項(xiàng)目教學(xué)法在“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中的應(yīng)用探索

楊翠鳳

（百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西百色 533000）

發(fā)酵工程是一項(xiàng)利用細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌、酵母菌等各類(lèi)微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)生產(chǎn)各種初級(jí)或次級(jí)代謝產(chǎn)物（如氨基酸、蛋白酶、纖維素酶、抗生素等） 的工程技術(shù)，而發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)是生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)踐技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程旨在培養(yǎng)學(xué)生將“發(fā)酵工藝學(xué)”“酶工程”“微生物學(xué)”等課程所學(xué)的基本原理用于分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力[1-2]。“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”將使學(xué)生在學(xué)習(xí)微生物學(xué)，生物化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)理論的基礎(chǔ)上，加深對(duì)發(fā)酵工藝基本概念的認(rèn)識(shí)，通過(guò)一些典型的傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品如風(fēng)味酸奶的制作、甜酒的制作，加深對(duì)發(fā)酵工程基本原理的認(rèn)識(shí)，通過(guò)開(kāi)展上下游發(fā)酵工程技術(shù)相關(guān)的綜合實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)，鞏固學(xué)生系統(tǒng)運(yùn)用發(fā)酵原理知識(shí)結(jié)合發(fā)酵技術(shù)方法進(jìn)一步融合靈活運(yùn)用的技能，通過(guò)一系列的實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。因此，通過(guò)“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程的學(xué)習(xí)，不僅可以讓學(xué)生鞏固了發(fā)酵工程學(xué)的基本知識(shí)，還能進(jìn)一步鞏固和掌握實(shí)驗(yàn)操作技能。

項(xiàng)目教學(xué)法是指在教學(xué)過(guò)程中，任課教師或?qū)W生自主根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置課程項(xiàng)目，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生將課程內(nèi)容項(xiàng)目以團(tuán)隊(duì)形式完成，在開(kāi)展與實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生需要了解項(xiàng)目的背景來(lái)源，需要進(jìn)行項(xiàng)目信息的收集，需要進(jìn)行項(xiàng)目方案（可行性分析） 的設(shè)計(jì)等，而通過(guò)項(xiàng)目的開(kāi)展與實(shí)施全過(guò)程，加深和掌握了在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程過(guò)程涉及的每一個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和所需掌握的基本技能要求。因此，項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于課程教學(xué)最顯著的特點(diǎn)是以實(shí)施項(xiàng)目為主線(xiàn)，以學(xué)生作為主體，教師則作為引導(dǎo)者[3]。

“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程是應(yīng)用于生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的必修課，通過(guò)“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程使學(xué)生深入領(lǐng)會(huì)發(fā)酵工程的基本原理和基本知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)課中達(dá)到理論與實(shí)踐的結(jié)合[4-5]。因此，課程的學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生掌握發(fā)酵工程的基本操作流程、常用儀器設(shè)備的使用方法與原理，并具有初步解決相應(yīng)問(wèn)題的能力。培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生在發(fā)酵領(lǐng)域的基本實(shí)驗(yàn)技能，為從事生產(chǎn)實(shí)踐奠定良好實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)。項(xiàng)目教學(xué)法根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置課程項(xiàng)目，是一種以項(xiàng)目為主線(xiàn)，以學(xué)生分組形式開(kāi)展實(shí)施，突出以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法。該教學(xué)方法的實(shí)施過(guò)程包括了項(xiàng)目選擇、資料收集、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、結(jié)果分析和方案評(píng)價(jià)等[6]。例如，將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用在“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)當(dāng)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、良好的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的工作能力，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施的基本流程見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施的基本流程

1 “發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程特點(diǎn)

“發(fā)酵工程”與“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程是生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)重要的核心課程。發(fā)酵工程是一項(xiàng)利用細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌、酵母菌等各類(lèi)微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)生產(chǎn)各種初級(jí)或次級(jí)代謝產(chǎn)物（如氨基酸、蛋白酶、纖維素酶、抗生素等） 的工程技術(shù)，而發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)是學(xué)生實(shí)踐技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。

從廣義上講，“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容亦可根據(jù)發(fā)酵工程理論知識(shí)點(diǎn)分劃分為三大主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：即上游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容、中游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容和下游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容。“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要有包括了自然界中優(yōu)良菌種選育與保藏，如紫外線(xiàn)誘變育種抗藥性菌株的篩選、芽孢桿菌的原生質(zhì)體融合；發(fā)酵過(guò)程最佳發(fā)酵條件參數(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化（溫度、pH 值、營(yíng)養(yǎng)組成等），如納豆激酶固體發(fā)酵條件的優(yōu)化、種子培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)與篩選、孟加拉紅培養(yǎng)基的制備、伊紅- 美藍(lán)培養(yǎng)基的制備；以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容屬于上游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容。中游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容是在以上游發(fā)酵工程內(nèi)容為前提，研究在發(fā)酵罐中培養(yǎng)細(xì)胞和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)，包括無(wú)菌環(huán)境的嚴(yán)格控制工藝技術(shù)、無(wú)菌空氣的制備及過(guò)濾技術(shù)、控制微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的加料自動(dòng)控制技術(shù)，以及在大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)前的發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建等。下游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容主要是針對(duì)大規(guī)模發(fā)酵罐中發(fā)酵液中細(xì)胞的分離和代謝產(chǎn)物純化和產(chǎn)品研發(fā)的合成技術(shù)，如米曲霉固體發(fā)酵生產(chǎn)蛋白酶、黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸、大腸埃希菌液體發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白；紅芝液體發(fā)酵生產(chǎn)多糖、固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶、青霉素的仿真發(fā)酵生產(chǎn)、紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)等。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特殊性，下游發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容通常可結(jié)合另一門(mén)課程“生化分離技術(shù)”一起來(lái)學(xué)習(xí)。

綜上所述，各個(gè)學(xué)校會(huì)根據(jù)自身教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及教學(xué)能力有選擇地設(shè)置符合自身辦學(xué)能力的課程內(nèi)容，同時(shí)可結(jié)合教學(xué)實(shí)踐基地的參觀(guān)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)來(lái)靈活設(shè)置教學(xué)課時(shí)和教學(xué)內(nèi)容，百色學(xué)院的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程開(kāi)設(shè)內(nèi)容以上游發(fā)酵工程試驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容居多。

2 項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用策略

2.1 項(xiàng)目分層次設(shè)計(jì)

項(xiàng)目教學(xué)法是以學(xué)生為主體，通過(guò)開(kāi)展項(xiàng)目的形式系統(tǒng)地開(kāi)展某一門(mén)課程或者章節(jié)的教學(xué)。“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)對(duì)象多為生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)或者食品科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，這些學(xué)生當(dāng)中，有部分學(xué)生會(huì)選擇繼續(xù)讀研深造，部分學(xué)生則選擇畢業(yè)找工作。因此，根據(jù)不同班級(jí)學(xué)生畢業(yè)去向及擇業(yè)意向，通常可將學(xué)生分為3 個(gè)層次。第一層次學(xué)生是屬于考研層次，針對(duì)該層次學(xué)生，教師應(yīng)鼓勵(lì)或者引導(dǎo)這部分學(xué)生選擇難度較大的項(xiàng)目來(lái)完成課程考核。第二層次學(xué)生屬于畢業(yè)從事本專(zhuān)業(yè)工作的職業(yè)層次，教師應(yīng)引導(dǎo)這部分學(xué)生選擇較為基礎(chǔ)但較為全面系統(tǒng)的課程項(xiàng)目來(lái)開(kāi)展教學(xué)。第三層次學(xué)生屬于畢業(yè)不從事本專(zhuān)業(yè)工作的基礎(chǔ)層次，針對(duì)這部分學(xué)生，教師可應(yīng)該學(xué)生選擇基礎(chǔ)但內(nèi)容完整的項(xiàng)目來(lái)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

分層次設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目見(jiàn)圖2。

圖2 分層次設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目

2.2 項(xiàng)目前期準(zhǔn)備

根據(jù)不同層次學(xué)生分組情況，按照不同難度的項(xiàng)目?jī)?nèi)容引導(dǎo)學(xué)生選擇適合的教學(xué)項(xiàng)目。如難度較大的項(xiàng)目有“芒果膠孢炭疽菌拮抗菌的篩選及其生物學(xué)特性分析”“甘蔗內(nèi)生固氮菌的篩選及其生物學(xué)特征分析”等；難度適中的教學(xué)項(xiàng)目有“纖維素酶產(chǎn)生菌的篩選及分子鑒定”“蛋白酶產(chǎn)生菌的分離、篩選與鑒定”等；基礎(chǔ)項(xiàng)目有“不同發(fā)酵條件制備甜酒釀”“釀酒酵母發(fā)酵條件的優(yōu)化”等。

項(xiàng)目前期準(zhǔn)備見(jiàn)圖3。

圖3 項(xiàng)目前期準(zhǔn)備

2.3 項(xiàng)目實(shí)施與開(kāi)展

通過(guò)不同就業(yè)意向選擇不同難度的教學(xué)項(xiàng)目來(lái)開(kāi)展實(shí)施，發(fā)現(xiàn)第一層次和第二層次學(xué)生動(dòng)手操作能力和思維活躍能力更強(qiáng)，即使遇到從未接觸到的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)技術(shù)，亦能通過(guò)觀(guān)看教學(xué)視頻或查閱文獻(xiàn)資料或請(qǐng)教教師，進(jìn)而自主探索完成，因此項(xiàng)目完成質(zhì)量更高。第三層次學(xué)生選擇的項(xiàng)目雖然較為基礎(chǔ)，但是在自身興趣驅(qū)動(dòng)下，實(shí)施過(guò)程團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作順利，遇到問(wèn)題能夠及時(shí)與教師溝通完成，因此也取得較好的教學(xué)效果。

項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖4 項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過(guò)程

2.4 項(xiàng)目結(jié)果與評(píng)價(jià)

以學(xué)生開(kāi)展“產(chǎn)纖維素酶菌株的分離篩選及其發(fā)酵條件優(yōu)化”項(xiàng)目為例，學(xué)術(shù)小組為了篩選獲得產(chǎn)纖維素酶的菌株，設(shè)計(jì)了“產(chǎn)纖維素酶菌株的分離篩選及其發(fā)酵條件優(yōu)化”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(chǎn)纖維素酶細(xì)菌，并采用3,5 - 二硝基水楊酸（DNS） 分析其產(chǎn)酶活力。經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，最終獲得1 株產(chǎn)纖維素酶的菌株，經(jīng)形態(tài)觀(guān)察和對(duì)不同接種量、不同裝瓶量對(duì)纖維素酶的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該菌株產(chǎn)纖維素酶較強(qiáng)，最合適的接種量為2%，在搖瓶發(fā)酵中，發(fā)現(xiàn)裝瓶量越少，傳氧系數(shù)越大。

在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該小組成員團(tuán)隊(duì)合作能力強(qiáng)，積極主動(dòng)開(kāi)展項(xiàng)目各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，遇到問(wèn)題會(huì)第一時(shí)間向教師反饋，同時(shí)會(huì)先查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，再和指導(dǎo)教師討論方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中亦是反復(fù)摸索，該小組項(xiàng)目?jī)?nèi)容的難點(diǎn)是采用3,5 - 二硝基水楊酸（DNS） 測(cè)定菌株產(chǎn)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(duì)學(xué)生的實(shí)踐操作能力、手眼協(xié)調(diào)能力均要求較高，此外還需要學(xué)生有足夠的耐心和細(xì)心。該項(xiàng)目的完成進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及良好的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，同時(shí)提升了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3 項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用的注意事項(xiàng)

將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于類(lèi)似于實(shí)驗(yàn)課程或?qū)嵺`實(shí)訓(xùn)課程，教師可作為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的引導(dǎo)者和指導(dǎo)者，確定好項(xiàng)目?jī)?nèi)容后，鼓勵(lì)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體，在自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案的同時(shí)，根據(jù)存在的不足繼續(xù)完善實(shí)施方案和技術(shù)路線(xiàn)，不斷地發(fā)散思維，讓團(tuán)隊(duì)成員加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)溝通和協(xié)調(diào)能力，勇于嘗試，大膽地去創(chuàng)新并為之探索，積極尋求解決項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中遇到各種難題的途徑。因此，教學(xué)的目的已不僅僅是為了課程結(jié)果或者實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是更注重學(xué)生探索實(shí)施課程項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)完整項(xiàng)目的實(shí)施與完成，通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、參與和實(shí)施，使得學(xué)生更進(jìn)一步地加深了和鞏固了項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展過(guò)程中涉及的基礎(chǔ)理論知識(shí)和操作技能技術(shù)。

通過(guò)將項(xiàng)目教學(xué)法在百色學(xué)院2019 級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用情況反饋來(lái)看，發(fā)現(xiàn)采用項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)模式更能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作能力，同時(shí)提高了學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性及解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力。在開(kāi)展該教學(xué)方法的同時(shí)應(yīng)注意以下2 點(diǎn)：第一，不能將所有課時(shí)用來(lái)開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)，應(yīng)用該教學(xué)模式之前，應(yīng)開(kāi)展6～8 個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課，讓學(xué)生掌握扎實(shí)地實(shí)驗(yàn)技術(shù)再開(kāi)展；第二，學(xué)生是項(xiàng)目實(shí)施的主體，教師是項(xiàng)目實(shí)施的主導(dǎo)，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師應(yīng)及時(shí)關(guān)注項(xiàng)目的實(shí)施動(dòng)態(tài)及學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中遇到的難題，及時(shí)讓學(xué)生反饋和匯報(bào)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中取得的結(jié)果，并提前做好下一步項(xiàng)目?jī)?nèi)容的實(shí)施計(jì)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目教學(xué)法體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，適合運(yùn)用在各專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)當(dāng)中，因此具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象的不同，因材施教，還可以與層次教學(xué)法、OBE 教學(xué)法等其他教學(xué)方法結(jié)合使用。通過(guò)實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法，最終的教學(xué)目的是促進(jìn)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和提升學(xué)生的職業(yè)技術(shù)能力，發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，同時(shí)進(jìn)一步提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及學(xué)生實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)寫(xiě)作合作能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的綜合全面發(fā)展。