基于應用型人才培養模式的發酵工程課程改革探索

謝海偉　陳勇智　尹艷　孫鍵　毛露甜

摘? 要：發酵工程課程是一門實踐性強、應用性廣的課程，是生物技術專業必修課程，是理論學習與工程實踐相結合的典型課程。該文重點介紹發酵工程課程教學過程中存在的問題，針對目前教學過程中的問題采取教學改革措施，主要從發酵工程的課程目標建設、教學內容調整、教學體系構建和教學模式革新等方面，對發酵工程課程應用型人才培養模式進行改革探索。通過發酵工程課程教學改革的實施，可以提升學生的工程化、應用型的能力，提高學生的就業競爭力。

關鍵詞：發酵工程；應用型；課程改革；教學模式；就業競爭力

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）17-0135-05

Abstract： Fermentation Engineering is a course with strong practicality and wide application. It is a compulsory course and a typical course combining theoretical learning and engineering practice of biotechnology major. This paper focused on the problems existing in the teaching process of fermentation engineering course， and took teaching reform measures for the problems in the current teaching process. It mainly explored the reform of the training mode of applied talents in fermentation engineering course from the aspects of the construction of Fermentation Engineering course objectives， the adjustment of teaching contents， the construction of teaching system and the innovation of teaching mode. The implementation of fermentation engineering teaching reform could improve students' engineering and application-oriented ability and improve students' employment competitiveness.

Keywords： Fermentation Engineering; application type; curriculum reform; teaching model; employment competitiveness

發酵工程課程是生物技術、生物制藥、生物工程和食品科學與工程等專業的核心課程、必修課程，是理論學習與工程實踐相結合的橋梁與紐帶。本課程教學目的是使學生掌握發酵工程的基本理論知識、最新研究進展和行業發展趨勢，使學生掌握發酵的工藝原理，并可以分析和解決現代發酵工業生產中的具體問題，同時使學生具備菌種分離、篩選、選育和保藏能力，過程控制與優化發酵條件；具有探求發酵工程新工藝、新設備能力；從事發酵工程研發與設計的能力；使學生對發酵過程有一個全面的、具有工程意識的認識；要求學生有一定的自學能力，能自主獲取知識對發酵工程的知識進行系統化，以提高發酵工程實驗動手能力、工程實踐能力。

一? 本?，F有發酵工程課程教學過程中弊端

（一）? 重理論，輕實踐

發酵工程課程涉及微生物學理論、生物技術原理、工程原理和機械設備設計等多學科交叉，是一門技術性、應用性、實踐性較強的綜合性課程。發酵工程的傳統教學模式是主要重視課程理論教學，忽視實踐實驗環節；生物技術專業學生無工科基礎，往往忽略工程原理、工廠設計；教材中理論性內容過多，實踐案例中涉及工程實踐章節，可操作性較差；課堂教學中只講理論，不講工程實踐，導致理論教學和實踐教學存在脫節現象；學生習慣理論知識的學習，理論結合實踐的能力較差，解決生產實踐中存在的問題能力較弱，缺少團隊合作意識等問題[1]。

（二）? 教學模式傳統，缺乏自主學習能力

學生的主動學習能力較差，沒有養成自主學習習慣；課堂教學效果差，教師授課以理論講解為主，采用傳統的PPT課件展示，以板書演示、口頭講解為主，教學內容空洞，現代信息化教育手段應用較少，導致學生缺乏學習興趣；教材內容陳舊、不新穎，理論內容生澀難懂，教材內容更新與生產實踐脫節，導致學生學習興趣不高；課堂教學模式單一，存在滿堂灌現象，與學生互動交流較少，學生被動學習，導致學生學習興趣不高；發酵工程課程思政建設不夠，課程思政內容、課程思政元素、課程思政示范案例融入不順暢，存在生搬硬套現象，導致學生學習興趣不高。

（三）? 課程考核體系不科學

發酵工程課程考核方式不夠科學，重結果、輕過程，目前主要采用傳統的期末閉卷考試形式，雖有過程性考核，但過程性考核單一、比例較低，平時成績占比30%，期末成績占比70%；考核環節主要以期末考試試卷形式考核，主要考理論知識，實踐綜合題型較少；平時過程性考核形式單一，實踐操作性環節較少。目前的考核方式不適應發酵工程課程應用性強的特點，不利于培養學生創造性的能力，不能滿足工程化教育認證指標的要求[2]。

二? 發酵工程課程目標的確定

在工程教育認證的背景下，面對發酵工程課程教學中存在的問題，急切需要對發酵工程課程進行教學模式創新，以提高課程教學質量，提升學生對發酵工程課程的學習積極性，從而實現課程目標支撐畢業要求，實現生物技術專業人才培養目標的達成。

根據工程教育專業認證的“學生中心，產出導向，持續改進”理念，發酵工程的課程目標應該以畢業要求為導向，根據畢業要求的具體指標點來設計課程目標。所有教學環節（課堂教學模式、教學設計、教學實施、教學考核及教學評價）均圍繞課程目標來進行，并基于課程目標達成度進行持續改進。

生物技術專業學生的培養目標包括系統掌握生命科學的基礎理論、基本知識及基本技能，熟悉生物技術產業及其相關方針、政策和法規，能在生物醫藥與健康、食品、現代農業等行業從事與生物技術相關的生產管理與質量監控、應用技術與開發等工作，具有創新精神的高素質應用型人才。

課程體系設置要能滿足培養目標達成、畢業要求達成，明確發酵工程課程在生物技術專業人才培養中的作用。結合工程教育認證的要求，對發酵工程課程教學大綱進行了重新修訂，明確課程教學目標與課程目標、畢業要求的支撐關系，使課程目標從“傳授知識”轉變為“培養能力”，為能力培養的課程評價方法提供依據。完成生物技術專業人才培養目標達成度調查報告、生物技術專業畢業要求達成度調研報告、課程目標達成度調研報告，三者有機結合，相互支撐，實現應用型人才培養達成。發酵工程課程設置4個課程目標。

目標1：掌握發酵工業所必需的理論知識和實踐技能，能運用所學的知識對發酵工程領域中問題進行分析，并解決工程應用問題。

目標2：熟練運用發酵工程的基本理論，理論結合實踐，培養學生“工程化”知識理念；培養學生解決實踐遇到問題的能力。

目標3：加強實踐技能訓練與培訓，使學生學會發酵設備、儀表、儀器的使用和工藝流程操作，具備較強的實操能力。

目標4：使學生樹立正確的自然觀、發展觀、生命觀及生態保護觀念、工程理念，培養學生的社會責任感和擔當，培養學生的家國情懷。

三? 發酵工程課程教學內容優化

堅持選擇國家規劃教材，使用優質教材，根據惠州學院人才培養的實際需要，發酵工程課程組選用余龍江教授主編的《發酵工程原理與技術應用》作為教材，并對選用教材的知識體系、結構框架和教材內容進行歸納、模塊化整理。通過以“學生為中心，產出為導向”的理念，對發酵工程教學大綱進行重新修訂，融入課程思政元素；以選用教材為基本授課框架，結合最新課程前沿，對教材的內容進行適度的增減，把與學生專業發展、就業技能不相關的內容進行刪除，把與學生專業發展和就業需求關系密切的內容進行增加。教學內容緊跟前沿，聯系生產實際，注重發酵工程方面新研究成果的融合。同時，課程實踐教學結合工業發酵生產應用，使學生了解發酵工業行業的新興科學技術。

余龍江主編的《發酵工程原理與技術應用》教材，共分16章，以現代發酵工業應用為主線，以系統介紹發酵工業所必需的基本理論和基本實踐知識為框架，我們將發酵工程內容分成七個模塊：模塊1——菌種選育；模塊2——發酵原料；模塊3——發酵過程；模塊4——產物分離；模塊5——廢物處理；模塊6——發酵實驗；模塊7——發酵實例。如圖1所示。

按照發酵工程模塊化課程建設分類：模塊1——菌種選育，包括第2章工業微生物菌種；模塊2——發酵原料，包括第3章發酵工業的培養基設計、第4章無菌技術；模塊3——發酵過程，包括第5章種子擴大培養、第6章發酵動力學、第7章氧的供需、第8章發酵生理及其過程控制、第9章發酵罐的放大與設計；模塊4——產物分離，包括第11章發酵產品的提取與精制；模塊5——廢物處理，包括第12章發酵工業的清潔生產、第14章發酵經濟學；模塊6——發酵實驗，包括第4章發酵工業無菌技術、第10章基因工程菌發酵、第13章發酵工廠設計；模塊7——發酵實例，包括第15章發酵產品生產原理與技術應用、第16章發酵工程在現代發酵工業中的應用。在給學生授課時，將現有教材進行分模塊教學，按照現代發酵工業產業需求，進行知識結構分類，可以使得學生在接受發酵工程知識體系更合理、更全面，有利于學生對發酵工程實踐操作，掌握發酵工程理論與實踐。

四? 現代教學手段、教學模式的運用

（一）? 線上、線下同步課堂

受新型冠狀病毒感染疫情影響，2021年第1學期開學部分學生未能返校，為保證教學工作能夠正常開展，實施常規的課堂教學與線上教學相結合的同步授課方式是非常必要的[3]。針對疫情導致的突發狀況，發酵工程課程組做好了多種應急教學手段，一是課程組通過超星爾雅網絡課程平臺——學習通建立了發酵工程在線教學課程，及時上傳教案、課件、教學視頻和教學資料等，學生可以通過自建發酵工程在線教學課程進行課前預習、課中練習、課后復習，解決未返校學生的學習問題；二是在進行常規課堂教學時，實施同步視頻直播，可以兼顧返校生與未返校生，這要求學校提供相應的教學設備，可以通過騰訊會議、釘釘會議等實現線上線下同步授課，教學效果較好[4]。

（二）? 翻轉課堂

在發酵工程教學中嘗試了翻轉課堂教學模式[5]。在教學中引入基于超星爾雅教學平臺，通過課前的教學資料、教學視頻、教學動畫等讓學生自學完成課程基本知識的預習；利用課中的研討交流來幫助學生實現知識內化；利用課后復習練習加深鞏固知識的全新教學理念和方式，體現了教師的教學主導性及學生學習的主體性。發酵工程翻轉課堂具體實施過程：首先制作教學課件、錄制教學視頻，課件與教學視頻是發酵工程翻轉課堂的重要載體，直接影響學生課前預習知識傳遞和課內教學活動的效果。其次要選擇合適的在線學習平臺，發酵工程采用超星爾雅教學平臺，發酵工程課程組構建了基于學習通的課程教學平臺[6]。實施翻轉課堂中組織和利用學習通教學平臺的功能見表1。

最后，學生在課堂上的學習效果，要以學生PPT匯報、小組研討、心得體會為主要形式體現，采取小組交流學習、案例討論等教學方法，師生在雙向的交流協作中完成教學任務?；趯W習通平臺的翻轉課堂在發酵工程課程中的應用模式，如圖2所示。

（三）? 發酵工程實操與虛擬仿真實驗室平臺協同教學模式

發酵工程虛擬仿真實驗教學資源建設，主要是借助現代計算機和網絡技術對虛擬仿真實驗教學進行優化，能夠充分滿足現代發酵工業發展需求。發酵工程虛擬仿真實驗資源主要來自國家虛擬仿真實驗教學項目共享服務平臺（http：//www.ilab-x.com/），其中可共享的實驗中心有2 079個，以及網上公開共享平臺（https：//bfe.hist.edu.cn/jxzy/fzjxzy.htm）等。虛擬仿真實驗教學可以解決發酵工程實操制約因素，在發酵工程真實的實驗環境中，由于受到材料質量、外部環境和實驗設備、實驗操作人員的素質等各項因素的影響，在重復性和熟練操作上不如虛擬仿真實驗[7]。加大對發酵工程虛擬仿真實驗教學資源建設的力度，利用信息化教學和實驗模擬能夠充分發揮現代信息化技術優勢，提升實驗的準確度、重復性、針對性，實現發酵工程的現代化教學。在對發酵工程課程虛擬仿真實驗教學優化時，要從教學內容安排、教學單元制定、授課模式和設備使用等多方面考慮[8]。為保證模擬仿真教學效果，學生應提前預習基礎實驗操作過程、實驗原理、實驗設備構造與運行、實驗技術和工藝流程等基本實驗操作環節。虛擬仿真實驗與發酵工程實操結合具有協同效果，學生進行虛擬仿真實驗后再進行實體實驗，具有良好的學習效果，主要表現在：虛擬實驗可以降低學生在實際操作中產生的心理恐懼感。如，發酵工程實驗中涉及的高溫蒸汽、高壓氣體、高壓設備和復雜管路系統。虛擬仿真實驗可以對關鍵實驗進行反復操作，熟練操作后，大大減少了誤操作的次數。虛擬仿真實驗操作更逼真，更接近實際場景，通過虛擬實驗訓練以后，學生對實驗原理和操作步驟的掌握，遠比以前通過文字講解學習要扎實得多，在實驗操作中出現錯誤的次數明顯減少。虛擬實驗大大減輕了學生實驗過程中對老師的依賴，提高了自主完成實驗的自信心[9]。

五? 結束語

應用型本科院校人才培養的目標與方向是將創新性、應用性的人才培養目標與地方經濟特色及社會需求相結合，并根據學校自身辦學條件和科學研究情況，不斷調整學科方向、專業設置及相關課程的教學內容，重點使學生養成創新性、應用性、工程化的能力素質，不斷提高學生的社會實踐能力與就業競爭力。目前，在工程教育認證背景下，結合學校生物技術專業人才培養目標和就業需求[10]，對發酵工程課程進行課程綜合改革，包括教學課程目標、教學內容、教學模式等。教師要轉變教學理念，將以“成果導向、學生中心、持續改進”的教學理念融入到整個教學環節過程中去，提升本課程的教學效果，達到工程教育認證標準，更好促進學生能力素質的提升。發酵工程是一門實踐型、應用型、工程化較強的課程，探索發酵工程課程教學改革是提高應用型人才培養落地的重要舉措[11]。作為發酵工程課程組教學團隊的一名教師，要不斷提高自身的綜合素質，夯實專業知識，要加強與企業聯系，進行聯合技術攻關，提升自身工程化能力素養；要根據專業特色和學科前沿最新進展，及時進行課程內容的調整；要結合現代信息化的教育技術手段，虛擬仿真與現實實操相結合，讓理論和實踐結合，使學生學到最新專業知識，鍛煉實踐技能，提高專業素養。

參考文獻：

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