“發酵工程”課程教學改革的探索與實踐

□江南大學 穆曉清 王棟 徐巖

“發酵工程”課程教學改革的探索與實踐

□江南大學 穆曉清 王棟 徐巖

發酵工程課程是發酵工程專業、生物技術專業和釀酒專業的重要專業必修課，其內容涵蓋微生物學、生物化學、化工原理、生化工程等多學科，是一門應用性和實踐性非常強的課程。本課程根據學科發展前沿，結合國民經濟發展的重大需求，以培養綜合型專業人才為目標，通過教材、教學模式以及評價方式等進行教學改革，取得了良好的效果。

發酵工程；交互式教學；實踐式教學

發酵工程是“輕工技術與工程”一級學科中的重要分支，是現代生物技術的重要組成部分和工業生物技術的核心技術，在生物技術產業化過程中起著關鍵作用。發酵工程能夠利用生物細胞或者離體酶的生理功能，結合工業規模的工程技術手段，實現多種具有生理活性生物制品的產業化生產。

隨著生物技術的迅猛發展，發酵工程的應用面涉及到食品、醫藥、能源、化工等多個重要的國民經濟領域?，F代發酵工程能夠以可再生性的資源作為原料，在適宜于生物體的溫和條件下，利用生物細胞高度的專一性，高效生產大宗或精細化學品，整個過程節能環保，綠色經濟。因此，發酵工程被上升到解決人類生存面臨的能源與資源危機、食品安全與營養、環境與發展等重大問題的高度，是社會可持續性發展的有效手段。

發酵工程不僅涉及到生物學基礎，同時還與生化過程工程和下游提取精制技術相關，是微生物學、化學工程、基因工程、細胞工程、機械工程等基礎原理學與工程學交叉與融合的多學科工程。從字面上看，發酵工程既涉及到微生物細胞代謝過程中的生物學原理，同時它又涉及到產業化過程規模放大與優化等過程工程技術。發酵工程作為發酵工程本科專業最重要的專業課程，其授課內容不僅涉及到上游的與分子生物學、蛋白組學、系統微生物學等基礎理論知識，也涉及到化工原理和生化工程等工程學基礎。因此，該課程的教學改革一直是發酵工程本科教學關注的焦點。江南大學的發酵工程學科是全國發酵工程重點學科，發酵工程課程作為國家級精品課程，在教學內容、教學方法及實踐教學等方面進行了大量的探索，取得了突出的成績。

一、根據學科發展的最新進展，更新教學內容

教學內容以教材為基礎，通過教師對教材的調整，根據學科特點以及學科發展的最新進展，結合行業科技發展的最新動態，對幫助學生了解學科前沿，拓寬學生的知識面具有重要的作用。由于發酵工程是多學科交叉產生的新領域，因此在發酵工程的教學過程中會用到大量基礎課程的內容，如生物化學、微生物學與化工原理。

1.加強教材建設，彰顯輕工特色

教材是教學內容的知識載體，學生對課程知識的預習和復習很大程度上依靠教材。好的教材不僅是學生遇到問題后尋找答案的重要工具，同時也能夠激發學生的學習激情和興趣。目前，國內相同專業的大專院校大多采用2006版李艷主編的《發酵工程原理與技術》，2003版姚汝華主編的《微生物工程工藝原理》，2002版俞俊堂主編的《生物工藝學》等，這些教材以工業發酵為主線，在章節安排、典型案例選擇、學科側重等方面各有特點，自成體系。根據我校學科特點，發酵工程是發酵工程本科專業的專業基礎課，教學課時達到80學時。同時，伴隨生物技術飛速發展、日新月異，與生物能源、生物醫藥以及生物新材料等相關新興產業的崛起，要想培養合格的生物技術產業人才就需要對發酵工程課程教材進行改革。在此基礎上，江南大學聯合南京工業大學、浙江大學、華東理工大學、天津科技大學和河北科技大學等傳統發酵工程優勢學科的多名一線科研工作者編寫了普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《發酵工程》，該教材有紙本與網絡電子版兩種形式，以發酵工程原理、重要發酵工程產業、發酵工程的特殊應用和發酵工程的生物學基礎為主，涉及傳統發酵工程和現代生物技術的重要發酵工程產業和產品。該教材不僅適用于發酵工程本科專業，也適用于生物工程和生化工程等其他相關本科專業。同時，由于該教材脈絡和重點突出，教學適用性強，其內容具有一定的深度和廣度，也適宜作為教師、科研人員的參考書。在選定主要教材的基礎上，我們將上述的其他教材作為教輔材料，推薦大家課外閱讀。

2.優化教學內容，制定合理的教學大綱

由江南大學徐巖主編的2011版《發酵工程》重點介紹了現代發酵工程各產業用原料的選擇、處理和培養基制備；發酵工業微生物的擴大培養和染菌防治；發酵過程的變化規律及其控制和優化；發酵動力學原理及發酵設備和反應器；發酵產物的分離、提取、精制原理和技術等眾多內容。其教學內容涉及到多個學科的基礎知識，如何將這些內容有機組合，形成特有的教學理念，制定適合的教學大綱是實現良好教學效果的基礎。在教學中，應以發酵過程中的生物學原理為主線，以發酵過程操作的單元為順序，兼顧發酵設備的介紹，將專業基礎課程知識與國內外發酵企業的生產過程聯系，實現教學的有序和高效進行。

微生物作為發酵工程的核心，野生型微生物往往不能滿足發酵工業對其工業化屬性的要求，通過了解發酵過程工程控制以及下游工程對工業微生物的特性要求，運用代謝工程、基因工程、蛋白組學等現代生物學手段改造獲得是發酵工程得以存在的基礎，因此，生物學原理主線就是課程教學的主線，而如何實現高效的生物發酵過程和經濟性要求又是產業化對發酵工程的核心訴求。因此，運用工程學的手段，包括發酵工藝設計、過程控制、發酵設備設計、發酵分離耦合等多個角度，針對不同的發酵產品和不同模式反應過程的普適性和多樣性，以基本知識為主，兼顧差異性進行教學，不僅能夠有效幫助學生有針對性地把握基本知識點，同時也能夠通過不同產物工藝學的差異性，拓展其知識的寬度和廣度。

二、改革教學模式，激發學生學習主動性

傳統的填鴨式教育方法不適合本科生的教學模式，作為專業課程，發酵工程需要學生能夠將已往學習到的知識綜合應用到課堂上，如果不發揮學生的主動性和積極性，使其投入到教學內容中去，往往會使其覺得課程距離感大，內容枯燥乏味，最終導致學生學習興趣差，教學效果弱等弊病。因此，利用新的交互式、角色互換式教學策略與生產實踐結合等多種教學模式的改革，對于提高教學效率至關重要。

1.交互式教學，重點內容運用討論

交互式教學法以“學生”為中心，教師通過提供真實的有意義的語言材料，創設真實自然的語言環境，使學生進行有意義的學習。對于每一堂課，我們運用“復習、提問、討論、小節、預習”等5環節教學法，在每次課的開始，利用大綱模式對上次課程的主體內容進行回顧，利用提問等方式檢查學生的掌握程度，對于重要知識點進行強化式教學；隨后，對上次課程后布置的預習任務進行提問式教學，拋出新知識點的切入點，通過討論引導學生得出正確的結論；最后，通過對新學知識點的小節，再次加深印象，并提出關于下一節課知識點的問題，促使學生進行預習。

2.運用角色互換式教學，加強理解

在傳統教學過程中，學生始終處于被動的接受老師信息的位置，因此很難保證學生精力的投入。在發酵工程教學過程中，教師與學生互換角色，安排部分授課內容，將教學大綱和課件等交給學生，讓學生進行10-15分鐘的教學后教師再進行點評。這種教學方式不僅能夠增強學生的帶入感，增強其學習興趣，也有利于學生對知識要點的理解，從“學生自己認為的基本掌握”升華為能夠“教授他人的知識”，實現學生對知識點的真正掌握。

3.實踐式教學，實現理論與實踐的結合

發酵工程作為一個工科專業，其人才培養的最終目標是培養適合發酵行業的卓越工程師。因此，到發酵工業企業中去實現其實踐性教學也是發酵工程課程的一部分內容。在課堂上，學生對發酵微生物、原料處理、發酵過程控制、產物提取精制等工廠生產工藝流程與發酵罐等設備都有了初步的認知，但是大多都是理論性的，缺乏感性的認識。而通過學生在工廠的生產實習，根據不同工廠的實際情況，在工廠指導老師的幫助下系統的增加感性認識，從而學習到如何根據實際情況將書本中的知識轉化為實際的生產實踐。比如，啤酒生產過程中主要原材料的檢測指標、糖化曲線、啤酒釀造旺期與淡季之間的發酵參數差別等都能夠通過工廠實地的實習加強理解。雖然在生產實習中學生實際動手操作比較少，但是針對不同的實習企業，給學生帶著不同的實習題目更加有利于教學效果的加深。如通風發酵企業的無菌空氣制備與過濾設備的選型，或發酵罐通風量、攪拌漿漿葉形狀與轉速、罐壓等與溶氧的調節方式，又或不同設備采用的不同換熱方式等等。實習考核方式中最主要的論文答辯形式不僅能夠促進學生將生產實習更加深化了解，同時不同類型企業的實習經驗也擴大了學生的知識面、提升了學習興趣。

三、考核方式的完善

在教材改革和教學模式改革的基礎上，我們還形成了獨有的考核方式改革。

首先，我們引入了課題自我教學的評價內容，指定某些教學內容讓學生自我學習后實現自我教學，通過學生相互之間的打分，不僅提高學生對教學內容的印象，同時也能夠大幅度激發其學習的積極性。比如，在不同發酵產品工藝對比的教學過程中，按照通風發酵和厭氧發酵的典型實例，要求學生按照微生物工業屬性的適應規律與發酵工藝的綠色經濟特性為主題進行小組形式的講學。在考核中，講課同學通過15分鐘的課堂演示實現自己的講課安排，然后通過其他同學和老師對其講解的主要知識點點評，考察是否達到講課目標，最后進行綜合評分。通過這樣的教學與考核，學生加強了對基本知識點的把握，同時也對教師的課堂勞動等有了進一步的認識，有利于提高師生的相互認可度。

其次，通過課內關鍵知識點內容的討論，開發學生的創造性思維，利用增加平時成績等手段鼓勵學生，通過提前進入實驗室進行課題研究等方式實現學生創新思維的轉化。按照教學計劃，每次課程都安排了一定量的基本知識點和拓展知識點，因此，在授課過程中檢查學生對課程內容的把握程度也是調節教學進度的一個重要方法。由于本科教學與高中教學的差異較大，學生的學習方式也有很大的變化。通過每次課堂提問和重點知識點討論，能夠引入學生學習的興趣點，同時對于教師自身也是擺脫固有思考模式，進行發散性思維的好機會。

第三，更多采用開卷考試的方式，大幅度降低學生死記硬背內容，增加判斷和論述題目類型的比重，加大學生對多學科知識點的綜合運用。在實際教學過程中，很多學生反應開卷考試的難度遠大于閉卷考試，甚至有的學生會要求閉卷考試。但是從實際考察結果來看，開卷考試更加能夠體現出教學和學生學習的實際成果。由于教學內容較多，知識點涵蓋的范圍廣，因此，開卷式試題綜合性較強，可以有效調動學生的學習興趣和思考能力。

四、結束語

經過十多年的教學實踐，新的教材和新的教學模式受到了廣大學生的認可，該課程也從傳統的枯燥無味、內容繁多、條理性弱等教學狀態逐漸轉變為教學內容緊密結合社會發展和國民經濟需求、教學模式新穎、課堂氣氛活躍、知識點豐富有序的狀態。通過引導學生自主學習和強化教學效果，培養了大批具有扎實發酵工程專業基礎理論和發酵工業背景的高素質人才，滿足了社會發展對發酵工程專業人才的需求，獲得了企業的好評。

[1]徐巖.發酵工程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]王莉.發酵工程課程教學改革初探[J].商業文化，2011（2）：203.

[3]任曉莉，趙潤柱，梁保紅.發酵工程課程的教學改革與實踐[J].微生物學通報，2011，38（1）：127-130.

[4]陳葉福，肖冬光，陳寧，等.對發酵工程課程教學的幾點思考[J].中國輕工教育，2010（2）：64-65.

[5]李艷.發酵工程原理與技術[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]余龍江.發酵工程原理與技術應用[M].北京：化學工業出版社，2010.

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