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关于《生物工艺学原理》的教学模式的改革研究

2020-07-02 175 上传者：管理员

摘要：《生物工艺学原理》是通过讲述利用生物体或其组成部分为人类进行某种服务的一般技术的过程原理、工艺技术、生物反应器及其控制等。教学过程中，部分同学在平时课程学习时不重视，到期末考试就突击和死记硬背，存在学生为考试而学习，考完试遗忘的现象。因此在授课过程中，重视教学目标和育人功能的实现，提高学生的民族自豪感，培养精益求精的精神和创新精神十分必要。开展教学模式改革，通过“学生为主”的教学方式、合理划分教学内容、开放式作业的设置和改变考核模式，激发学生的学习兴趣，培养学生的思维能力，提高教学效果。

关键词：
开放式教学
教学方式
生物工艺学原理
生物科学
考核方式
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《生物工艺学原理》是生物工程专业的专业必修课，其主要目的是通过讲述利用生物体(包括微生物、动物细胞和植物细胞)或其组成部分(细胞器和酶)生产有用物质或为人类进行某种服务的一般技术的过程原理、工艺技术、生物反应器及其控制等内容，使学生了解行业发展现状及前景，掌握生物工艺学的基本理论和基础知识，提高分析和解决生产实际问题的能力，为从事生物产品生产、管理、销售及新技术、新产品开发的应用型人才培养提供必要的专业理论基础。依据培养计划，该课程学时数为48学时(3学分，周学时3学时)，在学生修完《生物化学》、《微生物学》、《化工原理》等专业基础课后开设，是联系基础课程、专业选修课程间的纽带。该课程与《生物工程设备》、《专业分析》等必修课从不同的角度为学生建立专业理论体系，是培养学生工程实践素养的核心课程之一。

近十年来，在互联网高速发展的时代背景下，各行业技术发展日新月异，这对高校人才的培养提出了更高要求。同时，教育对象学生获取信息的能力更强、渠道更多，学习能力大幅度提高所以，随着时代的变迁，原有的课程模式有些不太适应新时期的教学要求。存在以下几方面的问题：(1)二十一世纪的生物工程技术高速发展，正渗透到各行各业，提升和改变着原有技术。《生物工艺学原理》课程扩展出很多相关内容，而仅靠课堂教学是不能完全满足丰富知识的传输。课时少，教学内容多，易造成学生对知识的掌握不扎实，不全面，较难满足时代的需求。同时，教师在课堂上只关注知识的传授，而很少对学生进行思想引导，不利于高等教育人才培养的实施。(2)在教学方式上，仍以教师课堂讲授为主，学生自学为辅，存在学生参与的力度不够，较难激发学生的兴趣和积极性，更谈不上学生创新能力的培养。(3)考核方式上，课程成绩也主要对平时成绩和期末成绩进行综合考评，平时成绩占30%，期末成绩占70%。由于期末成绩所占比例大，而平时的考核缺乏积极有效的互动督促方式，常导致有部分同学在平时课程学习中比较懒散，到期末就突击去死记硬背，存在学生为考试而学习，考完试遗忘的现象。这样的教学、考核方式现已逐步不能满足时代对人才培养的要求。为此，结合《生物工艺学原理》课程的教学，我们开展了教学模式的改革，现将有关教学实践和思考以及教学效果总结如下。

1、重视教学目标和育人功能的实现

师者传道授业解惑也，传道排第一位，所以育人必须是高校培养学生的第一要务。2004年中共中央、国务院《关于进一步加强和改进大学生思想政治教育的意见》，汲取思想史上的智慧资源，立足新的实践，对如何发挥各类课程的育人功能提出了明确要求。即是提出注重学生思想道德、科学文化、身心健康素养等核心素养的培养要求，以满足社会发展对人才培养提出的多方面、多角度、综合性的目标要求。教育部提出的“国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)”提出培养造就创新能力强、适应社会发展的工程技术人才的需要。《生物工艺学原理》是生物工程专业的专业必修课，生物工程专业的培养目标即是培养适应国民经济建设需要的德智体美全面发展，具备生物科学的基本知识，掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论和基本技能，能在资源生物加工、生物能源与材料、环境生态与治理、天然产物与药物等领域从事现代生物过程设计、生产与管理、新技术研究和新产品开发的工程技术人才以及可进一步深造的研究型人才。《生物工艺学原理》的课程教学目标必须顺应专业的总体培养目标，在课程教学过程中将育人功能与教学目标、内容紧密结合，依靠合理高效的教学方式、考核方式，实现培养具备良好思想道德、身心健康，能掌握生物工程产品生产过程的一般原理的基础理论知识，具备对生产过程优化分析、解决、管理工程技术问题基本能力的复合型、工程型人才。

2、课程教学中思想政治教育的融入

《生物工艺学原理》是从发酵工程的范畴出发来阐明生物工程产品生产的一般过程及其控制的基本原理。使学生进一步深入学习和理解发酵工业对菌种的要求、种子扩大培养以及培养基的制备；发酵原理和工艺过程的控制；工业发酵染菌的防治以及与发酵工程相关的应用技术等，懂得应用这些基本理论去分析和解决生物产品生产中的具体问题，能更好地控制过程，进一步提高产品的质量和产率。传统的生物工程产品有有机酸、发酵食品、抗生素的生产及废物处理等；新兴的生物工程产品多为利用基因工程、细胞工程改造菌株性能，获得酶蛋白、生物活性多肽、疫苗，或进行代谢途径改造获得的代谢物质积累等。根据课程内容，我们从以下几个角度融入思想政治教育。

2.1民族自豪感的培养

中华上下5000年，历史源远流长。中国白酒及其酿酒曲种、发酵蔬菜、发酵调味品等传统发酵食品都是我国历史文化桂冠上的颗颗璀灿明珠。其制备工艺独具特色，其中的酿酒大曲还誉称为中国的第五大发明。通过对贵州酱香白酒的典范——国酒茅台的生产工艺为例，解读固态发酵工艺过程中微生物协作关系、粮食原料作为培养基的配置要求、通过怎样的工艺控制达到提高白酒品质、白酒产量的生产目的等，从而让学生感受中国传统文化的精髓之一——传统发酵食品的制备文化及工艺。通过学习增强学生对传统文化的了解，体会生产过程中人民的智慧，由此增强学生的民族自豪感，赋予爱国爱家的民族情怀。

生物工程技术最核心的是生物催化剂，采用基因工程、细胞工程、代谢工程等技术对催化剂进行改造，以获得更高的生产效率，或实现特定的生产目的，是目前工程应用的根本。在此方面，国内外技术水平上存在较大差异。比如我国是最大的柠檬酸、青霉素的生产国，但因菌株的产能较低，性能一般，使得原料的耗用量及能耗处于较高水平，成本居高不下，极大地降低了产品的国际竞争力。结合课程不同章节，讲课内容中融入此类产品生产概况的介绍，由此激发学生作为一名生物技术工作者的责任，肩负着中国生物产业的崛起的重担。

2.2精益精神的培养

本专业的培养目标即是培养工程技术型人才，学生毕业后会从事与工程技术相关的工作，而课程中工艺优化及优化控制过程是这门课程讲授的重点。如何在生产过程中通过原料的选择、配置、工艺条件的优化控制等来降低生产成本、能耗、减少排放、避免微生物安全问题等都需要在理论学习时，建立根深蒂固的思想意识。只有这样学生才会在今后的工作实践中，关注每一个工艺环节、生产细节，进行精益化设计、精益化生产，为细节决定成败的精益精神的形成打下基础。

2.3创新精神的培育

创新是在当今世界中出现频率非常高的一个词，创新精神是一个民族得以生生不息的精髓所在。创新的本质在于用新的角度、新的思考方法来解决现有的问题。利用现有的知识和物质，在特定的环境中，本着理想化需要或为满足社会需求，而改进或创造新的事物、方法、元素、路径、环境，并能获得一定有益效果的行为。它原意有三层含义，第一，更新。第二，创造新的东西。第三，改变。生物工程产品中传统发酵产品的生产可因原料不同、生产方式不同、处理工艺不同和产品呈现形式不同而产生不同的感官品质状态和效果，既是创新无处不在。而现代的基因工程、代谢工程对菌株的改造更是“无所不能”，研究者的想法更是“天马行空”，只有想不到的，没有做不到。所以借助不同的研究思路，要有意识地鼓励和培养学生的创新意识，不要局限于原有思维，要突破局限。比如在第二章发酵工业菌种与种子的扩大培养中生产菌株的性能改造部分的内容就可以结合最先进的细胞改造研究，融入创新的理念。在第三章发酵工业培养基及其设计部分，即可展现不同原料的选择与配置对发酵产品品质的影响，由此可以培育学生对新产品规划设计的创新理念，建立学生创新意识的根基。

为了鼓励创新，让学生开拓思维，形成切实有效的创新意识。本课程除了在课程教学中将内容与创新意识有机结合外，还设计一个学生创新观点展示的教学环节。在课程的第一节课，就布置这一学期的开放式大作业，以设计一个新的生物工程产品的生产工艺为题，要求包含1～2个可行的原料、工艺或技术的创新点。鼓励学生通过文献查阅来论证创新点的可行性，并通过小组讨论最终形成产品的生产工艺方案，从而实现对学生创新精神从输入到输出的不同层次培育。

3、培养学生学习兴趣

随着时代的变化，学生的学习习惯及能力也在逐步改变，对信息的接受能力变得更强，获得方式更加灵活，渠道变得更多。对教学的要求、兴趣的激发点也会更高。怎样在课堂中抓住学生学习兴趣，因势利导充分发挥其特点，让他们能更主动、更积极地参与到教学过程中，由原有的被动接受变成主动学习，由此形成系统、全面的专业知识，这将是新时期教学改革的一大重点。而积极有效的教学过程监控考核方式也将是保证教学效果的有效手段。本课程对课程教学模式进行改革，充分结合课程的育人功能及教学目标，并由此指引课程教学内容、教学方法、考核方法的改革，建立以人为本的教学模式，培养学生学习兴趣，保证人才培养的高效性。

3.1教学方法、考核方式改革和措施

在课程教学中除了将教学内容与思想政治教育有机融合外，还要根据互联网时代学生的特点，在教学法、考核方式上进行改革和采取相应措施，针对学生的专业技能、实践能力、创新能力、心理调节能力、协作能力等进行的培养。将传统以“教师为主”的方式，转变为“学生为主”的教学方式，增加学生的参与度，充分发挥学生的主观能动性。我们在课程教学方面采取以下措施：

3.1.1合理划分教学内容，实施差异化教学

根据教学内容特点，将其分为了解性知识点、基础性知识点、重点掌握性知识点和扩展性知识点等，针对性地采取不同的授课方式，提高教学效果。了解性知识点采取提纲式的教学方式，通过布置作业的方式，让学生在课后查询资料进行学习；基础性知识点采用课前学习，课堂提纲式教学并增加提问考核、教师点评环节；而对重点掌握的知识点则需教师在课堂上详细讲解，并通过提问或作业考核，巩固学习效果；扩展性知识点则采用布置课后启发式题目方式，让学生能通过资料查阅，在课后进行扩展式学习。而这种将教学内容分类，差异化教学的方式，可有效解决课时有限而课程内容丰富的矛盾，扩展有限的课堂教学的时空。并能充分发挥不同学习能力学生的主观能动性，一定程度实现了对学生的差异化教学。

对教学内容进行合理划分，采用差异式教学方式，有利于将原有的“以教师为主”的课堂通过提纲式教学、课前课后预习及作业和课堂考核等方式，增加学生参与课堂力度，转变为“学生为主”的方式。

3.1.2扩展课程教学内容，构建学生专业知识体系

对课本知识进行差异化处理后，可获得更多的课堂时间来扩充教学内容。可在章节内容中介绍更多的前沿技术；播放实际生产视频；还可将其内容与设备课程、分析课程等内容进行相互联系串讲。帮助学生对专业知识进行有效整合，提高学习效果，夯实专业理论基础。

3.2采取问题式教学方式，激发兴趣，培养思维能力

对于课程中的一些难点问题，采取以问题式教学方式，即是提出问题——解决问题——获得结论。这种方式可吸引学生关注，指引思考，激发兴趣，有效培养思维能力。从而实现对课程内容到生活实际。

3.3设置开放式作业，培养实践能力

在课程开始时，布置创新性产品或工艺的设计，或不同工艺技术对比等为题的开放性课程大作业。设置资料查阅、题目的确定及可行性论证、设计报告终稿陈述等不同层次的作业完成环节。从而对学生进行不同阶段的考核、讲评，以逐步培养学生将理论运用于实践的能力。在课程中增加一定生产视频播放环节，让学生能将书本所学的理论知识与实际生产在感观上建立联系。课程内容的讲授还可结合课程内容，利用学院的仿真系统进行生产过程展示，仿真系统可以较直观、生动地讲解生产过程原理、工艺过程及控制等；从而可有效地激发学生的想象力、创新能力，实现“自主性”、“探究性”学习模式，并还为学生开展毕业设计奠定基础。

3.4增加一定难度的课程任务，培养学生面对困难，解决问题及协作的能力

针对90后学生的自我意识强、协作精神弱和解决问题的能力弱等特点，课程中设置的一定难度开放性题目的课程任务，采取学生分组分工完成模式。实施教师引导，过程考核方式。在此过程中通过小组协作组织方式，培养学生分工协作能力，锻炼遇到问题解决问题的能力，增强面对困难时的心理调节能力，建立批判式讨论模式，发挥大家群策群力，最终形成小组成果。

3.5改革考核模式

在考核方式上，原有的考核方式单一，以结果为导向，存在不能真正考核学生学习效果的问题。所以，在教学方式实施差异化、细化的同时，应该以培养目标和课程育人目标为导向，有目的对原有考核方式进行细化，建立多元化的考核模式，强调过程考核，增加学生互评考核方式，细化考核内容，达到真正以考促效的作用，为更好地指导学生的课程学习和能力培养而服务。

通过以上课程教学模式的改革和实践，特别是我们在生物工程班级进行的教学实践，既达到课程教学目的,也培养了学生的学习兴趣,学生反映良好,对学生的思想政治教育效果明显｡

班世栋,吴鑫颖,胡鹏刚,吴远根,曹文涛,邱树毅.生物工程专业核心课程《生物工艺学原理》的教学实践与思考[J].广东化工,2020,47(08):194-195.

基金:贵州大学本科教学模式改革项目(800470193301).