發酵工程課程教學模式改革研究與探索*

梁清 王雪松 宋金娜 徐立新 劉成柏

吉林大學生命科學學院 長春 130012

0 引言

發酵工程是生物工程專業本科生的專業教育必修課，是學生在修完基礎理論課之后，運用所學知識來解決工程問題的一門重要課程，是將微生物理論學習與工程相結合的紐帶課程。目前已有很多高校生物相關專業開設了該門課程，目的是為醫療、食品等各類涉及發酵知識的相關領域培養儲備人才[1]。該課程注重使學生掌握發酵過程中的基本原理和參數控制等方面的知識，使學生對各類發酵產品的生產有初步的了解，并學會根據基礎知識的原理，到實際場景中解決問題，為今后從事專業相關的工作奠定基礎。該課程涵蓋的知識內容非常廣泛，覆蓋知識點和難點都較多，內容較為抽象，因此，對教學方式和授課手段要求較高。

傳統的授課模式側重知識的傳授，學生處于被動接受知識的地位，大量的分散知識點及抽象概念的學習和記憶降低了學生學習的積極性[2]，學生在課上難以集中注意力，從而影響課堂教學的質量。在這種教學模式中，學生的綜合能力評價所占的比重較小，對學習過程的考核也較少，很難客觀地評價學習效果。因此，需要改變現有的授課模式，擁抱各類新興技術，引入新的教學理念，汲取多種教學模式的優點，創新教學方式和教學方法[3]，將授課過程變為以學生為中心、形式靈活多樣的活動；注意將思政元素引入課程中，幫助學生理解課程學習的目的和意義，將其自身成長與國家發展結合在一起，從而培養學生的工匠精神，提升其建設祖國的使命感和榮譽感；同時改善評價體系，從各個角度全面考查學生的學習效果。

1 教學模式改革的思路

通過將教學過程轉變為以學生為中心的自主學習過程，從線下教學方式逐步轉變為線上線下混合式教學，從以教材為主轉變為基礎知識與前沿發展并重，將思政元素引入教學的各個環節，基于成果導向教育（outcome-based education，OBE）方法[4]引導學生個性化學習，反饋教育成果，從而改革教學方式，改善評價體系，重視學生學習過程的同時培養學生的綜合能力，發展和提升學生提出問題、查閱資料、整理匯總信息、團隊合作、表達溝通、解決問題等方面的能力。在教學過程中，將思政元素融入課程的講授中，讓學生了解我國相關行業的發展現狀，提升學生為祖國發展和科技進步貢獻自己一份力量的榮譽感和使命感[5]，激發學生努力學習專業知識和提高自身素質的積極性，促使學生身心積極健康地發展。

2 教學模式改革的方法

2.1 豐富教育方式

在“互聯網+”的浪潮下，基于超星平臺[6]，將發酵工程課程改為線上線下混合式教學，通過對教學內容進行梳理和編排，將部分科普性、閱讀性的內容移至線上平臺，如與日常生活密切相關的味精的生產、抗生素的發酵、啤酒的釀造等發酵工程應用領域發展前沿等內容，除課上展示PPT、布置閱讀相關材料外，還可以搭配小視頻等多樣化的媒介，并配合自測題目等，使學生可以充分利用碎片化時間進行學習。這樣，在線下課堂就可以更詳細地講解教學的重點和難點，還可將這部分講解內容錄屏錄像上傳至線上平臺，在一定時間內共享，供學生課后復習使用。課程線上資源建設如圖1所示。這種線上線下教學相結合的方式，可以有效地提升學生的學習效率，同時更便于學生對知識進行復習和鞏固。

圖1 課程線上資源建設

對于實驗和實訓部分，可以引入虛擬現實技術，將部分與大型生產設備相關的實踐項目改為虛擬仿真實驗線上操作，不僅可以提高學生的積極性和參與度，也能提高實驗的安全性。在實驗和實訓的過程中，學生可以對感興趣的部分深入學習，挖掘新的內容，在創新實驗或者創新創業大賽中研究相關課題，進而激發和培養創新思維。

2.2 改善教學手段

充分利用現已普及使用的電腦和手機等現代化工具，在講授課程的過程中添加多媒體因素。利用已有的線上教學平臺開展上課自拍簽到、手勢簽到、搶答等豐富多樣的環節，讓學生感受到樂趣，激發學生的積極性，提升學生的參與感。拍照簽到界面如圖2所示，搶答環節界面如圖3所示。學生可以通過手機客戶端方便地與教師進行互動和交流，有問題也可以及時地向教師咨詢，極大地擴展了師生交流的渠道。

圖2 拍照簽到界面

圖3 課程搶答環節界面

通過使用各種平臺布置課程任務，鼓勵學生在理解基礎知識的前提下，深入探索該領域的發展現狀，使學生充分地利用網上資源及課后的時間對任務進行學習。線下教學時抽出部分內容采用翻轉課堂的方式，讓學生提出自己感興趣的話題，講解并開展討論，這有利于擴展學生的視野和思路。對于大多數學生都感興趣的課題，如學生遇到困難，教師可以在課堂上進行講解。同時，在線平臺的使用有利于對課堂報告、每次課堂測試成績、課堂討論的參與率等進行分析，也有利于對學生的學習情況進行跟蹤管理，可以應用OBE 方法，根據學生的掌握情況調整教學內容。

2.3 調整評價體系

在傳統的考核評價體系中，基本上是按照“平時（30%）+期末考試（70%）”的比例進行考核，其中平時成績多是由作業和考勤決定的。通過適當增加平時成績的比例，并將其分為多個組成部分，充分地將線上線下各方面學習的表現考慮進來。例如，在翻轉課堂的過程中，學生的表達能力、提出問題和解決問題的能力、課程報告的撰寫能力等，線上搶答、知識討論等方面都被納入學習過程的考核中，這樣可以盡量避免出現學生只在考前學習（不能牢固掌握知識點）的不良學習習慣，讓學生體驗整個學習過程的樂趣以及解決問題的成就感，同時提升了學生的綜合素質，為今后的課題研究奠定了良好的基礎。

2.4 引入思政元素

2020年印發的《教育部等八部門關于加快構建高校思想政治工作體系的意見》，提出了“全面推進所有學科課程思政建設”的要求。發酵工程課程教學引入思政元素，可以培養學生為祖國發展而探索科學技術前沿的榮譽感和使命感，對學生產生長期的、潛移默化的積極影響。

授課教師通過強化自身學習認識到思政教育的重要性，提煉課程思政的目標，設計合理的課程思政方案，提出合適的課程思政方法，努力從課程的各個環節中挖掘思政元素的融入點，提升進行課程思政的能力，并學會把握融入思政元素的時機。例如，在課程的緒論部分，從我國古代就已經開始發展的發酵技術的相關歷史進行講解，激發學生的學習興趣，增強學生的文化自信；通過青霉素發現的故事讓學生明白求真務實、堅持不懈的科研精神的重要性；通過抗生素使用泛濫的事例，讓學生明白不斷突破科學瓶頸的必要性。在講述時事熱點時，讓學生感受發酵工程為我國科技發展和經濟振興帶來的變化。例如，講解新冠疫苗通過發酵實現大規模的量產，從而引出疫苗的生產過程和生產技術的發展，使學生充分感受到祖國強大的科技實力，學習科學家無私奉獻的敬業精神和愛國情懷；又如在講授發酵工程的研究熱點和前沿知識時，讓學生在學習過程中意識到發酵工程技術已經從傳統的利用微生物量產各類產品逐步演變至DNA 重組及細胞融合技術、基因組學、代謝組學等新技術，這些新技術與傳統發酵技術相融合形成了現代工業發酵技術體系[7]。總之，在講授發酵工程課程內容時要注意相關內容的與時俱進，要堅持學習，終身學習。

3 發酵工程課程發展展望及結論

發酵工程課程作為一門與實際結合緊密的課程，對于培養學生的實踐能力、提升其綜合素質具有重要的意義。

在未來的課程發展中，隨著信息技術的快速發展，應將更為多元的教學方式引入課程中，充分提升學生的參與感，提高學生的學習主動性和學習效率。在課程實驗和實踐中，虛擬現實技術的引入將給實驗帶來更多的可能性，可以提升實驗的安全性，加深學生對于發酵過程和工藝的理解，提高學生的實際操作技能，同時進一步擴展學生的思路。學生可以通過參加各類創新實驗和競賽，發散思維，培養創新能力和激發科研熱情。

在授課過程中，通過引入更為豐富的教學手段，可以更好地了解學生在學習過程中的掌握情況，根據學生的學習效果進一步調整授課內容，也可以探索與其他課程穿插教學，將相關的知識點更好地提煉總結出來，提升學生的學習效果，系統地構建學生的學習體系。

在課程評價體系中，通過學習先進的評價方式，引入科學的評價方法，更合理且全面地評價學生在學習過程中的表現，鼓勵學生全面發展，給學生更多鍛煉自己各方面能力的機會。

通過進一步引入思政元素到課程的各個環節中，在專業課程中輸入人文價值觀念，進一步激發學生的學習熱情，鼓勵學生學習科學家的敬業精神和愛國情懷，倡導學生注重培養使用科學知識解決問題的能力，提升自身素養，培養工匠精神。