基于应用能力培养的微生物工程课程教学改革

聂春雨，郎亚军，殷亚杰，任国领，张志国，闫立地

(1.大庆师范学院 生物工程学院，黑龙江 大庆 163712；2.黑龙江省油田应用化学与技术重点实验室，黑龙江 大庆 163712)

1 引言

微生物工程是一门实践性较强的课程，该课程不仅要求学生理解和掌握微生物工程理论知识，更重要的是要学会相应的实验技能，培养学生创新思维和创新意识，为今后从事发酵行业的生产和研发工作打下坚实的基础[1]。对于一些地方本科院校，微生物工程课程学习主要以理论知识的传授为主，目前课程不足之处是实践教学开展相对单一，学生应用能力培养普遍较弱。随着我国发酵行业的不断发展和壮大，企业用人要求越来越高。企业选人不但要求理论知识扎实，同时要具备较强的实践动手能力和创新能力。鉴于此，有必要总结传统教学过程中存在的问题，制定相应的改革措施，加大人才培养力度，为地方企业输送应用型人才，让学生高质量就业。

2 微生物工程教学过程中凸显的问题

2.1 授课方式单一，学生缺乏学习主动性

传统教学以教师、教材、课堂为中心，教师按照指定教材安排教学课程，学生完全按照教师设定的内容进行学习。在整个教学过程中，教师扮演着各个角色，而学生在学习中缺乏思考，主动学习的积极性不高[2]。学生表现出了较重的依赖心理，不能做到较好的课前预习和课后复习，总是依赖教师课上直接讲解和课后总结归纳。在实验课尤为明显，学生完全依照老师指定的实验项目机械性地按实验步骤进行，至于实验原理和实验方案很少有学生去探究，实验过程中出现问题也不愿意动脑思考，而总是依赖让老师作出解释。这种以教师为主体的教学方式，严重影响了学生学习的主动性，学生分析问题和解决问题的能力得不到有效锻炼[3]。

2.2 实践锻炼环节单一，学生综合能力得不到全面提升

实践教学是培养学生实践能力的重要环节，是学生系统掌握和理解理论知识的重要手段[4]。过去学生实践锻炼环节较少，仅有实验课和实验室开放，实验课往往以3～5人为一个小组进行，每个小组仅有1～2人从始至终参与实验的整个过程，亲手操作，而其它学生仅是观察；参加实验室开放的学生也基本都是一些在实验课中表现积极的学生。较少的实践锻炼环节，使学生参与实践的机会大大降低，动手能力和创新能力得不到锻炼和培养，学生无法独立开展试验研究。

2.3 考核方式单一，学生整体评价不全面

传统的微生物工程课程考核一般由平时成绩(30%)和期末成绩(70%)两部分组成；平时成绩主要体现在上课出勤、作业和课堂表现，期末成绩为闭卷形式，由5～7种题型构成。这种考核方式结果仅能对学生的理论知识掌握情况有了一定的了解，对于学生创新精神、创新意识和分析问题及解决问题的能力均不能有效评价，评价结果会出现偏差。

3 改革措施

3.1 引入CDIO教学理念，提高学生学习主动性

CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate，构思-设计-实现-运行)4个层次的教育理念是工科类本科人才培养的先进模式及理念，重点培养学生的创新能力和实践动手能力。CDIO教学理念的引入更能激发学生求知欲，提高学生创新能力、设计能力和解决实际问题的能力[5，6]。

为了提高学生工程实践能力，根据课程特点和人才培养计划，在教学过程中引入了CDIO教学模式，充分利用课下时间，开展了小组形式的任务驱动式教学。学生全员参与，自由组队，每组推荐出一名同学任组长，负责组内的协调工作。教师在课程内容设置时，要根据课程内容的重难点和企业对专业知识的要求，设置一些专题或任务供学生选择。各小组要对所选任务进行详细的分析与研究，并将研究情况向全体同学进行展示。全体同学要对各组的完成情况积极展开评价，从而完成知识的共同学习。如谷氨酸及其发酵生产工艺专题，小组接到项目任务后，要对如何完成这项任务进行构思(Conceive)。小组将构思情况与任课教师进行沟通，任课教师结合学习目标和要求进行指导，向学生介绍如何查阅文献、实验方案设计要求和研究报告撰写方法等。如学生通过查阅相关资料，对要讲授的内容进行细致的优选和设计(Design)。通过整理、各小组完成方案设计后，不断完善方案，制作PPT，并对论证报告进行答辩，然后组内同学需要共同参与并讨论，创新方案，找到解决问题方法和实现(Implement)途径，使方案切实可行。方案确定后，再通过组内分工、共同协作来完成项目的运作(Operate)。通过组内采用不同角色互换，如组长、答辩人，使学生体验不同角色的职责和要求，突出了学生的主体地位，体验团队协作的重要性，培养学生的团队精神[7]。

3.2 开展形式多样的实践锻炼活动，全面提高学生综合能力

《微生物工程》是学院生物技术和生物制药专业的专业必修课，是一门综合性很强的课程，基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产实践密切结合，不仅要求学生具备生物发酵方面的理论知识，更要具备较强的实验技能和创新精神[8]。因此在加强理论教学改革的基础上，我们积极开展实践教学的改革。将常规实验教学、第二课堂、工厂见习和生产实习等实践环节贯穿于学生的整个学习过程，培养学生理论联系实际能力、工程实践能力和分析问题解决问题能力，将学生 培养成专业知识扎实、综合素质较好的复合型人才，详见图1。

图1 微生物工程课程实践环节结构

3.2.1 常规实验教学

微生物工程是一门综合性很强的课程，实验操作尤为重要，因此通过结合CDIO教学理念，对微生物工程实验教学进行了改革，形成了基础、综合、设计3个层次的实验内容，减少验证性实验，增加综合性实验和设计性实验，并结合就业岗位的需求，鼓励学生开展创新实验研究。

基础性实验部分主要通过实验教师对发酵过程工艺流程进行模拟演示和现场拆装常用发酵设备，让学生了解相关发酵设备的工作原理，掌握微生物工程实验室规范、常用发酵仪器的使用方法和基础操作技术等，占整个实验学时的20%。此内容设置上尽量做到少而精。 在后续的综合性实验和设计性实验中会进一步得到锻炼和加强。综合性实验是培养学生综合实验技能的重要环节，是体现学生综合能力的重要部分，因此占的比例较大，占整个实验学时的60%。基于实验学时的不断压缩，在实验内容上做了精心选择。结合发酵行业特点，安排了酸奶的制作、谷氨酸发酵和酒精生产等实验。通过综合性实验的锻炼，基本技能进一步巩固和加强，使理论和实践相结合，做到学以致用。设计性实验是同学们掌握了一定实验技能和方法的基础上，运用所学知识，自行提出问题进行选题并设计研究方案，通过实践培养学生思维能力、实践操作能力、解决问题和分析问题能力，进一步提升学生的实验技能和创新精神，此内容占实验总学时的20%。设计性实验以小组的形式进行，每个项目至少要有两个小组来完成，这样便于后续项目的评比与提高。小组确定后，组长进行分工，向每位同学布置工作。通过各组讨论后，进行实验方案设计、实验操作、整理分析数据和撰写报告等，为学生独立开展科学研究和将来就业增添了筹码。

3.2.2 第二课堂

为进一步提升微生物工程实验技能，培养学生分析问题和解决实际问题的能力，积极开展了以学术导师为指导，以学生为主体，以实验室开放、大学生创新创业训练项目、课外学术科技竞赛和学生毕业论文为实践教学第二课堂的主要研究内容[8]。实验室开放以项目的形式进行申报，每学期开学初第2周开始上报，项目经学院教学指导委员会评审通过后方可进行。大学生创新创业训练项目一般在每年的4月份开始申报，经二级学院、学校和省教育厅评选后，分别筛选出国家级、省级和校级项目，按照计划内容开展研究工作。学科竞赛根据竞赛组委会的要求进行申报，主要包括《全国大学生生命科学创新创业大赛》《全国大学生生命科学竞赛》《“创青春”(原“挑战杯”)全国大学生创业大赛》和《互联网+大赛》等。

学院将发酵工程实验室、微生物学实验室和大学生创新创业实验室作为微生物工程实践锻炼的重要场所，随时开放。学生要认真学习实验室相关管理制度。通过第二课堂开展，拓展了学生知识范围，提高了学生分析问题和解决问题能力，增强了学生工程实践及创新能力的培养。

3.2.3 见习与实习

为使学生切身体会到相关发酵生产的具体工艺流程和设备操作，加深对发酵产品生产过程的了解，安排学生进行工厂见习和顶岗实习。工厂见习一般安排在理论课和实验课授课的学期进行，对于一些难以理解或实验室不具备实验条件的知识，根据当地发酵企业产品类型安排相应的实习内容，借以加强学生对相关知识的了解和掌握。比如讲到发酵设备知识时，安排学生到生产酒精的大庆博润生物科技有限公司进行4学时的工厂见习；讲到味精生产知识时，安排学生到龙江阜丰集团氨基酸发酵车间进行见习。实习前教师对各企业生产工艺、设备情况作简要的介绍，参观时由各企业的专业工程师带领学生深入生产车间，讲解工艺流程和设备操作，给予技术问题上的具体指导。学生通过实际参观学习和企业工程师的详细讲解介绍，提高了学生学习的主动性和积极性。

顶岗实习安排在第七学期进行，一般实习期限为4～5个月。学生亲身走进生产的第一线，学以致用，在实践过程中不断提升自己的操作技能和服务社会的综合素质。

3.3 实施多元化课程考核，客观评价学生综合素质

考核是对学生学习效果的检验手段，传统的考核形式主要是卷面成绩，不能全面充分体现教学效果[9]。探索CDIO教学理念下适应《微生物工程》课程考核方式，是教学改革中的重要内容。改革后的考核机制对培养和评估学生能力，提高学生综合素质以及独立分析和解决问题的能力都有很重要的意义。

改革后的考核，期末闭卷考核，题目比较灵活，主要考察学生对教学基本理论和知识点掌握情况。项目评价综合性很强，考查了学生在项目操作工程的构思、设计、实现和运作整个过程中的个人学习能力、个人职业能力、解决问题能力，团队协作和创新能力等内容。通过整个项目过程中设备操作规范性、PPT制作质量、灵活运用课程基本理论和实践相结合，实际问题分析能力和解决能力、整个过程参与度、安全性认识程度、组内成员工作协调性、完成质量、项目论证，答辩质量，方案制定实施情况，发酵工艺优化改进及创新型等多方面，同时加上工厂见习成绩、实习成绩。客观评价学生的综合素质。同时，所有上面的评价成绩，不是教师一个人打分，而是由组内，各组间同学们共同一起参与，这样更公正客观，真实反映同学的综合素质[10]。

4 结语

CDIO教学模式的引入，为学生搭建了实践的平台，提升学生构思、设计、实施和运作能力。在传统理论教学和实验教学中间加入企业生产实习和见习，可以夯实教材中难以理解的原理并为独立开展实验研究做铺垫。通过实践教学内容的重新整合，使理论教学与生产实践有机结合起来，增强了学生学习的主动性、积极性和创新性，提升了大学生的分析问题和解决问题的能力，逐步形成了工程思维模式，培养了学生的科研能力。