问题教学法在发酵工艺学教学中的实践

陈勇

摘 要：该文阐述了问题教学法在发酵工艺学课堂教学中的具体应用。笔者设计出发酵工艺学各知识单元的题目，进而形成以“问题”为关键词的课件。在此基础上，完成了问题教学法在发酵工艺学课堂教学的实践。问题教学法不仅可以活跃课堂气氛，增加师生互动，而且有利于学生独立思考，激发学生学习兴趣。

关键词：问题教学法；发酵工艺学；教学；实践

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）13-0162-03

Application of Question Teaching Method in the Course of Fermentation Technology

Chen Yong

（Food Science and Engineering College，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China）

Abstract：This article expounds the application of question teaching method in the fermentation technology. The author designed many “problems” for each chapter in the course of fermentation technology and made PPT courseware around these key “problems”. On this basis，the question teaching method was applied in the course of fermentation technology. It was shown that the problem teaching method can not only active classroom atmosphere，increase the interaction between teachers and students，but also is helpful for students to think independently and stimulate students interest in learning.

Key words： Question teaching method；Fermentation techndogy；Teaching；Practice

發酵工艺学是一门综合性和实践性强的课程，与生产实际联系密切。因此，在生物工程、生物技术、食品等专业的课程体系中，该门课程设为培养应用型创新性人才的重要必修课。目前，诸多文献报道了《发酵工艺学》在课程内容、实验内容以及教学方法上的一些改革与实践。这些改革与实践多集中在以发酵工业生产先后顺序编排课程内容、以学生为中心的实验内容设计及以全程考核为重点的课程考核模式改革[1-6]，但是，鲜有报道教学方法在课程讲授中详细的设计和实施过程。本文将根据多年的发酵工艺学教学实践经验，阐述“问题教学法“在发酵工艺学教学在中的应用，为教师们提供一些参考。

1 问题教学法的提出背景

传统的“满堂灌”的教学方法存在“课上学生发表意见少”和“课下热衷背诵标准答案”的缺点。这种教学方式不仅不利于锻炼学生独立思考的能力，而且容易降低学生学习的兴趣。以学生为中心的“自主学习”的教学方法能够有效的避免这种情况，然而，该方法的有效地组织和实施并非易事。在此背景下，我们采取了折中的方案，即采用了“问题教学法”贯穿于课堂教学。实践表明，问题教学法既有利于活跃课堂气氛，激发学生学习兴趣，又有利于锻炼学生的独立思考的能力。

问题教学法是以问题为中心组织的教学方法[7]。该种教学方法的有效实施一方面在于教师提出有启发性的问题，另一方面在于课堂提问计入平时考核成绩的方式激发学生的学习热情。下面就问题教学法在发酵工艺学课程中的应用进行阐述。

2 问题教学法的实施过程

本课程理论学时为24学时，分为工业培养基、工业灭菌、种子扩大培养、发酵过程检测与控制、发酵机理5个知识单元。整个课程内容采用了工业发酵生产的先后顺序合理安排，充分考虑到学生的认识先后顺序。

第一知识单元为发酵培养基，分为3部分，即培养基的类型、发酵培养基成分和来源及发酵培养基的设计与优化。围绕这3部分，我们提出问题为“在工业发酵中，有用于合成孢子的培养基、有获得大量种子的培养基及用于发酵合成产物的培养基，你认为这些培养基应各具有什么特点？”接下来，以科研用培养基和工业发酵培养基的差异，引出问题：“你认为工业发酵生产中采用的培养基的主要成分是什么？为什么选择这些原料？”由学生给出答案，教师根据回答情况给予相应的分值。在讲授工业培养基速效碳（氮）源与迟效碳（氮）源时，提出问题：“你认为速效碳（氮）源和迟效氮源在发酵生产中起到的作用是什么？为什么设计培养基时需考虑二者的比例”。该题目加深学生对速效碳（氮）和迟效碳（氮）源的理解，同时增强学生对该知识点的记忆。在讲授培养基成分优化时，教师给出正交试验的数据，让学生进行数据处理并把答案写到黑板上，以此考察学生的掌握情况，通过实验课程中的“正交实验优化培养基配方”实验项目进一步巩固该知识。

第二章为工业灭菌。采用自问自答的方式提出“发酵培养基如不灭菌，将会出现杂菌丛生”的情况。那么如何灭菌呢？由此引出湿热灭菌的概念。进一步提出与灭菌有关的灭菌动力学方程、阿累尼乌斯公式。对公式详细讲解后，提出问题“如何根据灭菌动力学方程求解理论灭菌时间？”最后让学生做一道求解灭菌时间的习题，来检验学生的掌握程度。在讲解分批灭菌和连续灭菌的概念、理论灭菌时间时，提出问题“分批灭菌和连续灭菌的异同点有哪些”，让学生对二者进行比较，以此锻炼学生归纳总结能力。

根据工艺流程，在进行发酵前需要制备大量的“种子”。由此可以提问：“菌种一般如何保藏？保藏菌种是否处于休眠状态？”继而提出工业发酵需要大量的活跃“种子”，“那么如何从保藏的菌种，一步一步获得大量的活跃的菌体呢？”由此启发学生思考并给出答案。这一知识单元中比较重要的是接种量、接种龄、种子罐级数对发酵过程的影响。在此，我们采取“极限假设”的方法，如接种量极大时、极小时会出现什么情况。学生回答后，由教师引出接种量过大或过小带来的不利影响。通过这些问题的思考，加深学生理解接种量、接种龄和种子罐级数对发酵过程影响的认识，避免了死背答案的情况。

第四章为发酵过程的基本工艺与控制知识单元。首先阐述发酵过程操作的分类，包括分批发酵、分批补料发酵、半连续发酵和连续发酵，并以相关动力学方程解释其过程。讲解后，让学生回答4种发酵操作方式的异同。通过学生自己的比较，更能加深他们对不同发酵方式的理解。接下来讲述发酵过程的中间过程参数。首先，以工业发酵分析室的照片，告诉学生发酵取样后将在这里进行检测。然后提出问题：“你认为在实际工业发酵中，需要检测哪些参数？为什么？”当学生给出答案后，在ppt上显示出工业生产批报，说明需要检测的参数。其次，引导学生对碳源中总糖和还原糖概念加以区分。在此基础上，展示出工业生产实例中的总糖、还原糖和淀粉酶活力的趋势图。此时提出问题，让学生解释图中各曲线的走势，并进行参数相关性分析。通过让学生自主分析各参数的趋势和相关性，可以提升学生分析问题的能力。氮源代谢和磷代谢采用同样的方法进行讲授。

中间补料也是发酵工艺学课程的重要内容。讲授时围绕几个基本问题展开：（1）为什么补料？（2）什么情况下才需要补料？（即补料的意义）（3）补什么？如何补？采用这3个问题，可以使内容变得更加条理。让学生根据自己的思考给出答案，同时老师将其简略书于黑板上，以备之后与PPT的答案进行对照。通过学生的答案与最终答案的对照，可加深学生对相关知识的理解。关于“如何补”和“怎么补”的问题，需要采用工业补料发酵生产实例讲解。

接下来内容为发酵条件对发酵过程的影响。简单的发酵条件有pH和温度。如pH可采用自问自答的方式提出：“如果不控制发酵pH的话，发酵过程中发酵液pH会不会发生变化？当然会，因为微生物要生长代谢……”。逐渐引出问题“发酵pH为什么会变化”。由学生讨论回答，老师将其学生答案简略写于黑板上，之后与PPT的答案进行比较。关于“如何控制pH”的问题，也采用同样的授课方法。温度对发酵过程的影响部分也采用与上述类似的方法。实践表明，提出步步深入的问题，循循诱导学生作答，不但可以将知识阐述清晰，同时，使学生参与其中，带动了学生的学习热情。

在发酵条件中溶氧、二氧化碳浓度和呼吸熵也是重要的发酵参数。在讲授溶氧时，对一些简单的问题可采用自问自答的形式，如“为什么氧易成为微生物生长的限制性因素”“表述溶氧浓度方式有哪几种”“如何检测发酵液中的氧浓度”等。需要强调的是，在教材中没有生产实际的溶氧变化曲线图，但为了增加学生对该参数的理解，需加入了工业生产中的溶氧变化曲线图（如红霉素发酵过程溶氧趋势变化规律等）。让学生讨论并分析出底物浓度、产物浓度、溶氧之间的趋势变化的关系。通过对曲线相关性分析的锻炼，能较好的提升学生分析问题的能力。当然，二氧化碳和呼吸熵相关知识点也采用相似的教学方法。

“发酵总会结束，那么依据哪些指标来决定发酵结束的时间点？”“放罐過早或过晚会有什么不利影响呢？”，这些问题学生比较容易回答。关于发酵泡沫的形成与控制知识内容，我们围绕着回答3个问题展开：“为什么会产生泡沫”“产生泡沫会引起什么危害”“如何控制泡沫”。学生回答了这3个问题，基本上掌握了相关的知识。关于染菌的防治部分，我们也设计了较多的题目，如“染菌有什么危害”“染菌的原因有哪些”“如何防治染菌”等问题。

最后一章节是发酵机理，主要是从代谢调控的角度来阐明产物积累的原理。我们选取了柠檬酸、谷氨酸、赖氨酸生产为例讲授好氧发酵机理。在本节中注重学生自主分析问题，教师在PPT上展示产物合成途径，进而提问“从代谢途径上分析，如何实现柠檬酸的积累（或谷氨酸或赖氨酸）”“从发酵条件上分析，如何实现柠檬酸（或谷氨酸或赖氨酸）的积累”。这些问题在教材上没有相应答案，需要学生自己分析总结。同时，我们选取了酒精发酵、甘油发酵、乳酸发酵来讲授厌氧发酵的机理。“微生物为什么要合成酒精、甘油、乳酸？这些物质本身对微生物有用、无用？”一般学生很难回答这个问题，在学生讨论和思考后，引导他们获得答案，即菌体要代谢产能，这个过程会形成还原性辅酶，还原性辅酶要转变为氧化性辅酶，这样才能维持氧化性辅酶和还原性辅酶的平衡。在没有氧气的条件下，还原性辅酶只能通过氧化中间代谢物得到氧化，同时形成厌氧代谢产物。最后，让学生重新回答该问题，考察学生理解的准确性。

上述是我们将问题教学法贯穿于发酵工艺学课堂教学的大体概括。在PPT制作时，我们特别强调了“问题”的关键作用。

3 结语

问题教学法的关键之一是提出具有层次感和启发性的问题。这不仅利于提高学生独立思考和独立分析数据的能力，而且有利于课程内容条理化。我们把问题教学法与多媒体课件相结合，形成了以“问题”为关键词的适合师生互动和重点突出的多媒体课件。问题教学法的关键之二是激发学生回答问题的热情。当学生感受到这种教学方式的优点时，自然会积极参与到问题讨论和回答。因此，要求教师重视“问题设计”。此外，我们增加了平时成绩所占比例，学生课堂回答问题时的表现是平时成绩的主要项目。

参考文献

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[5]向丽君，戴传云，付亚，等.关于《发酵工艺学》课程建设的思考[J].理科爱好者，2013，2：11-12.

[6]余晓红，邵荣，陈洪兴.应用型本科院校发酵工艺学课程教学改革与学生创新能力的培养[J].考试周刊，2009，39：18.

[7]周林，赵林.将问题教学法应用于发酵工艺学课堂教学[J].药学教育，2008，1：37-38.

（责编：徐焕斗）