项目教学法在“发酵工程实验”教学中的应用探索

杨翠凤

（百色学院农业与食品工程学院，广西百色 533000）

发酵工程是一项利用细菌、真菌、放线菌、酵母菌等各类微生物的生长和代谢活动来生产各种初级或次级代谢产物（如氨基酸、蛋白酶、纤维素酶、抗生素等） 的工程技术，而发酵工程实验是生物技术专业学生实践技术的重要环节。“发酵工程实验”课程旨在培养学生将“发酵工艺学”“酶工程”“微生物学”等课程所学的基本原理用于分析和解决实际问题的能力[1-2]。“发酵工程实验”将使学生在学习微生物学，生物化学和化学工程学理论的基础上，加深对发酵工艺基本概念的认识，通过一些典型的传统的发酵产品如风味酸奶的制作、甜酒的制作，加深对发酵工程基本原理的认识，通过开展上下游发酵工程技术相关的综合实验和实践实训，巩固学生系统运用发酵原理知识结合发酵技术方法进一步融合灵活运用的技能，通过一系列的实践和实训操作，培养学生的创新能力和科学素养。因此，通过“发酵工程实验”课程的学习，不仅可以让学生巩固了发酵工程学的基本知识，还能进一步巩固和掌握实验操作技能。

项目教学法是指在教学过程中，任课教师或学生自主根据课程内容设置课程项目，在教师的指导下，学生将课程内容项目以团队形式完成，在开展与实施过程中，学生需要了解项目的背景来源，需要进行项目信息的收集，需要进行项目方案（可行性分析） 的设计等，而通过项目的开展与实施全过程，加深和掌握了在项目实施过程过程涉及的每一个环节的基础理论知识和所需掌握的基本技能要求。因此，项目教学法应用于课程教学最显著的特点是以实施项目为主线，以学生作为主体，教师则作为引导者[3]。

“发酵工程实验”课程是应用于生物科学专业的必修课，通过“发酵工程实验”课程使学生深入领会发酵工程的基本原理和基本知识，在实验课中达到理论与实践的结合[4-5]。因此，课程的学习目的是使学生掌握发酵工程的基本操作流程、常用仪器设备的使用方法与原理，并具有初步解决相应问题的能力。培养和锻炼学生在发酵领域的基本实验技能，为从事生产实践奠定良好实验技能基础。项目教学法根据课程内容设置课程项目，是一种以项目为主线，以学生分组形式开展实施，突出以学生为主体，教师为主导的教学方法。该教学方法的实施过程包括了项目选择、资料收集、方案设计、方案实施、结果分析和方案评价等[6]。例如，将项目教学法应用在“发酵工程实验”课程教学当中，有利于培养学生严谨的科学态度、良好的实验素质，以及分析问题和解决问题的工作能力，具有十分重要的应用价值。

项目教学法实施的基本流程见图1。

图1 项目教学法实施的基本流程

1 “发酵工程实验”课程特点

“发酵工程”与“发酵工程实验”课程是生物技术专业重要的核心课程。发酵工程是一项利用细菌、真菌、放线菌、酵母菌等各类微生物的生长和代谢活动来生产各种初级或次级代谢产物（如氨基酸、蛋白酶、纤维素酶、抗生素等） 的工程技术，而发酵工程实验是学生实践技术的重要环节。

从广义上讲，“发酵工程实验”内容亦可根据发酵工程理论知识点分划分为三大主要学习内容：即上游发酵工程实验技术内容、中游发酵工程实验技术内容和下游发酵工程实验技术内容。“发酵工程实验”课程的学习内容主要有包括了自然界中优良菌种选育与保藏，如紫外线诱变育种抗药性菌株的筛选、芽孢杆菌的原生质体融合；发酵过程最佳发酵条件参数的设计优化（温度、pH 值、营养组成等），如纳豆激酶固体发酵条件的优化、种子培养基的设计与筛选、孟加拉红培养基的制备、伊红- 美蓝培养基的制备；以上实验内容属于上游发酵工程实验技术内容。中游发酵工程实验技术内容是在以上游发酵工程内容为前提，研究在发酵罐中培养细胞和产生代谢产物的工艺技术，包括无菌环境的严格控制工艺技术、无菌空气的制备及过滤技术、控制微生物细胞生长的加料自动控制技术，以及在大规模发酵生产前的发酵罐实验动力学模型构建等。下游发酵工程实验技术内容主要是针对大规模发酵罐中发酵液中细胞的分离和代谢产物纯化和产品研发的合成技术，如米曲霉固体发酵生产蛋白酶、黑曲霉发酵生产柠檬酸、大肠埃希菌液体发酵生产菌体蛋白；红芝液体发酵生产多糖、固体发酵生产纤维素酶、青霉素的仿真发酵生产、红霉素的发酵生产等。由于实验内容的特殊性，下游发酵工程实验技术内容通常可结合另一门课程“生化分离技术”一起来学习。

综上所述，各个学校会根据自身教学实验平台及教学能力有选择地设置符合自身办学能力的课程内容，同时可结合教学实践基地的参观教学和实践教学来灵活设置教学课时和教学内容，百色学院的生物技术专业“发酵工程实验”课程开设内容以上游发酵工程试验技术内容居多。

2 项目教学法的应用策略

2.1 项目分层次设计

项目教学法是以学生为主体，通过开展项目的形式系统地开展某一门课程或者章节的教学。“发酵工程实验”课程的教学对象多为生物技术专业或者食品科学专业的学生，这些学生当中，有部分学生会选择继续读研深造，部分学生则选择毕业找工作。因此，根据不同班级学生毕业去向及择业意向，通常可将学生分为3 个层次。第一层次学生是属于考研层次，针对该层次学生，教师应鼓励或者引导这部分学生选择难度较大的项目来完成课程考核。第二层次学生属于毕业从事本专业工作的职业层次，教师应引导这部分学生选择较为基础但较为全面系统的课程项目来开展教学。第三层次学生属于毕业不从事本专业工作的基础层次，针对这部分学生，教师可应该学生选择基础但内容完整的项目来实践教学内容。

分层次设计教学项目见图2。

图2 分层次设计教学项目

2.2 项目前期准备

根据不同层次学生分组情况，按照不同难度的项目内容引导学生选择适合的教学项目。如难度较大的项目有“芒果胶孢炭疽菌拮抗菌的筛选及其生物学特性分析”“甘蔗内生固氮菌的筛选及其生物学特征分析”等；难度适中的教学项目有“纤维素酶产生菌的筛选及分子鉴定”“蛋白酶产生菌的分离、筛选与鉴定”等；基础项目有“不同发酵条件制备甜酒酿”“酿酒酵母发酵条件的优化”等。

项目前期准备见图3。

图3 项目前期准备

2.3 项目实施与开展

通过不同就业意向选择不同难度的教学项目来开展实施，发现第一层次和第二层次学生动手操作能力和思维活跃能力更强，即使遇到从未接触到的实验内容或实验技术，亦能通过观看教学视频或查阅文献资料或请教教师，进而自主探索完成，因此项目完成质量更高。第三层次学生选择的项目虽然较为基础，但是在自身兴趣驱动下，实施过程团队成员协作顺利，遇到问题能够及时与教师沟通完成，因此也取得较好的教学效果。

项目教学实施过程见图4。

图4 项目教学实施过程

2.4 项目结果与评价

以学生开展“产纤维素酶菌株的分离筛选及其发酵条件优化”项目为例，学术小组为了筛选获得产纤维素酶的菌株，设计了“产纤维素酶菌株的分离筛选及其发酵条件优化”的实验项目，以食用菌菌渣堆沤的土壤为样品，使用刚果红平板法筛选产纤维素酶细菌，并采用3,5 - 二硝基水杨酸（DNS） 分析其产酶活力。经过反复筛选，最终获得1 株产纤维素酶的菌株，经形态观察和对不同接种量、不同装瓶量对纤维素酶的影响进行了研究。结果发现，该菌株产纤维素酶较强，最合适的接种量为2%，在摇瓶发酵中，发现装瓶量越少，传氧系数越大。

在整个项目实施过程中，发现该小组成员团队合作能力强，积极主动开展项目各项实验，遇到问题会第一时间向教师反馈，同时会先查找相关文献资料，再和指导教师讨论方案，实验过程中亦是反复摸索，该小组项目内容的难点是采用3,5 - 二硝基水杨酸（DNS） 测定菌株产纤维素酶的酶活力，涉及配制的药品和试剂均较繁琐，因此对学生的实践操作能力、手眼协调能力均要求较高，此外还需要学生有足够的耐心和细心。该项目的完成进一步培养了学生严谨的科学态度，以及良好的实验素质，同时提升了学生分析问题和解决问题的能力。

3 项目教学法应用的注意事项

将项目教学法应用于类似于实验课程或实践实训课程，教师可作为学生学习过程中的引导者和指导者，确定好项目内容后，鼓励学生作为学习主体，在自主设计实验实施方案的同时，根据存在的不足继续完善实施方案和技术路线，不断地发散思维，让团队成员加强团队沟通和协调能力，勇于尝试，大胆地去创新并为之探索，积极寻求解决项目实施过程中遇到各种难题的途径。因此，教学的目的已不仅仅是为了课程结果或者实验结果，而是更注重学生探索实施课程项目的整个过程，通过完整项目的实施与完成，通过各个环节的设计、参与和实施，使得学生更进一步地加深了和巩固了项目各个环节开展过程中涉及的基础理论知识和操作技能技术。

通过将项目教学法在百色学院2019 级生物技术专业“发酵工程实验”课程中的应用情况反馈来看，发现采用项目教学法的教学模式更能锻炼学生的动手实践操作能力，同时提高了学生的主观能动性及解决问题和分析问题的能力。在开展该教学方法的同时应注意以下2 点：第一，不能将所有课时用来开展项目教学，应用该教学模式之前，应开展6～8 个课时的实验基础课，让学生掌握扎实地实验技术再开展；第二，学生是项目实施的主体，教师是项目实施的主导，在项目实施过程中，教师应及时关注项目的实施动态及学生在项目实施过程中遇到的难题，及时让学生反馈和汇报项目实施过程中取得的结果，并提前做好下一步项目内容的实施计划。

4 结语

项目教学法体现了以学生为主体、以教师为主导的教学模式，适合运用在各专业课程教学当中，因此具有十分重要的应用价值。在实际运用时，应根据教学平台、教学内容、教学对象的不同，因材施教，还可以与层次教学法、OBE 教学法等其他教学方法结合使用。通过实施项目教学法，最终的教学目的是促进学生的职业素养和提升学生的职业技术能力，发散学生的创新思维能力，同时进一步提升学生分析问题和解决问题的能力，以及学生实践能力和团队写作合作能力，实现学生的综合全面发展。