“发酵工程”课程教学实践与思考
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作者: 申玉香 高 健 李朝霞 李风伟
摘要: 发酵工程是生物工程专业的核心课程,本文作通过几年“发酵工程”课程的教学实践,提出了与课程教学相关的课程体系建设、教学方法、实践教学、课程考核等方面改革的探讨意见。
关键词: “发酵工程”课程教学实践思考
随着生物技术的飞速发展,作为其核心技术的发酵技术越来越受到关注。作为一门既古老又新兴的学科,发酵工程在国民经济的各个领域发挥了越来越重要的作用。发酵工程是食品、生物工程、生物技术、微生物、制药等专业的重要专业课,是包含生物技术和工程技术的学科,涉及数学、物理、化学、生物化学、微生物、化工原理、工程等理论,同时又是应用和实践性很强的一门学科。如何在有限的时间里让学生掌握该门课程的基本原理,提高分析问题和解决问题的能力,是每个教师应该认真思考的问题。我们结合几年“发酵工程”课程的教学实践,就如何提高教学质量,提高学生分析问题和解决问题的能力谈一些思考。
一、加强课程体系建设,精选教学内容
1.因材施教,制定符合自身特色的教学大纲。
我校是以教学为主的普通本科高校,在大纲制定方面,我们改变了以往借鉴研究型高校的做法,而是根据本校的办学条件、学生基本素质、教师素质、实验条件、就业方向制定了一套具有自身特点的教学大纲。大纲围绕一条主线(即发酵工艺的主线:菌种、培养基、种子扩大培养、发酵过程控制)、两个基础(生物学、工程学)、几大典型发酵过程(传统酒精发酵、生物工程菌发酵、动物细胞培养)来编排,包括绪论、菌种选育、培养基、灭菌、种子的扩大培养、微生物的代谢与调节、发酵过程动力学、发酵过程工艺控制、典型发酵过程等内容。
2.加强教材建设,选用优秀教材。
教材是教师与学生之间教与学的桥梁,是体现教学内容的知识载体,选择具有系统、完整的知识体系和反映本学科领域最新成就的优秀教材,是确保教学质量的关键。我们采用了2006年由化学工业出版社出版的余龙江主编的《发酵工程原理与技术应用》作为教材。该教材内容新、结构简单明了、内容全面。同时我们为学生指定了《新编生物工艺学》、《微生物工程工艺原理》、《微生物工程概论》等作为主要参考书,补充了微生物的代谢与调节、动植物细胞的组织培养等内容,使教学内容更为充实。
3.优化教学内容。
21世纪人才的知识结构需要既有系统性,又有开拓性;既具有扎实的理论基础,又要要有一定的实践技能,因此教学内容的选择要具有系统性、基础性、科学性、实用性和先进性。在具体的实践过程中,我们以教材内容为主,辅助参考书,对教学内容加以充实扩展,同时通过阅览国内外专业期刊、杂志,浏览专业网站,将国内外最新的相关科研成果和技术及时介绍给学生,不仅充实了教学内容,加大了课堂的信息量,而且让学生了解了学科前沿知识。在教学内容的编排上,我们没有按照课本内容全盘讲解,而是在章节顺序上按照发酵生产单元工艺与操作过程的先后顺序编排:绪论、培养基、灭菌、种子扩大培养、微生物代谢与调控、发酵动力学、发酵工艺过程控制、典型的发酵过程。这样安排有利于各个章节的衔接,使学生更清楚、更完整地掌握发酵工艺全过程。各个内容既相互独立又相互依存,有利于学生从整体观念出发分析问题、解决问题,提高在工作中解决实际问题的能力和培养创新精神。其中发酵下游技术章节由于有专门的“生物分离工程”课程,因此我们不讲授。对于学生已经学过的内容,如我们培养基中跟微生物相关内容点到为止,关键侧重于培养基的设计部分。对新内容区别对待,有的讲深讲透,有的适当介绍,既不舍本求末、一味求新,又不因自身钻研不深而回避不提。
二、优化教学模式,调动学生学习的积极性和主动性
1.综合运用教学方式。
课堂教学的方法有多种形式,我们根据教材内容、特点和性质、授课对象的不同,采用不同的授课模式,主要模式有:启发式教学、讨论式教学、设计式教学、归纳式教学等,收到了较好的效果。
(1)启发式教学。首先是讲重点、难点,不面面俱到,难懂的问题讲深讲透,易懂的内容则指出关键,留下悬念。其次是善于提出问题,让学生在思考中跟上教师的思路,并在关键时刻进行反问,使学生在积极思考的过程中接受知识,而不是被动地往“口袋”装。在学习基本原理、概念、法则等重要内容时,我们多采用以教师为主体的启发式教学,同时结合讨论式教学模式,使学生的思维紧紧围绕说讲的内容,让学生完全理解、融会贯通。
(2)设计式教学。是通过设计活动来进行教学,是学生自己设计、自己计划、自己负责完成的教学过程。我们在发酵工程课程教学中将其大胆应用于培养基设计章节的讲授,培养学生提出问题、解决问题的能力,极大地激发了学生的学习兴趣。
(3)归纳式教学。在每一章内容讲授结束,我们都引导学生对所涉及的基本概念和方法进行总结归纳,锻炼学生分析问题的能力和语言表达的能力。在此基础上,我们通过做课外思考题、课堂提问等环节,检查学生对知识点的掌握情况,并让学生把在听课和学习过程中遇到的问题提出来,再由学生思考回答,最后由教师进行补充、完善和纠正。
2.利用多媒体教学。
发酵工程原理研究内容广泛,知识点多,发酵工艺参数多,各参数有各参数的特点,各品种的发酵工艺各不相同。如采用传统的板书形式,很难在有限的课时内将内容讲授完毕。用多媒体进行教学,不仅而且能节省板书时间,而且能将静态的工艺流程变为动态的,将平面的发酵设备变为立体的,使课堂教学变得更生动形象,使学生在轻松的环境中学到知识。
三、建立多层次的实践教学活动,提高分析和解决问题能力
“发酵工程”是一门实践性和应用性很强的课程,需要理论与实践的密切联系,但学生实践知识和经验缺乏,对发酵过程的了解几乎是空白。为了帮助学生加深理解,增强基本技能,培养学生的创新精神,教师必须在教学中加强实践环节。
在实际教学过程中,我们通过安排实验课、参观相关的发酵工厂、课程实习,参与科研项目等多层次的实践教学环节来实现。
实验内容包括菌种活化、培养基配制、灭菌、接种、液体发酵条件控制、产物提取与测定等环节,通过实验,学生不仅加深了对课堂理论的理解,而且培养了独立操作能力、分析问题和解决问题的能力。
我们组织学生参观了啤酒厂、井冈霉素生产厂,使学生亲眼目睹各种灭菌、发酵及发酵工程下游设备,加深了对课堂学习内容的理解和认识,同时也让学生意识到此时所学习的内容不能再局限于掌握基本定义和原理,重要的是与实际联系起来,强调课堂讲授内容与工程实践的紧密联系,使学生站在实践的角度去看待所学习的内容。为了使学生收获更大,在去参观之前我们一般先对整个工厂的生产工艺流程、设备情况等作简要介绍,使学生了解生产工艺,做到有的放矢。
在课程将近结束时,我们安排学生到附近的企业,如克胜制药厂等实习三天,按照顺序从第一工段开始,直到成品工段,每个工段分一个小组,属于一个小组的学生分配到同一工段中的不同岗位上进行较长时间的观摩,并在工人师傅的指导下进行操作,然后不同岗位的学生换岗。这样做拓宽了学生的专业面,提高了学生的适应能力,使学生亲身体会了生产实践,激起了学生的责任感。
教师可以将平时学习较优秀的学生组织起来,成立兴趣小组,加入到教师的科研项目中来。如李朝霞老师一直从事发酵工程中微生物育种工作研究,每年有5―6个学生参与到相关的污水处理微生物筛选的课题。由此可见,坚持教学与科研相结合,保证了教学效果,充实了教学内容。
四、完善考核制度,提高学生的综合水平
考核是教学过程中的一个重要环节,教师抓好这一环节,就能客观评价学生掌握该课程的知识程度。传统的单一闭卷笔试考核方式不能全面考核一个学生学习该课程的优劣。我们将课程的成绩考核分为3部分,即平时成绩考核(10%)、课程论文成绩(30%)和期末成绩(60%)。平时成绩除考核学生的课堂表现和课堂纪律等基本的考核内容外,还对学生对各种教学方法的参与程度纳入考核范畴。在课程结束前,我们要求学生完成一篇课程论文,内容是发酵工程方面自己最感兴趣的内容,题目自拟,参考文献为近2―3年内的,不能低于20篇,不得有抄袭现象。论文完成后,进行课堂交流,这种做法一方面加强了学生对前沿内容的了解,拓宽了其知识面,另一方面增强了学生的表达能力,培养了学生独立思考和解决问题的能力。
参考文献:
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