针对理学专业的《发酵工程》课程教学改革探讨

郭艾英 张志雯 杜金友 宋士清

摘要：侧重工科且理工结合的发酵工程是轻工、农业、医药类高等院校的专业必修课程，针对属于理学的生物技术专业特点，对其专业课发酵工程的课程教学改革进行了探讨，通过对教学内容、教学环节、实验教学和实践教学的组织与安排上进行革新，以学生为主体，注重培养学生的专业技能和创新思维能力，切实提高了教学质量。

关键词：理学专业；发酵工程；教学实践；改革

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

作为现代生物工程重要组成部分的发酵工程，是以生物细胞为主体，利用廉价的原料生产有用产品或用于环境净化，是生物技术实现产业化的必经阶段。该课程是我校生命科技学院生物技术专业的一门重要的专业必修课程，在微生物学、生物化学、生物统计学等相应先导课程之后开设，是一门基础理论与生产实践紧密结合的课程。针对我校授课对象为理学生源的实际情况，在授课过程中如何优化课程内容，把这门侧重工科且理工结合的课程讲好，是笔者讲授这门课程的主要出发点。使之起到既启发学生思路，又能拓宽学生学习发酵工艺的知识面，为今后从事与生物工程相关的科学研究，技术开发和应用打下良好的基础，为此，笔者结合工作中的教学实践，从授课内容、授课方式等方面就如何提高教学质量，提高学生分析问题及解决实际问题的能力进行了一些尝试。

一、加强课程体系建设，优化教学内容

1、因地制宜，制定合理的教学大纲

教学内容和课程体系是人才培养的基础，是教学改革的核心和关键[1]。在大纲制定方面，我们借鉴了其他院校的教学经验，结合我校的办学条件、实验条件、学生基本情况及就业方向等实际情况来制定合理的教学大纲。在前几届学生的授课中，我们把发酵动力学单独作为一章来讲授，但由于我校生物技术专业的学生之前并未学习生物化工，代谢控制等相关理论课程，所以学习这部分内容相当吃力，且这部分内容是从微观上来调控菌株，因此自08年起的授课中我们做了调整，仅把部分关键内容穿插到发酵工艺控制中来讲授，取得了较好的效果。总结近些年的教学实践，结合学生的实际情况，笔者对教学大纲进行了调整。众所周知，尽管生物工程领域涉及的相关产品多种多样，从工业化的菌种、培养基、发酵工艺控制及关键点和产品的分离纯化都有较大的差异，但其基本的生产形式和理论基础大体相同。由此大纲的制定围绕这些工艺的共性规律，将发酵工艺以菌种选育—种子扩大培养—培养基制备—无菌空气制备—发酵设备—发酵工艺控制—产品的分离纯化为一条主线来编排，其各个操作单元涉及的内容也是该课程的重点内容，授课中不断强化这条主线，使学生牢固掌握发酵工艺的核心部分。

2、注重教材建設，选用优秀教材

教材是教师和学生之间教与学的桥梁，是体现教学内容的知识载体。结合学生自身特点，选择系统性强、知识体系完整和能够反映本学科领域的最新技术的优秀教材在很大程度上能够激发学生学习的兴趣和热情，确保授课效果，提高教学质量。在教材选择上，前几届学生我们选用化学工业出版社出版的俞俊棠教授主编的《新编生物工艺学》（上下册），但这部教材内容偏重工科，不太适合我校的理学学生使用，由此现在仅作为参考教材供学生学习。自08年起，我校选用了2007年高等教育出版社出版的李艳教授主编的生物技术和生物工程专业规划教材《发酵工程原理与技术》，该教材在内容编排上系统性强，体系完整、实用，更适合理学学生学习。学生一本教材在手，便能全面的了解发酵工艺的生产主线及相关生产领域。除了推荐俞俊棠主编的《新编生物工艺学》（上下册）作为参考书外，还为学生推荐贺小贤主编的《生物工艺原理》（第二版），刘振宇编著的《发酵工程技术与实践》。同时，还向学生推荐相关的网站，像生物谷、生物秀等，促进学生自主学习。

3、因材施教，优化教学内容

随着生物技术的不断丰富和发展，发酵工程的教学内容也应加以补充和及时更新，尽可能增加一些新内容，新技术、新成果方面的资料，介绍学科发展的前言信息，拓宽学生视野。由此教师应对教学内容进行适当的删减或增加，使教学内容更系统化，以利于学生对内容的整体把握。

针对我校生物技术专业为理学学生这一特点，学生对工学的认识较浅，感性认识多于理性思考，学习中缺乏从工学角度认识问题，解决实际问题的能力。为此，在教学内容上，笔者更注重实用性、基础性、科学性、系统性，既要阐明发酵工艺的基本知识和基本原理，强化发酵工艺主线，且把典型产品的发酵生产融于课程讲授中。在章节编排上按照发酵工艺主线进行设置，其中绪论（2学时）、菌种选育（4学时）、种子扩大培养（4学时）、培养基制备（6学时、）无菌空气制备（4学时）、发酵设备（4学时）、发酵工艺控制（10学时）、产品的分离纯化（2学时）。由于学生在第六学期开设《生物分离工程》课程，所以产品的分离纯化部分我们只做简单讲授，目的使学生掌握整个发酵工艺主线。对于学生已经学过的内容，像菌种选育和培养基制备中，与微生物相关的一些基本内容点到为止，本门课程中重点讲授目的菌株的选育方法、发酵工业所用培养基的来源及培养基优化设计、培养基灭菌方面则重点讲授工业生产上的间接灭菌和连续灭菌方法等内容，使学生学到的内容既不重复，又前后连贯。对于新学内容，有的讲深讲透，有的适当介绍，有的主张学生自主学习并提交学习心得。

二、优化教学环节，提高学生学习的积极性和主动性

教学方法是课程建设的重要内容之一，为了保证教学的系统性和丰富的知识容量，课堂讲授必不可少。传统的填鸭式讲授很难引起学生的听课兴趣，由此应根据授课内容选择合适的教学方法，以充分调动学生学习的积极性和主动性。现代的教学方法包括启发式教学、讨论式互动教学、设计式教学等，如何在短短的50分钟课堂讲授中合理利用各种教学方法，抓住学生兴趣，提高授课效果，这是发酵工程课程改革的重点内容。

1、构建互动教学模式，激发学生学习兴趣

改革传统的填鸭式教学方法，运用多种教学方法，增加课程的趣味性和知识性，充分调动学生积极性和主动性[2]。例如启发式教学可以应用到各章节的授课中，如在讲授培养基制备时，引导学生回忆四大类微生物常用的培养基成分，然后让学生回答这些培养基能否应用于工业上的发酵生产，进一步以具体案例讲授培养基优化方法，以利于学生掌握；种子扩大培养章节中讲授接种量时，首先让学生回想微生物实验中进行平板接种或斜面接种，经培养后不同同学的平板或斜面长的菌量是否一样，造成生长情况不一的原因是什么，引导学生对出现的结果进行思考、分析、讨论，使学生思维紧跟教师的讲授内容。

设计式教学是学生自己设计、精心准备、自己负责完成的教学过程。在本课程的教学中，发酵设备章节的讲授采用这一教学方法。由于我校为理学生源，对仪器的构造和功能理解不深，若采用“教师讲，学生听”的授课方法，学生必定对仪器理解不深，因此本章节授课是提前将课程提纲告知学生，学生自由结组选择讲授内容，并从图书馆、网上找相关内容，自主备课，由小组同学推荐代表进行讲授，教师再做适当补充，而未上讲台的同学每人提交一份学习心得。这种由被动变主动的学习方法，既提高了学生自主学习的兴趣，锻炼了学生分析问题、解决问题的能力，又提高了其授课能力，可谓一举多得。此种教学方法在授课过程中获得了学生的一致好评。

2、利用多媒体教学，优化教学模式

多媒体教学具有生动、文本清晰、信息量大等特点，为教学带来了新的活力，实现文字、图像、声音的同步输出，能够在短时间内向学生输送大量信息[3]。我校发酵工程课程的理论学时较少，这与该课程涉及的内容较多相矛盾，因而采用多媒体教学可以很好的解决这一矛盾。本课程的实践性很强，由此教师备课时应尽量多地搜集相关素材，并以精彩的图文、动画形式制成多媒体课件，形象生动地展现抽象的知识点作为教材的补充，或以视频技术在课堂上进行一些实验的演示，加深学习印象，应尽量减少多媒体课件中文字罗列，便于学生接受。如培养基的灭菌，發酵罐的接种操作采用影像展示给学生，既生动又直观，既加深了学生对知识的理解和掌握，提高了学习兴趣，又使学生了解了工厂的实际操作，有利于学生以后工作中尽快进入角色提供了帮助。

三、注重实验教学，培养学生独立分析问题和解决问题的能力

发酵工程是实践性很强的一门学科，为了提高学生的动手能力，独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，将理论知识与生产实践相结合，由此本课程的实验教学摒弃了传统的实验教学的弊端，采用开放式教学方法，让学生做实验室的主人，自主设计实验，自主进行实验。为了达到预期的效果，在学生进行实验之前，需要向学生讲解实验室的安全操作规程，并对各位学生进行严格的基本功训练，考核合格者方能进入实验室进行实验。

以往的实验教学中我们也采用了传统的教师教，学生按步就班的做，但学生做实验过程中暴露出的问题非常多，如学生很少思考实验的整个过程，每步实验都是在教师督促和监督下完成；对实验原理把握不透，实验过程即使出现问题自己都浑然不知；写完实验报告就忘掉实验内容等等。由此，自11年起笔者尝试了开放式实验教学方法。首先教师给出不同的实验题目，学生自由结组选择本小组感兴趣的课题，自主查阅资料，制定相应的实验方案，然后和教师进行商讨实验的可行性方案，在教师的指导下自主安排实验时间和进度，独立完成实验，之后进行总结报告，最后各小组再进行10-15分钟的多媒体汇报，并解答同学和老师的提问，通过答辩，即“定课题—查阅资料—拟定方案—进行实验—总结报告—多媒体汇报”六部曲。实践出真知，此种授课方法在一定基础抹杀了学生平时做实验的“等”“靠”现象，充分发挥了学生的自主能动性，提高了学生分析问题，解决问题的能力，也培养了学生的团队合作意识和团队精神，使学生经实践真正理解发酵工程的真谛，这一实验方法也得到了两届学生的高度认可。

四、加强实践教学环节，扩展学生知识面

缺乏实践教学环节的知识理论体系是不完整的，为了提高学生对发酵工程的感性认识并强化他们的工程化概念，增长基本技能，必须加强实践教学环节，这也是该课程教学的重要组成部分和课程建设的重点。

在教学实习开始之前，通过组织学生就近参观本地不同类型的发酵工厂，如生物制品厂、柠檬酸厂、味精厂、葡萄酒厂等，使学生对发酵工厂有一个整体的概念，加深学生对书本知识的理解，有利于其掌握理论授课内容。参观之后学生回到我们自己的实验室，利用实验室的小型发酵罐模拟工厂操作进行一次真正意义上的发酵生产。在实践环节，各个步骤包括培养基制备、发酵罐实罐灭菌、接种、发酵工艺过程的管理与控制及产品产量的测定等各个环节均由学生亲自完成，教师在整个过程中起主导作用，提醒学生在操作中的注意事项，适时的进行必要的指导。这种实践教学组织形式不仅提高了学生独立思考能力，也培养了学生的团队协作精神。

通过近几年的教学实践和改革，在课程体系建设方面，理论教学环节、实验教学环节和实践教学环节各方面不断的提高完善，寻求适应我校理学学生学习的教学模式，努力讲好这门亦工亦理偏重工科的课程，这也使得学生学习该课程的积极性不断提高，对该专业的就业前景有了明晰的认识，为他们的考研和就业指明了方向，达到了预期的效果。

参考文献：

[1] 黄方一. 发酵工程课程教学改革的实践与探索[J]. 武汉生物工程学报， 2008， 4（1）： 31-34.

[2] 任晓莉， 赵润柱， 梁保红. 发酵工程课程的教学改革与实践[J]. 微生物学通报， 2011， 38（1）： 127?130.

[3] 陈叶福， 肖冬光， 陈宁等. 对发酵工程课程教学的几点思考[J]， 中国轻工教育， 2010， 2： 64-65.