項目教學法在“發酵工程實驗”教學中的應用探索

楊翠鳳

（百色學院農業與食品工程學院，廣西百色 533000）

發酵工程是一項利用細菌、真菌、放線菌、酵母菌等各類微生物的生長和代謝活動來生產各種初級或次級代謝產物（如氨基酸、蛋白酶、纖維素酶、抗生素等） 的工程技術，而發酵工程實驗是生物技術專業學生實踐技術的重要環節。“發酵工程實驗”課程旨在培養學生將“發酵工藝學”“酶工程”“微生物學”等課程所學的基本原理用于分析和解決實際問題的能力[1-2]。“發酵工程實驗”將使學生在學習微生物學，生物化學和化學工程學理論的基礎上，加深對發酵工藝基本概念的認識，通過一些典型的傳統的發酵產品如風味酸奶的制作、甜酒的制作，加深對發酵工程基本原理的認識，通過開展上下游發酵工程技術相關的綜合實驗和實踐實訓，鞏固學生系統運用發酵原理知識結合發酵技術方法進一步融合靈活運用的技能，通過一系列的實踐和實訓操作，培養學生的創新能力和科學素養。因此，通過“發酵工程實驗”課程的學習，不僅可以讓學生鞏固了發酵工程學的基本知識，還能進一步鞏固和掌握實驗操作技能。

項目教學法是指在教學過程中，任課教師或學生自主根據課程內容設置課程項目，在教師的指導下，學生將課程內容項目以團隊形式完成，在開展與實施過程中，學生需要了解項目的背景來源，需要進行項目信息的收集，需要進行項目方案（可行性分析） 的設計等，而通過項目的開展與實施全過程，加深和掌握了在項目實施過程過程涉及的每一個環節的基礎理論知識和所需掌握的基本技能要求。因此，項目教學法應用于課程教學最顯著的特點是以實施項目為主線，以學生作為主體，教師則作為引導者[3]。

“發酵工程實驗”課程是應用于生物科學專業的必修課，通過“發酵工程實驗”課程使學生深入領會發酵工程的基本原理和基本知識，在實驗課中達到理論與實踐的結合[4-5]。因此，課程的學習目的是使學生掌握發酵工程的基本操作流程、常用儀器設備的使用方法與原理，并具有初步解決相應問題的能力。培養和鍛煉學生在發酵領域的基本實驗技能，為從事生產實踐奠定良好實驗技能基礎。項目教學法根據課程內容設置課程項目，是一種以項目為主線，以學生分組形式開展實施，突出以學生為主體，教師為主導的教學方法。該教學方法的實施過程包括了項目選擇、資料收集、方案設計、方案實施、結果分析和方案評價等[6]。例如，將項目教學法應用在“發酵工程實驗”課程教學當中，有利于培養學生嚴謹的科學態度、良好的實驗素質，以及分析問題和解決問題的工作能力，具有十分重要的應用價值。

項目教學法實施的基本流程見圖1。

圖1 項目教學法實施的基本流程

1 “發酵工程實驗”課程特點

“發酵工程”與“發酵工程實驗”課程是生物技術專業重要的核心課程。發酵工程是一項利用細菌、真菌、放線菌、酵母菌等各類微生物的生長和代謝活動來生產各種初級或次級代謝產物（如氨基酸、蛋白酶、纖維素酶、抗生素等） 的工程技術，而發酵工程實驗是學生實踐技術的重要環節。

從廣義上講，“發酵工程實驗”內容亦可根據發酵工程理論知識點分劃分為三大主要學習內容：即上游發酵工程實驗技術內容、中游發酵工程實驗技術內容和下游發酵工程實驗技術內容。“發酵工程實驗”課程的學習內容主要有包括了自然界中優良菌種選育與保藏，如紫外線誘變育種抗藥性菌株的篩選、芽孢桿菌的原生質體融合；發酵過程最佳發酵條件參數的設計優化（溫度、pH 值、營養組成等），如納豆激酶固體發酵條件的優化、種子培養基的設計與篩選、孟加拉紅培養基的制備、伊紅- 美藍培養基的制備；以上實驗內容屬于上游發酵工程實驗技術內容。中游發酵工程實驗技術內容是在以上游發酵工程內容為前提，研究在發酵罐中培養細胞和產生代謝產物的工藝技術，包括無菌環境的嚴格控制工藝技術、無菌空氣的制備及過濾技術、控制微生物細胞生長的加料自動控制技術，以及在大規模發酵生產前的發酵罐實驗動力學模型構建等。下游發酵工程實驗技術內容主要是針對大規模發酵罐中發酵液中細胞的分離和代謝產物純化和產品研發的合成技術，如米曲霉固體發酵生產蛋白酶、黑曲霉發酵生產檸檬酸、大腸埃希菌液體發酵生產菌體蛋白；紅芝液體發酵生產多糖、固體發酵生產纖維素酶、青霉素的仿真發酵生產、紅霉素的發酵生產等。由于實驗內容的特殊性，下游發酵工程實驗技術內容通常可結合另一門課程“生化分離技術”一起來學習。

綜上所述，各個學校會根據自身教學實驗平臺及教學能力有選擇地設置符合自身辦學能力的課程內容，同時可結合教學實踐基地的參觀教學和實踐教學來靈活設置教學課時和教學內容，百色學院的生物技術專業“發酵工程實驗”課程開設內容以上游發酵工程試驗技術內容居多。

2 項目教學法的應用策略

2.1 項目分層次設計

項目教學法是以學生為主體，通過開展項目的形式系統地開展某一門課程或者章節的教學。“發酵工程實驗”課程的教學對象多為生物技術專業或者食品科學專業的學生，這些學生當中，有部分學生會選擇繼續讀研深造，部分學生則選擇畢業找工作。因此，根據不同班級學生畢業去向及擇業意向，通常可將學生分為3 個層次。第一層次學生是屬于考研層次，針對該層次學生，教師應鼓勵或者引導這部分學生選擇難度較大的項目來完成課程考核。第二層次學生屬于畢業從事本專業工作的職業層次，教師應引導這部分學生選擇較為基礎但較為全面系統的課程項目來開展教學。第三層次學生屬于畢業不從事本專業工作的基礎層次，針對這部分學生，教師可應該學生選擇基礎但內容完整的項目來實踐教學內容。

分層次設計教學項目見圖2。

圖2 分層次設計教學項目

2.2 項目前期準備

根據不同層次學生分組情況，按照不同難度的項目內容引導學生選擇適合的教學項目。如難度較大的項目有“芒果膠孢炭疽菌拮抗菌的篩選及其生物學特性分析”“甘蔗內生固氮菌的篩選及其生物學特征分析”等；難度適中的教學項目有“纖維素酶產生菌的篩選及分子鑒定”“蛋白酶產生菌的分離、篩選與鑒定”等；基礎項目有“不同發酵條件制備甜酒釀”“釀酒酵母發酵條件的優化”等。

項目前期準備見圖3。

圖3 項目前期準備

2.3 項目實施與開展

通過不同就業意向選擇不同難度的教學項目來開展實施，發現第一層次和第二層次學生動手操作能力和思維活躍能力更強，即使遇到從未接觸到的實驗內容或實驗技術，亦能通過觀看教學視頻或查閱文獻資料或請教教師，進而自主探索完成，因此項目完成質量更高。第三層次學生選擇的項目雖然較為基礎，但是在自身興趣驅動下，實施過程團隊成員協作順利，遇到問題能夠及時與教師溝通完成，因此也取得較好的教學效果。

項目教學實施過程見圖4。

圖4 項目教學實施過程

2.4 項目結果與評價

以學生開展“產纖維素酶菌株的分離篩選及其發酵條件優化”項目為例，學術小組為了篩選獲得產纖維素酶的菌株，設計了“產纖維素酶菌株的分離篩選及其發酵條件優化”的實驗項目，以食用菌菌渣堆漚的土壤為樣品，使用剛果紅平板法篩選產纖維素酶細菌，并采用3,5 - 二硝基水楊酸（DNS） 分析其產酶活力。經過反復篩選，最終獲得1 株產纖維素酶的菌株，經形態觀察和對不同接種量、不同裝瓶量對纖維素酶的影響進行了研究。結果發現，該菌株產纖維素酶較強，最合適的接種量為2%，在搖瓶發酵中，發現裝瓶量越少，傳氧系數越大。

在整個項目實施過程中，發現該小組成員團隊合作能力強，積極主動開展項目各項實驗，遇到問題會第一時間向教師反饋，同時會先查找相關文獻資料，再和指導教師討論方案，實驗過程中亦是反復摸索，該小組項目內容的難點是采用3,5 - 二硝基水楊酸（DNS） 測定菌株產纖維素酶的酶活力，涉及配制的藥品和試劑均較繁瑣，因此對學生的實踐操作能力、手眼協調能力均要求較高，此外還需要學生有足夠的耐心和細心。該項目的完成進一步培養了學生嚴謹的科學態度，以及良好的實驗素質，同時提升了學生分析問題和解決問題的能力。

3 項目教學法應用的注意事項

將項目教學法應用于類似于實驗課程或實踐實訓課程，教師可作為學生學習過程中的引導者和指導者，確定好項目內容后，鼓勵學生作為學習主體，在自主設計實驗實施方案的同時，根據存在的不足繼續完善實施方案和技術路線，不斷地發散思維，讓團隊成員加強團隊溝通和協調能力，勇于嘗試，大膽地去創新并為之探索，積極尋求解決項目實施過程中遇到各種難題的途徑。因此，教學的目的已不僅僅是為了課程結果或者實驗結果，而是更注重學生探索實施課程項目的整個過程，通過完整項目的實施與完成，通過各個環節的設計、參與和實施，使得學生更進一步地加深了和鞏固了項目各個環節開展過程中涉及的基礎理論知識和操作技能技術。

通過將項目教學法在百色學院2019 級生物技術專業“發酵工程實驗”課程中的應用情況反饋來看，發現采用項目教學法的教學模式更能鍛煉學生的動手實踐操作能力，同時提高了學生的主觀能動性及解決問題和分析問題的能力。在開展該教學方法的同時應注意以下2 點：第一，不能將所有課時用來開展項目教學，應用該教學模式之前，應開展6～8 個課時的實驗基礎課，讓學生掌握扎實地實驗技術再開展；第二，學生是項目實施的主體，教師是項目實施的主導，在項目實施過程中，教師應及時關注項目的實施動態及學生在項目實施過程中遇到的難題，及時讓學生反饋和匯報項目實施過程中取得的結果，并提前做好下一步項目內容的實施計劃。

4 結語

項目教學法體現了以學生為主體、以教師為主導的教學模式，適合運用在各專業課程教學當中，因此具有十分重要的應用價值。在實際運用時，應根據教學平臺、教學內容、教學對象的不同，因材施教，還可以與層次教學法、OBE 教學法等其他教學方法結合使用。通過實施項目教學法，最終的教學目的是促進學生的職業素養和提升學生的職業技術能力，發散學生的創新思維能力，同時進一步提升學生分析問題和解決問題的能力，以及學生實踐能力和團隊寫作合作能力，實現學生的綜合全面發展。