基于STS模式理論的發酵工程教學改革探索

李從虎 曾德二

摘要 發酵工程是一門實踐性很強的學科，在現代生物技術領域具有舉足輕重的作用。對發酵工程教學中引入STS（科學、技術、社會）模式理論，提出相應的改革措施，旨在提高學生的科學技能和實踐能力，以期更好地服務社會。

關鍵詞 發酵工程；教學改革；STS

中圖分類號 S-01 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-376-02

STS（Science Technology Society）模式理論即科學、技術和社會模式理論，是針對當今科技迅猛發展及產生的社會、環境等問題形成的一種新的教學理念[1]。STS教育模式理論旨在將科學、技術和社會緊密結合，一方面強調科學與技術相互支持；另一方面強調科學技術與社會的相互作用[2]。STS教育的特征主要體現在：①參與式教學，強調學習者的親歷，重視學習過程中的探究與體驗； ②內容綜合化，學習者思考不同學科不同領域的聯系和差異，從而全面、客觀地理解和認識現實世界；③強調社會責任，要求發展學習者的道德和價值判斷能力，培養學習者正確的價值觀和社會責任感；④體現科技素養，強調素質教育而不片面強調精英教育；⑤體現未來教育，促進學習者在應付未來生活中具有更強的決策能力[3-4]。因此，STS模式理論的教學目標為全面提高學習者的科學意識及科學技能、技術意識和實踐技能、社會意識及服務效能[5]。

發酵工程是發酵原理與工程學的結合，是研究由微生物或動植物細胞參與的利用生物材料生產有用物質，廣泛應用于食品、生物醫藥和環保等領域的一門綜合性科學技術[6]。發酵工程的主要內容包括工業微生物與原料的制備、發酵機理及代謝控制、產物的分離純化以及清潔生產技術等，因此，該課程涉及數學、生物化學、微生物學、化工原理等學科理論知識，是一門應用性和實踐性很強的學科[7]。發酵工程與基因工程、細胞工程和酶工程構成現代生物技術或生物工程的重要組成部分，且具有舉足輕重的作用，這是因為基因工程、細胞工程和酶工程的產物實現工業化，都需要借助于發酵工程的原理和技術[7]。隨著生物技術的迅猛發展，如何使發酵工程適合時代發展需要，如何讓學生掌握發酵工程最基本的內容，提高分析問題和解決問題的能力，是教師需要認真思考的問題[8]。

該文以發酵工程教學過程中存在的問題為基礎，引入STS模式理論，提出相應的改革措施，以期提高教師的教學能力以及學生的學習能力。

1 發酵工程教學中存在的問題

1.1 傳統觀念影響教學

傳統教學觀念仍以教師為主體，學生為客體、單一教材、課堂教學為中心的教學模式。該模式使得教師的教學方法、教學手段和考核模式較單一，學生上課積極性不高，從而導致教師教學和學生學習效率降低，難以培養出新型復合人才。

1.2 教學內容孤立

發酵工程是一門涉及數學、生物化學、微生物學等多學科的綜合性課程，需要教師具有淵博的知識和豐富的社會經驗。而現實是教師為避免多次備課的麻煩，不僅以單一教材為模板，且在教學過程中忽略很多自己不熟悉的內容。因此，學生學習的知識有限。

1.3 學生學習的積極性不高

興趣是激發學生學習自主性和積極性的主要動力之一。然而在教學過程中，往往可以發現學生上課注意力不集中，上課說話、玩手機等現象。因此，如何提高學生的學習興趣，激發其學習的積極性仍是教師和學生面臨的主要問題之一。

1.4 理論與實踐脫節

發酵工程是一門應用性和實踐性很強的學科，如果學生參與實踐的機會多，則會使其更容易理解課本知識。僅靠單一的課本理論知識，難以使抽象的知識具體化，亦難以提高學生的綜合素質和創新能力。

2 STS模式理論在發酵工程教學中的探索

在發酵工程教學中引入STS模式理論，既是教學內容的需要，又是培養具有一批創新能力的高素質人才的需要。

2.1 科學知識的深化

現代教育學認為科學教育應以認識活動過程為教學重點，以探索科學知識、發現客觀事物本質為基礎，重點培養學生研究問題、處理信息和進行創造發明的能力[4]。因此，發酵工程教學應深化理論知識，讓學生充分掌握基本理論是培養高素質和創新性人才的基礎。

2.1.1 教材優化，推薦優秀參考教材。

教材是課堂理論教學的載體，在教師與學生之間起著重要的橋梁作用，精選優秀教材是確保教學質量的關鍵[9]。目前以發酵工程為基礎的教材很多，不同教材側重點各不相同，各具特色，因此，根據學生專業背景選擇合適的教材尤為重要。根據安慶師范學院生物技術專業的理科特性，筆者選擇了高等教育出版社的《發酵工程原理與技術》作為該課程的理論教材，該教材內容全面，結構簡單明了，系統地介紹了從原料到產品的整個發酵生產的全過程。考慮到各類型教材都具有一定的局限性，筆者推薦了張星元主編的《發酵原理》、俞俊堂主編的《新編生物工藝學》、姚汝華編著的《微生物工程工藝原理》等相關優秀教材作為參考書目，以加深學生對發酵工程相關知識的理解。

2.1.2 教學內容豐富、優化。

科學合理的教學內容和知識體系是教學改革成功的關鍵[8]。發酵工程的內容包括菌種的選育、培養基制備與滅菌、發酵機理、代謝調控、發酵動力學、產物分離純化等，部分內容與其他課程重復。如菌種的選育、培養基的制備與滅菌已在微生物學或基因工程中涉獵。因此，在有限的課時內，要完成教學任務，必須合理安排教學內容和教學重點。對已重復的內容，可只要求學生復習相關章節，而發酵工程機理和過程控制則可作為課程的重點，詳細講解，力求達到教學目標。然而課本教學仍具有一定的遲滯性，因此，教師在教學過程中應不斷閱讀國內外的優秀文獻，不斷更新教學內容，向學生介紹學科發展的前沿信息，及時補充該領域新技術、新方法和新成果的相關內容。不斷優化教學內容能夠擴大學生的視野和知識面，增加學生的學習興趣，促進其更主動、更積極的學習相關知識。

2.1.3 教學方法推陳出新。

傳統的教學方法以“教師為主體，學生為客體”為主，這種教學方法使得學生的學習積極性不高，導致教學效率低下。因此，改革教學方法、調動學生學習興趣成為發酵工程教學改革中一項重要工作。

激發學生的學習興趣是提高教學質量的關鍵。發酵工程的內容比較抽象、枯燥，如發酵設備和工藝的講解過程中，學生難以在腦海中將抽象的知識具體化，導致厭學現象嚴重。因此，在教學過程中，應避免采用簡單的文字羅列知識體系，可通過多媒體利用圖片、動畫或者視頻的形式將內容具體化，使學生更容易理解。同時，由于發酵工程注重的是將生物技術實現產業化，大多數學生仍認為發酵工程僅與傳統釀造有關，無法認識發酵工程的地位和作用。針對這種片面認識，教師在緒論部分要精心備課，查閱資料，詳細介紹發酵工業在生物產業中的核心作用和發展前景，以此激發學生的求知欲和興趣，為今后的教學奠定良好的基礎。

綜合運用案例—問題—討論方法，可有效提高教學質量。采用合適的案例將理論與實踐相結合，增加內容的形象和真實性，同時采用問題引導學生對案例進行分析和討論，形成基于問題的案例教學，達到教學質量的提高[10]。如在講述鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸發酵機制時，教師可先由鳥氨酸發酵機制提出相關問題，并讓學生課后查閱資料，然后于下一課時內互相討論，最后教師對問題加以補充，使知識升華。在課堂討論過程中，教師要結合我國鳥氨酸發酵現狀，同時把握課堂氣氛，讓大多數學生積極參與，最后可由啟發式教學法將知識升華到瓜氨酸和精氨酸的發酵機制中。如此，可讓學生在激烈的討論中，變被動為主動，更深刻的理解知識，并能將知識延伸到相關的領域中。

此外，還可通過提交課程論文[11]、交互式教學模式[12]等方式提升學生的學習興趣，提高教學效率和教學質量。

2.2 技術能力的提升

技術將科學原理和規律應用于解決各種社會和自然科學問題之中，因此是科學物化為生產力的橋梁；沒有技術，理論與實踐相結合便是不著邊際的空話[4]。

2.2.1 完善基礎實驗，開展設計性試驗，提高學生創新能力。

實驗課教學是理論與實踐結合的紐帶，可促進學生對理論知識的認知程度。因此，在安排發酵工程實驗時應盡可能接近生產實際，體現生產的模型和原理。如微生物發酵產酶實驗具體實驗內容可包括微生物搖瓶培養、發酵罐的使用及代謝調控、酶的分離純化及性能測定等。通過這樣一個連續的實驗，促使學生對發酵工藝的研究有較全面的認識，為以后的研究打下堅實的基礎。在完善基礎實驗的同時，教師可提出相應的任務，學生根據所學的知識，查閱大量資料，給出合理的實驗設計（原理、步驟、要點及難點等）。學生自主設計實驗不僅有利于其加深對理論知識的了解，同時還有助于擴大知識面。

2.2.2 開展生產實習，豐富實踐經驗。

實驗教學促進學生對理論知識的認識，而生產實習則促進學生對發酵工業的社會認知。例如某醬類企業的生產實習，為了使生產實習的效率提高，實習之前可對整個工廠的生產工藝流程、設備情況作簡要說明；同時提出相關問題，讓學生帶著問題去實習；實習結束，完善實習報告，引導學生把感性知識提升到理性認識。通過理論與實踐相結合，學生可以真正了解發酵生產的實際內容和具體操作過程，加深學生對發酵工業的認知。

2.3 社會責任感的提升

STS模式理論要求教師要帶著一定的價值目標講授科學知識，這樣不僅使學生學習目的明確，而且能為其提供對自身價值觀進行闡明和思考的機會，有助于學生逐步形成正確的價值觀[4]。例如，在講授酒精發酵時，可聯想到開車與飲酒的相互矛盾；在講授抗生素發酵機制時，要注意抗生素雖然具有良好的抑菌作用，但長期濫用會導致細菌的耐藥性。與此同時，筆者選用的教材中也包含發酵工廠廢棄物處理和清潔生產技術的內容，可大大提升學生的環保意識和清潔生產的理念。

3 結語

發酵工程是一門高速發展的實踐性很強的學科，是現代生物技術的集成器，其教學也是一個不斷完善、不斷改進的過程。在發酵工程的教學中，應引入STS模式理論，將科學、技術和社會緊密結合在一起，實現課堂理論知識與社會生產實踐的有效鏈接。因此，不斷深化發酵工程的教學改革，可有效提升學生的綜合素質，利用學到的科學知識和技術，充分發揮自身潛能，更好地投身到社會中去，接受實踐的檢驗，為社會的發展做出自己的貢獻。