发酵工程与设备课程教学改革探索

马琼 严荣 雷红灵

摘要结合发酵工程与设备课程的教学改革与实践，对该课程教材的选用、教学内容的更新、教学方法与教学模式的优化、实验教学的优化等问题进行了简要分析，探索发酵工程与设备课程教学改革的思路。

关键词发酵工程与设备；生物工程；教学改革

中图分类号S-01文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）17-0254-02

AbstractAccording to the teaching information and practice research of Fermentation Engineering and Equipment，the selection of teaching material，updating of teaching content，optimization of teaching model and practice teaching were analyzed for researching innovation of Fermentation Engineering and Equipment.

Key wordsFermentation Engineering and Equipment；Bioengineering；Teaching innovation

基金项目湖北省教育厅高等学校教学研究项目（2015351）；湖北民族学院教学研究项目（2013JY016）；湖北民族学院教学研究项目（2013JYZ16）。

作者简介马琼（1979—），女，湖北利川人，副教授，博士，从事微生物学与发酵工程方面的教学与科研工作。

收稿日期2017-04-21

发酵工程与设备是一门应用性和实践性较强的课程，是生物工程、生物技术、生物科学、食品科学与工程等专业的重要课程。在现代生物技术中，发酵工程与设备是核心课程之一[3]，这是因为要实现基因工程、植物细胞工程和动物细胞工程等发酵产物的工业化生产，必须借助发酵工程的生产原理、生产设备和控制技术，而酶工程也是利用发酵工程的生产原理和生产设备，在生物反应器中，通过微生物或动植物细胞的发酵，将相应原料转化成所需产品，然后利用生物分离工程技术获得产品。可见，发酵工程与设备课程的教学在现代生物技术领域中具有不可替代的作用。

湖北民族学院生物科学与技术学院于2002年设置生物工程本科专业，2005年开设发酵工程与设备专业方向课程，随后，生物科学、食品科学与工程也开设了发酵工程专业课。近年来，笔者一直担任该课程的教学任务，深切体会到要培养学生的科学素养、创新能力、动手操作能力，除了要求学校加大教学经费投入，教师加大教学精力投入、认真备课、坚持学习、不断提高自身的业务水平外，还需转变教学理念，勇于探索，实时追踪学术动态，以适应现代教育规律[1-2]。笔者就如何提高发酵工程与设备课程的教学质量，提高学生的专业素质和实践动手能力探索教学改革新方法。

1紧扣课程主线，更新教学内容

1.1选用优秀的新教材

教材是知识的载体，在教学过程中起着传导教学内容的作用，是教学内容的指挥棒。为了确保教学质量，需要选择逻辑性强、具有完整知识体系并能反映学科领域新进展的优秀教材。发酵工程与设备课程没有一本以该课程名称命名的教材，多以《微生物工程》《工业微生物学》《发酵工业概论》《发酵工程》《生物工艺学》《发酵工艺原理》为教材，形成以工业微生物发酵为主线的编写思路，但不同教科书在章节的编排体系、实例的选择以及教学重难点等方面各不同。综合考虑该课程的性质与定位、生物工程专业特点以及教学课时等情况，采用了贺小贤编写的《生物工艺原理》。书中系统地讲解了发酵工程上游菌种选育、中游发酵工业培养基的优化、发酵过程的优化与控制、发酵过程动力学以及下游产品的分离与纯化技术，同时还增加了植物细胞发酵、动物细胞发酵以及固定化细胞培养技术，还列举了生产或生活中常见发酵产品实例，同时还补充了基因工程菌的发酵工艺，补充了发酵设备相关知识和典型产品的发酵实例。整体上看，该教材具有全面、简明、系统、实践性强等特点。通过学习本教材，学生可以全面了解工业微生物生产的过程，熟悉发酵设备，提高工程学意识。

1.2指定内容更为广泛的参考用书

现代市场需要有系统性知识结构的人才，要求做到厚基础、宽口径，即既要有扎实的专业理论基础，又要有较强的实践技能。這就要求教学内容既要具有专业基础性和科学性，又要具有系统性和实用性，仅一本教材难以满足现代人才培养的要求。因此，以教材为主，以参考内容為辅，对课堂教学内容加以扩展，指定了《发酵工程》《生物工艺学》《发酵工艺原理》《微生物工程》等作为主要参考书，使发酵动力学、发酵设备以及与发酵设备相关的工程学等教学内容更为充实。通过选用合适的教材和参考书，拓宽了学生的知识面，开阔了学生在发酵工程领域的视野，同时将世界范围内最新的相关科研成果和技术及时介绍给学生，督促学生阅览国内外专业期刊杂志，浏览中英文专业网站，充实课外教学内容，使课外教学内容更加丰富，加大了专业学习的信息量。

1.3更新教学内容

为了保证课堂讲授内容的质量，教师应处理好授课内容、教学大纲、考试大纲和教材之间的关系，组织设计好课堂讲授内容。一方面，要求课堂讲授内容应教有所依，即严格完成教学大纲所规定的教学任务和教学目标；另一方面，强调授课内容的自主性，不断更新授课知识，扩充课堂讲授内容，做到既遵本循纲，又不照本宣科。课堂讲授重心应放在重点内容、难点内容、关键点及疑点上，教师应紧扣重点内容开展教学，围绕难点内容详尽阐释，引导学生讨论关键点和有争议的疑点内容，通过讨论达成共识或者获得新的见解。这样激发了学生听课的兴趣，解决了因授课课时少而教材内容多的矛盾。其次，将教材章节的授课顺序进行了调整，即绪论、菌种的扩大培养、培养基的制备与灭菌、无菌空气的制备、发酵动力学、发酵机制与代谢调控、发酵参数的控制、污染的防治、好氧发酵设备与厌氧发酵设备、工业发酵实例。这样，各个知识点之间相互联系，授课内容相互衔接，学生容易系统地把握发酵工程及设备的全部内容。另外，注重将各知识点有机结合，强调发酵生产的工艺操作既相互独立又相互渗透。再次，注意处理好专业基础课程和专业方向课程的衔接问题，避免重复教学或知识脱节。例如，发酵机制与代谢调控是生物化学课程的重要内容，菌种选育是微生物学课程的重要内容，这些内容在生物化学和微生物学课程中均作为重要知识点详细讲解。在教学内容的选择上，避免重复讲授发酵机制与代谢调控及菌种选育内容，将这部分内容重点放在发酵实例这一章中讲述。因此，将发酵机制有机地融合在代谢调控、菌种选育与有机酸发酵、氨基酸发酵、抗生素发酵、核苷酸发酵等章节讲解，尤其是微生物产生的中间产物如何转变成为目的产品及其代谢调控是重点讲解部分。

2优化教学模式

2.1综合应用教学方式

首先，要求教师的课堂讲授不能仅仅满足教材内容的简单重复，既要讲现象，又要讲原因，启发学生的思维和想象力；既要讲过程，又要讲结论，要讲获得结论的方法，让学生在课堂上既学得专业知识，又获得科学研究的方法论启示，培养学生的自学能力。其次，充分利用实例教学。教师在课堂讲授过程中多列举实例，把生产生活中熟悉的微生物发酵实例引入课堂，引导学生从身边学习发酵知识，丰富学生的课堂知识，然后巧妙设疑，针对疑问引导学生思考，并得出结论，将涉及的规律性、原理性知识概括出来，使学生更容易掌握专业知识。注重活跃学生思维，培养学生的独立思考能力。例如，对于某些抽象的公式和原理，学生自己分析推导得出结论，再由教师总结。又如，每次课给学生布置重点难点知识相关的思考题，加强课后学习。下次在导入新的授课内容之前，对这些思考题进行提问，巩固所学知识，检查学生对重点难点的掌握情况。总之，多种教学方式的综合应用改变了教师在课堂上唱“独角戏”“满堂灌”的弊端，学生的主观能动性得到发挥，学习积极性大有提高。

2.2应用多媒体课件

多媒体教学不仅可以节省黑板板书时间，还可以使课堂变得更生动有趣，它是调节传统课堂教学的有效方式。首先做到课件和教案的电子化；其次，利用网络教学资源，让学生浏览国内国际专业网站，引导学生了解学科前沿的科技动态和最新科学研究的技术成果，激发学生学习专业知识的兴趣。对于培养基的灭菌、空气的净化处理、生产种子的制备、发酵工艺的优化等章节，其具体内容主要是介绍设备工作原理、操作技术要点和工艺流程，这些章节知识点比较抽象，操作实践性强，单靠课堂讲解枯燥乏味。因此，在讲授这些章节时穿插播放工厂实际操作的DVD、VCD教学影碟，这种形象直观的教学手段将难以理解的知识点生动地演示给学生，既加深了学生对这些知识的理解和掌握，又使学生对工厂生产和市场需求有了进一步了解。但是，多媒体教学仅仅是一种辅助教学方式，不能完全替代黑板板书，某些章节的重点内容和难点内容应采用板书的方式加以解释和阐述。如生物反应动力学部分公式较多，对该部分内容，用板书一步一步推导和计算，学生跟着教师的思维发展，这样知识点就更容易掌握。

3强化实验教学

发酵工程与设备是一门实践性、应用性较强的专业方向课程。实验教学是发酵工程与设备课程教学的一个重要组成部分，是培养学生的实验操作技能、提高专业知识应用能力、提高学生独立解决问题能力的重要环节[4-5]。这就要求课程实验要前后联系紧密，相互渗透，从上游做到中游甚至到下游[6-7]，实验项目要体现生产实际，接近生产的原理和模型。例如，在黑曲霉的液体深层发酵产淀粉酶实验中，实验内容包括制备黑曲霉斜面菌种、发酵培养基的配制与灭菌、液体菌种的制备、无菌操作接种、发酵罐液体深层发酵、α-淀粉酶的分离与纯化、酶活性的测定、发酵废液的后处理[8]。实验过程中教师坚持指导，及时纠正问题及错误，指导学生正确完成整个实验操作过程，实验数据的测定融合到具体的实验项目中。例如，发酵设备的传输空气蒸汽系统的检测、发酵温度的控制、发酵液pH在线监测、溶解氧在线监测以及发酵过程中故障的排除等，要求学生从发酵液上罐开始到整个实验过程结束，每隔一定时间，采用无菌操作取发酵液样品，进行各种离线参数的检测，包括菌体浓度检测、菌体形态显微观察、还原糖浓度的测定、α-淀粉酶活性的测定。最后根据实验数据，对发酵过程中的各种参数的变化进行质与量的分析，绘制图形和参数变化曲线，并写出完整的实验报告。实验报告的评分注重实验中出现的问题、实验现象和实验结果的分析与讨论。通过开展紧密联系的实验项目，学生对发酵罐发酵过程有一个全面的、工程学的认识，使抽象的理论具体化，加深了对该课程理论知识的理解，提高了实验技能。

4结语近年来，現代生物技术不断发展，发酵工程与设备课程的教学更需要一个不断探索、不断改进、不断完善的过程。笔者针对发酵工程与设备课程和学校生物工程专业的特点进行了理论课教学和实验教学改革的初步探索，取得了较好的教学效果。今后还要继续调整教学内容，改进教学方法，改革教学思维，加大实践教学内容的比重，加强学生动手能力的培养，使该课程的教学真正适应新时代生命科学对专业人才培养的需求。

参考文献

[1] 安登第，曾献春，张瑞，等.发酵工程课程的立体化教学探索与实践[J].微生物学通报，2014，41（7）：1443-1447.

[2] 任晓莉，赵润柱，梁保红.发酵工程课程的教学改革与实践[J].微生物学通报，2011，38（1）：127-130.

[3] 明紅，刘涌涛，聂国兴.发酵工程教学体系的改革实践与探索[J].基础医学教育，2012，14（10）：761-763.

[4] 邬建国，王新风，张瞳.地方应用型本科院校《发酵工程实验》教学改革与实践[J]. 教育教学论坛，2016（50）：112-113.

[5] 任晓莉，佟春生，赵金安，等.《发酵工程》实验教学改革研究与实践[J].实验科学与技术，2011，12（2）：118-120.

[6] 秦秀丽，孙佳岩.微生物学课程教学改革的探索与实践[J].吉林农业科技学院学报，2011，20（1）：79-81.

[7] 曹广丽，宋金柱，杨谦.生物专业微生物课程教学改革初探[J].东北农业大学学报（社会科学版），2013，11（4）：10 9-102.

[8] 马琼.地方本科院校生物工程专业生产实习教学改革与实践[J].中国轻工教育，2010（2）：61-63.