發酵工程與設備課程教學改革探索

馬瓊 嚴榮 雷紅靈

摘要結合發酵工程與設備課程的教學改革與實踐，對該課程教材的選用、教學內容的更新、教學方法與教學模式的優化、實驗教學的優化等問題進行了簡要分析，探索發酵工程與設備課程教學改革的思路。

關鍵詞發酵工程與設備；生物工程；教學改革

中圖分類號S-01文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）17-0254-02

AbstractAccording to the teaching information and practice research of Fermentation Engineering and Equipment，the selection of teaching material，updating of teaching content，optimization of teaching model and practice teaching were analyzed for researching innovation of Fermentation Engineering and Equipment.

Key wordsFermentation Engineering and Equipment；Bioengineering；Teaching innovation

基金項目湖北省教育廳高等學校教學研究項目（2015351）；湖北民族學院教學研究項目（2013JY016）；湖北民族學院教學研究項目（2013JYZ16）。

作者簡介馬瓊（1979—），女，湖北利川人，副教授，博士，從事微生物學與發酵工程方面的教學與科研工作。

收稿日期2017-04-21

發酵工程與設備是一門應用性和實踐性較強的課程，是生物工程、生物技術、生物科學、食品科學與工程等專業的重要課程。在現代生物技術中，發酵工程與設備是核心課程之一[3]，這是因為要實現基因工程、植物細胞工程和動物細胞工程等發酵產物的工業化生產，必須借助發酵工程的生產原理、生產設備和控制技術，而酶工程也是利用發酵工程的生產原理和生產設備，在生物反應器中，通過微生物或動植物細胞的發酵，將相應原料轉化成所需產品，然后利用生物分離工程技術獲得產品。可見，發酵工程與設備課程的教學在現代生物技術領域中具有不可替代的作用。

湖北民族學院生物科學與技術學院于2002年設置生物工程本科專業，2005年開設發酵工程與設備專業方向課程，隨后，生物科學、食品科學與工程也開設了發酵工程專業課。近年來，筆者一直擔任該課程的教學任務，深切體會到要培養學生的科學素養、創新能力、動手操作能力，除了要求學校加大教學經費投入，教師加大教學精力投入、認真備課、堅持學習、不斷提高自身的業務水平外，還需轉變教學理念，勇于探索，實時追蹤學術動態，以適應現代教育規律[1-2]。筆者就如何提高發酵工程與設備課程的教學質量，提高學生的專業素質和實踐動手能力探索教學改革新方法。

1緊扣課程主線，更新教學內容

1.1選用優秀的新教材

教材是知識的載體，在教學過程中起著傳導教學內容的作用，是教學內容的指揮棒。為了確保教學質量，需要選擇邏輯性強、具有完整知識體系并能反映學科領域新進展的優秀教材。發酵工程與設備課程沒有一本以該課程名稱命名的教材，多以《微生物工程》《工業微生物學》《發酵工業概論》《發酵工程》《生物工藝學》《發酵工藝原理》為教材，形成以工業微生物發酵為主線的編寫思路，但不同教科書在章節的編排體系、實例的選擇以及教學重難點等方面各不同。綜合考慮該課程的性質與定位、生物工程專業特點以及教學課時等情況，采用了賀小賢編寫的《生物工藝原理》。書中系統地講解了發酵工程上游菌種選育、中游發酵工業培養基的優化、發酵過程的優化與控制、發酵過程動力學以及下游產品的分離與純化技術，同時還增加了植物細胞發酵、動物細胞發酵以及固定化細胞培養技術，還列舉了生產或生活中常見發酵產品實例，同時還補充了基因工程菌的發酵工藝，補充了發酵設備相關知識和典型產品的發酵實例。整體上看，該教材具有全面、簡明、系統、實踐性強等特點。通過學習本教材，學生可以全面了解工業微生物生產的過程，熟悉發酵設備，提高工程學意識。

1.2指定內容更為廣泛的參考用書

現代市場需要有系統性知識結構的人才，要求做到厚基礎、寬口徑，即既要有扎實的專業理論基礎，又要有較強的實踐技能。這就要求教學內容既要具有專業基礎性和科學性，又要具有系統性和實用性，僅一本教材難以滿足現代人才培養的要求。因此，以教材為主，以參考內容為輔，對課堂教學內容加以擴展，指定了《發酵工程》《生物工藝學》《發酵工藝原理》《微生物工程》等作為主要參考書，使發酵動力學、發酵設備以及與發酵設備相關的工程學等教學內容更為充實。通過選用合適的教材和參考書，拓寬了學生的知識面，開闊了學生在發酵工程領域的視野，同時將世界范圍內最新的相關科研成果和技術及時介紹給學生，督促學生閱覽國內外專業期刊雜志，瀏覽中英文專業網站，充實課外教學內容，使課外教學內容更加豐富，加大了專業學習的信息量。

1.3更新教學內容

為了保證課堂講授內容的質量，教師應處理好授課內容、教學大綱、考試大綱和教材之間的關系，組織設計好課堂講授內容。一方面，要求課堂講授內容應教有所依，即嚴格完成教學大綱所規定的教學任務和教學目標；另一方面，強調授課內容的自主性，不斷更新授課知識，擴充課堂講授內容，做到既遵本循綱，又不照本宣科。課堂講授重心應放在重點內容、難點內容、關鍵點及疑點上，教師應緊扣重點內容開展教學，圍繞難點內容詳盡闡釋，引導學生討論關鍵點和有爭議的疑點內容，通過討論達成共識或者獲得新的見解。這樣激發了學生聽課的興趣，解決了因授課課時少而教材內容多的矛盾。其次，將教材章節的授課順序進行了調整，即緒論、菌種的擴大培養、培養基的制備與滅菌、無菌空氣的制備、發酵動力學、發酵機制與代謝調控、發酵參數的控制、污染的防治、好氧發酵設備與厭氧發酵設備、工業發酵實例。這樣，各個知識點之間相互聯系，授課內容相互銜接，學生容易系統地把握發酵工程及設備的全部內容。另外，注重將各知識點有機結合，強調發酵生產的工藝操作既相互獨立又相互滲透。再次，注意處理好專業基礎課程和專業方向課程的銜接問題，避免重復教學或知識脫節。例如，發酵機制與代謝調控是生物化學課程的重要內容，菌種選育是微生物學課程的重要內容，這些內容在生物化學和微生物學課程中均作為重要知識點詳細講解。在教學內容的選擇上，避免重復講授發酵機制與代謝調控及菌種選育內容，將這部分內容重點放在發酵實例這一章中講述。因此，將發酵機制有機地融合在代謝調控、菌種選育與有機酸發酵、氨基酸發酵、抗生素發酵、核苷酸發酵等章節講解，尤其是微生物產生的中間產物如何轉變成為目的產品及其代謝調控是重點講解部分。

2優化教學模式

2.1綜合應用教學方式

首先，要求教師的課堂講授不能僅僅滿足教材內容的簡單重復，既要講現象，又要講原因，啟發學生的思維和想象力；既要講過程，又要講結論，要講獲得結論的方法，讓學生在課堂上既學得專業知識，又獲得科學研究的方法論啟示，培養學生的自學能力。其次，充分利用實例教學。教師在課堂講授過程中多列舉實例，把生產生活中熟悉的微生物發酵實例引入課堂，引導學生從身邊學習發酵知識，豐富學生的課堂知識，然后巧妙設疑，針對疑問引導學生思考，并得出結論，將涉及的規律性、原理性知識概括出來，使學生更容易掌握專業知識。注重活躍學生思維，培養學生的獨立思考能力。例如，對于某些抽象的公式和原理，學生自己分析推導得出結論，再由教師總結。又如，每次課給學生布置重點難點知識相關的思考題，加強課后學習。下次在導入新的授課內容之前，對這些思考題進行提問，鞏固所學知識，檢查學生對重點難點的掌握情況。總之，多種教學方式的綜合應用改變了教師在課堂上唱“獨角戲”“滿堂灌”的弊端，學生的主觀能動性得到發揮，學習積極性大有提高。

2.2應用多媒體課件

多媒體教學不僅可以節省黑板板書時間，還可以使課堂變得更生動有趣，它是調節傳統課堂教學的有效方式。首先做到課件和教案的電子化；其次，利用網絡教學資源，讓學生瀏覽國內國際專業網站，引導學生了解學科前沿的科技動態和最新科學研究的技術成果，激發學生學習專業知識的興趣。對于培養基的滅菌、空氣的凈化處理、生產種子的制備、發酵工藝的優化等章節，其具體內容主要是介紹設備工作原理、操作技術要點和工藝流程，這些章節知識點比較抽象，操作實踐性強，單靠課堂講解枯燥乏味。因此，在講授這些章節時穿插播放工廠實際操作的DVD、VCD教學影碟，這種形象直觀的教學手段將難以理解的知識點生動地演示給學生，既加深了學生對這些知識的理解和掌握，又使學生對工廠生產和市場需求有了進一步了解。但是，多媒體教學僅僅是一種輔助教學方式，不能完全替代黑板板書，某些章節的重點內容和難點內容應采用板書的方式加以解釋和闡述。如生物反應動力學部分公式較多，對該部分內容，用板書一步一步推導和計算，學生跟著教師的思維發展，這樣知識點就更容易掌握。

3強化實驗教學

發酵工程與設備是一門實踐性、應用性較強的專業方向課程。實驗教學是發酵工程與設備課程教學的一個重要組成部分，是培養學生的實驗操作技能、提高專業知識應用能力、提高學生獨立解決問題能力的重要環節[4-5]。這就要求課程實驗要前后聯系緊密，相互滲透，從上游做到中游甚至到下游[6-7]，實驗項目要體現生產實際，接近生產的原理和模型。例如，在黑曲霉的液體深層發酵產淀粉酶實驗中，實驗內容包括制備黑曲霉斜面菌種、發酵培養基的配制與滅菌、液體菌種的制備、無菌操作接種、發酵罐液體深層發酵、α-淀粉酶的分離與純化、酶活性的測定、發酵廢液的后處理[8]。實驗過程中教師堅持指導，及時糾正問題及錯誤，指導學生正確完成整個實驗操作過程，實驗數據的測定融合到具體的實驗項目中。例如，發酵設備的傳輸空氣蒸汽系統的檢測、發酵溫度的控制、發酵液pH在線監測、溶解氧在線監測以及發酵過程中故障的排除等，要求學生從發酵液上罐開始到整個實驗過程結束，每隔一定時間，采用無菌操作取發酵液樣品，進行各種離線參數的檢測，包括菌體濃度檢測、菌體形態顯微觀察、還原糖濃度的測定、α-淀粉酶活性的測定。最后根據實驗數據，對發酵過程中的各種參數的變化進行質與量的分析，繪制圖形和參數變化曲線，并寫出完整的實驗報告。實驗報告的評分注重實驗中出現的問題、實驗現象和實驗結果的分析與討論。通過開展緊密聯系的實驗項目，學生對發酵罐發酵過程有一個全面的、工程學的認識，使抽象的理論具體化，加深了對該課程理論知識的理解，提高了實驗技能。

4結語近年來，現代生物技術不斷發展，發酵工程與設備課程的教學更需要一個不斷探索、不斷改進、不斷完善的過程。筆者針對發酵工程與設備課程和學校生物工程專業的特點進行了理論課教學和實驗教學改革的初步探索，取得了較好的教學效果。今后還要繼續調整教學內容，改進教學方法，改革教學思維，加大實踐教學內容的比重，加強學生動手能力的培養，使該課程的教學真正適應新時代生命科學對專業人才培養的需求。

參考文獻

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