工业微生物学课程教学改革与探索*

安娜 新吉乐 马利刚 武慧敏 郑晓珂，2

1 河南中医药大学药学院 郑州 450046 2 河南省中药开发工程技术研究中心 郑州 450046

0 引言

生物工程专业作为21世纪最热门的专业之一，得到了很多家长和学子的青睐。2013 年，河南中医药大学开设生物工程专业，招收了第一届生物工程专业的学生。由于生物工程专业开设在药学院，专业培养方向更倾向于生物制药。生物制药技术作为生物药的核心技术，随着生物药市场份额的逐年增大，对生物制药技术人才的培养要求也越来越高[1]。

工业微生物学属于生物工程专业的专业必修课，开设在大二上学期。工业微生物学介于微生物学和发酵工程课程之间，扮演着从“基础理论”过渡到“实际应用”的桥梁角色。在教材方面，选用的是化学工业出版社出版的岑沛霖、蔡谨主编的工业微生物学国家级规划教材[2]。工业微生物学课程具有专业性强、学习强度大等特点。该课程不但涉及微生物（尤其是工业发酵用微生物）形态与分类、微生物的营养要素以及影响微生物生长的因素等基础理论知识，而且包含从工业生产角度出发的微生物代谢调控模式和工业生产菌株筛选方案等。通过学习，使学生掌握发酵微生物细胞结构和代谢调控特点，为毕业以后进一步深造或者工作提供扎实的专业技能支撑[3]。如果采用一贯的传统讲授教学方式，枯燥的专业知识和晦涩难懂的发酵调控理论，很容易让学生产生厌学的心理。因此，工业微生物学课程教学需要改革，让课程学习方式多样化，激发学生自主学习的主观能动性。

1 核准课程教授大纲

从生物工程专业培养方案对工业微生物学课程要求出发，教学团队根据生物工程专业学生的实际情况做出安排：一方面，生物工程专业学生之前没有学过微生物学，因此对微生物知识整体比较陌生，所以工业微生物学课程要承担微生物学课程的教学任务，系统讲授微生物的种类、细胞结构、增殖方式以及菌落形态特征等基本理论知识。另一方面，在大三上学期还会开设发酵工程专业课，主要讲授微生物在实际的工业发酵生产中的相关知识，因此，关于工业发酵应用方面，工业微生物学根据具体学时可以适当删减一部分内容，减轻学时不够的压力。教学团队经过充分调查论证，对教学内容进行重新梳理安排，优化后的教学内容主要包括基础篇中的微生物的形态与分类、微生物的营养与生长、微生物代谢的调节和微生物的菌种选育等内容；而在应用篇中主要挑几个典型的应用实例：抗生素类发酵、厌氧发酵（如酒精发酵）、固体发酵（如菌菇类栽培）以及基因工程技术下新型的微生物发酵应用等内容。

2 多样化的教学模式

一方面，工业微生物学课程具有知识点繁多且比较琐碎和晦涩难懂的特点；另一方面，学生的生物学相关知识比较浅薄，大多数学生仍然停留在高中生物认知水平。如果采用单一的“灌输式”教学模式的话，很容易让学生产生厌倦心理，即使刚开始兴趣满满，随着知识点的增多并且专业性越来越强，学生一味地被“填鸭式”输入文字知识，渐渐会失去新鲜感和主动学习能力。因此，教学团队决定采用线上和线下混合式教学模式，具体实施如下。

2.1 基于中国大学慕课平台和课堂派的线上网络教学

慕课（Massive Open Online Course，MOOC）最早是在2008 年提出的针对互联网教学的全新授课模式，经过十几年的飞速发展，已有上万门的课程上线，在国内很多高校都在使用该模式授课，并且取得很好的教学效果[4]。在慕课平台上有500 多个微生物学课程相关的慕课教学视频，其中属于国家级精品课程的有六个（见表1）。由于本校生物工程专业学习的课程为工业微生物学，教学团队通过对课程教材、授课内容和学时安排等方面的考察之后，最终决定选用中国大学慕课学习平台的华中农业大学的微生物学课程视频作为线下授课同步学习的教学内容，要求学生在线下课之前通过慕课平台提前预习课程内容，同时让学生从表1 中选1 门微生物实验相关慕课课程作为辅助学习。

表1 慕课平台微生物学相关国家级精品课程汇总

课堂派是由北大学生自主研发的供教师教学使用的网络学习平台，最早于2014 年9 月在北京大学推广使用。该平台可以使教师实现课前、课中和课后的无缝衔接教学，能够让教师掌握学生的实时学习动态，因而受到广大高校教师的欢迎。在工业微生物学课程中，经过慕课平台预习之后，教师会在课堂派发布相关的测试题以巩固预习的效果；在课堂上通过提问或者抢答的形式监测学生的课堂学习情况，避免学生在课堂上出现注意力不集中的情况；每讲完一章内容，要求学生用思维导图的形式梳理本章的知识点,加深学习印象，作为课后作业完成上传到课堂派。

2.2 虚拟仿真实验指导下的实验教学

工业微生物学课程内容应用性较强，实验教学设计也是偏实际应用的，比如培养基配置与灭菌、微生物接种与培养和微生物分离等实验内容。由于实验学时和实验设备的限制，做不到每位学生反复熟练操作。为了在有限的时间内提高学生对实验课程认知和熟练程度，在开展实验教学之前，先让学生在电脑上操作“地黄内生放线菌及代谢物分离鉴定的虚拟仿真实验”（具体操作见图1），该虚拟仿真实验中囊括了微生物实验的基本操作，可以反复操作，每一步操作只有正确完成之后才能进行下一步，学生可以在电脑上反复操作，一直到掌握每一步操作要领为止。

图1 “地黄内生放线菌及代谢物分离鉴定的虚拟仿真实验”操作流程

2.3 基于校企合作的研究教学

工业微生物学作为生物工程专业的专业必修课，鉴于专业培养需要，本课程教学偏向于微生物发酵的生物制药方向，利用微生物代谢合成某些有药用价值的蛋白质、小分子多肽和多种多样的抗生素等产品。微生物相关的生物制药方向包括传统的微生物来源的药用蛋白发酵（比如红霉素发酵和青霉素发酵等）和新型的DNA 重组技术相结合的微生物外源蛋白表达。

通过开展校企合作的模式，让学生去一些药企实践学习，切实感受到微生物发酵在实验室水平上和大规模工业发酵的区别。在生物工程专业培养方案中，大一下学期期末有一次去郑州安图生物科技有限公司的参观学习，大三毕业实习期间会有一些药企的1 ～2 周的毕业实习。

3 教师素质的自我提高

3.1 教学技能的提高

大学教师在教授专业知识的同时，应注意思政教育和爱国教育，如何润物细无声自然地将两者结合？这是对教师综合素质的考验。另外，在信息技术高速发展的今天，教学活动不再局限于教室授课，中国大学慕课、课堂派、雨课堂以及其他各种各样的教学和学习平台都可以作为教学的工具。所以，教师要不断地、积极地学习和使用这些教学平台。每个学期，学校都会组织一些教学教研活动：教学大奖赛、优秀教师授课观摩以及线上相关专业教学培训等。青年教师每次都要积极参加，抓住每一次提升自己教学能力的机会，本着“活到老学到老”的劲头，学习各种教学相关的新鲜事物，与时俱进才能带给学生耳目一新的教学感受。

3.2 专业知识的提高

教师在教授课程的过程中，一定要掌握该学科最前沿的研究进展。每周要在NCBI 和Sci-Hub 网站搜索最新发表的相关文献，掌握学科的最新进展和最新的研究成果。同时，教师要积极开展相关的科研研究，将自己的研究成果渗入平时的教学过程中。到目前为止，教学团队除保质保量地完成教学任务之外，主要展开两个研究方向是微生物相关的生物制药方向和网络药理学方向。在这些实验研究中，要用到很多微生物相关的知识，一般在条件允许的情况下，不局限在工业微生物学的授课学期，整个大学期间都可以鼓励学生参与，通过相关实验操作加深学生对专业理论知识的理解和学习。

4 结束语

笔者所在学校生物工程专业的大学录取线都是在一本线，学生的整体素质非常好，但是在填报志愿选择专业的时候很多学生都是比较盲目的：有的是家长或者老师为其选的，有的只是为了能上大学根据分数选的[5]。所以生物工程专业的学生存在同样的问题，学生不了解生物工程专业是干什么的，大学四年之后适合什么类型的工作，学生存在很多困惑。中医院校大背景下，生物工程专业培养偏向于生物制药。如何将生物制药的专业理念渗透到学生的专业构建中呢？鉴于以上的问题，大一新生入校就开展专业讲解培训，参观药企，树立生物工程专业的理念等。

在生物工程专业培养方案中，工业微生物学课程是第一门将专业理论和专业应用结合在一起的专业必修课程。由于在该课程开设之前，学生没有接触过生物相关的大学课程，这也是该课程教学中面临的挑战：学生印象最深刻的生物学知识大多停留在高中生物阶段，但是高中阶段的生物太泛泛了。工业微生物学只是截取和生物发酵相关的微生物学的一部分，在教学过程中学生会觉得课程晦涩难懂，如果学生有畏难心理则会加重厌学情绪。

在这样的教学背景下，该课程的教学模式改革迫在眉睫。到目前为止，通过对工业微生物学课程教学进行改革，取得了不错的效果：利用中国大学慕课平台让学生可以利用碎片时间预习课程，并且积极地在预习过程中筛选出自己的难点；利用课堂派在课堂中进行实时监测，比如点名提问和奖励小红花等方法可以有效拉回学生的注意力和听课的积极性；课下让学生积极参与相关的科学研究，使其深刻认识工业微生物学在生物制药中的重要性，激发学生学习的主动性。

在以学生为主体的教育理念下，不论教学方式还是教学技巧都应该与时俱进，紧跟新形势。从实际出发，及时更新教育理念和教育方法，紧紧抓住学生的学习积极性和课堂主人翁意识，从而提高学生的学习兴趣和主动性。