PBL項目式教學(xué)法在農(nóng)業(yè)院校“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要 “生物反應(yīng)工程”課程作為生物工程專業(yè)的核心課程，其理論性和應(yīng)用性皆很強，在應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用。發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手能力、工程思維能力及團(tuán)隊意識，以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向，將項目式教學(xué)法應(yīng)用于“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)中，教學(xué)實踐結(jié)果初見成效，現(xiàn)就此討論以期能為相關(guān)課程的教學(xué)構(gòu)建與實踐提供參考。

關(guān)鍵詞 生物反應(yīng)工程；項目式教學(xué)；自主學(xué)習(xí)；小組討論

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " "DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.30.044

Application of PBL Project-based Teaching Method in the Teaching of

\"Bioreaction Engineering\" Course in Agricultural Colleges and Universities

QU Chunyun， LIU Junyan， LIU Gongliang

（College of Light Industry and Food Science， Zhongkai University of Agriculture and Engineering，

Guangzhou， Guangdong 510225）

Abstract Biological Reaction Engineering， as a core course of bioengineering， has strong theoretical and practical significance， and plays an important role in the cultivation of applied innovative talents. To improve students' self-learning ability， hands-on ability， engineering thoughts， and team awareness， the problem-based learning method is applied to the teaching of Biological Reaction Engineering by the teaching group of the fermentation food course focusing on student-centered and goal oriented approach. Results of teaching practice have shown initial effectiveness， and this discussion here is aimed at providing reference for the teaching construction and practice of other related courses.

Keywords Biochemical Reaction Engineering; problem-based learning; autonomous learning; panel discussion

仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院是1925年創(chuàng)辦的農(nóng)工學(xué)校，立足廣東，面向全國，培養(yǎng)具有真實學(xué)識與創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。基于學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，輕工食品學(xué)院生物工程系制訂了生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，即在知識上應(yīng)具有扎實的生物學(xué)專業(yè)知識，在能力上應(yīng)具備熟練的實驗操作技能與較強的工程應(yīng)用能力，在素質(zhì)上應(yīng)富有社會責(zé)任感。本專業(yè)在教學(xué)、科研及學(xué)科建設(shè)上皆側(cè)重于食品發(fā)酵與釀造[1]。“生物反應(yīng)工程”是生物工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，它具有工程“技術(shù)”和“科學(xué)”的雙重特點，理論性和應(yīng)用性皆很強[2]，在應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用[3]。前期，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊將案例分析及實驗設(shè)計引入“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)，使學(xué)生在掌握重要知識點的同時學(xué)會應(yīng)用。然而，當(dāng)學(xué)生撰寫畢業(yè)論文、課程設(shè)計或開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目時，團(tuán)隊教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手能力、工程思維能力及團(tuán)隊意識還有待提高。

項目式教學(xué)法（Problem-Based "Learning，PBL）主張學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，被國內(nèi)外許多大學(xué)證明是提高大學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的有效途徑[4-5]。因此，發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊將PBL項目式教學(xué)法引入“生物反應(yīng)工程”課程教學(xué)，以學(xué)生為中心開展教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程思維能力及團(tuán)隊協(xié)作能力，提升學(xué)生整體素質(zhì)。

1 "項目式教學(xué)法的內(nèi)容設(shè)計

基于生物工程專業(yè)特色，發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊積極深入食品企業(yè)，探索產(chǎn)教融合、協(xié)同育人路徑。本專業(yè)與廣東省九江酒廠有限公司、廣州市從化順昌源綠色食品有限公司、廣東十二嶺酒業(yè)有限公司、廣東海天創(chuàng)新技術(shù)有限公司及廣東美味鮮調(diào)味食品有限公司等多家知名食品企業(yè)長期開展產(chǎn)學(xué)研合作，發(fā)展并形成食品微生物工程特色，為嶺南特色食品產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)人才。因此，“生物反應(yīng)工程”課程的項目設(shè)計內(nèi)容也源于科研項目或?qū)嶋H生產(chǎn)需求，具體內(nèi)容設(shè)計見表1。進(jìn)行項目式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時，需考慮每一章節(jié)的核心知識點及學(xué)生基本能力要求點，將項目設(shè)計內(nèi)容與核心知識點和學(xué)生基本能力要求點進(jìn)行有機串聯(lián)，在滿足課程教學(xué)基本要求的同時，使學(xué)生具有項目設(shè)計的整體概念，并體現(xiàn)新穎性和可操作性。同時項目成果必須具備可考核性，能進(jìn)行完成度評價。以學(xué)生為中心的教學(xué)，必須因材施教，因此本課程設(shè)計的PBL項目式教學(xué)內(nèi)容包含三種不同難度層次且皆具有可操作性的訓(xùn)練項目。每一學(xué)期的項目內(nèi)容也會根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊獲得的橫向課題進(jìn)行更新或新增，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

以酶促反應(yīng)動力學(xué)章節(jié)為例，學(xué)生需要掌握的知識點有：酶的基本特性、酶活的影響因素、米氏方程、可逆抑制類型及應(yīng)用等；學(xué)生的基本能力要求點為：掌握相關(guān)知識點并具備應(yīng)用相關(guān)知識點解決實際生產(chǎn)中問題的能力。基于以上知識點和學(xué)生能力要求點設(shè)計本章節(jié)的項目內(nèi)容。其中難度系數(shù)為“易”的項目設(shè)計，以淀粉酶為研究對象，探究商業(yè)化淀粉酶的最適催化溫度及pH，使學(xué)生掌握酶活測定方法，了解溫度和pH是影響酶活性的重要影響因素，同時鍛煉學(xué)生的動手動腦能力并應(yīng)用所學(xué)知識開展簡單的實驗設(shè)計；難度系數(shù)為中的項目則是在學(xué)生掌握酶活性測定的基礎(chǔ)上，具備靈活應(yīng)用米氏方程的變形設(shè)計實驗，進(jìn)行酶的特征參數(shù)（Km和Vmax）測定的能力；而難度系數(shù)為難的項目則需學(xué)生具備應(yīng)用米氏方程分析問題及解決問題的能力。此時引入藥物阿卡波糖，其作為 -糖苷酶抑制劑，在治療2型糖尿病方面發(fā)揮著重要作用，因此需要學(xué)生掌握米氏方程變形、酶活測定方法及可逆抑制劑的判斷依據(jù)，以探究阿卡波糖對 -淀粉酶的抑制類型。

鑒于項目式教學(xué)中的項目能夠轉(zhuǎn)化和落地，難度系數(shù)為“難”的項目在設(shè)計過程中包含研究內(nèi)容和應(yīng)用內(nèi)容兩部分，后期可以根據(jù)學(xué)生的項目開展情況進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目申報及撰寫相關(guān)論文和專利，參加大學(xué)生生命科學(xué)競賽。如從米酒發(fā)酵醪液中進(jìn)行多糖或多肽類活性物質(zhì)的分離純化，探究其抑制 -淀粉酶的活性程度，并與阿卡波糖對 -淀粉酶的抑制效果進(jìn)行比較，評價其作為新降糖藥物的可能性。此類項目的實施能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注行業(yè)熱點問題和國家的人才需求，讓學(xué)生明白自己要學(xué)什么和做什么，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力、團(tuán)隊協(xié)作能力及社會責(zé)任感。

2 "項目式教學(xué)法的實施

項目式教學(xué)法的實施流程見圖1（p145），第一堂課前由教師和學(xué)委根據(jù)學(xué)生的個人特點完成分組（4―6人/組，設(shè)置小組組長），保證每組學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和水平相當(dāng)，確保小組學(xué)習(xí)質(zhì)量。第一堂課時，小組成員自主選擇難易不同的項目進(jìn)行后期的學(xué)習(xí)；教師簡單介紹整章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，并對學(xué)生提出能力目標(biāo)要求；同時按照仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院大學(xué)生大創(chuàng)項目的撰寫要求對小組的項目書撰寫提出要求。在實施小組討論之前，先讓學(xué)生獨立自學(xué)10 min，列出自己提煉的重點、難點及疑惑點；然后以小組為單位展開交流。在項目式教學(xué)法實施過程中，教師借助雨課堂進(jìn)行學(xué)生考勤檢查；針對重難點問題，學(xué)生可以借助雨課堂，通過在線討論模塊與教師和同學(xué)進(jìn)行線上交流；教師可通過雨課堂發(fā)布作業(yè)，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展及對知識點的理解程度。

圖1 “生物反應(yīng)工程”項目式教學(xué)法的實施流程圖

學(xué)生通過課堂討論及資料查閱完成項目報告的撰寫，在課后及實驗課中完成項目的實施目標(biāo)。在課程結(jié)束前2周，學(xué)生在課堂上通過PPT分享小組項目成果，全員參加交流并開展小組相互打分。每組PPT匯報交流結(jié)束后，教師進(jìn)行點評并打分。項目創(chuàng)新性好、完成效果佳者，可獲得優(yōu)秀成績并推薦參加大創(chuàng)項目或競賽。通過項目實施，學(xué)生對知識點的記憶、動手能力及團(tuán)隊協(xié)作能力皆得到提升。

3 "項目式教學(xué)法的評價

長期以來，學(xué)生為知識而學(xué)，為應(yīng)試而學(xué)，學(xué)習(xí)表層化嚴(yán)重，考過就忘。加上智能手機、電腦等移動終端的廣泛應(yīng)用，學(xué)生沉浸于碎片化的“快餐式”和“瀏覽式”的淺層學(xué)習(xí)。考核方式應(yīng)由大比重的應(yīng)試考核向多維度考核轉(zhuǎn)變，使學(xué)生的學(xué)習(xí)動機由被動應(yīng)試向主動獲取知識以解決實際問題而改變。因此，在項目式教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊重新設(shè)計課程考核方式，將原本70%的卷面成績占比下調(diào)至60%，削弱應(yīng)試考核占比。將學(xué)生的課堂參與度、團(tuán)隊協(xié)作能力、課堂作業(yè)及項目參與度和完成度等融入課程考核，以調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和動手實踐能力。

PBL項目式教學(xué)法的評價主體由前期單一的教師評價轉(zhuǎn)向多維主體評價，包括自我評價、組內(nèi)評價、組間評價及教師評價。因此，學(xué)生獲得的成績更能反映其實際學(xué)習(xí)情況，評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。項目式教學(xué)法實施后，學(xué)生之間出現(xiàn)比著學(xué)、督促著學(xué)的現(xiàn)象，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和氛圍。學(xué)生掛科現(xiàn)象有所改善，進(jìn)行項目申報及競賽的積極性有所增強，參與競賽獲獎人數(shù)實現(xiàn)零的突破。學(xué)生也普遍反映通過項目式教學(xué)，他們在項目申報、參賽及后期開展畢業(yè)論文的過程中更得心應(yīng)手。

表2 PBL項目式教學(xué)法的評價標(biāo)準(zhǔn)

4 "結(jié)語

PBL項目式教學(xué)已被國內(nèi)外多所高校證實能提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊通過梳理并遴選出“生物反應(yīng)工程”課程的核心知識點，通過PBL項目式教學(xué)，以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向，將課程核心知識點、學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)有機貫穿一體，實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的一體化訓(xùn)練。教學(xué)實踐結(jié)果初見成效，希望本論文能為相關(guān)課程的教學(xué)改革提供一定參考。

*通信作者：劉功良

基金項目：仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2022年校級課程思政專項教學(xué)改革研究培育建設(shè)項目““生物反應(yīng)工程”課程思政教學(xué)改革”（仲教字[2022]55號）；仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2022年校級質(zhì)量工程項目“新農(nóng)科背景下《生物反應(yīng)工程》課程教學(xué)改革與實踐”（仲教字[2022]48號）；仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2020年度校級質(zhì)量工程項目“發(fā)酵食品課程群教學(xué)團(tuán)隊”（仲教字[2021]04號）；仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2020年度“十三五”規(guī)劃教材建設(shè)項目“生物工程分析檢驗實驗指導(dǎo)”（仲教字[2021]03號）；廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程建設(shè)項目“《食品生物化學(xué)》教學(xué)團(tuán)隊”（粵教高函［2020］19號）；廣東省研究生教育創(chuàng)新計劃項目（2023SFKC_057）。

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