以学生为中心的《发酵工程》课程教学内容体系改革与实践

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  摘 要:近年来,以学生为中心培养学生学习积极性、自主性、创新性,构建高效的课堂教学模式成为高等院校教学改革的主要内容之一。发酵工程是一门实践性强的专业课,近年来,根据课程特点结合专业方向,开展了以学生为中心的发酵工程课程教学内容和手段改革,提出了在理论教学上吸取了多元化的教学方法优点,把基于问题的学习和案例引导式教学方法相结合,进行“发酵工艺实例模块”教学内容设计;在实践教学上着重以项目为载体,科研与教学相互促进,突出以学生为中心的教学理念,培养学生的创新实践能力,取得了良好的教学效果。
  关键词:以学生为中心 发酵工程 课程改革
  中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)12(c)-0070-02
  “发酵工程”是我校生物工程、制药工程等专业开设的一门重要专业课,它是一门利用微生物的生长繁殖和代谢活动,并通过现代化工技术,大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术课程,该课程含有现代生物科学和工程的科学技术,课程内容涉及到数学、化学、生物化学、微生物学、化工原理和机械设备等学科,涉及面广内容丰富[1~2]。中药发酵工程方向也是我校省级重点建设生物工程专业的特色专业方向之一,因此,结合专业方向,开展发酵工程课程教学内容和手段改革,推进该课程精品化建设,对提高课程教学水平,加强师资队伍培育,突出专业办学特色等方面具有重要意义。本文概述了该课程近年来的教学改革体会。
  1 课程内容体系改革
  发酵工程主要包括上游发酵技术(微生物菌种保藏、筛选等)、发酵过程技术(发酵过程控制、发酵培养),下游分离提取技术过程(发酵产物的提取、精制等)三个部分。而发酵工程课程内容主要讲述生物反应过程理论与技能,即微生物培养、发酵过程控制等中游技术。为增强课程内容的内在逻辑性,发挥在专业课程群中的承上启下的连贯性,强化各课程之间的有机联系,满足学生多样化的学习需求,我们结合专业方向对发酵工程课程内容体系做了一定的改革和调整,提出了“一个基础、两条主线、三大案例”的发酵工程课程内容体系改革思路。一个基础是指微生物代谢调节理论,两条主线分别是指以菌种和发酵生产为中心展开的内容,三大案例分别是酵母酒精厌氧发酵工艺、柠檬酸液体深层发酵工艺、药用真菌多糖发酵工艺,以此构建教学框架,来增强课程内容的系统性。围绕各中心知识点不断向外扩延,并有机串联。
  2 教学内容改革
  2.1 注重教材建设,促进教学内容的改革
  教材建设是课程建设的重要组成部分,关系到教学内容的革新和教学目标的实施[3]。全国“发酵工程”课程的系列教材已先后出版了十余种,其内容既有上游技术的微生物学基础理论,也有生物反应过程,以及下游技术生物发酵产品的分离提取技术,且不同的教材其侧重点不同,单独使用一种教材易出现与上游微生物学课程内容及下游生化分离工程课程内容重复,而常常存在涉及的发酵工艺过程案例不足的现象[4]。如华东理工大学出版的《新编生物工艺学》分上下两册,上册侧重微生物原理,而下册侧重于生化分离技术,内容较全面,但使用该教材往往与微生物学和生化分离工程两门课的重复教学;又如《微生物工程》与《微生物工程概论》内容较多的涉及生化分离工程与发酵设备课程教学内容,同样也会出现类似现象等;又如近两年我们使用高等教育出版社出版的《生物工艺原理》内容较为全面,但也存在内容过于粗犷,教学过程中须补充部分内容,才能使学生深入理解发酵过程控制理论等。近年来,教研室教师开展了一系列的集体备课和教学研究,将课程定位在重点讲授发酵生产过程的共性单元知识,突出宽口径、强基础的教学思想,使学生掌握发酵产品生产过程的共性原理及典型发酵产品的生产过程的控制方法。目前该课程我们采用了高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材《发酵工程原理与技术应用》,根据专业方向编写了省级规划重点教材《发酵工程》作为补充教材,并指定《新编生物工艺学》《发酵工业概论》和《生化分离工程》等为主要参考书目。
  2.2 注重学科背景,突出专业特色
  药用真菌发酵既是发酵工程的内容之一,也是我校中药生物工程特色专业重点建设内容。在实验课程设置时不仅考虑到学生发酵工程的基本知识和基本技能的培养,也要充分考虑依托中药生物工程特色专业背景,我们开设了中药发酵相关实验课程,如灵芝、桑黄、茯苓等液体深层发酵菌丝体多糖的实验,中药内生菌及抗菌活性筛选等自主性、开放性、设计性实验供学生选修。在自主性、开放性实验教学中实行学生导师制,使学生完成该类实验教学能够继续跟随导师开展相关毕业论文设计。从近三年来的实验教学和毕业论文设计内容看,绝大多数学生认为自主性、开放性这种实验教学导师制更能培养自身的学习兴趣,学到更为扎实、全面的专业知识和技能,并且参与这种实验教学的学生中考研人数明显增加,师生关系更为融洽。
  2.3 注重学科发展,更新教学内容
  发酵工程是一门发展迅速的学科,新工艺、新技术和新成果层出不穷。在课堂教学中,我们以教材为主,并参阅其它相关的书籍和国内外专业期刊杂志,挑选一些国内外最新期刊上相关的研究论文,定时更新转载一些学科发展前沿信息,如浓缩啤酒的研究进展、高密度发酵技术、新型灭菌设备的研究等[5],对教学内容加以充实扩展,加大课堂教学信息量,并将这些新知识重组进入教案,在课堂上介绍给学生,使学生接收更多更广泛的信息,了解学科发展的前沿。
  在网络课程建设方面,基于学校网络教学平台建立了《发酵工程》Blcakbord网络课程网站,已有较完整的课程教学大纲、授课教案、实验指导、多媒体课件及部分习题等教学材料,链接了国内外其他高校省级、国家级发酵工程精品课程等资源,如北京化工大学谭天伟教授主讲《生物工艺学》国家级精品课程、贵州大学邱树毅教授主讲《生物工艺学》国家级精品课程、华中科技大学余龙江教授主讲《发酵工程》国家级精品课程、华东理工大学张嗣良教授主讲《发酵工程》国家级精品课程等。   目前,在现有教学师资队伍的前提下,充分利用网络教学平台,录制上传了发酵相关的视频信息,如固定化酿酒酵母酒精发酵演示、无菌接种演示、微生物生长曲线测定、发酵罐使用和清洗等课程教学录像,以及转载了如生物柴油、四川泡菜、青霉素发现等的教学视频资料。近几年的教学体会来看,网络教学平台的视频教学对学生的实验操作能力、专业学习兴趣等培养具有积极的引导作用。
  3 改革教学方法与手段
  在教学方法上,我们根据发酵工程课程内容特点,把基于问题的学习(PBL)和基于案例的学习(CBS)的引导式教学方法相结合,精心设计“发酵工艺实例模块”引导教学内容,采用“创建情景、提出问题、探究解决问题、汇报及评价”等方法设计发酵工程课程问题引导式教学模式。例如,在好氧发酵模块中,我们首先以“柠檬酸发酵机制原理”作为核心问题情景;然后再设计“柠檬酸发酵培养基配制原理、好氧发酵工艺共性特点”等基础性问题,引导学生重点掌握,归纳总结。这些基础性问题的设立,目的是使学生横向纵向联系已学知识,归纳形成以“发酵机制类型及发酵工艺特点”为中心的系统知识网络,掌握基础知识;最后设计“衣康酸发酵机制及特点、醋酸发酵机制及特点”等作为开放性问题,要求学生利用书籍、文献、网络等手段自行解答问题,并以5~6人为小组形成方案。最终在好氧发酵模块教学中我们先后设计核心问题、基础性问题、开放性问题,分别引导学生通过提出问题、分析讨论问题、解决问题等环节完成好氧发酵模块的教学,从而初步建立了问题引导式的课堂教学模式。
  在教学手段上,针对学生缺乏在发酵企业实践接触的机会,在学习一些较为抽象章节时,较难完全理解,我们引进一套发酵工程设备及产品分离方面的教学仿真软件,结合我们自制的多媒体教学课件,在学习相关单元知识时,使用仿真软件播放相关内容(如过滤原理发酵罐结构与灭菌操作等),将工艺原理以及设备结构特点动态展现出来,形成理论知识与形象感受交叉互动,加深了学生的理解的同时轻了课堂学习氛围。
  此外,为提高学生学习兴趣,突出以学生为中心的教学方法,在课堂教学中我们选择一些学生感兴趣的教学内容,如酸奶发酵、啤酒发酵等,让学生动手做课件,并到讲台亲自讲解,这种方法频受学生好评,不仅提高了学生学习的积极性,主动性,也锻炼了学生自主学习和口头表达的能力。
  4 开放性实践教学改革
  发酵工程是一门与生产实际紧密相关的学科,实验操作显得尤为重要[6~7]。在实验内容选择上,我们通过以典型发酵产品生产为导向的发酵实验,让学生熟悉发酵的工艺流程,掌握现代(深层)发酵原理、发酵设备的操作及发酵产品的后处理技术,培养学生的创新性和实践操作能力。在实验内容设计上,建立了以验证性、综合性、设计性实验为主,开放性实验为辅的实验教学体系,并积极吸引学生参与科研活动。在设计性实验中,加强了对学生自我学习能动性的培养,由主讲教师设置选题,如淀粉酶产生菌的分离筛选试验设计,学生利用已学过的菌种分离、鉴定、灭菌、培养等微生物技术,独立设计实验路线。此外,改革实验课程的考试方式,将笔试改为设定主题的操作考试,考查学生实践动手操作能力。
  在开放性实验教学方面,着重以开放实验项目为载体,注重科研与教学的相互促进,鼓励学生利用发酵实验教学平台,申报各类学生科研项目,开展毕业论文设计和参与教师开放实验项目。从近年的教学结果来看,在指导学生申报和实施科研项目的过程中,学生的创新实践能力得到了进一步的提升,而教师也可从开放教学中得到启发和灵感,找到科研的切入点。
  5 课程改革成效
  5.1 学评教
  根据校内学生评教指标和校内管理部门提供的近三年的学生评价结果,本课程近三年评估结果均超过学校平均分数,具体情况如表2。
  5.2 教学成果
  近年来,学校在政策和资金上对发酵工程方向教学和研究给予了大力的培养,发酵工程课程列入我校重点建设精品课程之一。经过几年的教学改革与实践也取得了一些实践性成果,如近三年来发酵工程课程先后获省级教学改革项目1项,校级教学改革招标项目2项,一般项目5项,在各类期刊上发表教改论文14篇。2010年发酵工程课程被评为院级重点建设课程,2011年课程所在教研室获学校教学成果二等奖1项,2012年6月被评为校级精品课程。在师资队伍建设上,1名主讲教师获省级先进教师,一名青年教师连续两年获校青年教师说课比赛一等奖。
  5.3 学生科研成果
  近年来,教师指导学生参与开放性实验项目,学生各类科研立项,指导学生完成毕业论文,学生和指导老师合作发表文章等方面在数量和质量上都有明显的提升。近三年来,课程所在教研室指导学生参加各级学科竞赛3次,获省级大学生新苗计划项目5项,校级学生科研项目11项,学生为第一作者发表论文20余篇。
  6 结语
  发酵工程是一门实践性、应用性很强的课程,近年来课程所在教研室吸取了多元化的教学方法和以学生为中心的教学理念,开展了发酵工程课程的教学内容和手段改革,培养学生的创新实践能力,取得了良好的教学效果。同时在课程教学改革过程中也遇到一些问题,如课程考核方式的改革,课程教学质量形成性评价体系的构建等有待进一步完善。总之,改革传统教学方法,吸取多元化教学模式优点,构建以学生为中心的高效的课程教学模式,提升教学效果,仍将是我们今后继续探讨和研究的课题。
  参考文献
  [1] 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.
  [2] 李婉珍,葛飞,魏胜华,等.生物工程专业生物工艺学课程教学改革的思考与探索[J].安徽农学通报,2011,21(2):103-106.
  [3] 曾东方,孙炜,王存文.试论生物工艺学的教学枢纽[J].科技创新导报,2011(19):45-48.
  [4] 陈理,俞昌喜.重组大肠杆菌高密度发酵工艺进展[J].海峡药学,2011(3):47-50.
  [5] 高冷,牛晓晖,殷玉和.生物工艺学课程教学活动中激发策略的研究与实践[J].科技视界,2012(17):132-135.
  [6] 邵杰,王永斌.《生物工艺学》实践教学改革与学生工程实践能力的培养[J].产业与科技论坛,2012(7):63-65.
  [7] 许冬青,詹墐,佟书娟,等.中医药院校微生物学创新性实践教学探索[J].山西医科大学学报:基础医学教育版,2010,12(1):43-45.
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