PBL項(xiàng)目式教學(xué)法在農(nóng)業(yè)院校“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要 “生物反應(yīng)工程”課程作為生物工程專業(yè)的核心課程，其理論性和應(yīng)用性皆很強(qiáng)，在應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用。發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、工程思維能力及團(tuán)隊(duì)意識(shí)，以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向，將項(xiàng)目式教學(xué)法應(yīng)用于“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)中，教學(xué)實(shí)踐結(jié)果初見成效，現(xiàn)就此討論以期能為相關(guān)課程的教學(xué)構(gòu)建與實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞 生物反應(yīng)工程；項(xiàng)目式教學(xué)；自主學(xué)習(xí)；小組討論

中圖分類號(hào)：G424 " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " "DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.30.044

Application of PBL Project-based Teaching Method in the Teaching of

\"Bioreaction Engineering\" Course in Agricultural Colleges and Universities

QU Chunyun， LIU Junyan， LIU Gongliang

（College of Light Industry and Food Science， Zhongkai University of Agriculture and Engineering，

Guangzhou， Guangdong 510225）

Abstract Biological Reaction Engineering， as a core course of bioengineering， has strong theoretical and practical significance， and plays an important role in the cultivation of applied innovative talents. To improve students' self-learning ability， hands-on ability， engineering thoughts， and team awareness， the problem-based learning method is applied to the teaching of Biological Reaction Engineering by the teaching group of the fermentation food course focusing on student-centered and goal oriented approach. Results of teaching practice have shown initial effectiveness， and this discussion here is aimed at providing reference for the teaching construction and practice of other related courses.

Keywords Biochemical Reaction Engineering; problem-based learning; autonomous learning; panel discussion

仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院是1925年創(chuàng)辦的農(nóng)工學(xué)校，立足廣東，面向全國，培養(yǎng)具有真實(shí)學(xué)識(shí)與創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。基于學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，輕工食品學(xué)院生物工程系制訂了生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，即在知識(shí)上應(yīng)具有扎實(shí)的生物學(xué)專業(yè)知識(shí)，在能力上應(yīng)具備熟練的實(shí)驗(yàn)操作技能與較強(qiáng)的工程應(yīng)用能力，在素質(zhì)上應(yīng)富有社會(huì)責(zé)任感。本專業(yè)在教學(xué)、科研及學(xué)科建設(shè)上皆側(cè)重于食品發(fā)酵與釀造[1]。“生物反應(yīng)工程”是生物工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，它具有工程“技術(shù)”和“科學(xué)”的雙重特點(diǎn)，理論性和應(yīng)用性皆很強(qiáng)[2]，在應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用[3]。前期，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)將案例分析及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)引入“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)，使學(xué)生在掌握重要知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)學(xué)會(huì)應(yīng)用。然而，當(dāng)學(xué)生撰寫畢業(yè)論文、課程設(shè)計(jì)或開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目時(shí)，團(tuán)隊(duì)教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、工程思維能力及團(tuán)隊(duì)意識(shí)還有待提高。

項(xiàng)目式教學(xué)法（Problem-Based "Learning，PBL）主張學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，被國內(nèi)外許多大學(xué)證明是提高大學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的有效途徑[4-5]。因此，發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)將PBL項(xiàng)目式教學(xué)法引入“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)，以學(xué)生為中心開展教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程思維能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提升學(xué)生整體素質(zhì)。

1 "項(xiàng)目式教學(xué)法的內(nèi)容設(shè)計(jì)

基于生物工程專業(yè)特色，發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極深入食品企業(yè)，探索產(chǎn)教融合、協(xié)同育人路徑。本專業(yè)與廣東省九江酒廠有限公司、廣州市從化順昌源綠色食品有限公司、廣東十二嶺酒業(yè)有限公司、廣東海天創(chuàng)新技術(shù)有限公司及廣東美味鮮調(diào)味食品有限公司等多家知名食品企業(yè)長期開展產(chǎn)學(xué)研合作，發(fā)展并形成食品微生物工程特色，為嶺南特色食品產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)人才。因此，“生物反應(yīng)工程”課程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容也源于科研項(xiàng)目或?qū)嶋H生產(chǎn)需求，具體內(nèi)容設(shè)計(jì)見表1。進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮每一章節(jié)的核心知識(shí)點(diǎn)及學(xué)生基本能力要求點(diǎn)，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容與核心知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生基本能力要求點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，在滿足課程教學(xué)基本要求的同時(shí)，使學(xué)生具有項(xiàng)目設(shè)計(jì)的整體概念，并體現(xiàn)新穎性和可操作性。同時(shí)項(xiàng)目成果必須具備可考核性，能進(jìn)行完成度評(píng)價(jià)。以學(xué)生為中心的教學(xué)，必須因材施教，因此本課程設(shè)計(jì)的PBL項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容包含三種不同難度層次且皆具有可操作性的訓(xùn)練項(xiàng)目。每一學(xué)期的項(xiàng)目內(nèi)容也會(huì)根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)獲得的橫向課題進(jìn)行更新或新增，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

以酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)章節(jié)為例，學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)有：酶的基本特性、酶活的影響因素、米氏方程、可逆抑制類型及應(yīng)用等；學(xué)生的基本能力要求點(diǎn)為：掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并具備應(yīng)用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際生產(chǎn)中問題的能力。基于以上知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生能力要求點(diǎn)設(shè)計(jì)本章節(jié)的項(xiàng)目內(nèi)容。其中難度系數(shù)為“易”的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以淀粉酶為研究對(duì)象，探究商業(yè)化淀粉酶的最適催化溫度及pH，使學(xué)生掌握酶活測(cè)定方法，了解溫度和pH是影響酶活性的重要影響因素，同時(shí)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)開展簡單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；難度系數(shù)為中的項(xiàng)目則是在學(xué)生掌握酶活性測(cè)定的基礎(chǔ)上，具備靈活應(yīng)用米氏方程的變形設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行酶的特征參數(shù)（Km和Vmax）測(cè)定的能力；而難度系數(shù)為難的項(xiàng)目則需學(xué)生具備應(yīng)用米氏方程分析問題及解決問題的能力。此時(shí)引入藥物阿卡波糖，其作為 -糖苷酶抑制劑，在治療2型糖尿病方面發(fā)揮著重要作用，因此需要學(xué)生掌握米氏方程變形、酶活測(cè)定方法及可逆抑制劑的判斷依據(jù)，以探究阿卡波糖對(duì) -淀粉酶的抑制類型。

鑒于項(xiàng)目式教學(xué)中的項(xiàng)目能夠轉(zhuǎn)化和落地，難度系數(shù)為“難”的項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中包含研究內(nèi)容和應(yīng)用內(nèi)容兩部分，后期可以根據(jù)學(xué)生的項(xiàng)目開展情況進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)及撰寫相關(guān)論文和專利，參加大學(xué)生生命科學(xué)競賽。如從米酒發(fā)酵醪液中進(jìn)行多糖或多肽類活性物質(zhì)的分離純化，探究其抑制 -淀粉酶的活性程度，并與阿卡波糖對(duì) -淀粉酶的抑制效果進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)其作為新降糖藥物的可能性。此類項(xiàng)目的實(shí)施能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注行業(yè)熱點(diǎn)問題和國家的人才需求，讓學(xué)生明白自己要學(xué)什么和做什么，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及社會(huì)責(zé)任感。

2 "項(xiàng)目式教學(xué)法的實(shí)施

項(xiàng)目式教學(xué)法的實(shí)施流程見圖1（p145），第一堂課前由教師和學(xué)委根據(jù)學(xué)生的個(gè)人特點(diǎn)完成分組（4―6人/組，設(shè)置小組組長），保證每組學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和水平相當(dāng)，確保小組學(xué)習(xí)質(zhì)量。第一堂課時(shí)，小組成員自主選擇難易不同的項(xiàng)目進(jìn)行后期的學(xué)習(xí)；教師簡單介紹整章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，并對(duì)學(xué)生提出能力目標(biāo)要求；同時(shí)按照仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院大學(xué)生大創(chuàng)項(xiàng)目的撰寫要求對(duì)小組的項(xiàng)目書撰寫提出要求。在實(shí)施小組討論之前，先讓學(xué)生獨(dú)立自學(xué)10 min，列出自己提煉的重點(diǎn)、難點(diǎn)及疑惑點(diǎn)；然后以小組為單位展開交流。在項(xiàng)目式教學(xué)法實(shí)施過程中，教師借助雨課堂進(jìn)行學(xué)生考勤檢查；針對(duì)重難點(diǎn)問題，學(xué)生可以借助雨課堂，通過在線討論模塊與教師和同學(xué)進(jìn)行線上交流；教師可通過雨課堂發(fā)布作業(yè)，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度。

圖1 “生物反應(yīng)工程”項(xiàng)目式教學(xué)法的實(shí)施流程圖

學(xué)生通過課堂討論及資料查閱完成項(xiàng)目報(bào)告的撰寫，在課后及實(shí)驗(yàn)課中完成項(xiàng)目的實(shí)施目標(biāo)。在課程結(jié)束前2周，學(xué)生在課堂上通過PPT分享小組項(xiàng)目成果，全員參加交流并開展小組相互打分。每組PPT匯報(bào)交流結(jié)束后，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并打分。項(xiàng)目創(chuàng)新性好、完成效果佳者，可獲得優(yōu)秀成績并推薦參加大創(chuàng)項(xiàng)目或競賽。通過項(xiàng)目實(shí)施，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶、動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力皆得到提升。

3 "項(xiàng)目式教學(xué)法的評(píng)價(jià)

長期以來，學(xué)生為知識(shí)而學(xué)，為應(yīng)試而學(xué)，學(xué)習(xí)表層化嚴(yán)重，考過就忘。加上智能手機(jī)、電腦等移動(dòng)終端的廣泛應(yīng)用，學(xué)生沉浸于碎片化的“快餐式”和“瀏覽式”的淺層學(xué)習(xí)。考核方式應(yīng)由大比重的應(yīng)試考核向多維度考核轉(zhuǎn)變，使學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)由被動(dòng)應(yīng)試向主動(dòng)獲取知識(shí)以解決實(shí)際問題而改變。因此，在項(xiàng)目式教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)課程考核方式，將原本70%的卷面成績占比下調(diào)至60%，削弱應(yīng)試考核占比。將學(xué)生的課堂參與度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、課堂作業(yè)及項(xiàng)目參與度和完成度等融入課程考核，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

PBL項(xiàng)目式教學(xué)法的評(píng)價(jià)主體由前期單一的教師評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向多維主體評(píng)價(jià)，包括自我評(píng)價(jià)、組內(nèi)評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)及教師評(píng)價(jià)。因此，學(xué)生獲得的成績更能反映其實(shí)際學(xué)習(xí)情況，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。項(xiàng)目式教學(xué)法實(shí)施后，學(xué)生之間出現(xiàn)比著學(xué)、督促著學(xué)的現(xiàn)象，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和氛圍。學(xué)生掛科現(xiàn)象有所改善，進(jìn)行項(xiàng)目申報(bào)及競賽的積極性有所增強(qiáng)，參與競賽獲獎(jiǎng)人數(shù)實(shí)現(xiàn)零的突破。學(xué)生也普遍反映通過項(xiàng)目式教學(xué)，他們?cè)陧?xiàng)目申報(bào)、參賽及后期開展畢業(yè)論文的過程中更得心應(yīng)手。

表2 PBL項(xiàng)目式教學(xué)法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 "結(jié)語

PBL項(xiàng)目式教學(xué)已被國內(nèi)外多所高校證實(shí)能提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過梳理并遴選出“生物反應(yīng)工程”課程的核心知識(shí)點(diǎn)，通過PBL項(xiàng)目式教學(xué)，以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向，將課程核心知識(shí)點(diǎn)、學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)有機(jī)貫穿一體，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素質(zhì)的一體化訓(xùn)練。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果初見成效，希望本論文能為相關(guān)課程的教學(xué)改革提供一定參考。

*通信作者：劉功良

基金項(xiàng)目：仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2022年校級(jí)課程思政專項(xiàng)教學(xué)改革研究培育建設(shè)項(xiàng)目““生物反應(yīng)工程”課程思政教學(xué)改革”（仲教字[2022]55號(hào)）；仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2022年校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“新農(nóng)科背景下《生物反應(yīng)工程》課程教學(xué)改革與實(shí)踐”（仲教字[2022]48號(hào)）；仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2020年度校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（仲教字[2021]04號(hào)）；仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2020年度“十三五”規(guī)劃教材建設(shè)項(xiàng)目“生物工程分析檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”（仲教字[2021]03號(hào)）；廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程建設(shè)項(xiàng)目“《食品生物化學(xué)》教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（粵教高函［2020］19號(hào)）；廣東省研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（2023SFKC_057）。

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