王偉宸 王玉玨 黃俊 趙進

摘要：《微生物發(fā)酵技術》是我校生物技術專業(yè)的必修課程，主要介紹從菌種選育到產物分離提取的整個微生物發(fā)酵生產過程的原理、工藝和應用等，旨在讓學生理解、思考并解決發(fā)酵過程中的工藝問題，為學生從事相關方面的生產和研究打下基礎。本文論述了項目式教學法結合工學實踐對生物技術專業(yè)微生物發(fā)酵技術課程的教學改革，有望提升學生自主學習、團隊協(xié)作以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

關鍵詞：微生物發(fā)酵技術;項目式教學;生物技術;教學改革

生物技術專業(yè)是以理為主、以工為輔的理工復合型辦學專業(yè)，強調培養(yǎng)學生將傳統(tǒng)的生物學理論知識體系與現(xiàn)代分子生物學技術相結合。本專業(yè)學生主要學習現(xiàn)代生命科學的基本理論和基本知識，并接受現(xiàn)代生物技術方面的基本訓練，具備在基因工程技術、現(xiàn)代醫(yī)藥生物技術領域從事設計、生產、管理和服務，以及生物產業(yè)技術研究、新產品開發(fā)的基本能力。

《微生物發(fā)酵技術》是生物技術專業(yè)一門應用性和實踐性都很強的專業(yè)必修課，該課程在微生物學、生物化學、分子生物學等課程的基礎上，融合了發(fā)酵工程、基因工程、生物分離工程等多門學科的內容。現(xiàn)代生物技術產業(yè)化的技術關鍵即為微生物發(fā)酵技術，是獲得產物的重要手段。傳統(tǒng)授課方式以教師講授為主，通過板書或多媒體的形式向學生傳授相關知識，不利于學生自主學習能力的培養(yǎng)。同時，由于部分院校的生物技術專業(yè)沒有安排發(fā)酵工程綜合實驗和發(fā)酵行業(yè)工廠實習等，因此在講授微生物發(fā)酵技術課程時必須注意加強實踐和綜合訓練培養(yǎng)方面的教學。為了提高學生的實踐能力，使課程能與實際緊密結合，培養(yǎng)能將理論與實踐相結合的人才，提高其在工作中解決實際問題的能力，有必要對課程教學進行改革。

項目式教學法是指在教師指導下，學生通過一段時間內對一個相對獨立的項目進行信息收集整理和方案設計完善等，并從中鞏固基礎知識和提高實踐技能的教學方法，其關鍵在于以學生為主體完成一個完整的項目，讓學生可以在此過程中提高自主學習能力、組織計劃能力、團隊合作能力和分析表達能力等。項目式教學PBL（Project-Based?Learning）由加拿大教育學家查德博士以及美國教育學家凱茲博士正式提出[1]，是將“以教師為中心，通過教師向學生傳授知識的被動學習方式”轉換為“以學生為中心，由教師引導，學生通過多種途徑在解決實際問題中獲取知識的主動學習模式”。2001年，查德博士來我國講授“項目教學法”，項目式教學在國內得到認可，并迅速得到推廣，對這一教學法的研究才逐漸得以深入。目前，國內對于項目式教學的理論研究與實踐應用已取得豐碩成果[2]。項目式教學最初僅應用于高等教育前的相關領域，后來逐漸在我國的某些高職院?；虮究圃盒Ｖ械牟糠止W、醫(yī)學或經管類專業(yè)等的教學中都有不同程度的應用，但在本科院校其他理論課程教學中的應用則很少。本文通過項目式、討論式教學方法以及教學與工學實踐相結合的教學改革方案的探索和實施，計劃將《微生物發(fā)酵技術》的課程教學從教學內容、教學手段和考評方式等多個方面進行改革。

一、教學改革目標

（一）完善教學內容的設計，提高教師的教學能力

通過將教學團隊的科研成果與課堂教學內容相結合，為項目式教學提供素材，以科研反哺教學，使得教學內容經常更新，有效彌補教材中部分內容的滯后性，提高教師的授課能力。

（二）完成項目小組的任務，提高學生的學習能力

引入PBL教學法，學生組成項目小組，共同設計項目、實施項目、展示項目和評價項目，并提出問題，以提升其解決實際問題的能力。

（三）結合實驗教學，提高學生的工程實踐能力

在PBL教學的基礎上，積極與微生物發(fā)酵相關的各課題組或實驗室溝通，為加深學生對課堂教學內容的理解，開放教學實驗室與科研實驗室，通過演示和操作增強學生實踐能力。

二、教學改革內容

（一）結合工學實踐，更新教學內容

結合生物技術專業(yè)培養(yǎng)方案專業(yè)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，將微生物發(fā)酵技術分為若干教學單元和工藝單元，典型的教學單元包括：菌種的選育、發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化、無菌保障、發(fā)酵條件與過程工藝控制等。典型的發(fā)酵產品工藝單元包括：抗生素類產品的發(fā)酵工藝、氨基酸類產品的發(fā)酵工藝、核苷酸類產品的發(fā)酵工藝、酶制劑的發(fā)酵工藝、甾體轉化發(fā)酵工藝以及有機酸類產品的發(fā)酵工藝等。在此基礎上，引入授課團隊成熟的科研成果，如有機酸類的乳酸、酶制劑類的纖維素酶以及甾體類產品等的研究成果，以豐富教材內容。

為更好地服務于項目化教學改革，加入發(fā)酵產品工藝單元的教學內容，同時兼顧課程的學時要求，我們從眾多優(yōu)秀教材中選擇了適合本課程的教材。自2018年起，本課程將楊生玉、張建新主編的《發(fā)酵工程》作為主要教材，該教材涵蓋了從“菌種的選育”“微生物代謝調節(jié)”“種子擴大培養(yǎng)”“培養(yǎng)基和發(fā)酵條件優(yōu)化”“發(fā)酵動力學”以及“產物分離提取”等部分，并有專門的典型發(fā)酵工藝案例的相關介紹。同時，將韋革宏、楊祥主編的《發(fā)酵工程》、陳必鏈主編的《微生物工程》等優(yōu)秀教材作為本課程教學的主要參考書。

為加強學生實踐方面的認識，通過學生設計項目使其自主學習，直接參與教學全過程，主動進行工學實踐的體驗、感悟與探究。將項目式教學引入《微生物發(fā)酵技術》課程的教學實踐中，在教師的指導下，學生設計并完成一個完整項目或若干小項目。將工學實踐融入到生物技術專業(yè)的課程教學中，構建理工結合的課程教學體系。

由于微生物發(fā)酵技術課程具有很強的實踐性，單純的理論教學效果較差，因此提升該課程教學效果的關鍵之處在于引入教學過程中的實踐教學環(huán)節(jié)和元素。具體措施包括，在學生完成項目的過程中，可到教學或科研實驗室進行發(fā)酵或產物分離實驗的演示觀看或實際操作。例如，在介紹發(fā)酵罐水平生產生物產品單元時，將學生帶至發(fā)酵罐前對發(fā)酵的各個環(huán)節(jié)逐一進行講解，并要求學生課后繪制發(fā)酵罐及生產示意圖，這使得學生對微生物發(fā)酵理論知識的理解更加深刻，同時也有助于學生自學能力的培養(yǎng)。此外，學生還可以分組進行實驗，鍛煉實踐操作能力并進一步鞏固學習相應的理論知識。

在教學過程中，還可以利用授課團隊科研實驗室的優(yōu)勢，對學生開放科研實驗室，學生可根據(jù)自己的興趣和時間安排進入實驗室學習項目相關的儀器設備，并開展項目相關的系列實驗。另外，在課程結束后，對微生物發(fā)酵實驗感興趣的學生可以繼續(xù)通過畢業(yè)設計等形式參與相關課題的研究，這些學生經過之前的教學項目實驗，可以積極主動思考所遇到的問題，進一步分析所得實驗結果并完善實驗，在論文完成過程中可以表現(xiàn)出更好的研究能力。結合科研實驗室的研究方向，使其研究從教學中的項目到畢業(yè)設計課題具有一定的連續(xù)性，對畢業(yè)設計的順利完成也大有裨益。

對于本課程的授課團隊，有多名生物工程或發(fā)酵工程專業(yè)背景的教師聯(lián)合進行教學，保證了生物技術專業(yè)學生理論課與工程實踐結合的順利開展。此外，可以邀請合作企業(yè)的技術人員主講與生產實際聯(lián)系緊密的部分章節(jié)，使得學生了解和領會生產實踐與理論知識結合的范例及其重要性。

（二）改進教學手段，轉變教學方法

改進傳統(tǒng)的課堂提問等教學互動方式，采用信息化手段使學生更好地參與師生間或學生間的互動，積極開展微信群、超星學習通等平臺上的主題討論，也可在學生設計項目之后進行師生間或學生間的討論。引入科研項目思路，以一種新穎的教學模式使得學生根據(jù)所設計的項目去實踐中尋找答案，達到在有限的教學學時內使學生將工學實踐與理論內容相結合的目的。

PBL教學法將學生作為課堂的主體，以設計和完成項目為任務，使學生以小組形式進行合作，提出并共同解決問題，使學生在課程學習后具備解決復雜實際問題的能力，有效提升學生自主學習和團隊協(xié)作的能力。PBL教學的具體實施方案如下：

（1）分配小組。將全班約100名學生分為10個項目小組，每個項目小組中包括約10個成員，以小組為單位設計并完成項目。

（2）項目導入。教師將計劃實行項目式教學的內容設置不同的任務，例如在講完“有機酸類產品的發(fā)酵生產”這一章的內容后，向學生介紹乳酸的發(fā)酵工藝以及乳酸生產的菌種，并布置項目任務，項目小組從原料選擇、生產工藝確定、分離純化、質量分析等方面確定有機酸在企業(yè)中生產的各個環(huán)節(jié)。

（3）制訂計劃。各個項目小組的學生通過組內討論選擇乳酸或其他有機酸作為項目任務進行研發(fā)，通過查閱文獻、整理信息及討論后確定本組項目中菌種的選擇、保藏、發(fā)酵生產工藝流程及產物分離純化過程的方案。

（4）闡述方案。各小組對各自方案進行論證，以PPT的形式闡述本項目的設計和實施方案，討論項目實施過程中可能遇到的問題，在教師的指導下進行方案的修改。

（5）實施環(huán)節(jié)。學生根據(jù)自己已制定的計劃實施項目方案，完成一份項目總結報告，對本小組項目的完成情況進行匯報和總結。教師根據(jù)項目實施方案以及學生講解、匯報情況等對學生進行初步評定。

（6）展示環(huán)節(jié)。項目小組采用項目總結PPT的形式進行展示，可將錄制的講解視頻上傳到網上，也可結合其他視頻如具體工藝視頻（如學生自己得到的實驗結果或調研得到的視頻資料等）來講解。學生將項目完成于線上，如超星學習通軟件中的PBL網絡教學綜合服務平臺，便于展示與觀摩。借助互聯(lián)網平臺，使學生展示的地點不再局限于教室內。

（7）評價環(huán)節(jié)。PBL平臺可供教師和學生更便利地評價項目（包括教師評價、組內評價以及組間互評等）。針對PPT展示、視頻講解、PBL平臺上各小組展示的項目進行評價，學生和教師共同進行討論，并完成每個項目的考核。討論主要包括網上提問、答辯或主題討論等多種形式，考核主要為教師點評打分和學生互評打分之后的綜合評定。通過線上平臺，授課團隊或其他專家還可以共同進行評價并給出意見。

（8）成果留存。在一學期課程結束后，完成該學期課程的教學成果收集，最終形成歷屆學生項目成果匯總，為日后的教學提供經驗借鑒。

在項目式教學完成的過程中，需要注意的是：

（1）需保證學生的積極主動性。學生在項目教學法中處于主體地位，在項目式學習中，非常重要的一點就是要對問題進行持續(xù)穩(wěn)定的輸入和輸出，教師應充分調動學生完成項目的積極性和主動性，讓學生積極主動地完成知識的補充和延伸，形成將理論知識運用于實踐的能力。

（2）需保證學生知識儲備充足。項目的完成應以必要的理論知識儲備為前提，應在學生完成了相關知識要點的學習之后開始進行。

（3）需保證項目設計后的總結。項目完成后教師應引導學生對項目內容進行思考，提煉其設計的不足之處，并引導學生對其項目方案進行修正。

（4）需保證教師的引導作用。項目的進行雖然以學生為主體，但是不能忽略教師的指導作用。在教學過程中，教師應引導學生的設計思路，重點培養(yǎng)其理論知識學習運用的能力、提出并解決問題的能力、團隊協(xié)作的能力以及自主學習的能力。

（三）優(yōu)化考核方式，完善評價體系

改進傳統(tǒng)的平時成績考核方法，關注并考核學生課程學習過程中的效果，將平時成績所占比例適當提升。平時成績由課堂表現(xiàn)、主題討論、項目討論、課后作業(yè)等多個環(huán)節(jié)構成。對于項目式教學的成績評定來說，在各小組的項目完成并討論后，采用教師評分和學生互評的手段相結合，綜合評定每組每名學生的平時成績。期末考試試題也更重視綜合能力的考察，在分值分配方面有所側重。

對于期末考試，仍采用筆試的考試形式，但卷面考試的出題也應更注重考察綜合能力的訓練。試卷的題目，不能只是一些死記硬背的知識點，要設計一些讓學生靈活運用所學知識的題目，尤其是綜合性題目，可以讓每一名學生通過思考，將知識點穿插在一起從而可以綜合分析并解決問題，以此來達到更好的教學效果。在卷面考試的成績權重方面，提高綜合分析類題目的分值，在最近的卷面考試中，綜合分析題的分值已占期末考試卷面總分的40%，學生只有全局性地理解和掌握所學知識，并具備一定的實踐能力、宏觀把控能力和綜合分析能力才能較好地解答這類問題。

此外，對于科學前沿的把控來說，要求學生在學有余力的前提下，及時追蹤最新學術動態(tài)。通過查閱中英文文獻，掌握國內外最新的學術熱點，同時鼓勵學生掌握專業(yè)外語，逐步學會撰寫綜述文章。

本門課程的總成績采用每名學生的平時成績（包括項目設計分析所得成績）和期末試卷卷面成績共同評價，教學改革的研究目標確保新的評價方式可以更準確地評價學生的綜合能力，有助于學生實踐能力和自主學習能力的提升，為今后更多元化的評價方式奠定基礎。

結語

《微生物發(fā)酵技術》是一門理論和實踐結合十分緊密的應用型課程，項目式、討論式教學是將理論知識和工學實踐結合起來教學的重要途徑，實施項目教學法可以讓學生在深刻理解和運用理論知識的基礎上，充分了解微生物發(fā)酵技術的原理，通過項目教學法的實施培養(yǎng)學生自學能力、表達和討論的能力以及團隊協(xié)作的能力，培養(yǎng)學生解決問題的能力并有將理論應用于生產實際的工業(yè)化意識，為步入社會從事生物技術相關工作和進行相關的科學研究打下堅實基礎。

參考文獻：

基金項目：?2020年鄭州大學教育教學改革研究與實踐項目《微生物發(fā)酵技術》項目式、討論式教學改革與實踐（編號：2020zzuJXLX178）;2021年鄭州大學教育教學改革研究與實踐項目：《生物工程綜合實驗》課程基于產學研創(chuàng)融合的應用場景全鏈條教學改革與實踐（編號：2021ZZUJGLX006）

作者簡介：王偉宸（1985—??），男，漢族，黑龍江人，博士，鄭州大學生命科學學院講師，主要從事天然產物分離及應用研究。