以学生能力输出为导向构建《发酵工程》模块教学体系的探索——以合肥学院为例

吴茜茜，张 洁，王杏文，杨 旸，王晓飞

（合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601）

以学生能力输出为导向构建《发酵工程》模块教学体系的探索
——以合肥学院为例

吴茜茜，张 洁，王杏文，杨 旸，王晓飞

（合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601）

从企业需求出发确定了发酵生产岗位能力，课程改革以发酵单元操作为教学内容，借助多媒体教学、虚拟仿真平台教学、现场教学等方法，完成了以能力培养为目标的《发酵工程》模块教学体系构建，培养学生的发酵工程实践能力，从而支撑生物工程专业应用型人才培养方案的培养目标.

岗位能力；发酵工程;虚拟仿真;应用型人才培养方案

近年来，以基因工程、细胞高通量培养和生物反应器为基础的发酵工程已经成为化学工业、农业、食品工业、医药工业以及能源等国民经济行业的关键支撑技术之一.随着上述行业的迅速发展，发酵产品生产规模和品种不断增加，对发酵过程中技术的要求也越来越迫切.作为产品生产流程中的中游核心技术，既关系到能否发挥菌种的最大生产能力，又会影响到下游产品处理的难易程度，在整个发酵过程中是一项承上启下的关键技术.因此对从业发酵岗位一线工程师的培养提出了更高的要求，要求学生不仅具有扎实的理论基础，而且具有工程意识，工程能力，能够解决该岗位复杂的工程问题.以往的传统《发酵工程》课程内容及教学方法已经无法满足此类人才培养的要求.众多同行围绕着各自的课程定位及目标从课堂教学内容、实验教学内容、教学方法和手段等多角度对《发酵工程》授课内容进行了改革与探索[1-4].本文拟在合肥学院“地方性、应用型、国际化”办学定位的大前提下，从分析发酵生产岗位能力需求作为出发点，以培养学生能力为导向，尝试构建本模块的教学内容.

1 教学改革思路及目标

我校生物工程专业自2008年开始陆续摸索对人才培养方案进行模块化改革与模块构建，2012年提出将德国应用型人才培养模式移植过来，加以本土化改造，形成具有自己特色的应用型人才培养模式，以社会需求为导向，以行业实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，努力培养高素质的本科工程型人才.《发酵工程》模块作为该人才培养方案中模块之一，也应以社会需求为导向，以培养学生发酵生产岗位的工程能力、以能解决复杂工程问题为目标构建模块化教学体系[5-6].

2 发酵生产岗位能力要素分析

我校生物工程专业毕业生岗位需求调研表明在我省发酵（食品）类、生物制药类、有机酸类、酶制剂类等生产企业要求生物工程毕业生具有发酵工程的知识背景及应用能力，通过进一步发酵生产岗位（一线工程师）能力要素分析，确定了其应具备以下四种能力：

（1）发酵技术实际操作能力：掌握菌种的扩大培养一般操作方法；熟悉发酵设备的操作并能正确运用生物传感器，掌握常规发酵参数的检测方法和调控技术.

（2）设备选型和设计能力：具备对发酵主设备及其辅助设备的简单设计及选型能力.

（3）发酵工艺设计能力：能够构建典型发酵产品的生产工艺流程，包括种子扩大培养、空气除菌、培养基灭菌、发酵工艺流程、比拟放大等操作单元.

（4）紧急情况应急的能力：具备对发酵调控过程中出现的异常情况进行正确判断和处理能力，可以及时排除主设备及辅助设备小故障等能力.

3 理论教学内容的改革

3.1 凝练微生物发酵操作过程，建立以发酵单元操作为基本章节的授课体系

根据上述发酵生产岗位需求及能力分析，同时按微生物发酵过程进行单元分析，确定了六个基本操作单元，分别为培养基灭菌、空气除菌、菌种扩培、通气与搅拌、发酵过程控制、比拟放大操作单元.其中通气与搅拌、发酵过程控制、比拟放大是以发酵设备为基础的单元操作，菌种扩培、发酵过程控制则需要生物学基础为知识点支撑.因此确定了本模块8个章节的理论教学内容，具体内容见表1.

3.2 采用“虚实结合”的教学方法培养学生的工程能力

传统教学内容组织方面侧重于知识的系统性和完整性，缺少工程能力的培训，即发酵工程意识、工程素质、工程实践能力的培训；在教学方法和手段方面，虽然采用多媒体教学向学生展示照片、动画或视频等直观性的资料，或者到工厂参观，了解其生产过程，这在一定程度上缓解授课学生和教师之间“空对空”教学困境.由于发酵工程是一个工业化生产过程，课程内容涉及到众多的设备和辅助设备，学生对这些设备和辅助设备缺少感官认识，对工业化的生产线缺乏概念，对生产操作缺乏训练，正是由于本模块教学内容的特殊性，造成了理论与生产实际情况脱节现象，在教学过程中缺少“身临其境，顶岗操作”的过程.

针对以上问题，我们在上课之初借助发酵工程实验室和啤酒生产实训基地，开展“看的见、摸的着”的现场教学方法，让学生通过拆卸发酵主设备，帮助学生了解发酵主设备的结构及工作原理，为后期发酵设备章节的讲授提供设备基础；在课堂教学的过程中，借助我校省级生物虚拟仿真中心平台，开展课后自主学习，将学生带入“生产车间”，通过虚拟仿真软件，一方面直接了解某工段的生产工艺、设备，另一方面结合发酵单元操作的内容，直接模拟生产流程操作，如培养基灭菌单元操作如何正确开启阀门、泵及开关顺序，如何控制灭菌温度等，此种教学方法可以让学生对各操作单元有更深刻的印象，增强对课程内容的理解和应用，同时通过软件设置工艺小故障，培养学生排除生产过程的事故能力，这些都对培养学生工程意识及工程应用能力十分有利.

4 实验教学内容的改革

传统实验课一般只对应某个知识点而开设，学生缺少产品生产的整体性概念，即从菌种到产品的生产过程.本模块教学内容借助以实验室和省级虚拟仿真中心平台，通过“线上实验室”及“线下实验室”相互补充，使学生掌握单元操作的内容，同时培养学生掌握发酵产品生产工艺的全过程.

4.1 线下实验室基础操作实验

保藏菌种活化、扩大培养、发酵工艺调控等基础操作实验在发酵实验室完成.实验设置固态发酵、液态发酵等发酵整个过程，有利于学生从整体观念出发，缩短校内实训和校外顶岗实习的距离.实验操作采用3-4人一组，每人负责不同的内容，相互合作完成实验项目.

4.2 “线下与线上，虚与实”相结合的生产过程操作实验

首先安排同学进入虚拟仿真中心，学习操作啤酒生产实训软件，了解从麦汁的制备过程、啤酒发酵过程控制到啤酒后处理等单元操作内容，每人一组；考核合格者，需带着授课教师审核通过的啤酒生产实验方案，方能进入啤酒实训基地.完成从原料到成品啤酒的实训，此环节每5-6人一组.

4.3 编写配套的实验教材

实验教材是体现教学目标、教学内容的载体.根据模块化教学内容及学生能力培养目标，我们编写了一本实验教材，实验项目与实验内容采用“虚实相结合，与教师科研项目结合”的原则，并在其中设置了部分设计型实验环节.

表1 《发酵工程》模块教学内容及教学方法

综上所述，本模块教学内容的构建，坚持以社会需求为导向，凝练岗位能力，并结合微生物发酵单元操作为内容，构建了《发酵工程》的单元操作教学内容.在教学手段上以多媒体教学为主，再辅以现场教学、虚拟仿真等教学方法和手段，在实验环节，利用虚拟仿真平台和校内实训基地平台，通过利用线上和线下相结合的教学方法,《发酵工程》模块化课程教学体系明显提高了学生的学习兴趣，促进理论知识的理解与应用，以及提高学生的实际操作技能及工程实践能力具有明显的效果，用人单位对我专业毕业生十分满意.

〔1〕王海英，汪文俊，郭小华，熊海容.强化工艺实践的发酵工程实验课程教学体系的建立[J].轻工科技，2012，163（6）：168-169.

〔2〕安登第，曾献春，张瑞，努尔古丽?热合曼，张伟.发酵工程课程的立体化教学探索与实践[J].微生物学通报，2014，41（7）：1443-1447.

〔3〕藏学丽，刘诗音，杨贫，赵慧娟.《发酵工程》实验教学改革初探[J].吉林农业，2013，299，181.

〔4〕李丽.提高实践教学质量培养复合型人才——《生物工程专业实验》课程的教学改革[J].农业工程，2015（5）2：88-89.

〔5〕夏潇潇，葛春梅，吴茜茜，张洁，蔡敬民.生物工程与工艺模块化改革的探索与实践[J].生物学杂志，2016，33（1）：116-118.

〔6〕胡庆国，张洁，葛春梅.生物工程专业应用型教学体系的构建及实践[J].黄山学院学报，2010，12（5）：135-137.

G712

A

1673-260X（2017）09-0185-02

2017-06-19

安徽省质量工程项目：发酵工程及应用实训（实验）中心(2014sxzx015)；省级名师工作室（2016msgzs060）；生物工程专业综合改革试点（2012zy068）

吴茜茜(1974－9)，女，汉，安徽黟县人，硕士，教授，主要从事发酵工程研究，Email:wqq@hfuu.edu.cn