基于STS模式理论的发酵工程教学改革探索

李从虎 曾德二

摘要 发酵工程是一门实践性很强的学科，在现代生物技术领域具有举足轻重的作用。对发酵工程教学中引入STS（科学、技术、社会）模式理论，提出相应的改革措施，旨在提高学生的科学技能和实践能力，以期更好地服务社会。

关键词 发酵工程；教学改革；STS

中图分类号 S-01 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）34-376-02

STS（Science Technology Society）模式理論即科学、技术和社会模式理论，是针对当今科技迅猛发展及产生的社会、环境等问题形成的一种新的教学理念[1]。STS教育模式理论旨在将科学、技术和社会紧密结合，一方面强调科学与技术相互支持；另一方面强调科学技术与社会的相互作用[2]。STS教育的特征主要体现在：①参与式教学，强调学习者的亲历，重视学习过程中的探究与体验； ②内容综合化，学习者思考不同学科不同领域的联系和差异，从而全面、客观地理解和认识现实世界；③强调社会责任，要求发展学习者的道德和价值判断能力，培养学习者正确的价值观和社会责任感；④体现科技素养，强调素质教育而不片面强调精英教育；⑤体现未来教育，促进学习者在应付未来生活中具有更强的决策能力[3-4]。因此，STS模式理论的教学目标为全面提高学习者的科学意识及科学技能、技术意识和实践技能、社会意识及服务效能[5]。

发酵工程是发酵原理与工程学的结合，是研究由微生物或动植物细胞参与的利用生物材料生产有用物质，广泛应用于食品、生物医药和环保等领域的一门综合性科学技术[6]。发酵工程的主要内容包括工业微生物与原料的制备、发酵机理及代谢控制、产物的分离纯化以及清洁生产技术等，因此，该课程涉及数学、生物化学、微生物学、化工原理等学科理论知识，是一门应用性和实践性很强的学科[7]。发酵工程与基因工程、细胞工程和酶工程构成现代生物技术或生物工程的重要组成部分，且具有举足轻重的作用，这是因为基因工程、细胞工程和酶工程的产物实现工业化，都需要借助于发酵工程的原理和技术[7]。随着生物技术的迅猛发展，如何使发酵工程适合时代发展需要，如何让学生掌握发酵工程最基本的内容，提高分析问题和解决问题的能力，是教师需要认真思考的问题[8]。

该文以发酵工程教学过程中存在的问题为基础，引入STS模式理论，提出相应的改革措施，以期提高教师的教学能力以及学生的学习能力。

1 发酵工程教学中存在的问题

1.1 传统观念影响教学

传统教学观念仍以教师为主体，学生为客体、单一教材、课堂教学为中心的教学模式。该模式使得教师的教学方法、教学手段和考核模式较单一，学生上课积极性不高，从而导致教师教学和学生学习效率降低，难以培养出新型复合人才。

1.2 教学内容孤立

发酵工程是一门涉及数学、生物化学、微生物学等多学科的综合性课程，需要教师具有渊博的知识和丰富的社会经验。而现实是教师为避免多次备课的麻烦，不仅以单一教材为模板，且在教学过程中忽略很多自己不熟悉的内容。因此，学生学习的知识有限。

1.3 学生学习的积极性不高

兴趣是激发学生学习自主性和积极性的主要动力之一。然而在教学过程中，往往可以发现学生上课注意力不集中，上课说话、玩手机等现象。因此，如何提高学生的学习兴趣，激发其学习的积极性仍是教师和学生面临的主要问题之一。

1.4 理论与实践脱节

发酵工程是一门应用性和实践性很强的学科，如果学生参与实践的机会多，则会使其更容易理解课本知识。仅靠单一的课本理论知识，难以使抽象的知识具体化，亦难以提高学生的综合素质和创新能力。

2 STS模式理论在发酵工程教学中的探索

在发酵工程教学中引入STS模式理论，既是教学内容的需要，又是培养具有一批创新能力的高素质人才的需要。

2.1 科学知识的深化

现代教育学认为科学教育应以认识活动过程为教学重点，以探索科学知识、发现客观事物本质为基础，重点培养学生研究问题、处理信息和进行创造发明的能力[4]。因此，发酵工程教学应深化理论知识，让学生充分掌握基本理论是培养高素质和创新性人才的基础。

2.1.1 教材优化，推荐优秀参考教材。

教材是课堂理论教学的载体，在教师与学生之间起着重要的桥梁作用，精选优秀教材是确保教学质量的关键[9]。目前以发酵工程为基础的教材很多，不同教材侧重点各不相同，各具特色，因此，根据学生专业背景选择合适的教材尤为重要。根据安庆师范学院生物技术专业的理科特性，笔者选择了高等教育出版社的《发酵工程原理与技术》作为该课程的理论教材，该教材内容全面，结构简单明了，系统地介绍了从原料到产品的整个发酵生产的全过程。考虑到各类型教材都具有一定的局限性，笔者推荐了张星元主编的《发酵原理》、俞俊堂主编的《新编生物工艺学》、姚汝华编著的《微生物工程工艺原理》等相关优秀教材作为参考书目，以加深学生对发酵工程相关知识的理解。

2.1.2 教学内容丰富、优化。

科学合理的教学内容和知识体系是教学改革成功的关键[8]。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基制备与灭菌、发酵机理、代谢调控、发酵动力学、产物分离纯化等，部分内容与其他课程重复。如菌种的选育、培养基的制备与灭菌已在微生物学或基因工程中涉猎。因此，在有限的课时内，要完成教学任务，必须合理安排教学内容和教学重点。对已重复的内容，可只要求学生复习相关章节，而发酵工程机理和过程控制则可作为课程的重点，详细讲解，力求达到教学目标。然而课本教学仍具有一定的迟滞性，因此，教师在教学过程中应不断阅读国内外的优秀文献，不断更新教学内容，向学生介绍学科发展的前沿信息，及时补充该领域新技术、新方法和新成果的相关内容。不断优化教学内容能够扩大学生的视野和知识面，增加学生的学习兴趣，促进其更主动、更积极的学习相关知识。

2.1.3 教学方法推陈出新。

传统的教学方法以“教师为主体，学生为客体”为主，这种教学方法使得学生的学习积极性不高，导致教学效率低下。因此，改革教学方法、调动学生学习兴趣成为发酵工程教学改革中一项重要工作。

激发学生的学习兴趣是提高教学质量的关键。发酵工程的内容比较抽象、枯燥，如发酵设备和工艺的讲解过程中，学生难以在脑海中将抽象的知识具体化，导致厌学现象严重。因此，在教学过程中，应避免采用简单的文字罗列知识体系，可通过多媒体利用图片、动画或者视频的形式将内容具体化，使学生更容易理解。同时，由于发酵工程注重的是将生物技术实现产业化，大多数学生仍认为发酵工程仅与传统酿造有关，无法认识发酵工程的地位和作用。针对这种片面认识，教师在绪论部分要精心备课，查阅资料，详细介绍发酵工业在生物产业中的核心作用和发展前景，以此激发学生的求知欲和兴趣，为今后的教学奠定良好的基础。

综合运用案例—问题—讨论方法，可有效提高教学质量。采用合适的案例将理论与实践相结合，增加内容的形象和真实性，同时采用问题引导学生对案例进行分析和讨论，形成基于问题的案例教学，达到教学质量的提高[10]。如在讲述鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制时，教师可先由鸟氨酸发酵机制提出相关问题，并让学生课后查阅资料，然后于下一课时内互相讨论，最后教师对问题加以补充，使知识升华。在课堂讨论过程中，教师要结合我国鸟氨酸发酵现状，同时把握课堂气氛，让大多数学生积极参与，最后可由启发式教学法将知识升华到瓜氨酸和精氨酸的发酵机制中。如此，可让学生在激烈的讨论中，变被动为主动，更深刻的理解知识，并能将知识延伸到相关的领域中。

此外，还可通过提交课程论文[11]、交互式教学模式[12]等方式提升学生的学习兴趣，提高教学效率和教学质量。

2.2 技术能力的提升

技术将科学原理和规律应用于解决各种社会和自然科学问题之中，因此是科学物化为生产力的桥梁；没有技术，理论与实践相结合便是不着边际的空话[4]。

2.2.1 完善基础实验，开展设计性试验，提高学生创新能力。

实验课教学是理论与实践结合的纽带，可促进学生对理论知识的认知程度。因此，在安排发酵工程实验时应尽可能接近生产实际，体现生产的模型和原理。如微生物发酵产酶实验具体实验内容可包括微生物摇瓶培养、发酵罐的使用及代谢调控、酶的分离纯化及性能测定等。通过这样一个连续的实验，促使学生对发酵工艺的研究有较全面的认识，为以后的研究打下坚实的基础。在完善基础实验的同时，教师可提出相应的任务，学生根据所学的知识，查阅大量资料，给出合理的实验设计（原理、步骤、要点及难点等）。学生自主设计实验不仅有利于其加深对理论知识的了解，同时还有助于扩大知识面。

2.2.2 开展生产实习，丰富实践经验。

实验教学促进学生对理论知识的认识，而生产实习则促进学生对发酵工业的社会认知。例如某酱类企业的生产实习，为了使生产实习的效率提高，实习之前可对整个工厂的生产工艺流程、设备情况作简要说明；同时提出相关问题，让学生带着问题去实习；实习结束，完善实习报告，引导学生把感性知識提升到理性认识。通过理论与实践相结合，学生可以真正了解发酵生产的实际内容和具体操作过程，加深学生对发酵工业的认知。

2.3 社会责任感的提升

STS模式理论要求教师要带着一定的价值目标讲授科学知识，这样不仅使学生学习目的明确，而且能为其提供对自身价值观进行阐明和思考的机会，有助于学生逐步形成正确的价值观[4]。例如，在讲授酒精发酵时，可联想到开车与饮酒的相互矛盾；在讲授抗生素发酵机制时，要注意抗生素虽然具有良好的抑菌作用，但长期滥用会导致细菌的耐药性。与此同时，笔者选用的教材中也包含发酵工厂废弃物处理和清洁生产技术的内容，可大大提升学生的环保意识和清洁生产的理念。

3 结语

发酵工程是一门高速发展的实践性很强的学科，是现代生物技术的集成器，其教学也是一个不断完善、不断改进的过程。在发酵工程的教学中，应引入STS模式理论，将科学、技术和社会紧密结合在一起，实现课堂理论知识与社会生产实践的有效链接。因此，不断深化发酵工程的教学改革，可有效提升学生的综合素质，利用学到的科学知识和技术，充分发挥自身潜能，更好地投身到社会中去，接受实践的检验，为社会的发展做出自己的贡献。