□江南大学 穆晓清 王栋 徐岩

“发酵工程”课程教学改革的探索与实践

□江南大学 穆晓清 王栋 徐岩

发酵工程课程是发酵工程专业、生物技术专业和酿酒专业的重要专业必修课，其内容涵盖微生物学、生物化学、化工原理、生化工程等多学科，是一门应用性和实践性非常强的课程。本课程根据学科发展前沿，结合国民经济发展的重大需求，以培养综合型专业人才为目标，通过教材、教学模式以及评价方式等进行教学改革，取得了良好的效果。

发酵工程；交互式教学；实践式教学

发酵工程是“轻工技术与工程”一级学科中的重要分支，是现代生物技术的重要组成部分和工业生物技术的核心技术，在生物技术产业化过程中起着关键作用。发酵工程能够利用生物细胞或者离体酶的生理功能，结合工业规模的工程技术手段，实现多种具有生理活性生物制品的产业化生产。

随着生物技术的迅猛发展，发酵工程的应用面涉及到食品、医药、能源、化工等多个重要的国民经济领域。现代发酵工程能够以可再生性的资源作为原料，在适宜于生物体的温和条件下，利用生物细胞高度的专一性，高效生产大宗或精细化学品，整个过程节能环保，绿色经济。因此，发酵工程被上升到解决人类生存面临的能源与资源危机、食品安全与营养、环境与发展等重大问题的高度，是社会可持续性发展的有效手段。

发酵工程不仅涉及到生物学基础，同时还与生化过程工程和下游提取精制技术相关，是微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程等基础原理学与工程学交叉与融合的多学科工程。从字面上看，发酵工程既涉及到微生物细胞代谢过程中的生物学原理，同时它又涉及到产业化过程规模放大与优化等过程工程技术。发酵工程作为发酵工程本科专业最重要的专业课程，其授课内容不仅涉及到上游的与分子生物学、蛋白组学、系统微生物学等基础理论知识，也涉及到化工原理和生化工程等工程学基础。因此，该课程的教学改革一直是发酵工程本科教学关注的焦点。江南大学的发酵工程学科是全国发酵工程重点学科，发酵工程课程作为国家级精品课程，在教学内容、教学方法及实践教学等方面进行了大量的探索，取得了突出的成绩。

一、根据学科发展的最新进展，更新教学内容

教学内容以教材为基础，通过教师对教材的调整，根据学科特点以及学科发展的最新进展，结合行业科技发展的最新动态，对帮助学生了解学科前沿，拓宽学生的知识面具有重要的作用。由于发酵工程是多学科交叉产生的新领域，因此在发酵工程的教学过程中会用到大量基础课程的内容，如生物化学、微生物学与化工原理。

1.加强教材建设，彰显轻工特色

教材是教学内容的知识载体，学生对课程知识的预习和复习很大程度上依靠教材。好的教材不仅是学生遇到问题后寻找答案的重要工具，同时也能够激发学生的学习激情和兴趣。目前，国内相同专业的大专院校大多采用2006版李艳主编的《发酵工程原理与技术》，2003版姚汝华主编的《微生物工程工艺原理》，2002版俞俊堂主编的《生物工艺学》等，这些教材以工业发酵为主线，在章节安排、典型案例选择、学科侧重等方面各有特点，自成体系。根据我校学科特点，发酵工程是发酵工程本科专业的专业基础课，教学课时达到80学时。同时，伴随生物技术飞速发展、日新月异，与生物能源、生物医药以及生物新材料等相关新兴产业的崛起，要想培养合格的生物技术产业人才就需要对发酵工程课程教材进行改革。在此基础上，江南大学联合南京工业大学、浙江大学、华东理工大学、天津科技大学和河北科技大学等传统发酵工程优势学科的多名一线科研工作者编写了普通高等教育“十一五”国家级规划教材《发酵工程》，该教材有纸本与网络电子版两种形式，以发酵工程原理、重要发酵工程产业、发酵工程的特殊应用和发酵工程的生物学基础为主，涉及传统发酵工程和现代生物技术的重要发酵工程产业和产品。该教材不仅适用于发酵工程本科专业，也适用于生物工程和生化工程等其他相关本科专业。同时，由于该教材脉络和重点突出，教学适用性强，其内容具有一定的深度和广度，也适宜作为教师、科研人员的参考书。在选定主要教材的基础上，我们将上述的其他教材作为教辅材料，推荐大家课外阅读。

2.优化教学内容，制定合理的教学大纲

由江南大学徐岩主编的2011版《发酵工程》重点介绍了现代发酵工程各产业用原料的选择、处理和培养基制备；发酵工业微生物的扩大培养和染菌防治；发酵过程的变化规律及其控制和优化；发酵动力学原理及发酵设备和反应器；发酵产物的分离、提取、精制原理和技术等众多内容。其教学内容涉及到多个学科的基础知识，如何将这些内容有机组合，形成特有的教学理念，制定适合的教学大纲是实现良好教学效果的基础。在教学中，应以发酵过程中的生物学原理为主线，以发酵过程操作的单元为顺序，兼顾发酵设备的介绍，将专业基础课程知识与国内外发酵企业的生产过程联系，实现教学的有序和高效进行。

微生物作为发酵工程的核心，野生型微生物往往不能满足发酵工业对其工业化属性的要求，通过了解发酵过程工程控制以及下游工程对工业微生物的特性要求，运用代谢工程、基因工程、蛋白组学等现代生物学手段改造获得是发酵工程得以存在的基础，因此，生物学原理主线就是课程教学的主线，而如何实现高效的生物发酵过程和经济性要求又是产业化对发酵工程的核心诉求。因此，运用工程学的手段，包括发酵工艺设计、过程控制、发酵设备设计、发酵分离耦合等多个角度，针对不同的发酵产品和不同模式反应过程的普适性和多样性，以基本知识为主，兼顾差异性进行教学，不仅能够有效帮助学生有针对性地把握基本知识点，同时也能够通过不同产物工艺学的差异性，拓展其知识的宽度和广度。

二、改革教学模式，激发学生学习主动性

传统的填鸭式教育方法不适合本科生的教学模式，作为专业课程，发酵工程需要学生能够将已往学习到的知识综合应用到课堂上，如果不发挥学生的主动性和积极性，使其投入到教学内容中去，往往会使其觉得课程距离感大，内容枯燥乏味，最终导致学生学习兴趣差，教学效果弱等弊病。因此，利用新的交互式、角色互换式教学策略与生产实践结合等多种教学模式的改革，对于提高教学效率至关重要。

1.交互式教学，重点内容运用讨论

交互式教学法以“学生”为中心，教师通过提供真实的有意义的语言材料，创设真实自然的语言环境，使学生进行有意义的学习。对于每一堂课，我们运用“复习、提问、讨论、小节、预习”等5环节教学法，在每次课的开始，利用大纲模式对上次课程的主体内容进行回顾，利用提问等方式检查学生的掌握程度，对于重要知识点进行强化式教学；随后，对上次课程后布置的预习任务进行提问式教学，抛出新知识点的切入点，通过讨论引导学生得出正确的结论；最后，通过对新学知识点的小节，再次加深印象，并提出关于下一节课知识点的问题，促使学生进行预习。

2.运用角色互换式教学，加强理解

在传统教学过程中，学生始终处于被动的接受老师信息的位置，因此很难保证学生精力的投入。在发酵工程教学过程中，教师与学生互换角色，安排部分授课内容，将教学大纲和课件等交给学生，让学生进行10-15分钟的教学后教师再进行点评。这种教学方式不仅能够增强学生的带入感，增强其学习兴趣，也有利于学生对知识要点的理解，从“学生自己认为的基本掌握”升华为能够“教授他人的知识”，实现学生对知识点的真正掌握。

3.实践式教学，实现理论与实践的结合

发酵工程作为一个工科专业，其人才培养的最终目标是培养适合发酵行业的卓越工程师。因此，到发酵工业企业中去实现其实践性教学也是发酵工程课程的一部分内容。在课堂上，学生对发酵微生物、原料处理、发酵过程控制、产物提取精制等工厂生产工艺流程与发酵罐等设备都有了初步的认知，但是大多都是理论性的，缺乏感性的认识。而通过学生在工厂的生产实习，根据不同工厂的实际情况，在工厂指导老师的帮助下系统的增加感性认识，从而学习到如何根据实际情况将书本中的知识转化为实际的生产实践。比如，啤酒生产过程中主要原材料的检测指标、糖化曲线、啤酒酿造旺期与淡季之间的发酵参数差别等都能够通过工厂实地的实习加强理解。虽然在生产实习中学生实际动手操作比较少，但是针对不同的实习企业，给学生带着不同的实习题目更加有利于教学效果的加深。如通风发酵企业的无菌空气制备与过滤设备的选型，或发酵罐通风量、搅拌浆浆叶形状与转速、罐压等与溶氧的调节方式，又或不同设备采用的不同换热方式等等。实习考核方式中最主要的论文答辩形式不仅能够促进学生将生产实习更加深化了解，同时不同类型企业的实习经验也扩大了学生的知识面、提升了学习兴趣。

三、考核方式的完善

在教材改革和教学模式改革的基础上，我们还形成了独有的考核方式改革。

首先，我们引入了课题自我教学的评价内容，指定某些教学内容让学生自我学习后实现自我教学，通过学生相互之间的打分，不仅提高学生对教学内容的印象，同时也能够大幅度激发其学习的积极性。比如，在不同发酵产品工艺对比的教学过程中，按照通风发酵和厌氧发酵的典型实例，要求学生按照微生物工业属性的适应规律与发酵工艺的绿色经济特性为主题进行小组形式的讲学。在考核中，讲课同学通过15分钟的课堂演示实现自己的讲课安排，然后通过其他同学和老师对其讲解的主要知识点点评，考察是否达到讲课目标，最后进行综合评分。通过这样的教学与考核，学生加强了对基本知识点的把握，同时也对教师的课堂劳动等有了进一步的认识，有利于提高师生的相互认可度。

其次，通过课内关键知识点内容的讨论，开发学生的创造性思维，利用增加平时成绩等手段鼓励学生，通过提前进入实验室进行课题研究等方式实现学生创新思维的转化。按照教学计划，每次课程都安排了一定量的基本知识点和拓展知识点，因此，在授课过程中检查学生对课程内容的把握程度也是调节教学进度的一个重要方法。由于本科教学与高中教学的差异较大，学生的学习方式也有很大的变化。通过每次课堂提问和重点知识点讨论，能够引入学生学习的兴趣点，同时对于教师自身也是摆脱固有思考模式，进行发散性思维的好机会。

第三，更多采用开卷考试的方式，大幅度降低学生死记硬背内容，增加判断和论述题目类型的比重，加大学生对多学科知识点的综合运用。在实际教学过程中，很多学生反应开卷考试的难度远大于闭卷考试，甚至有的学生会要求闭卷考试。但是从实际考察结果来看，开卷考试更加能够体现出教学和学生学习的实际成果。由于教学内容较多，知识点涵盖的范围广，因此，开卷式试题综合性较强，可以有效调动学生的学习兴趣和思考能力。

四、结束语

经过十多年的教学实践，新的教材和新的教学模式受到了广大学生的认可，该课程也从传统的枯燥无味、内容繁多、条理性弱等教学状态逐渐转变为教学内容紧密结合社会发展和国民经济需求、教学模式新颖、课堂气氛活跃、知识点丰富有序的状态。通过引导学生自主学习和强化教学效果，培养了大批具有扎实发酵工程专业基础理论和发酵工业背景的高素质人才，满足了社会发展对发酵工程专业人才的需求，获得了企业的好评。

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