以大学生创新能力培养为导向的“发酵工程”课程教学改革

摘 要 创新能力是当代大学生胜任国家发展和民族复兴重任的重要素质，高校应高度重视大学生创新能力的培养。“发酵工程”是面向生物工程专业本科生开设的综合性专业课程，其教学效果将直接影响学生的综合素质。基于此，将教学过程与大学生创新训练融合，依据课程知识体系和特征设计相应的教学方法，探索增强学生学习主动性和专业自信、提升学生专业素质和创新能力的“发酵工程”课程教学改革措施，以期为培养具有强基础、厚实践素质的创新人才提供参考。

关键词 发酵工程；创新素质；教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.25.036

Teaching Reform of "Fermentation Engineering" Course Based on

College Students' Innovation Training Guidance

CUI Peiwu， TAN Zhaoyang， LIU Xiangqian

（College of Pharmacy， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha， Hunan 410208）

Abstract Innovation ability is an important quality for contemporary college students to shoulder the responsibility of national development and national rejuvenation， and universities should attach great importance to the cultivation of college students' innovation ability. Fermentation Engineering "is a comprehensive professional course designed for undergraduate students majoring in biotechnology， and its teaching effectiveness will directly affect students' overall quality. Based on this， the teaching process will be integrated with innovation training for college students， and corresponding teaching methods will be designed according to the course knowledge system and characteristics. The "Fermentation Engineering" course teaching reform measures will be explored to enhance students' learning initiative and professional confidence， improve their professional quality and innovation ability， in order to provide reference for cultivating innovative talents with strong foundation and practical qualities.

Keywords fermentation engineering; innovation quality; teaching reform

面对新形势下的机遇与挑战，创新型人才培养的重要性和迫切性更加突出，因此，肩负人才培养重任的高校应更加重视创新型人才培养。我国早在2007年便启动了大学生研究性学习和创新性实验计划，并将其作为国家实施“高等教育质量工程”的重要内容和教育部推动创新型人才培养工作的重要改革措施[1]。启动大学生创新创业训练项目的主要目的在于加强大学生实践能力与创新精神的培养，促进学生创新思维和创新素质的提升[2-3]。创新训练的前提在于掌握扎实的专业知识，进而实现运用专业理论和实践技能的升华。生物工程技术已广泛渗透到医药、食品、环保、能源、化工、材料等多个学科领域，并逐步成为推动发展绿色经济的重要动力，因此，生物工程专业人才的培养将对于社会和谐发展和国家综合竞争力提升发挥重要作用。“发酵工程”是生物工程专业的特色专业课程，课程以运用生物学和工程学技术充分挖掘和利用生物细胞代谢潜力实现目标产物高效、绿色合成的相关知识为特色，为升华学生生物工程专业思想、提升学生专业技能的关键课程[4-5]，因此，本课程教学过程中学生创新素质的训练对于学生专业技能和综合素质的提升非常重要。

1 “发酵工程”课程的性质及教学要求

“发酵工程”是面向生物工程等相关专业本科生开设的必修专业课，也是一门实践特征很强的应用型课程。本课程是传授生物工程技术由实验室水平放大至生产规模所需相关知识和技能的核心课程，以发酵工艺流程为主线，要求学生系统掌握发酵工业菌种的选育、培养与保藏和好氧、厌氧发酵工艺的设计、调控与管理等相关知识和实践技能，同时具备从分子、细胞、个体、群体角度去分析发酵原理及机制的相关技能，并能跟踪生物工程行业前沿动态、主动发现科学问题并思考和设计解决方案，最终实现学生专业知识、实践素质、职业素养、创新能力的协同培养。基于上述课程性质和教学要求，在教学环节务必时刻重视学生工程素质和思维的训练，通过教学过程的科学设计实现学生专业兴趣的提升和专业思维的发散训练，进而实现教学效果的提升，尤其要注重抽象知识的形象化以及知识载体的设计[6-8]。

2 基于大学生创新训练引导的“发酵工程”课程教学改革策略

2.1 课程改革思路、教学设计及教学效果评价方法

“发酵工程”课程的主要特征在于课程知识的基础性、系统性、实践性和创新性，故本课程的教学改革思路以提升学生的专业素质和创新能力为目标，教学设计着重思考将相关素质训练的目标融入课程教学过程。大学生创新训练是升华学生所学专业知识、强化创新能力训练的重要途径，也是本课程教学效果的重要体现，故应在课程教学过程中主动思考、融入大学生创新训练意识，实现创新训练助推学习效果提升，专业素质与创新能力同步培养的效果。

本课程教学过程采用知识背景导入、教学内容设计、学习要求和效果反馈的四环节设计模式，以实现理论与实践融入、技术与工程结合的科教融合式教学。知识背景导入旨在引导学生了解、熟悉本课程相关知识在实际生产过程中的应用价值，进而实现对课程知识的立体化认识和理解，培养主动关注、发现专业问题并思考解决方案的学习习惯。“发酵工程”课程知识源于青霉素的规模化生产，现已扩展到各种生物制品、天然药物、生物医学材料等各种大分子、小分子及细胞产品的合成和制备领域，通过对此类产品生产工艺的介绍可引导学生快速理解学习本课程的目的、要求和课程内容，同时提升学生的学习兴趣和动力。教学内容设计体现在对知识背景导入环节相关产品生产工艺流程的总结、梳理和分析，进而呈现各章节知识之间的联系，帮助学生实现对本课程知识内容“菌→培养→放大→过程调控→过程管理→下游工艺”知识主线的深刻认识，对课程学习的意义及课程知识内容设计等方面理解也进一步加强。学生了解课程知识内容后，要进一步明确对相关知识的学习要求，同时教师在教学环节应引导学生主动联系课程知识相关的行业难题，启发学生主动思考、发现自己的兴趣和特长，量身定制学习方法，同时在实施过程中及时与任课教师、同学沟通交流，实现学习效果和效率的协同提升。

本课程教学目标重在实现学生专业知识、实践素质、创新能力的协同训练和提升，故针对课程的考核评价方法也应在上述各方面有所体现，基于此，本课程的教学效果评价结合了课程考试成绩（50%）、与课程知识相关的创新实验设计、项目实施、训练成果及创新思维评价（30%）、个人职业发展规划的再设计（10%）、对本课程的认识与反思（10%）等内容，这样可实现学生学习参与度、主动性的显著提升，学生会主动、理性思考自己的职业发展规划，并对课程学习过程中仍未解决的问题提出新的见解。

2.2 本课程教学过程中大学生创新训练的融入策略

结合本教学设计和课程知识链条，可将“发酵工程”课程教学目标细化为学习、掌握具有工业应用价值的微生物菌种挖掘及选育，微生物培养及发酵方案的设计、实施方法及调控，发酵工艺过程的控制、放大和产品的下游处理工艺设计相关的原理、知识及实践技能和创新素质。教师基于此教学目标，引导学生在了解课程相关知识背景和发酵工程技术在生物医药领域应用背景的基础上联系行业发展难题主动思考，启发科研选题思维，进而实现课程知识在学生创新训练选题方面的内化。如以抗菌药研发为例，可由Alexander Fleming发现青霉素的科研故事导入，引导学生发现微生物次级代谢产物对于抗菌药研发的重要性，进而启发学生围绕高活性抗菌化合物生产菌株的分离和选育、目标菌株合成抗菌化合物的培养基优化及发酵工艺设计、发酵过程调控及放大、目标产物的分离提取工艺设计为思路进行创新训练课题的设计，尤其在面对突发流行性疾病、超级细菌等新威胁的挑战时要有敢于勇担重任、以过硬的专业知识和创新素质战胜各种困难的决心和毅力。经过多个知识章节的训练，学生很容易实现对课程知识链条的系统化理解，同时相关内容对于实现课程目标的重要性也深入脑海。此外，大学生创新训练也可为教学内容设计提供更丰富的素材，赋予课程知识点新的活力和载体。如在培养基设计相关内容的教学过程中，教师可充分对比微生物发酵产生氨基酸和微生物发酵合成茯苓三萜两种发酵工艺过程中目标产物合成途径的差异，以及对营养需求的异同，使学生深刻理解培养基设计思路，同时引导学生联系生物化学课程的“氨基酸代谢”和“次级代谢”相关章节知识，达到了专业思维发散同步训练的效果。基于上述课程教学设计，本团队执教的“发酵工程”课程逐步成为生物工程专业学生学习热度快速上升的课程，也成为学生在就业、升学等环节关注热度最高的学科领域。笔者认为与学生成长关联度最高的教学设计重在寓学于乐、学以致用、教学相长和情怀育人，故课程背景知识的导入和大学生创新训练与课程教学内容的密切结合非常必要。

3 “发酵工程”课程衍生的大学生创新训练设计及育人效果分析

3.1 “发酵工程”课程衍生的大学生创新训练设计

“发酵工程”课程的实践性、应用性特征非常适合进行大学生训练设计，结合大学生创新训练又可加深学生对该课程知识链条的理解，故将本课程教学过程与大学生创新设计训练有机结合，可望成为强化学生专业素质提升和创新能力培养的新尝试。培养基设计和发酵调控是“发酵工程”课程知识链条中的重要内容，为由出发菌株合成目标产物的必要环节，如单独从微生物的营养需求、培养基中营养成分的合理组合、发酵过程对发酵参数的调控等角度介绍相关知识，很容易让学生感到枯燥，也难以理解本部分知识的重要性。基于此，本团队在教学过程中结合药用真菌茯苓活性物质茯苓三萜的合成途径及规律分析等知识载体，引导学生分析采用发酵工程技术合成药用真菌活性物质的必要性及难点，继而进行大学生创新项目的实验设计，并进一步通过专业文献的梳理、解决专业问题所需的思维发散训练等实现了学生学习兴趣和效率的同步提升，且同步实现了学生对生物工程专业所学课程的有机整合，尤其在有关微生物菌株分离、选育、培养、生化代谢调控、目标基因挖掘及重组表达等方面形成了较完整的知识体系。

3.2 以大学生创新训练引导的“发酵工程”课程教学效果分析

“发酵工程”课程的实践性、应用性特征决定了其教学效果将直接影响学生的专业素质和创新能力训练，因此本课程的教学效果评价必须兼顾到学生的课程成绩、专业素质与创新思维、对本课程知识及其专业技能的延伸与分散等方面。从两轮教学实施效果反馈可知，融入大学生创新训练元素的“发酵工程”课程教学可显著增强学生对生物工程、生物医药等专业的认同，学习积极性显著提升，且在不同年级的学生中发挥了较好的传帮带效应。依托本课程知识笔者成功指导4个小组获湖南省大学生创新训练项目立项，2个小组获校大学生创新训练项目立项，指导本科生在读期间发表论文3篇、申请专利1项、获省级“挑战杯”奖励2项，学生的专业素质和科研潜质得到了很好的锻炼，学生对于工科课程内容枯燥、难以理解、学习压力大的印象得到大幅扭转。

4 教学改革反思

大学生创新训练是培养学生专业思维和创新素质的良好载体，与专业课程教学过程有机融合、相辅相成。在具体实施过程中，要充分挖掘课程知识背景和应用实例，引导学生主动参与、主动思考、主动探索来完成创新训练。本教学改革紧扣生物医药产业需求，引导学生围绕微生物源药物发现及生物制造工艺需求进行大学生创新训练设计，进而赋予“发酵工程”课程知识丰富的立体化、形象化元素，激发学生的学习热情，进而达到高效学习、主动学习的效果，为生物医药相关工科课程的教学改革探索提供了参考。

*通信作者：刘向前

基金项目：湖南省教育厅教改项目（湘教通[2023]352号- HNJG-20230531）；湖南中医药大学教改项目（2020-JG23）；湖南中医药大学本科教学质量工程建设项目（校行教字[2023]4号）；湖南中医药大学学位与研究生教育课题（校行研字[2024]3号）。

参考文献

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[2] 陈新.大学生创新训练项目的实践与思考[J].实验技术与管理，2017，34（6）：29-31.

[3] 汤昕，周辉.在文化自信中提升大学生的创新思维能力[J].创新与创业教育，2020，11（1）：62-65.

[4] 崔培梧，徐德宏，谭朝阳，等.以工程素质培养为导向的《发酵工程》课程教学改革与实践[J].广东化工，2017，44（11）：295-296.

[5] 杨翠凤，腾峥，方利娟，等.基于OBE理念的“发酵工程实验”教学改革探索与实践[J].农产品加工，2020（8）：96-97，100.

[6] 李波，张晓雪，付学鹏，等.生物类专业实践教学改革与大学生创新能力培养[J].实验技术与管理，2019，36（8）：216-217，229.

[7] 陈婉，付威威.大学生创新创业实践平台教学改革[J].科技资讯，2021（4）：142-144.

[8] 童程霞，屈学俭，闫瑾，等.大学生化学竞赛对实验教学改革与创新人才培养的促进作用[J].化学教育（中英文），2022，43（14）：134-138.