工程教育視野下“微生物學”課程教學改革探索

劉莉娜 羅洪鎮(zhèn)

［摘 要］ 為滿足工程教育專業(yè)認證基本要求，以生物工程專業(yè)的核心專業(yè)課程“微生物學”為研究對象，指出該課程的課程定位與工程教育的聯(lián)系，分析該課程目前存在的不足之處，從教學內(nèi)容、授課方式、實踐能力培養(yǎng)及考核形式等四個方面進行初步探討并提出改革思路，致力于培養(yǎng)學生將該課程基礎知識應用于實踐的能力，為滿足工程教育專業(yè)認證背景下“微生物學”課程的達成要求以及進一步提高同類課程教學水平提供借鑒。

［關鍵詞］ 微生物學；工程教育專業(yè)認證；改革思路；生物工程

［基金項目］ 2022—2023年淮陰工學院教學改革研究課題“基于奧爾堡PBL模式的儀器分析課程教學改革與實踐”（JGKT202104）

［作者簡介］ 劉莉娜（1988—），女，河南漯河人，博士，淮陰工學院生命科學與食品工程學院講師，主要從事微生物合成途徑改造及代謝調(diào)控研究；羅洪鎮(zhèn)（1988—），男，山東棗莊人，博士，淮陰工學院生命科學與食品工程學院講師，主要從事發(fā)酵過程優(yōu)化與控制研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）16-0072-04［收稿日期］ 2022-05-12

一、課程改革背景

隨著國際經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工程技術職業(yè)全球化需求不斷提高，因此工程專業(yè)人才的跨國流動已成為各國關注的重點［1］。隨著我國經(jīng)濟和教育水平的不斷提高，國際工程教育專業(yè)認證在我國得到重視，并逐漸培育出越來越多的高質(zhì)量工程技術人才。工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎［2］。工程教育專業(yè)認證的實施對我國高等教育來說既是機遇也是挑戰(zhàn)，有助于實現(xiàn)我國高等教育的國際化。與此同時，也對我國高等教育提出了新的要求，在課程的教學大綱、授課方式以及考核形式等諸多方面需要進行相應的改革，切實提高教學質(zhì)量，提升學生的工程實踐能力。

微生物學是生物學的分支學科之一，是研究各類微小生物生命活動規(guī)律和生物學特性的科學［3］。微生物學在分子、細胞或群體水平上研究各類微小生物（細菌、放線菌、真菌、病毒、立克次氏體、支原體、衣原體、螺旋體原生動物）的形態(tài)結構、生長繁殖、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動的基本規(guī)律，并將其應用于生物工程、工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護等領域的科學。“微生物學”不僅是高等院校生物類專業(yè)必修的重要基礎課或專業(yè)基礎課，也是現(xiàn)代高新生物技術的理論與技術基礎。通過本課程的學習，使學生系統(tǒng)地了解微生物獨特的結構特點、遺傳代謝規(guī)律及其在整個生物界中的分類地位和對人類生產(chǎn)實踐的重要意義，幫助學生在掌握基礎知識的基礎上通過勞動實踐建立科學的思維方式。本課程內(nèi)容涉及面較廣，與“基因工程”“細胞工程”“酶工程及發(fā)酵工程”等相關課程知識具有交叉點，可以培養(yǎng)學生在多學科交叉領域中分析并解決復雜工程問題的能力［4］。工程教育專業(yè)認證背景下對“微生物學”課程達成要求包括：（1）能夠綜合運用數(shù)學、自然科學與生物工程專業(yè)基礎知識，識別和判斷復雜生物工程問題的關鍵環(huán)節(jié)。（2）能運用生物工程基本原理，研究生物產(chǎn)品開發(fā)過程的影響因素，并獲得有效結論。（3）能夠應用生物工程及其相關科學實驗基礎知識，通過文獻檢索，調(diào)研和分析復雜生物工程問題的解決方案。由此可見，為滿足工程教育專業(yè)認證基本要求，需要提高學生將課程知識應用在實踐中的能力。因此如何進行課程設計，采用何種教學形式，如何提升學生的工程實踐能力，采用何種方式科學進行課程考核是提高本課程教學質(zhì)量水平的關鍵點，同時也是培養(yǎng)應用型高技術人才的重點。

二、圍繞重難點，合理設計教學方案

在“微生物學”教學過程中應該以工程教育專業(yè)認證要求為導向，進行教學大綱修訂，合理設計教學方案。作為“生物之王”的微生物，在自然界幾乎無所不在，其種類繁多、數(shù)量龐大，日常生活中時刻能感受到其存在，但是卻看不見、摸不著。通過精心設計教學方案，將要看不見、摸不著、難以想象的微生物學知識介紹給學生，并激發(fā)學生的學習熱情，使學生掌握微生物知識，提高學生的社會責任感和民族自豪感。微生物學以細胞結構特點為重點，研究原核微生物、真核微生物及非細胞生物病毒的細胞組成及功能。這部分內(nèi)容需要記憶性的知識點較多，因此，在教學過程中需要對相關知識點進行橫向水平和縱向水平的歸納對比，在理解的基礎上加強學生知識點的鞏固。此外，微生物學中涉及的微生物營養(yǎng)、代謝、生長與控制、遺傳與變異是難點內(nèi)容，可以通過案例教學法，采用理論與案例相結合的方法，讓學生通過“感知”來“接觸”和深入理解知識點。案例教學法是一種以案例為基礎的教學法，著眼點在于學生創(chuàng)造能力以及實踐應用能力，通過具體教育情景的描述，引導學生對這些特殊情景進行討論，教師于教學中扮演著設計者和激勵者的角色，鼓勵學生積極參與討論［5］。例如，微生物代謝這部分內(nèi)容，以酵母菌的生長代謝為例，通過講解酵母菌的形態(tài)和酵母菌的細胞結構，進而聯(lián)系發(fā)酵工業(yè)常用的酵母菌及酵母菌在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)中的應用，由淺入深，將案例分析與理論知識相互融合，不斷變換教學形式，轉移場景，讓學生注意力能高度集中，有利于激發(fā)學生的學習熱情及增強對知識點的掌握。

三、教學形式多樣化，調(diào)動學習積極性

本課程以學生發(fā)展為核心，關注學生全面、和諧發(fā)展，推動知識習得、思維訓練、人格健全的協(xié)同。為達到工程教育專業(yè)認證的目標，必須全面調(diào)動學生的學習積極性，主動參與到課程教學活動中。為了使學生能夠更好地理解和掌握課程內(nèi)容，應該堅持以學生為中心的教學理念，激發(fā)學生的學習主動性［6］。在教學過程中根據(jù)課程內(nèi)容特點，探索多種教學方法，比如啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學方法，促進學生自主學習能力的提高。此外，重視運用團隊學習、案例分析等方法培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新意識和能力。例如，從人類最早利用的微生物之一——酵母菌為切入點，講授酵母菌在自然界中的分布及其特性，介紹工業(yè)中常用的酵母：啤酒酵母、卡爾斯伯酵母、漢遜氏酵母、假絲酵母，以及酵母在啤酒、酸奶及果酒釀造中的應用。同時，為適應新形勢下的教學需要，積極探索線上線下混合式教學，將在線教學和傳統(tǒng)教學的優(yōu)勢結合起來，通過兩種教學組織形式的有機結合，將學生引向深度學習，重視學生學習全過程的評價和評價方式的多樣性。

由于微生物學基礎知識與工廠生產(chǎn)實踐密切相關，因此在教學過程中可以采取企業(yè)現(xiàn)場教學，帶領學生深入企業(yè)生產(chǎn)一線感受真實的現(xiàn)場環(huán)境，實現(xiàn)理論學習和生產(chǎn)現(xiàn)場工程實踐交替進行，幫助學生深刻理解微生物學中涉及的微生物細胞結構、生長控制、代謝及微生物發(fā)酵等相關理論知識，用所學的理論知識分析實際生產(chǎn)工藝技術，使理論知識得到充實、鞏固、深化；充分調(diào)動學生學習的主動性、積極性，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。通過基礎知識和應用案例的分析，增加理論學習的趣味性和吸引力，有助于學生掌握從理論到應用的學習方法，更有助于激發(fā)學生在學習應用的過程中，深入探討理論基礎，從而形成“理論—實踐—再理論—再實踐”的學習思路與方法。此外，授課過程中可以采取“虛實結合”的教學方式，虛擬仿真實驗項目具有高效、安全的特點，學生通過分析現(xiàn)有工藝流程的缺點和不足，提出技術改造方案，探索最優(yōu)操作條件和最優(yōu)控制方案，對于學生了解微生物發(fā)酵工藝過程，提高對工藝過程調(diào)整控制能力發(fā)揮了積極的作用，可以有效提高學生實踐能力與創(chuàng)新能力。

四、創(chuàng)新培養(yǎng)方式，提升實踐能力

（一）課程思政，落實立德樹人根本任務

教學過程中堅持立德樹人，推進“三全育人”，構建以“周恩來精神”育人為特色，堅持思政課程和課程思政同向同行［7-8］。例如，在學習微生物的發(fā)現(xiàn)過程中，引入巴斯德面對當時流行的微生物“自生說”，通過曲頸瓶實驗反駁了當時的學者，提出使培養(yǎng)液變質(zhì)的微生物不是自生的，而是來自空氣。通過該例子，告訴學生面對困難不要質(zhì)疑自己，要通過不懈努力證明自己的能力；在學習微生物生長與控制過程中，通過講解微生物個體生長與群體生長的關系及影響微生物生長的物理、化學、生物因素，抑制、殺滅與防止食品環(huán)境中有害微生物的方法，聯(lián)系生產(chǎn)生活中廢水排放導致水華和赤潮頻繁發(fā)生的現(xiàn)象，指導學生注意生活污水的排放，關注環(huán)境污染問題，保護環(huán)境；在學習微生物遺傳與變異過程中，培養(yǎng)學會依據(jù)微生物的遺傳特性，設計并創(chuàng)新工業(yè)微生物菌種的篩選程序，合理保藏所得菌種的能力。通過建設“微生物學”課程思政案例庫，在強化學生的民族自豪感和社會責任感的同時提高自身的實踐能力（如圖1）。微生物是一把雙刃劍，既有有利的一面，又有有害的一面。讓學生掌握控制微生物的方法，減少或杜絕微生物的傳播，提高微生物學習者的社會責任感；通過對傳統(tǒng)發(fā)酵食品的介紹，增強民族自豪感，培養(yǎng)學生的家國情懷，對學生未來的生活方式和生活質(zhì)量均有著深遠的影響。

（二）產(chǎn)教融合，扎實推進協(xié)同培養(yǎng)模式

產(chǎn)教融合是當代職業(yè)教育發(fā)展的現(xiàn)實路徑和重要指導思想［9］。“微生物學”應始終堅持“學生中心，產(chǎn)出導向，持續(xù)改進”的人才培養(yǎng)理念，按照國家工程教育專業(yè)認證的標準和要求，全面修訂課程教學大綱，明晰課程目標和學生畢業(yè)要求，推進“微生物學”課程建設與改革。依托地方特色生物產(chǎn)業(yè)，主動對接地方釀酒、發(fā)酵飼料、生物制藥等企業(yè)，推進產(chǎn)教融合，建立多元協(xié)同培養(yǎng)機制，將專業(yè)標準與行業(yè)標準對接，內(nèi)化到課程標準具體執(zhí)行。與企業(yè)共同建設教學資源，共同評價教學效果，實現(xiàn)課程內(nèi)容與崗位能力匹配、教學過程與生產(chǎn)過程融合、人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求對接，有效提升學生的就業(yè)能力。

（三）科教融合，強化實踐應用能力

堅持把科研成果融入課程，如本課程團隊成員將解脂耶氏酵母、芽孢桿菌合成生物學等研究成果作為“微生物學”課程的案例與素材。通過“雙向選擇、雙導師制、雙重身份、雙方評價”，構建教學與科研融合的實踐教學培養(yǎng)模式。通過科研反哺教學，有效地將教學團隊的學術優(yōu)勢轉化為教學優(yōu)勢。

（四）課程融創(chuàng)，夯實工程創(chuàng)新能力

以強化學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為主線，通過校政企所協(xié)同，依托地方產(chǎn)業(yè)、機構資源等，開發(fā)特色教學環(huán)節(jié)，實現(xiàn)學生培養(yǎng)從學校到企業(yè)的路徑全方位覆蓋，提高課程教學內(nèi)容與生產(chǎn)實際的契合度，增強學生工程及社會實踐創(chuàng)新能力。

（五）科學考核，提升課程綜合水平

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，為適應當前招生就業(yè)制度改革出現(xiàn)的新形勢和市場經(jīng)濟體系的重新構建，要充分發(fā)揮高校專業(yè)課在學生就業(yè)中的基礎指導作用，增強學生為社會經(jīng)濟發(fā)展服務的作用［10］。近年來，現(xiàn)行課程考核的辦法不適應素質(zhì)教育，往往導致學生對基礎知識掌握不牢固，在專業(yè)領域綜合應對能力差。課程教學是素質(zhì)教育的主陣地，積極探索和建立合理、科學的課程考核辦法，是高校全面提高學生綜合素質(zhì)的重要措施。目前，本教研組對“微生物學”這門課程的考核主要采用試卷考試方式，兩次期中考核占比30%、期末考核占比50%、平時考勤和作業(yè)占比20%。該考核方式注重考查學生對于理論知識的記憶情況，而無法考查實踐過程中學生對于知識點的應用能力，對于“微生物學”這門注重應用性、對工程實踐能力要求較高的課程而言無法達到考核要求，因此，應該選用更加科學合理的考核方式，分別從基礎知識和工程實踐兩方面著手，充分考查學生將基礎知識應用于工程實踐的能力。課程基礎知識的考核可以沿用傳統(tǒng)的方式，如從平時成績（作業(yè)）、課堂提問、期中測試及期末考試等多方面進行，實現(xiàn)少量、多次、反復的強化記憶，在考核的同時增強學生對基礎知識的鞏固與強化記憶；工程應用能力的考核重點體現(xiàn)基礎知識在實際生產(chǎn)中的綜合應用，可以通過采用大作業(yè)的形式，對生產(chǎn)過程的設計思路、工藝流程及生產(chǎn)安全等多方面進行設計，培養(yǎng)學生對基礎知識的掌握及實際應用能力。

結語

隨著我國高等院校中應用型專業(yè)對工程教育專業(yè)認證的不斷重視，專業(yè)人才培養(yǎng)模式需要進行創(chuàng)新，“微生物學”教學工作也要不斷進行調(diào)整與完善，以達到工程教育的培養(yǎng)要求和考核標準，達到知識與技能、過程與方法以及情感、態(tài)度、價值觀三個維度的教學目標，與人的發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展相融合。

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Abstract： To meet the basic requirements of engineering education professional certification， taking Microbiology as the research object in biological engineering specialty， this paper points out the relationship between the course orientation and engineering education and analyzes the existing shortcomings of Microbiology. The teaching reform was discussed from four aspects： teaching content， teaching methods， cultivating practical ability and examination form， which contributes to cultivating students ability to apply basic knowledge in practice. This paper meets the requirements of microbiology curriculum under the background of engineering education certification and provides reference for further improving the teaching level of similar courses.

Key words： Microbiology; engineering education professional certification; reform ideas; biological engineering