課程的不斷改革發展中，教材也幾經更換。課程開設伊始，使用的教材為李艷主編，輕工業出版社出版的《發酵工業概論》，這本書為32開，僅有400多頁，內容不夠充實。后來，在生工專業和生技專業采用了不同的教材，前者參考兄弟院校發酵工程專業的課程采用了《生物工藝學原理》，后者采用了熊宗貴主編的《發酵工藝原理》。經過幾年授課后，我們發現前者雖然采用較多，內容也較全面，但是作為農林院校的生物工程專業，我們的課時沒有專門的工科院校那么多，且也沒有結合我們自己的特色；后者則內容偏向微生物代謝較多，在其他方面則顯得不足。經研討后我們決定采用自編教材。由韋革宏、楊祥老師牽頭，代課老師全部參與，按照自身的大綱要求，結合授課經驗，我們編寫了《發酵工程》，由科學出版社出版。目前，所有專業學生均使用這本自編教材，授課時根據專業由授課老師做出詳略重點等安排。這樣既解決了教材問題，又方便了不同專業的發酵工程課程作為一個整體進行命題、考核等工作。另一方面，授課教師的ppt也不斷改進，緊跟前沿，內容方面注重新的發酵方面研究成果的介紹，形式方面也大大豐富，圖片、視頻、flash動畫等都被采用。例如為了講授分批滅菌的步驟，把在同兄弟院校華東理工大學交流中得到的《發酵設備》分批滅菌步驟互動flash引入了本課程的課堂教學。

2.3 活躍課堂氣氛

在發酵工程的授課實踐中，我們發現一個問題一直存在，就是總論和各論的矛盾。總論講授的是發酵工程的基本原理、基本知識，各論講授是發酵工程不同代表性領域的知識。作為農林院校發酵工程課程，課時量本就不多，而且隨著教學大綱的不斷修訂，課程不斷細化，授課門數不斷增加，本課程的課時量也就一再壓縮。為了在有限的課時里盡量涵蓋總論各論的內容，更重要的是為了活躍課堂氣氛，提升學生的參與感和學習興趣，拓展學生的知識面和視野，我們引入了課堂演講的形式。總論部分由教師講授，而發酵的產品覆蓋面非常廣，可以說涉及社會生活的方方面面，所以各論部分，針對不同發酵領域的不同發酵產品，設置一系列題目供學生選擇，每名學生或每個小組選擇一個題目，進行準備，在每次課中固定的時間以ppt等形式展示給大家。在每一個題目講完后，我們會組織學生就該題目展開討論，并由演講者進行回答。經過幾年授課后我們發現，學生對這種形式非常感興趣，這從其準備的ppt中就可以看出來。例如講腐乳生產，學生就把網上找到的腐乳生產的視頻加到ppt里，并結合所學的總論內容給予了解釋。而且，學生的思維有時比教師活躍，例如在講授白酒生產時，有的小組還把酒文化部分加了進去，而且現場展示了一些飲酒的禮儀，非常有趣。有時對某個很多人都感興趣的題目，討論會過于熱烈，這時教師需要控制時間，并且進行引導，使討論不要偏離主題，同時提醒大家在開闊了視野的同時思考其中蘊含的發酵基本原理。課堂演講屬于交互式教學，是一種教學方法的探索，與傳統的教學方法相比，這種教學方法體現了以學生為主體的教學思想，提倡了真正的人才素質培養[4]。

2.4 改革評價體系

評價體系是一門課程能否取得成功，獲得學士認可的重要組成部分。課程剛開設時，主要評價方式為期末閉卷考試。隨著課程的不斷改革，評價方式改為總評由2部分組成，30%平時成績加70%期末成績，與培養計劃中絕大多數課程一樣。隨后我們在教學中發現，這門課程實踐性非常強，所以我們調整了比例，平時成績增加到40%。平時成績包括出勤、作業、演講等，其中演講占了非常大的比重。這體現了變學生為教學中主體的翻轉教學的思路[5，6]，充分發揮了學生的主觀能動性，是學生明白，只要你積極參與，你就有不錯的平時成績，而不是像以前一樣死板的只靠期末考試前的突擊。而且，演講成績的評價也采用民主的方式，每個學生都為一個演講進行打分，教師評價只占一部分，而學生自己的評價則占更大的比重。

3 發酵工程課程發展展望

發酵工程作為一門和生產實際結合密切的課程，是生工專業課程體系的重要組成部分，同時也是其他專業主干課程的重要補充。在未來的發展中，我認為有兩個點是必須緊緊抓住的。一是一定要緊緊抓住該門課程實踐性強的特點，這是它區別于其它課程的顯著特點。目前，我校投資了超過1000萬建設了生工實訓中心，購買了大量發酵設備，同時派遣教師到發酵工程方向國內領先的華東理工大學培訓了專門的抗生素發酵工藝，旨在為全校本科生開設發酵工程的公選課，這無疑是該門課程發展的重要方向和契機。同時，增強與相關企業的合作，擴大下企業實習鍛煉的專業覆蓋面，增加實習企業的種類和數目也是增強該門課程實踐性特色的有效舉措。二是也要抓緊該門課程知識覆蓋面廣，與社會生活聯系密切，適于進行啟發式、互動式教學的特點，把課堂演講的形式進一步辦好，并且發掘更多的新的互動教學的形式。

參考文獻

[1] 陳菁菁.生物技術專業《發酵工程》課程教學方法探索[J].教育教學論壇，2014（26）：221-223.

[2] 安登第，曾獻春，張瑞，等.發酵工程課程的立體化教學探索與實踐[J].微生物學通報，2014，41（7）：1443-1447.

[3] 馮惠勇，儀宏.發酵工程教學的體會與設想[J].微生物學通報，2002，29（6）：98-101.

[4] 任曉莉，趙潤柱，梁保紅.發酵工程課程的教學改革與實踐[J].微生物學通報，2011（1）：127-130.

[5] 萬敏.翻轉課堂模式在大學英語教學中的實證研究[J].高教探索，2016（5）：69-72.

[6] 汪曉東，張晨婧仔.“翻轉課堂”在大學教學中的應用研究——以教育技術學專業英語課程為例[J].現代教育技術，2013，23（8）：11-16.