□江南大學(xué) 穆曉清 王棟 徐巖

“發(fā)酵工程”課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

□江南大學(xué) 穆曉清 王棟 徐巖

發(fā)酵工程課程是發(fā)酵工程專業(yè)、生物技術(shù)專業(yè)和釀酒專業(yè)的重要專業(yè)必修課，其內(nèi)容涵蓋微生物學(xué)、生物化學(xué)、化工原理、生化工程等多學(xué)科，是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。本課程根據(jù)學(xué)科發(fā)展前沿，結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需求，以培養(yǎng)綜合型專業(yè)人才為目標(biāo)，通過(guò)教材、教學(xué)模式以及評(píng)價(jià)方式等進(jìn)行教學(xué)改革，取得了良好的效果。

發(fā)酵工程；交互式教學(xué)；實(shí)踐式教學(xué)

發(fā)酵工程是“輕工技術(shù)與工程”一級(jí)學(xué)科中的重要分支，是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分和工業(yè)生物技術(shù)的核心技術(shù)，在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。發(fā)酵工程能夠利用生物細(xì)胞或者離體酶的生理功能，結(jié)合工業(yè)規(guī)模的工程技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)多種具有生理活性生物制品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，發(fā)酵工程的應(yīng)用面涉及到食品、醫(yī)藥、能源、化工等多個(gè)重要的國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。現(xiàn)代發(fā)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(xì)胞高度的專一性，高效生產(chǎn)大宗或精細(xì)化學(xué)品，整個(gè)過(guò)程節(jié)能環(huán)保，綠色經(jīng)濟(jì)。因此，發(fā)酵工程被上升到解決人類生存面臨的能源與資源危機(jī)、食品安全與營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境與發(fā)展等重大問(wèn)題的高度，是社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展的有效手段。

發(fā)酵工程不僅涉及到生物學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)還與生化過(guò)程工程和下游提取精制技術(shù)相關(guān)，是微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機(jī)械工程等基礎(chǔ)原理學(xué)與工程學(xué)交叉與融合的多學(xué)科工程。從字面上看，發(fā)酵工程既涉及到微生物細(xì)胞代謝過(guò)程中的生物學(xué)原理，同時(shí)它又涉及到產(chǎn)業(yè)化過(guò)程規(guī)模放大與優(yōu)化等過(guò)程工程技術(shù)。發(fā)酵工程作為發(fā)酵工程本科專業(yè)最重要的專業(yè)課程，其授課內(nèi)容不僅涉及到上游的與分子生物學(xué)、蛋白組學(xué)、系統(tǒng)微生物學(xué)等基礎(chǔ)理論知識(shí)，也涉及到化工原理和生化工程等工程學(xué)基礎(chǔ)。因此，該課程的教學(xué)改革一直是發(fā)酵工程本科教學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。江南大學(xué)的發(fā)酵工程學(xué)科是全國(guó)發(fā)酵工程重點(diǎn)學(xué)科，發(fā)酵工程課程作為國(guó)家級(jí)精品課程，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了大量的探索，取得了突出的成績(jī)。

一、根據(jù)學(xué)科發(fā)展的最新進(jìn)展，更新教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容以教材為基礎(chǔ)，通過(guò)教師對(duì)教材的調(diào)整，根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)以及學(xué)科發(fā)展的最新進(jìn)展，結(jié)合行業(yè)科技發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，對(duì)幫助學(xué)生了解學(xué)科前沿，拓寬學(xué)生的知識(shí)面具有重要的作用。由于發(fā)酵工程是多學(xué)科交叉產(chǎn)生的新領(lǐng)域，因此在發(fā)酵工程的教學(xué)過(guò)程中會(huì)用到大量基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，如生物化學(xué)、微生物學(xué)與化工原理。

1.加強(qiáng)教材建設(shè)，彰顯輕工特色

教材是教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)載體，學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)很大程度上依靠教材。好的教材不僅是學(xué)生遇到問(wèn)題后尋找答案的重要工具，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和興趣。目前，國(guó)內(nèi)相同專業(yè)的大專院校大多采用2006版李艷主編的《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》，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(xué)》等，這些教材以工業(yè)發(fā)酵為主線，在章節(jié)安排、典型案例選擇、學(xué)科側(cè)重等方面各有特點(diǎn)，自成體系。根據(jù)我校學(xué)科特點(diǎn)，發(fā)酵工程是發(fā)酵工程本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)課時(shí)達(dá)到80學(xué)時(shí)。同時(shí)，伴隨生物技術(shù)飛速發(fā)展、日新月異，與生物能源、生物醫(yī)藥以及生物新材料等相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的崛起，要想培養(yǎng)合格的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才就需要對(duì)發(fā)酵工程課程教材進(jìn)行改革。在此基礎(chǔ)上，江南大學(xué)聯(lián)合南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、華東理工大學(xué)、天津科技大學(xué)和河北科技大學(xué)等傳統(tǒng)發(fā)酵工程優(yōu)勢(shì)學(xué)科的多名一線科研工作者編寫(xiě)了普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《發(fā)酵工程》，該教材有紙本與網(wǎng)絡(luò)電子版兩種形式，以發(fā)酵工程原理、重要發(fā)酵工程產(chǎn)業(yè)、發(fā)酵工程的特殊應(yīng)用和發(fā)酵工程的生物學(xué)基礎(chǔ)為主，涉及傳統(tǒng)發(fā)酵工程和現(xiàn)代生物技術(shù)的重要發(fā)酵工程產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品。該教材不僅適用于發(fā)酵工程本科專業(yè)，也適用于生物工程和生化工程等其他相關(guān)本科專業(yè)。同時(shí)，由于該教材脈絡(luò)和重點(diǎn)突出，教學(xué)適用性強(qiáng)，其內(nèi)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(shū)。在選定主要教材的基礎(chǔ)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(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，制定合理的教學(xué)大綱

由江南大學(xué)徐巖主編的2011版《發(fā)酵工程》重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代發(fā)酵工程各產(chǎn)業(yè)用原料的選擇、處理和培養(yǎng)基制備；發(fā)酵工業(yè)微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)和染菌防治；發(fā)酵過(guò)程的變化規(guī)律及其控制和優(yōu)化；發(fā)酵動(dòng)力學(xué)原理及發(fā)酵設(shè)備和反應(yīng)器；發(fā)酵產(chǎn)物的分離、提取、精制原理和技術(shù)等眾多內(nèi)容。其教學(xué)內(nèi)容涉及到多個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，如何將這些內(nèi)容有機(jī)組合，形成特有的教學(xué)理念，制定適合的教學(xué)大綱是實(shí)現(xiàn)良好教學(xué)效果的基礎(chǔ)。在教學(xué)中，應(yīng)以發(fā)酵過(guò)程中的生物學(xué)原理為主線，以發(fā)酵過(guò)程操作的單元為順序，兼顧發(fā)酵設(shè)備的介紹，將專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)與國(guó)內(nèi)外發(fā)酵企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的有序和高效進(jìn)行。

微生物作為發(fā)酵工程的核心，野生型微生物往往不能滿足發(fā)酵工業(yè)對(duì)其工業(yè)化屬性的要求，通過(guò)了解發(fā)酵過(guò)程工程控制以及下游工程對(duì)工業(yè)微生物的特性要求，運(yùn)用代謝工程、基因工程、蛋白組學(xué)等現(xiàn)代生物學(xué)手段改造獲得是發(fā)酵工程得以存在的基礎(chǔ)，因此，生物學(xué)原理主線就是課程教學(xué)的主線，而如何實(shí)現(xiàn)高效的生物發(fā)酵過(guò)程和經(jīng)濟(jì)性要求又是產(chǎn)業(yè)化對(duì)發(fā)酵工程的核心訴求。因此，運(yùn)用工程學(xué)的手段，包括發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)、過(guò)程控制、發(fā)酵設(shè)備設(shè)計(jì)、發(fā)酵分離耦合等多個(gè)角度，針對(duì)不同的發(fā)酵產(chǎn)品和不同模式反應(yīng)過(guò)程的普適性和多樣性，以基本知識(shí)為主，兼顧差異性進(jìn)行教學(xué)，不僅能夠有效幫助學(xué)生有針對(duì)性地把握基本知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也能夠通過(guò)不同產(chǎn)物工藝學(xué)的差異性，拓展其知識(shí)的寬度和廣度。

二、改革教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性

傳統(tǒng)的填鴨式教育方法不適合本科生的教學(xué)模式，作為專業(yè)課程，發(fā)酵工程需要學(xué)生能夠?qū)⒁淹鶎W(xué)習(xí)到的知識(shí)綜合應(yīng)用到課堂上，如果不發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，使其投入到教學(xué)內(nèi)容中去，往往會(huì)使其覺(jué)得課程距離感大，內(nèi)容枯燥乏味，最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣差，教學(xué)效果弱等弊病。因此，利用新的交互式、角色互換式教學(xué)策略與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合等多種教學(xué)模式的改革，對(duì)于提高教學(xué)效率至關(guān)重要。

1.交互式教學(xué)，重點(diǎn)內(nèi)容運(yùn)用討論

交互式教學(xué)法以“學(xué)生”為中心，教師通過(guò)提供真實(shí)的有意義的語(yǔ)言材料，創(chuàng)設(shè)真實(shí)自然的語(yǔ)言環(huán)境，使學(xué)生進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。對(duì)于每一堂課，我們運(yùn)用“復(fù)習(xí)、提問(wèn)、討論、小節(jié)、預(yù)習(xí)”等5環(huán)節(jié)教學(xué)法，在每次課的開(kāi)始，利用大綱模式對(duì)上次課程的主體內(nèi)容進(jìn)行回顧，利用提問(wèn)等方式檢查學(xué)生的掌握程度，對(duì)于重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化式教學(xué)；隨后，對(duì)上次課程后布置的預(yù)習(xí)任務(wù)進(jìn)行提問(wèn)式教學(xué)，拋出新知識(shí)點(diǎn)的切入點(diǎn)，通過(guò)討論引導(dǎo)學(xué)生得出正確的結(jié)論；最后，通過(guò)對(duì)新學(xué)知識(shí)點(diǎn)的小節(jié)，再次加深印象，并提出關(guān)于下一節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的問(wèn)題，促使學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)。

2.運(yùn)用角色互換式教學(xué)，加強(qiáng)理解

在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生始終處于被動(dòng)的接受老師信息的位置，因此很難保證學(xué)生精力的投入。在發(fā)酵工程教學(xué)過(guò)程中，教師與學(xué)生互換角色，安排部分授課內(nèi)容，將教學(xué)大綱和課件等交給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行10-15分鐘的教學(xué)后教師再進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。這種教學(xué)方式不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生的帶入感，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)興趣，也有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)要點(diǎn)的理解，從“學(xué)生自己認(rèn)為的基本掌握”升華為能夠“教授他人的知識(shí)”，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的真正掌握。

3.實(shí)踐式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合

發(fā)酵工程作為一個(gè)工科專業(yè)，其人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)是培養(yǎng)適合發(fā)酵行業(yè)的卓越工程師。因此，到發(fā)酵工業(yè)企業(yè)中去實(shí)現(xiàn)其實(shí)踐性教學(xué)也是發(fā)酵工程課程的一部分內(nèi)容。在課堂上，學(xué)生對(duì)發(fā)酵微生物、原料處理、發(fā)酵過(guò)程控制、產(chǎn)物提取精制等工廠生產(chǎn)工藝流程與發(fā)酵罐等設(shè)備都有了初步的認(rèn)知，但是大多都是理論性的，缺乏感性的認(rèn)識(shí)。而通過(guò)學(xué)生在工廠的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，根據(jù)不同工廠的實(shí)際情況，在工廠指導(dǎo)老師的幫助下系統(tǒng)的增加感性認(rèn)識(shí)，從而學(xué)習(xí)到如何根據(jù)實(shí)際情況將書(shū)本中的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐。比如，啤酒生產(chǎn)過(guò)程中主要原材料的檢測(cè)指標(biāo)、糖化曲線、啤酒釀造旺期與淡季之間的發(fā)酵參數(shù)差別等都能夠通過(guò)工廠實(shí)地的實(shí)習(xí)加強(qiáng)理解。雖然在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作比較少，但是針對(duì)不同的實(shí)習(xí)企業(yè)，給學(xué)生帶著不同的實(shí)習(xí)題目更加有利于教學(xué)效果的加深。如通風(fēng)發(fā)酵企業(yè)的無(wú)菌空氣制備與過(guò)濾設(shè)備的選型，或發(fā)酵罐通風(fēng)量、攪拌漿漿葉形狀與轉(zhuǎn)速、罐壓等與溶氧的調(diào)節(jié)方式，又或不同設(shè)備采用的不同換熱方式等等。實(shí)習(xí)考核方式中最主要的論文答辯形式不僅能夠促進(jìn)學(xué)生將生產(chǎn)實(shí)習(xí)更加深化了解，同時(shí)不同類型企業(yè)的實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)也擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面、提升了學(xué)習(xí)興趣。

三、考核方式的完善

在教材改革和教學(xué)模式改革的基礎(chǔ)上，我們還形成了獨(dú)有的考核方式改革。

首先，我們引入了課題自我教學(xué)的評(píng)價(jià)內(nèi)容，指定某些教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生自我學(xué)習(xí)后實(shí)現(xiàn)自我教學(xué)，通過(guò)學(xué)生相互之間的打分，不僅提高學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的印象，同時(shí)也能夠大幅度激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性。比如，在不同發(fā)酵產(chǎn)品工藝對(duì)比的教學(xué)過(guò)程中，按照通風(fēng)發(fā)酵和厭氧發(fā)酵的典型實(shí)例，要求學(xué)生按照微生物工業(yè)屬性的適應(yīng)規(guī)律與發(fā)酵工藝的綠色經(jīng)濟(jì)特性為主題進(jìn)行小組形式的講學(xué)。在考核中，講課同學(xué)通過(guò)15分鐘的課堂演示實(shí)現(xiàn)自己的講課安排，然后通過(guò)其他同學(xué)和老師對(duì)其講解的主要知識(shí)點(diǎn)點(diǎn)評(píng)，考察是否達(dá)到講課目標(biāo)，最后進(jìn)行綜合評(píng)分。通過(guò)這樣的教學(xué)與考核，學(xué)生加強(qiáng)了對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的把握，同時(shí)也對(duì)教師的課堂勞動(dòng)等有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，有利于提高師生的相互認(rèn)可度。

其次，通過(guò)課內(nèi)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的討論，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，利用增加平時(shí)成績(jī)等手段鼓勵(lì)學(xué)生，通過(guò)提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行課題研究等方式實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維的轉(zhuǎn)化。按照教學(xué)計(jì)劃，每次課程都安排了一定量的基本知識(shí)點(diǎn)和拓展知識(shí)點(diǎn)，因此，在授課過(guò)程中檢查學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的把握程度也是調(diào)節(jié)教學(xué)進(jìn)度的一個(gè)重要方法。由于本科教學(xué)與高中教學(xué)的差異較大，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也有很大的變化。通過(guò)每次課堂提問(wèn)和重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)討論，能夠引入學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于教師自身也是擺脫固有思考模式，進(jìn)行發(fā)散性思維的好機(jī)會(huì)。

第三，更多采用開(kāi)卷考試的方式，大幅度降低學(xué)生死記硬背內(nèi)容，增加判斷和論述題目類型的比重，加大學(xué)生對(duì)多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，很多學(xué)生反應(yīng)開(kāi)卷考試的難度遠(yuǎn)大于閉卷考試，甚至有的學(xué)生會(huì)要求閉卷考試。但是從實(shí)際考察結(jié)果來(lái)看，開(kāi)卷考試更加能夠體現(xiàn)出教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際成果。由于教學(xué)內(nèi)容較多，知識(shí)點(diǎn)涵蓋的范圍廣，因此，開(kāi)卷式試題綜合性較強(qiáng)，可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思考能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)十多年的教學(xué)實(shí)踐，新的教材和新的教學(xué)模式受到了廣大學(xué)生的認(rèn)可，該課程也從傳統(tǒng)的枯燥無(wú)味、內(nèi)容繁多、條理性弱等教學(xué)狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求、教學(xué)模式新穎、課堂氣氛活躍、知識(shí)點(diǎn)豐富有序的狀態(tài)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和強(qiáng)化教學(xué)效果，培養(yǎng)了大批具有扎實(shí)發(fā)酵工程專業(yè)基礎(chǔ)理論和發(fā)酵工業(yè)背景的高素質(zhì)人才，滿足了社會(huì)發(fā)展對(duì)發(fā)酵工程專業(yè)人才的需求，獲得了企業(yè)的好評(píng)。

[1]徐巖.發(fā)酵工程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]王莉.發(fā)酵工程課程教學(xué)改革初探[J].商業(yè)文化，2011（2）：203.

[3]任曉莉，趙潤(rùn)柱，梁保紅.發(fā)酵工程課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].微生物學(xué)通報(bào)，2011，38（1）：127-130.

[4]陳葉福，肖冬光，陳寧，等.對(duì)發(fā)酵工程課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].中國(guó)輕工教育，2010（2）：64-65.

[5]李艷.發(fā)酵工程原理與技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]余龍江.發(fā)酵工程原理與技術(shù)應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

G642.0