徐堯 楊堯 張建鵬 盧小玲

《生物反應(yīng)器與分離工程》是生物技術(shù)本科四年制專業(yè)的專業(yè)必修課程，是于2018 年《生物技術(shù)本科人才培養(yǎng)方案》修訂中，由原先的專業(yè)必修課程《生物制藥設(shè)備與分離純化》和《生物反應(yīng)器與發(fā)酵工程》通過整合修改而成；該課程對原先課程進(jìn)行了濃縮提煉，從上游如何對微生物菌種進(jìn)行選育，到如何選擇特定的反應(yīng)器進(jìn)行規(guī)模發(fā)酵以并優(yōu)化發(fā)酵條件，最后到下游利用分離純化工藝以獲得目標(biāo)產(chǎn)物這一系列連貫的工藝過程為課程主線，并在支線中展開各知識點(diǎn)，更加細(xì)化地由主線引入到支線進(jìn)行有針對性的講解，從而構(gòu)成了這門全新的專業(yè)課程[1-3]。這門全新的課程，是集理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性于一身的課程，如何讓學(xué)員在有限的學(xué)時中掌握課程的基本內(nèi)容，提高學(xué)員分析和解決問題的能力就顯得十分重要。目前，很多高校在對有關(guān)發(fā)酵工程相關(guān)教學(xué)時，大多數(shù)依舊采用較為傳統(tǒng)的、單一式的系統(tǒng)講解來傳授知識，這種“填鴨式”的教學(xué)手段忽視了學(xué)員學(xué)習(xí)的主觀能動性、好奇心與創(chuàng)造能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)資源的日益豐富與多樣化，案例教學(xué)法的出現(xiàn)能有效地解決這個難題。海軍軍醫(yī)大學(xué)隸屬于海軍，為了在實(shí)際教學(xué)中更進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量并突出海洋軍事特色，課程組成員對該課程進(jìn)行了新的改革，在混合式教學(xué)模式[4-5]的基礎(chǔ)上，結(jié)合了案例教學(xué)法的教學(xué)手段，并在課程構(gòu)建中引入了用戰(zhàn)爭實(shí)例，讓課堂更貼近于戰(zhàn)場，調(diào)動學(xué)員的積極性，圍繞實(shí)戰(zhàn)搞教學(xué)，著眼打贏育人才。

1 案例教學(xué)法

1.1 案例教學(xué)法的內(nèi)容及其特點(diǎn)

案例教學(xué)法是一種新型的開放式、互動式教學(xué)方式，起源于20 世紀(jì)20 年代，由美國哈佛商學(xué)院所倡導(dǎo)，是把學(xué)員帶入真實(shí)情境以提高課堂參與度和學(xué)習(xí)主觀能動性的一種獨(dú)特的教學(xué)手段[6-7]。一般來講，案例教學(xué)是根據(jù)大綱要求，針對特定的授課對象及教學(xué)內(nèi)容，事先經(jīng)過周密的策劃與準(zhǔn)備，精心挑選設(shè)計(jì)案例，組織引導(dǎo)學(xué)員展開討論并形成反復(fù)的互動與交流，并提出與解決問題的過程。結(jié)合一定的理論知識，通過觀點(diǎn)的碰撞以達(dá)到啟迪思維和啟示理論的重要目的，再結(jié)合教員的點(diǎn)評，加深學(xué)員對知識的理解與認(rèn)知[8-9]。在實(shí)際教學(xué)中，所使用的案例不能是為了闡明特定道理而專門編造出來的，而是要基于事實(shí)改編而成。

案例教學(xué)法能培養(yǎng)學(xué)員獨(dú)立思考并解決問題的能力，這有別于傳統(tǒng)教學(xué)中讓學(xué)員死讀書本知識卻忽視了培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用的能力，這對其自身發(fā)展將產(chǎn)生巨大障礙。而案例教學(xué)法正是為此而產(chǎn)生、發(fā)展的，其引導(dǎo)學(xué)員注重自身能力而非知識點(diǎn)本身，強(qiáng)調(diào)教員與學(xué)員間的雙向交流，有別于傳統(tǒng)評價教學(xué)效果只能用期末測試的分?jǐn)?shù)評價，案例教學(xué)在授課期間就能檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。在案例教學(xué)的模式中，學(xué)員可以通過查閱文獻(xiàn)資料，加深對案例的消化與理解，再經(jīng)過縝密思考提出問題的解決方案，在無形中增加學(xué)習(xí)的主動性[10-12]。與此同時，教員也可根據(jù)學(xué)員的疑問對案例補(bǔ)充新的知識點(diǎn)，從而能豐富案例教學(xué)的內(nèi)容。

1.2 將案例教學(xué)法融入軍校教學(xué)，貼近實(shí)戰(zhàn)

軍隊(duì)院校是因打仗而生、為打仗而建，必須圍繞著實(shí)戰(zhàn)搞教學(xué)、著眼打贏育人才。在這一過程中，教學(xué)方法又是重中之重，如何能讓學(xué)員更好地學(xué)習(xí)到知識至關(guān)重要[13-14]。

課程開篇引入青霉素在戰(zhàn)場上發(fā)揮重要作用的案例，以戰(zhàn)場的緊張環(huán)境加深學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，而后以青霉素的發(fā)展史為切入點(diǎn)，通過逐步引導(dǎo)聯(lián)系回本次課重點(diǎn)內(nèi)容，以微生物菌種的培養(yǎng)開始層層展開，循序漸進(jìn)地教學(xué)，以此來啟發(fā)并加深學(xué)員對課程內(nèi)容的理解。

2 案例教學(xué)在生物反應(yīng)器與分離工程課程中的實(shí)際應(yīng)用

合適的案例是保證案例教學(xué)法能順利開展的前提條件，對于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)也十分重要。其應(yīng)要與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)且能夠幫助學(xué)員準(zhǔn)確地理解抽象的概念和理論，進(jìn)而加深對知識的理解。同時案例要能夠被充分地展開，能給予學(xué)員足夠的思考和討論的空間[15]，培養(yǎng)學(xué)員對知識運(yùn)用的能力。

2.1 課前準(zhǔn)備

對于絕大多數(shù)學(xué)員而言，案例教學(xué)是一種全新的教學(xué)方法，為保證課程的順利開展，教員應(yīng)提前告知學(xué)員具體的實(shí)施計(jì)劃，通過教員展示案例和學(xué)員的探討總結(jié)來實(shí)現(xiàn)。鑒于軍校學(xué)員課余自主活動時間較少，教員應(yīng)提前1 周下發(fā)實(shí)施計(jì)劃，以保證學(xué)員悉知流程。同時教員更應(yīng)當(dāng)督促學(xué)員做好預(yù)習(xí)的工作，并提前安排好分組，便于學(xué)員之間相互交流，確保每名學(xué)員都參與其中。

2.2 案例的設(shè)計(jì)與選擇

2.2.1 案例簡介

（1）二戰(zhàn)時的偉大發(fā)明—青霉素：1928 年至之后的10 年間，弗洛里和錢恩團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了對多種致命細(xì)菌有致命殺傷力的青霉素，并在默克等多家制藥企業(yè)以及軍方的支持下，克服了重重瓶頸，經(jīng)數(shù)萬次實(shí)驗(yàn)后，通過改良發(fā)酵菌種、突變及改變培養(yǎng)條件等多種方式，最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后便投入到二戰(zhàn)戰(zhàn)場中[16]。青霉素藥物的橫空出世治愈了無數(shù)受傷感染的傷員，在挽救無數(shù)生命的同時也迅速扭轉(zhuǎn)了盟軍的不利戰(zhàn)局，戰(zhàn)后更是以“救命藥”而聞名天下。1945 年，弗萊明、弗洛里和錢恩因“發(fā)現(xiàn)青霉素及其臨床效用”而共同榮獲了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎[17]。

（2）青霉素在新中國實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)：志愿軍入朝作戰(zhàn)時，因西方對中國實(shí)行貿(mào)易禁運(yùn)，致使當(dāng)時急需的青霉素藥物的重要原料無法得到保障，實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)青霉素迫在眉睫。在實(shí)驗(yàn)了無數(shù)種材料后，張為申成功分別在棉籽餅粉和玉米中找到了可以代替玉米原漿和乳酸的原料，極大降低了青霉素藥物的成本，產(chǎn)量也得到飛速增長。

2.2.2 問題的設(shè)計(jì)

圍繞2.2.1 中青霉素的案例，從菌種選育、發(fā)酵條件選擇、反應(yīng)器形式以及分離純化方式，設(shè)計(jì)一些與課程相關(guān)的問題。

（1）結(jié)合我國青霉素的發(fā)展史，簡述發(fā)酵工程的主線內(nèi)容。

（2）結(jié)合案例中高產(chǎn)菌種黃綠霉菌的發(fā)現(xiàn)，微生物菌種選取的原則是什么？有哪些重要的指標(biāo)？

（3）結(jié)合基因工程相關(guān)知識，有哪些方式可使微生物菌種發(fā)生誘變？并簡述其原理。

（4）生物反應(yīng)器的基本形式有哪些？應(yīng)對不同發(fā)酵情況應(yīng)如何混合使用？并列舉不少于2 個實(shí)例。

（5）查閱文獻(xiàn)資料，簡述化合物分離純化的方式有哪些？應(yīng)采取何種方式分離青霉素？

（6）列舉生物反應(yīng)器與分離工程與生活息息相關(guān)的實(shí)例，每組不少于2 個。

2.3 具體課堂實(shí)施形式

2.3.1 案例的展示與引入

教員引入2.2.1 中的案例，此案例可作為主線貫穿整個課程，并可針對不同章節(jié)進(jìn)行展開。例如在“微生物菌種的種子制備與擴(kuò)大培養(yǎng)”中，可深入案例中發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)菌株——產(chǎn)黃青霉，加以“射線照射實(shí)現(xiàn)誘變從而提高產(chǎn)量”的例子，進(jìn)而提出2.2.2（3），從而可以引出CRISPR/CAS9 的知識點(diǎn)并加以展開。教員作為引導(dǎo)者，引領(lǐng)學(xué)員思考，激發(fā)學(xué)員進(jìn)行思想上的碰撞。同時學(xué)員也會向教員提出疑問，共同思考尋求答案，教學(xué)相長[18]。

2.3.2 小組探討環(huán)節(jié)

劃分研究小組，明確研究問題、重點(diǎn)和要求，細(xì)致分析案例，廣泛發(fā)動思考，使案例教學(xué)優(yōu)勢最大化。以2.2.2（1）為例，學(xué)員可先分別對發(fā)酵工程的上、中、下游技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，再進(jìn)行匯總和修繕，而后可針對菌種選育和發(fā)酵條件選擇提出2.2.2（2）（3），循序漸進(jìn)地提問，逐步引出課程的重點(diǎn)內(nèi)容。每名學(xué)員因知識的儲備不同，思考問題的角度方式也不同，在思想的碰撞中取長補(bǔ)短，在交流分析中完成解答。學(xué)員不僅作為知識的學(xué)習(xí)者，也作為知識的傳授者，加深了對案例的認(rèn)識與研究度。

2.3.3 教員與學(xué)員交流環(huán)節(jié)

教員與學(xué)員的交流探討，對于整個案例教學(xué)有著非常重要的意義，決定了案例教學(xué)的成效。在學(xué)員代表闡述完發(fā)酵主線過程中三個技術(shù)階段后，教員對其內(nèi)容進(jìn)行糾錯與補(bǔ)充，填補(bǔ)學(xué)員的知識漏洞，例如在講授分離純化工藝中的色譜分離技術(shù)時，可引入本節(jié)的重點(diǎn)，也是實(shí)驗(yàn)中最常用的高效液相色譜技術(shù)。而后針對不同階段內(nèi)容，分別對2.2.2（2）（3）進(jìn)行點(diǎn)評與講解。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)員是交流的核心，教員扮演引導(dǎo)者的角色，其主要職責(zé)是完成好本次案例的開頭，維護(hù)好交流過程中的秩序，激勵學(xué)員自主思考，激發(fā)交流的積極性，防止在探討過程中發(fā)生冷場與僵局。

2.3.4 教員歸納綜合點(diǎn)評環(huán)節(jié)

互動環(huán)節(jié)完成后，教員需要針對案例進(jìn)行歸納概括，并對上述循序漸進(jìn)的問題進(jìn)行總結(jié)，把學(xué)員的關(guān)注點(diǎn)拉回至課堂，通過彌補(bǔ)性、加強(qiáng)性的講解，有助于學(xué)員深入了解并把握基礎(chǔ)性原理和方法。同時還要注重實(shí)踐，通過講解2.2.2（6），針對重點(diǎn)聯(lián)系實(shí)際，例如在經(jīng)歷選育與分離后，青霉素可以成藥并用于治療各種疾病等，實(shí)現(xiàn)從理論聯(lián)系實(shí)踐，實(shí)踐深化理論的過程。如何把理論應(yīng)用到實(shí)踐中，再通過實(shí)踐反作用于理論，正是本門課程的教學(xué)目的。

2.3.5 加入課程思政

授課需注重課程思政，將思想政治教育融入課程，培養(yǎng)學(xué)員的奮斗精神[19-20]。例如在講授攻克青霉素量產(chǎn)瓶頸這一漫長且復(fù)雜的過程時，可以教育學(xué)員對科研這個漫長且需要耗費(fèi)大量精力和時間的過程，需要像諾貝爾獎得主們學(xué)習(xí)，勤奮并耐心，才能有機(jī)會取得成就，造福社會。同時引入我國實(shí)現(xiàn)自主量產(chǎn)青霉素的例子，敦促學(xué)子要發(fā)揚(yáng)老一輩革命家自強(qiáng)不息的精神，要有迎難而上的勇氣和勢如破竹的氣勢，不應(yīng)被困難折服，而應(yīng)去沖破困難、解決困難，更要督促軍校學(xué)子要有鐵一般的信仰和鐵一般的擔(dān)當(dāng)，努力發(fā)揚(yáng)紅色精神，為黨和國家人民貢獻(xiàn)出自己的一份力。

3 案例教學(xué)效果評價

在課程結(jié)束后，以調(diào)查問卷和期末考試成績分析兩種形式來評價案例教學(xué)法的授課效果，以下是具體實(shí)施過程。

3.1 問卷調(diào)查

2022 年1 月7 日—2022 年1 月14 日，向本校2018級生物技術(shù)專業(yè)24 名學(xué)員發(fā)放了《關(guān)于對生物反應(yīng)器與分離工程課程案例教學(xué)法實(shí)踐的調(diào)查問卷》。調(diào)查問卷共設(shè)置了28 個問題，包括以下3 個方面內(nèi)容：對教員案例教學(xué)法的實(shí)施情況（10 題）；對案例教學(xué)法的滿意度（5 題）；采用案例教學(xué)法對自身學(xué)習(xí)能力提升情況及建議（13 題）。截至2022 年1 月18 日，累計(jì)收回問卷24 份。問卷結(jié)合學(xué)員對案例教學(xué)法的學(xué)習(xí)情況，主要從對該授課模式的滿意度、適應(yīng)度和提升學(xué)習(xí)效果等方面著重分析。

3.1.1 滿意度調(diào)查

結(jié)果顯示，87.5%（21 名）的學(xué)員對這種教學(xué)方法表示滿意和喜歡，12.5%（3 名）的學(xué)員認(rèn)為一般。從學(xué)員喜歡這種教學(xué)方法的原因來看，90.5%（19 名）的學(xué)員認(rèn)為案例分析有助于對理論知識的理解，是一種新穎的方式；76.5%（16 名）的學(xué)員認(rèn)為通過案例教學(xué)可以掌握更多知識，且所掌握的知識點(diǎn)記憶比較長久；71.5%（15名）的學(xué)員認(rèn)為采用案例教學(xué)的課堂氛圍活躍，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。從調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)員對案例法教學(xué)實(shí)施的整體滿意度較高，樂于接受這種教學(xué)手段。對于不喜歡的原因，主要在于理論和實(shí)際聯(lián)系地不夠緊密，案例教學(xué)占課程比重偏少。為此，教員需加強(qiáng)對案例教學(xué)理論和實(shí)際聯(lián)系，尋找更多合適且生動的案例穿插于教學(xué)過程中。

3.1.2 適應(yīng)度調(diào)查

案例教學(xué)法有別于傳統(tǒng)單一、系統(tǒng)的教學(xué)手段，學(xué)員對于這種新的教學(xué)手段能否較好地適應(yīng)，直接影響教學(xué)的成效。從學(xué)員的反饋情況看：91.7%（22 名）的學(xué)員能按照教員要求，在課前熟悉案例，完成相關(guān)問題的初步調(diào)研；100%（24 名）的學(xué)員認(rèn)為課前學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)明確，布置清晰；在授課階段，79.2%（19 名）的學(xué)員能緊跟教員思路，有良好的交互；25.0%（6 名）的學(xué)員對于教員布置的任務(wù)會產(chǎn)生新的見解，能與教員共同探討。從總體適應(yīng)角度來看，83.3%（20 名）的學(xué)員認(rèn)為適應(yīng)，16.7%（4 名）的學(xué)員認(rèn)為一般，無不適應(yīng)的學(xué)員。

3.1.3 提升學(xué)習(xí)效果的調(diào)查

有別于傳統(tǒng)教學(xué)模式，案例教學(xué)法能培養(yǎng)學(xué)員獨(dú)立思考問題的能力，增加學(xué)員學(xué)習(xí)的主觀能動性。結(jié)果表明，70.8%（17 名）的學(xué)員認(rèn)為案例教學(xué)法有利于提高邏輯思維能力，對自身有啟發(fā)性；62.5%（15 名）的學(xué)員認(rèn)為案例教學(xué)法能開發(fā)自身的思維能力、提高判斷力、決策能力和提高綜合素質(zhì)。但還存在一些地方有待提升。50.0%（12 名）的學(xué)員認(rèn)為案例教學(xué)所占課程的比重可以提升；41.7%（10 名）的學(xué)員認(rèn)為可以引用更多的案例來進(jìn)行教學(xué)。

3.1.4 學(xué)員期末測試成績分析

對比分析案例教學(xué)班（生物技術(shù)2018 級學(xué)員共24名）與傳統(tǒng)教學(xué)班（生物技術(shù)2016 級、2017 級學(xué)員共22 名）的期末測試成績，其平時成績（占總評50%）分別為（83.38±6.40）分和（78.50±5.89）分，考試成績（占總評50%）分別為（84.33±6.90）分和（80.25±6.40）分，總評成績分別為（83.85±5.92）分和（79.38±6.09）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.689，P=0.012；t=2.079，P=0.048；t=2.522，P=0.017）（注：平時成績=課堂成績+實(shí)驗(yàn)課成績+課后作業(yè)成績；考試成績=期末考試分?jǐn)?shù)；平時/考試/總評成績）。

分析可知，案例教學(xué)班的平時成績和考試成績對比傳統(tǒng)教學(xué)班均有明顯提高，說明運(yùn)用案例教學(xué)法可以使學(xué)員對知識點(diǎn)的把握更加牢固，并且擁有更高的課堂參與度，能有效提升學(xué)習(xí)效率，但其標(biāo)準(zhǔn)差更大，表明學(xué)員之間的成績水平有波動?？傮w來看，案例教學(xué)法能切實(shí)有效地提高教學(xué)效果。

3.2 課后總結(jié)與反思

案例教學(xué)完成后，結(jié)合下發(fā)的問卷調(diào)查及時做好教學(xué)總結(jié)及反思工作。結(jié)合實(shí)際課堂效果及調(diào)查問卷和期末考試成績情況，評判選取的案例是否達(dá)到預(yù)期效果，是否能被大多數(shù)學(xué)員接受并引發(fā)共鳴，激發(fā)思考。在這門重理論卻又離不開實(shí)踐的課程中，引入鮮活、生動形象的案例，將對于課程的理解和理論與實(shí)際的有機(jī)聯(lián)系有很大的幫助。

4 總結(jié)與展望

現(xiàn)階段，雖然案例教學(xué)法在國內(nèi)已經(jīng)得到了一定的傳播，但對于本門課程的應(yīng)用實(shí)例還非常少，很少有能直接拿來套用的案例，可制作的知識點(diǎn)也比較少，往往需要花費(fèi)大量精力才能完善一個案例的教學(xué)，這也是案例教學(xué)法在推廣使用過程中需要解決的一大難題。因本門課程包含了許多復(fù)雜難懂的概念性知識以及各種邏輯推導(dǎo)公式，很容易使學(xué)員學(xué)習(xí)的主動性與興趣下降。針對這種問題，筆者將案例教學(xué)法引入傳統(tǒng)講授式課堂，結(jié)合本校海洋軍事特色，將案例更偏向于實(shí)戰(zhàn)，增加了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情與交流互動的意愿，使學(xué)習(xí)的主觀能動性大幅提升，這更利于學(xué)員綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。本文以青霉素在二戰(zhàn)戰(zhàn)場上救助無數(shù)生命為引，帶領(lǐng)學(xué)員學(xué)習(xí)了青霉素從無到有再到實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，以及國內(nèi)如何進(jìn)行發(fā)酵過程的優(yōu)化等內(nèi)容，后續(xù)結(jié)合本門課上中下游技術(shù)三個核心內(nèi)容，更細(xì)化地進(jìn)行了展開。針對每一章節(jié)的內(nèi)容，引入更多鮮活的案例，例如在微生物育種的教學(xué)中，引入近些年較火的CRISPR/CAS9 技術(shù)，激發(fā)學(xué)員興趣并深化對課堂知識的理解與掌握，帶領(lǐng)學(xué)員探索最新科技知識的前沿。通過案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的比較，發(fā)現(xiàn)雖然案例教學(xué)有著獨(dú)到的優(yōu)勢，但也存在諸多問題，如案例資源較為匱乏、案例與課堂聯(lián)系不夠緊密等，所以如何更合理地進(jìn)行案例設(shè)計(jì)，使之與教學(xué)內(nèi)容、與學(xué)員更貼近是迫切需要解決的問題。同時作為軍隊(duì)院校，如何更加凸顯軍事醫(yī)學(xué)特色，如何更多、更好地引入軍事案例也是一個值得思考研究的問題。希望在之后對生物反應(yīng)器與分離工程的教學(xué)實(shí)踐中，能更好地完善并推進(jìn)案例教學(xué)的發(fā)展。