以學生能力輸出為導向構建《發酵工程》模塊教學體系的探索
——以合肥學院為例

吳茜茜，張 潔，王杏文，楊 旸，王曉飛

（合肥學院 生物與環境工程系，安徽 合肥 230601）

以學生能力輸出為導向構建《發酵工程》模塊教學體系的探索
——以合肥學院為例

吳茜茜，張 潔，王杏文，楊 旸，王曉飛

（合肥學院 生物與環境工程系，安徽 合肥 230601）

從企業需求出發確定了發酵生產崗位能力，課程改革以發酵單元操作為教學內容，借助多媒體教學、虛擬仿真平臺教學、現場教學等方法，完成了以能力培養為目標的《發酵工程》模塊教學體系構建，培養學生的發酵工程實踐能力，從而支撐生物工程專業應用型人才培養方案的培養目標.

崗位能力；發酵工程;虛擬仿真;應用型人才培養方案

近年來，以基因工程、細胞高通量培養和生物反應器為基礎的發酵工程已經成為化學工業、農業、食品工業、醫藥工業以及能源等國民經濟行業的關鍵支撐技術之一.隨著上述行業的迅速發展，發酵產品生產規模和品種不斷增加，對發酵過程中技術的要求也越來越迫切.作為產品生產流程中的中游核心技術，既關系到能否發揮菌種的最大生產能力，又會影響到下游產品處理的難易程度，在整個發酵過程中是一項承上啟下的關鍵技術.因此對從業發酵崗位一線工程師的培養提出了更高的要求，要求學生不僅具有扎實的理論基礎，而且具有工程意識，工程能力，能夠解決該崗位復雜的工程問題.以往的傳統《發酵工程》課程內容及教學方法已經無法滿足此類人才培養的要求.眾多同行圍繞著各自的課程定位及目標從課堂教學內容、實驗教學內容、教學方法和手段等多角度對《發酵工程》授課內容進行了改革與探索[1-4].本文擬在合肥學院“地方性、應用型、國際化”辦學定位的大前提下，從分析發酵生產崗位能力需求作為出發點，以培養學生能力為導向，嘗試構建本模塊的教學內容.

1 教學改革思路及目標

我校生物工程專業自2008年開始陸續摸索對人才培養方案進行模塊化改革與模塊構建，2012年提出將德國應用型人才培養模式移植過來，加以本土化改造，形成具有自己特色的應用型人才培養模式，以社會需求為導向，以行業實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，努力培養高素質的本科工程型人才.《發酵工程》模塊作為該人才培養方案中模塊之一，也應以社會需求為導向，以培養學生發酵生產崗位的工程能力、以能解決復雜工程問題為目標構建模塊化教學體系[5-6].

2 發酵生產崗位能力要素分析

我校生物工程專業畢業生崗位需求調研表明在我省發酵（食品）類、生物制藥類、有機酸類、酶制劑類等生產企業要求生物工程畢業生具有發酵工程的知識背景及應用能力，通過進一步發酵生產崗位（一線工程師）能力要素分析，確定了其應具備以下四種能力：

（1）發酵技術實際操作能力：掌握菌種的擴大培養一般操作方法；熟悉發酵設備的操作并能正確運用生物傳感器，掌握常規發酵參數的檢測方法和調控技術.

（2）設備選型和設計能力：具備對發酵主設備及其輔助設備的簡單設計及選型能力.

（3）發酵工藝設計能力：能夠構建典型發酵產品的生產工藝流程，包括種子擴大培養、空氣除菌、培養基滅菌、發酵工藝流程、比擬放大等操作單元.

（4）緊急情況應急的能力：具備對發酵調控過程中出現的異常情況進行正確判斷和處理能力，可以及時排除主設備及輔助設備小故障等能力.

3 理論教學內容的改革

3.1 凝練微生物發酵操作過程，建立以發酵單元操作為基本章節的授課體系

根據上述發酵生產崗位需求及能力分析，同時按微生物發酵過程進行單元分析，確定了六個基本操作單元，分別為培養基滅菌、空氣除菌、菌種擴培、通氣與攪拌、發酵過程控制、比擬放大操作單元.其中通氣與攪拌、發酵過程控制、比擬放大是以發酵設備為基礎的單元操作，菌種擴培、發酵過程控制則需要生物學基礎為知識點支撐.因此確定了本模塊8個章節的理論教學內容，具體內容見表1.

3.2 采用“虛實結合”的教學方法培養學生的工程能力

傳統教學內容組織方面側重于知識的系統性和完整性，缺少工程能力的培訓，即發酵工程意識、工程素質、工程實踐能力的培訓；在教學方法和手段方面，雖然采用多媒體教學向學生展示照片、動畫或視頻等直觀性的資料，或者到工廠參觀，了解其生產過程，這在一定程度上緩解授課學生和教師之間“空對空”教學困境.由于發酵工程是一個工業化生產過程，課程內容涉及到眾多的設備和輔助設備，學生對這些設備和輔助設備缺少感官認識，對工業化的生產線缺乏概念，對生產操作缺乏訓練，正是由于本模塊教學內容的特殊性，造成了理論與生產實際情況脫節現象，在教學過程中缺少“身臨其境，頂崗操作”的過程.

針對以上問題，我們在上課之初借助發酵工程實驗室和啤酒生產實訓基地，開展“看的見、摸的著”的現場教學方法，讓學生通過拆卸發酵主設備，幫助學生了解發酵主設備的結構及工作原理，為后期發酵設備章節的講授提供設備基礎；在課堂教學的過程中，借助我校省級生物虛擬仿真中心平臺，開展課后自主學習，將學生帶入“生產車間”，通過虛擬仿真軟件，一方面直接了解某工段的生產工藝、設備，另一方面結合發酵單元操作的內容，直接模擬生產流程操作，如培養基滅菌單元操作如何正確開啟閥門、泵及開關順序，如何控制滅菌溫度等，此種教學方法可以讓學生對各操作單元有更深刻的印象，增強對課程內容的理解和應用，同時通過軟件設置工藝小故障，培養學生排除生產過程的事故能力，這些都對培養學生工程意識及工程應用能力十分有利.

4 實驗教學內容的改革

傳統實驗課一般只對應某個知識點而開設，學生缺少產品生產的整體性概念，即從菌種到產品的生產過程.本模塊教學內容借助以實驗室和省級虛擬仿真中心平臺，通過“線上實驗室”及“線下實驗室”相互補充，使學生掌握單元操作的內容，同時培養學生掌握發酵產品生產工藝的全過程.

4.1 線下實驗室基礎操作實驗

保藏菌種活化、擴大培養、發酵工藝調控等基礎操作實驗在發酵實驗室完成.實驗設置固態發酵、液態發酵等發酵整個過程，有利于學生從整體觀念出發，縮短校內實訓和校外頂崗實習的距離.實驗操作采用3-4人一組，每人負責不同的內容，相互合作完成實驗項目.

4.2 “線下與線上，虛與實”相結合的生產過程操作實驗

首先安排同學進入虛擬仿真中心，學習操作啤酒生產實訓軟件，了解從麥汁的制備過程、啤酒發酵過程控制到啤酒后處理等單元操作內容，每人一組；考核合格者，需帶著授課教師審核通過的啤酒生產實驗方案，方能進入啤酒實訓基地.完成從原料到成品啤酒的實訓，此環節每5-6人一組.

4.3 編寫配套的實驗教材

實驗教材是體現教學目標、教學內容的載體.根據模塊化教學內容及學生能力培養目標，我們編寫了一本實驗教材，實驗項目與實驗內容采用“虛實相結合，與教師科研項目結合”的原則，并在其中設置了部分設計型實驗環節.

表1 《發酵工程》模塊教學內容及教學方法

綜上所述，本模塊教學內容的構建，堅持以社會需求為導向，凝練崗位能力，并結合微生物發酵單元操作為內容，構建了《發酵工程》的單元操作教學內容.在教學手段上以多媒體教學為主，再輔以現場教學、虛擬仿真等教學方法和手段，在實驗環節，利用虛擬仿真平臺和校內實訓基地平臺，通過利用線上和線下相結合的教學方法,《發酵工程》模塊化課程教學體系明顯提高了學生的學習興趣，促進理論知識的理解與應用，以及提高學生的實際操作技能及工程實踐能力具有明顯的效果，用人單位對我專業畢業生十分滿意.

〔1〕王海英，汪文俊，郭小華，熊海容.強化工藝實踐的發酵工程實驗課程教學體系的建立[J].輕工科技，2012，163（6）：168-169.

〔2〕安登第，曾獻春，張瑞，努爾古麗?熱合曼，張偉.發酵工程課程的立體化教學探索與實踐[J].微生物學通報，2014，41（7）：1443-1447.

〔3〕藏學麗，劉詩音，楊貧，趙慧娟.《發酵工程》實驗教學改革初探[J].吉林農業，2013，299，181.

〔4〕李麗.提高實踐教學質量培養復合型人才——《生物工程專業實驗》課程的教學改革[J].農業工程，2015（5）2：88-89.

〔5〕夏瀟瀟，葛春梅，吳茜茜，張潔，蔡敬民.生物工程與工藝模塊化改革的探索與實踐[J].生物學雜志，2016，33（1）：116-118.

〔6〕胡慶國，張潔，葛春梅.生物工程專業應用型教學體系的構建及實踐[J].黃山學院學報，2010，12（5）：135-137.

G712

A

1673-260X（2017）09-0185-02

2017-06-19

安徽省質量工程項目：發酵工程及應用實訓（實驗）中心(2014sxzx015)；省級名師工作室（2016msgzs060）；生物工程專業綜合改革試點（2012zy068）

吳茜茜(1974－9)，女，漢，安徽黟縣人，碩士，教授，主要從事發酵工程研究，Email:wqq@hfuu.edu.cn