“發酵工程”課程教學改革與實踐

戴德慧，胡偉蓮

（浙江科技學院生物與化學工程學院，浙江杭州 310023）

發酵工程是指在人為控制的條件下，通過微生物或動植物細胞的生命活動而獲得人們所需物質的技術過程，是現代生物技術的重要組成部分[1]，也是生物化工研究成果產業化的必由之路，在國民經濟發展中發揮著重要作用。因此，“發酵工程”課程在生物化工及其相關專業課程體系中有著極其重要的地位。研究生教育是高等教育的重要組成部分，是一個國家最高層次的教育水平，是科技創新的源泉。如何提高研究生教育水平，是增強高校的科研和創新能力的關鍵要素之一，對國家科技的發展水平具有較大影響[2]。研究生教育不應是本科生教育的簡單延伸，在研究生課程的教學內容、教學方法和考核方式等教學過程中應與本科生教學有較大區別。簡單地將本科生的教學模式照搬到研究生課程教學中不利高層次創新型人才的培養。學校自2014年化學工程與技術一級學科研究生招生以來，“現代發酵工程”課程已開設了5年。通過5年來研究生教學分析與反思，針對教學過程的具體問題及教學改革需要提出了一些對策及改進。

1 教學內容

在教學過程中面臨最大的難點是選修學生的專業基礎差異較大。其主要原因為學校“發酵工程”課程面向整個化學工程與技術一級學科下所有方向的研究生開放選修，選修的研究生其本科專業主要為食品科學與工程、生物工程，少數學生為化學工程、制藥工程及材料科學與工程等專業。對于生物工程專業畢業的學生已在本科階段學習過很多相關課程，主要包括“微生物學”“生物化學”“分子生物學”“生物工藝學”等。食品科學與工程專業畢業學生也學習過“微生物學”“生物化學”，具備了該課程的基礎理論知識。而化學工程、制藥工程及材料科學與工程等專業的學生在本科學習階段很少接觸到“微生物學”“生物化學”“分子生物學”等基礎課程，但這些專業選修的學生未來研究的方向卻需要應用到該課程的相關知識。因此，在教學內容的選取上需要充分考慮且兼顧到各專業背景的學生。對于非生物工程與食品科學與工程專業的研究生，因其有良好的化學基礎，可以在課程的學習過程中推薦自學“生物化學”“微生物學”等基礎課程。此外，生物技術是當前世界最前沿的學科技術，生物科技日新月異，怎樣在教學中緊跟科技發展趨勢，培養出符合社會需求的人才一直是各高校生物類課程教學中經常思索的問題[3]。因此，教學內容的安排上以發酵單元操作為主線，以學科的前沿知識與新興技術、工業實際應用、科研成果等為補充。通過傳統的課本教材及經典著作、文獻資料、教師的科研成果等組成教學內容體系。各類教學內容所占比例平均為教材占50%，學科前沿占 20%，工業應用占20%，實踐操作占10%。不僅拓寬了學生的視野、提高學生的學習興趣，還可促進學生知識結構的深化與拓展，為創新型應用人才的培養創造了有利的條件。

2 教學方法

教學方法是在教學過程中教師為實現教學目的、完成教學任務而采取的各種活動方式、手段和程序的總稱[4]。良好的教學方法不僅可以增強研究生的學習自覺性和積極性，還能提高學生的學習效率及創新能力，對教學的效果起著決定性的作用。由于研究生教育的特殊性，其并不是本科教育的簡單延伸，因此不能簡單地照搬本科生課程的教學方式及模式。而應根據本專業的培養目標與要求，結合學校研究生培養特點及知識結構與水平等方面的情況，摸索出一條適合專業研究生培養的教學模式及教學方法。而不再是傳統的教師根據教材進行講解，學生被動聽講的填鴨式的教學。為了提高課程教學質量，對課程的教學模式、教學手段、實驗與實踐教學等方面進行了積極的探索。

2.1 教學模式的創新

教學模式是指教學理論和教學實踐相互聯系與相互作用的媒介，是構成教學系統諸要素的組合方式，是開展教學活動的一套方法論體系[5]。傳統的課堂教學模式是一種以教師、書本及課堂為中心的教學模式，容易形成單向灌輸、學生被動接受的局面。由于作為認知主體的學生在整個教學過程中都始終處于被動地接受知識的地位，其學習的主動性易被忽視和壓抑。這種模式難以培養高素質的創新型人才。因此，傳統教學模式的缺陷非常明顯。改變傳統教學模式、打造高效課堂模式極為必要。研討式教學模式是以解決問題為中心的教學方式，通過由教師創設問題情境，師生共同查找資料，研究、討論、實踐、探索，提出解決問題辦法的方式，使學生掌握知識和技能。課程選修的學生一般在10人左右。采用研討式教學模式有得天獨厚的優勢。根據教學大綱及教學目標，在每次課后設置5～6個主題，學生通過閱讀教材及參考書、參考文獻、課程網站等對主題展開自主學習，在自主學習中獲得相應的理論知識，并形成自己的觀點。在隨后的課堂上通過閱讀自講、討論、啟發、案例分析等多種方式進行課程研討，教師對研討內容進行總結。由于每個學生在課堂上均需討論與發言，必然要對相關的主題熟悉。學生會自覺地努力閱讀參考書及相關文獻，從而充分調動學生的學習主動性和積極性，促使了學生和教師的思維同步進行。

2.2 教學手段的現代化

互聯網技術的興起對研究生學習行為的影響日益增強。隨著現代生物技術知識的快速更新及教育內容的復雜化，在現代研究生教育過程中引進先進教育技術已刻不容緩。隨著互聯網的飛速發展，電腦、智能手機、平板電腦等互聯網終端設備已成為人們生活中的重要部分。“互聯網+”學習也成為近年來在教學方法中研究的熱點。翻轉課堂把傳統的學習過程翻轉過來，課前學生帶著教師引導的問題自主完成知識點的學習，課堂則主要進行師生互動式答疑討論，解決自主學習過程中遇到的問題和難點[6]。翻轉課堂是研討式教學的重要形式。隨著互聯網技術的發展及在高教領域的應用，“翻轉課堂”教學模式已成為現實。學生可以通過互聯網去獲取和使用優質的教育資源，不再單純地依賴授課教師去講授知識。在課前完成知識的自主學習，在課堂完成知識的內化和升華[7]。同時利用微信構建課程的網絡交流平臺，加強了師生、學生之間的交流與溝通，取得了較好的教學效果。

2.3 實驗與實踐教學貫穿整個教學過程

實驗課教學是培養訓練專業應用技術和操作技能的場所，是理論與實踐結合的紐帶[8]。

“發酵工程”一門實踐性極強的學科，通過實踐教學不僅可以鞏固和加深理論知識學習。同時可以提高學生的工程視角和思維，從而培養科研的創新能力。在學校生物工程專業開設的生物工程專業實驗包括上游基因工程、中游發酵工程、下游生物分離工程等3個模塊，即在基因工程模塊中構建大腸桿菌脂肪酶工程菌，發酵工程中以10 L小型發酵罐進行發酵生產，下游通過細胞破碎、固液分離、鹽析、親和層析、離子交換層析等過程進行脂肪酶提取與純化。通過整套實驗取得非常好的教學效果。由于學校研究生招生中學校生物工程專業本科生所占比例較小，大多數為食品、制藥專業或外校錄取的學生。在發酵工程方面的實踐機會較少，動手能力較弱。鑒于選修該課程的學生大多數今后均會接觸到微生物發酵方面的課題研究。因此，在該課程的理論教學過程中穿插實驗與實踐教學非常有必要，這對今后學生畢業論文的開展有非常大的幫助。學校發酵工程實驗室配有1套四聯發酵罐、3套全自動獨立發酵罐。可以根據學生自己興趣或組合今后研究的課題進行綜合設計、獨立實驗。發酵實驗室全天開放。學生通過菌種活化、菌種擴大培養、發酵罐發酵控制及發酵液處理等過程能深刻掌握發酵工藝過程，達到了較好的教學效果。此外，工程應用創新型人才培養也是學校的特色。開展生產實踐、指導現場生產是一個非常重要的教學環節。在實際生產中可強化理論學習。充分調動學生學習的主動性、積極性和創造性。學校與許多知名的微生物發酵生產企業建立了良好的合作關系，學生可以根據自己的興趣選擇不同的企業進行現場學習，了解發酵生產設備及生產工藝流程，同時可以和企業技術人員進行交流，加深了對于所學理論知識的理解，提高了知識的應用能力和創新意識。

3 完善考核制度

研究生教育是最高層次的教育，培養具有創新意識和創新能力的高層次人才是研究生培養的主要目標。因此，在評價學生與成績評定方面，不應像本科生課程一樣通過期未筆試“一刀切”的評價方式，這會導致學生只注重在期末考試前復習，而不重視平時課后及課堂的學習，不利于調動學生的學習積極性，更不利于研討式教學為主的教學方式進行。課程考核體系應具有一定的靈活性，要真正能夠調動學生的學習積極性及正確的評價學生。因此，采用綜合成績作為評價學生最后的課程成績。其中，平時成績占綜合成績的50%，平時成績主要包括出勤和課堂討論，出勤占平時成績的10%，課堂討論占平時成績的90%。學生的觀點正確與否不是唯一的評價標準，而對學生在課堂討論過程中的參與意識、創新意識及創造能力進行綜合評價。期未成績由2個部分組成，一是課程綜述論文的質量，包括選題、格式、內容及參考文獻等，占期末成績的80%；另外是課程綜述論文的內容制作成PPT并在課堂上講述，包括PPT制作、講授等，占期末成績的20%。通過對學生綜合考核評價，不僅激活了學生課堂討論的積極性，同時也提升了資料檢索能力、專業綜述寫作水平。