“发酵工程”课程教学改革与实践

戴德慧，胡伟莲

（浙江科技学院生物与化学工程学院，浙江杭州 310023）

发酵工程是指在人为控制的条件下，通过微生物或动植物细胞的生命活动而获得人们所需物质的技术过程，是现代生物技术的重要组成部分[1]，也是生物化工研究成果产业化的必由之路，在国民经济发展中发挥着重要作用。因此，“发酵工程”课程在生物化工及其相关专业课程体系中有着极其重要的地位。研究生教育是高等教育的重要组成部分，是一个国家最高层次的教育水平，是科技创新的源泉。如何提高研究生教育水平，是增强高校的科研和创新能力的关键要素之一，对国家科技的发展水平具有较大影响[2]。研究生教育不应是本科生教育的简单延伸，在研究生课程的教学内容、教学方法和考核方式等教学过程中应与本科生教学有较大区别。简单地将本科生的教学模式照搬到研究生课程教学中不利高层次创新型人才的培养。学校自2014年化学工程与技术一级学科研究生招生以来，“现代发酵工程”课程已开设了5年。通过5年来研究生教学分析与反思，针对教学过程的具体问题及教学改革需要提出了一些对策及改进。

1 教学内容

在教学过程中面临最大的难点是选修学生的专业基础差异较大。其主要原因为学校“发酵工程”课程面向整个化学工程与技术一级学科下所有方向的研究生开放选修，选修的研究生其本科专业主要为食品科学与工程、生物工程，少数学生为化学工程、制药工程及材料科学与工程等专业。对于生物工程专业毕业的学生已在本科阶段学习过很多相关课程，主要包括“微生物学”“生物化学”“分子生物学”“生物工艺学”等。食品科学与工程专业毕业学生也学习过“微生物学”“生物化学”，具备了该课程的基础理论知识。而化学工程、制药工程及材料科学与工程等专业的学生在本科学习阶段很少接触到“微生物学”“生物化学”“分子生物学”等基础课程，但这些专业选修的学生未来研究的方向却需要应用到该课程的相关知识。因此，在教学内容的选取上需要充分考虑且兼顾到各专业背景的学生。对于非生物工程与食品科学与工程专业的研究生，因其有良好的化学基础，可以在课程的学习过程中推荐自学“生物化学”“微生物学”等基础课程。此外，生物技术是当前世界最前沿的学科技术，生物科技日新月异，怎样在教学中紧跟科技发展趋势，培养出符合社会需求的人才一直是各高校生物类课程教学中经常思索的问题[3]。因此，教学内容的安排上以发酵单元操作为主线，以学科的前沿知识与新兴技术、工业实际应用、科研成果等为补充。通过传统的课本教材及经典著作、文献资料、教师的科研成果等组成教学内容体系。各类教学内容所占比例平均为教材占50%，学科前沿占 20%，工业应用占20%，实践操作占10%。不仅拓宽了学生的视野、提高学生的学习兴趣，还可促进学生知识结构的深化与拓展，为创新型应用人才的培养创造了有利的条件。

2 教学方法

教学方法是在教学过程中教师为实现教学目的、完成教学任务而采取的各种活动方式、手段和程序的总称[4]。良好的教学方法不仅可以增强研究生的学习自觉性和积极性，还能提高学生的学习效率及创新能力，对教学的效果起着决定性的作用。由于研究生教育的特殊性，其并不是本科教育的简单延伸，因此不能简单地照搬本科生课程的教学方式及模式。而应根据本专业的培养目标与要求，结合学校研究生培养特点及知识结构与水平等方面的情况，摸索出一条适合专业研究生培养的教学模式及教学方法。而不再是传统的教师根据教材进行讲解，学生被动听讲的填鸭式的教学。为了提高课程教学质量，对课程的教学模式、教学手段、实验与实践教学等方面进行了积极的探索。

2.1 教学模式的创新

教学模式是指教学理论和教学实践相互联系与相互作用的媒介，是构成教学系统诸要素的组合方式，是开展教学活动的一套方法论体系[5]。传统的课堂教学模式是一种以教师、书本及课堂为中心的教学模式，容易形成单向灌输、学生被动接受的局面。由于作为认知主体的学生在整个教学过程中都始终处于被动地接受知识的地位，其学习的主动性易被忽视和压抑。这种模式难以培养高素质的创新型人才。因此，传统教学模式的缺陷非常明显。改变传统教学模式、打造高效课堂模式极为必要。研讨式教学模式是以解决问题为中心的教学方式，通过由教师创设问题情境，师生共同查找资料，研究、讨论、实践、探索，提出解决问题办法的方式，使学生掌握知识和技能。课程选修的学生一般在10人左右。采用研讨式教学模式有得天独厚的优势。根据教学大纲及教学目标，在每次课后设置5～6个主题，学生通过阅读教材及参考书、参考文献、课程网站等对主题展开自主学习，在自主学习中获得相应的理论知识，并形成自己的观点。在随后的课堂上通过阅读自讲、讨论、启发、案例分析等多种方式进行课程研讨，教师对研讨内容进行总结。由于每个学生在课堂上均需讨论与发言，必然要对相关的主题熟悉。学生会自觉地努力阅读参考书及相关文献，从而充分调动学生的学习主动性和积极性，促使了学生和教师的思维同步进行。

2.2 教学手段的现代化

互联网技术的兴起对研究生学习行为的影响日益增强。随着现代生物技术知识的快速更新及教育内容的复杂化，在现代研究生教育过程中引进先进教育技术已刻不容缓。随着互联网的飞速发展，电脑、智能手机、平板电脑等互联网终端设备已成为人们生活中的重要部分。“互联网+”学习也成为近年来在教学方法中研究的热点。翻转课堂把传统的学习过程翻转过来，课前学生带着教师引导的问题自主完成知识点的学习，课堂则主要进行师生互动式答疑讨论，解决自主学习过程中遇到的问题和难点[6]。翻转课堂是研讨式教学的重要形式。随着互联网技术的发展及在高教领域的应用，“翻转课堂”教学模式已成为现实。学生可以通过互联网去获取和使用优质的教育资源，不再单纯地依赖授课教师去讲授知识。在课前完成知识的自主学习，在课堂完成知识的内化和升华[7]。同时利用微信构建课程的网络交流平台，加强了师生、学生之间的交流与沟通，取得了较好的教学效果。

2.3 实验与实践教学贯穿整个教学过程

实验课教学是培养训练专业应用技术和操作技能的场所，是理论与实践结合的纽带[8]。

“发酵工程”一门实践性极强的学科，通过实践教学不仅可以巩固和加深理论知识学习。同时可以提高学生的工程视角和思维，从而培养科研的创新能力。在学校生物工程专业开设的生物工程专业实验包括上游基因工程、中游发酵工程、下游生物分离工程等3个模块，即在基因工程模块中构建大肠杆菌脂肪酶工程菌，发酵工程中以10 L小型发酵罐进行发酵生产，下游通过细胞破碎、固液分离、盐析、亲和层析、离子交换层析等过程进行脂肪酶提取与纯化。通过整套实验取得非常好的教学效果。由于学校研究生招生中学校生物工程专业本科生所占比例较小，大多数为食品、制药专业或外校录取的学生。在发酵工程方面的实践机会较少，动手能力较弱。鉴于选修该课程的学生大多数今后均会接触到微生物发酵方面的课题研究。因此，在该课程的理论教学过程中穿插实验与实践教学非常有必要，这对今后学生毕业论文的开展有非常大的帮助。学校发酵工程实验室配有1套四联发酵罐、3套全自动独立发酵罐。可以根据学生自己兴趣或组合今后研究的课题进行综合设计、独立实验。发酵实验室全天开放。学生通过菌种活化、菌种扩大培养、发酵罐发酵控制及发酵液处理等过程能深刻掌握发酵工艺过程，达到了较好的教学效果。此外，工程应用创新型人才培养也是学校的特色。开展生产实践、指导现场生产是一个非常重要的教学环节。在实际生产中可强化理论学习。充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性。学校与许多知名的微生物发酵生产企业建立了良好的合作关系，学生可以根据自己的兴趣选择不同的企业进行现场学习，了解发酵生产设备及生产工艺流程，同时可以和企业技术人员进行交流，加深了对于所学理论知识的理解，提高了知识的应用能力和创新意识。

3 完善考核制度

研究生教育是最高层次的教育，培养具有创新意识和创新能力的高层次人才是研究生培养的主要目标。因此，在评价学生与成绩评定方面，不应像本科生课程一样通过期未笔试“一刀切”的评价方式，这会导致学生只注重在期末考试前复习，而不重视平时课后及课堂的学习，不利于调动学生的学习积极性，更不利于研讨式教学为主的教学方式进行。课程考核体系应具有一定的灵活性，要真正能够调动学生的学习积极性及正确的评价学生。因此，采用综合成绩作为评价学生最后的课程成绩。其中，平时成绩占综合成绩的50%，平时成绩主要包括出勤和课堂讨论，出勤占平时成绩的10%，课堂讨论占平时成绩的90%。学生的观点正确与否不是唯一的评价标准，而对学生在课堂讨论过程中的参与意识、创新意识及创造能力进行综合评价。期未成绩由2个部分组成，一是课程综述论文的质量，包括选题、格式、内容及参考文献等，占期末成绩的80%；另外是课程综述论文的内容制作成PPT并在课堂上讲述，包括PPT制作、讲授等，占期末成绩的20%。通过对学生综合考核评价，不仅激活了学生课堂讨论的积极性，同时也提升了资料检索能力、专业综述写作水平。