楊翠鳳

（百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西百色 533000）

發(fā)酵工程是一項利用細菌、真菌、放線菌、酵母菌等各類微生物的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種初級或次級代謝產(chǎn)物（如氨基酸、蛋白酶、纖維素酶、抗生素等） 的工程技術(shù)，而發(fā)酵工程實驗是生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生實踐技術(shù)的重要環(huán)節(jié)?！鞍l(fā)酵工程實驗”課程旨在培養(yǎng)學(xué)生將“發(fā)酵工藝學(xué)”“酶工程”“微生物學(xué)”等課程所學(xué)的基本原理用于分析和解決實際問題的能力[1-2]?！鞍l(fā)酵工程實驗”將使學(xué)生在學(xué)習微生物學(xué)，生物化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)理論的基礎(chǔ)上，加深對發(fā)酵工藝基本概念的認識，通過一些典型的傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品如風味酸奶的制作、甜酒的制作，加深對發(fā)酵工程基本原理的認識，通過開展上下游發(fā)酵工程技術(shù)相關(guān)的綜合實驗和實踐實訓(xùn)，鞏固學(xué)生系統(tǒng)運用發(fā)酵原理知識結(jié)合發(fā)酵技術(shù)方法進一步融合靈活運用的技能，通過一系列的實踐和實訓(xùn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。因此，通過“發(fā)酵工程實驗”課程的學(xué)習，不僅可以讓學(xué)生鞏固了發(fā)酵工程學(xué)的基本知識，還能進一步鞏固和掌握實驗操作技能。

項目教學(xué)法是指在教學(xué)過程中，任課教師或?qū)W生自主根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置課程項目，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生將課程內(nèi)容項目以團隊形式完成，在開展與實施過程中，學(xué)生需要了解項目的背景來源，需要進行項目信息的收集，需要進行項目方案（可行性分析） 的設(shè)計等，而通過項目的開展與實施全過程，加深和掌握了在項目實施過程過程涉及的每一個環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)理論知識和所需掌握的基本技能要求。因此，項目教學(xué)法應(yīng)用于課程教學(xué)最顯著的特點是以實施項目為主線，以學(xué)生作為主體，教師則作為引導(dǎo)者[3]。

“發(fā)酵工程實驗”課程是應(yīng)用于生物科學(xué)專業(yè)的必修課，通過“發(fā)酵工程實驗”課程使學(xué)生深入領(lǐng)會發(fā)酵工程的基本原理和基本知識，在實驗課中達到理論與實踐的結(jié)合[4-5]。因此，課程的學(xué)習目的是使學(xué)生掌握發(fā)酵工程的基本操作流程、常用儀器設(shè)備的使用方法與原理，并具有初步解決相應(yīng)問題的能力。培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生在發(fā)酵領(lǐng)域的基本實驗技能，為從事生產(chǎn)實踐奠定良好實驗技能基礎(chǔ)。項目教學(xué)法根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置課程項目，是一種以項目為主線，以學(xué)生分組形式開展實施，突出以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法。該教學(xué)方法的實施過程包括了項目選擇、資料收集、方案設(shè)計、方案實施、結(jié)果分析和方案評價等[6]。例如，將項目教學(xué)法應(yīng)用在“發(fā)酵工程實驗”課程教學(xué)當中，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、良好的實驗素質(zhì)，以及分析問題和解決問題的工作能力，具有十分重要的應(yīng)用價值。

項目教學(xué)法實施的基本流程見圖1。

圖1 項目教學(xué)法實施的基本流程

1 “發(fā)酵工程實驗”課程特點

“發(fā)酵工程”與“發(fā)酵工程實驗”課程是生物技術(shù)專業(yè)重要的核心課程。發(fā)酵工程是一項利用細菌、真菌、放線菌、酵母菌等各類微生物的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種初級或次級代謝產(chǎn)物（如氨基酸、蛋白酶、纖維素酶、抗生素等） 的工程技術(shù)，而發(fā)酵工程實驗是學(xué)生實踐技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。

從廣義上講，“發(fā)酵工程實驗”內(nèi)容亦可根據(jù)發(fā)酵工程理論知識點分劃分為三大主要學(xué)習內(nèi)容：即上游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容、中游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容和下游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容。“發(fā)酵工程實驗”課程的學(xué)習內(nèi)容主要有包括了自然界中優(yōu)良菌種選育與保藏，如紫外線誘變育種抗藥性菌株的篩選、芽孢桿菌的原生質(zhì)體融合；發(fā)酵過程最佳發(fā)酵條件參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化（溫度、pH 值、營養(yǎng)組成等），如納豆激酶固體發(fā)酵條件的優(yōu)化、種子培養(yǎng)基的設(shè)計與篩選、孟加拉紅培養(yǎng)基的制備、伊紅- 美藍培養(yǎng)基的制備；以上實驗內(nèi)容屬于上游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容。中游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容是在以上游發(fā)酵工程內(nèi)容為前提，研究在發(fā)酵罐中培養(yǎng)細胞和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)，包括無菌環(huán)境的嚴格控制工藝技術(shù)、無菌空氣的制備及過濾技術(shù)、控制微生物細胞生長的加料自動控制技術(shù)，以及在大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)前的發(fā)酵罐實驗動力學(xué)模型構(gòu)建等。下游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容主要是針對大規(guī)模發(fā)酵罐中發(fā)酵液中細胞的分離和代謝產(chǎn)物純化和產(chǎn)品研發(fā)的合成技術(shù)，如米曲霉固體發(fā)酵生產(chǎn)蛋白酶、黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸、大腸埃希菌液體發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白；紅芝液體發(fā)酵生產(chǎn)多糖、固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶、青霉素的仿真發(fā)酵生產(chǎn)、紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)等。由于實驗內(nèi)容的特殊性，下游發(fā)酵工程實驗技術(shù)內(nèi)容通?？山Y(jié)合另一門課程“生化分離技術(shù)”一起來學(xué)習。

綜上所述，各個學(xué)校會根據(jù)自身教學(xué)實驗平臺及教學(xué)能力有選擇地設(shè)置符合自身辦學(xué)能力的課程內(nèi)容，同時可結(jié)合教學(xué)實踐基地的參觀教學(xué)和實踐教學(xué)來靈活設(shè)置教學(xué)課時和教學(xué)內(nèi)容，百色學(xué)院的生物技術(shù)專業(yè)“發(fā)酵工程實驗”課程開設(shè)內(nèi)容以上游發(fā)酵工程試驗技術(shù)內(nèi)容居多。

2 項目教學(xué)法的應(yīng)用策略

2.1 項目分層次設(shè)計

項目教學(xué)法是以學(xué)生為主體，通過開展項目的形式系統(tǒng)地開展某一門課程或者章節(jié)的教學(xué)。“發(fā)酵工程實驗”課程的教學(xué)對象多為生物技術(shù)專業(yè)或者食品科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，這些學(xué)生當中，有部分學(xué)生會選擇繼續(xù)讀研深造，部分學(xué)生則選擇畢業(yè)找工作。因此，根據(jù)不同班級學(xué)生畢業(yè)去向及擇業(yè)意向，通常可將學(xué)生分為3 個層次。第一層次學(xué)生是屬于考研層次，針對該層次學(xué)生，教師應(yīng)鼓勵或者引導(dǎo)這部分學(xué)生選擇難度較大的項目來完成課程考核。第二層次學(xué)生屬于畢業(yè)從事本專業(yè)工作的職業(yè)層次，教師應(yīng)引導(dǎo)這部分學(xué)生選擇較為基礎(chǔ)但較為全面系統(tǒng)的課程項目來開展教學(xué)。第三層次學(xué)生屬于畢業(yè)不從事本專業(yè)工作的基礎(chǔ)層次，針對這部分學(xué)生，教師可應(yīng)該學(xué)生選擇基礎(chǔ)但內(nèi)容完整的項目來實踐教學(xué)內(nèi)容。

分層次設(shè)計教學(xué)項目見圖2。

圖2 分層次設(shè)計教學(xué)項目

2.2 項目前期準備

根據(jù)不同層次學(xué)生分組情況，按照不同難度的項目內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生選擇適合的教學(xué)項目。如難度較大的項目有“芒果膠孢炭疽菌拮抗菌的篩選及其生物學(xué)特性分析”“甘蔗內(nèi)生固氮菌的篩選及其生物學(xué)特征分析”等；難度適中的教學(xué)項目有“纖維素酶產(chǎn)生菌的篩選及分子鑒定”“蛋白酶產(chǎn)生菌的分離、篩選與鑒定”等；基礎(chǔ)項目有“不同發(fā)酵條件制備甜酒釀”“釀酒酵母發(fā)酵條件的優(yōu)化”等。

項目前期準備見圖3。

圖3 項目前期準備

2.3 項目實施與開展

通過不同就業(yè)意向選擇不同難度的教學(xué)項目來開展實施，發(fā)現(xiàn)第一層次和第二層次學(xué)生動手操作能力和思維活躍能力更強，即使遇到從未接觸到的實驗內(nèi)容或?qū)嶒灱夹g(shù)，亦能通過觀看教學(xué)視頻或查閱文獻資料或請教教師，進而自主探索完成，因此項目完成質(zhì)量更高。第三層次學(xué)生選擇的項目雖然較為基礎(chǔ)，但是在自身興趣驅(qū)動下，實施過程團隊成員協(xié)作順利，遇到問題能夠及時與教師溝通完成，因此也取得較好的教學(xué)效果。

項目教學(xué)實施過程見圖4。

圖4 項目教學(xué)實施過程

2.4 項目結(jié)果與評價

以學(xué)生開展“產(chǎn)纖維素酶菌株的分離篩選及其發(fā)酵條件優(yōu)化”項目為例，學(xué)術(shù)小組為了篩選獲得產(chǎn)纖維素酶的菌株，設(shè)計了“產(chǎn)纖維素酶菌株的分離篩選及其發(fā)酵條件優(yōu)化”的實驗項目，以食用菌菌渣堆漚的土壤為樣品，使用剛果紅平板法篩選產(chǎn)纖維素酶細菌，并采用3,5 - 二硝基水楊酸（DNS） 分析其產(chǎn)酶活力。經(jīng)過反復(fù)篩選，最終獲得1 株產(chǎn)纖維素酶的菌株，經(jīng)形態(tài)觀察和對不同接種量、不同裝瓶量對纖維素酶的影響進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該菌株產(chǎn)纖維素酶較強，最合適的接種量為2%，在搖瓶發(fā)酵中，發(fā)現(xiàn)裝瓶量越少，傳氧系數(shù)越大。

在整個項目實施過程中，發(fā)現(xiàn)該小組成員團隊合作能力強，積極主動開展項目各項實驗，遇到問題會第一時間向教師反饋，同時會先查找相關(guān)文獻資料，再和指導(dǎo)教師討論方案，實驗過程中亦是反復(fù)摸索，該小組項目內(nèi)容的難點是采用3,5 - 二硝基水楊酸（DNS） 測定菌株產(chǎn)纖維素酶的酶活力，涉及配制的藥品和試劑均較繁瑣，因此對學(xué)生的實踐操作能力、手眼協(xié)調(diào)能力均要求較高，此外還需要學(xué)生有足夠的耐心和細心。該項目的完成進一步培養(yǎng)了學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及良好的實驗素質(zhì)，同時提升了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3 項目教學(xué)法應(yīng)用的注意事項

將項目教學(xué)法應(yīng)用于類似于實驗課程或?qū)嵺`實訓(xùn)課程，教師可作為學(xué)生學(xué)習過程中的引導(dǎo)者和指導(dǎo)者，確定好項目內(nèi)容后，鼓勵學(xué)生作為學(xué)習主體，在自主設(shè)計實驗實施方案的同時，根據(jù)存在的不足繼續(xù)完善實施方案和技術(shù)路線，不斷地發(fā)散思維，讓團隊成員加強團隊溝通和協(xié)調(diào)能力，勇于嘗試，大膽地去創(chuàng)新并為之探索，積極尋求解決項目實施過程中遇到各種難題的途徑。因此，教學(xué)的目的已不僅僅是為了課程結(jié)果或者實驗結(jié)果，而是更注重學(xué)生探索實施課程項目的整個過程，通過完整項目的實施與完成，通過各個環(huán)節(jié)的設(shè)計、參與和實施，使得學(xué)生更進一步地加深了和鞏固了項目各個環(huán)節(jié)開展過程中涉及的基礎(chǔ)理論知識和操作技能技術(shù)。

通過將項目教學(xué)法在百色學(xué)院2019 級生物技術(shù)專業(yè)“發(fā)酵工程實驗”課程中的應(yīng)用情況反饋來看，發(fā)現(xiàn)采用項目教學(xué)法的教學(xué)模式更能鍛煉學(xué)生的動手實踐操作能力，同時提高了學(xué)生的主觀能動性及解決問題和分析問題的能力。在開展該教學(xué)方法的同時應(yīng)注意以下2 點：第一，不能將所有課時用來開展項目教學(xué)，應(yīng)用該教學(xué)模式之前，應(yīng)開展6～8 個課時的實驗基礎(chǔ)課，讓學(xué)生掌握扎實地實驗技術(shù)再開展；第二，學(xué)生是項目實施的主體，教師是項目實施的主導(dǎo)，在項目實施過程中，教師應(yīng)及時關(guān)注項目的實施動態(tài)及學(xué)生在項目實施過程中遇到的難題，及時讓學(xué)生反饋和匯報項目實施過程中取得的結(jié)果，并提前做好下一步項目內(nèi)容的實施計劃。

4 結(jié)語

項目教學(xué)法體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，適合運用在各專業(yè)課程教學(xué)當中，因此具有十分重要的應(yīng)用價值。在實際運用時，應(yīng)根據(jù)教學(xué)平臺、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象的不同，因材施教，還可以與層次教學(xué)法、OBE 教學(xué)法等其他教學(xué)方法結(jié)合使用。通過實施項目教學(xué)法，最終的教學(xué)目的是促進學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和提升學(xué)生的職業(yè)技術(shù)能力，發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，同時進一步提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力，以及學(xué)生實踐能力和團隊寫作合作能力，實現(xiàn)學(xué)生的綜合全面發(fā)展。