摘 要 創(chuàng)新能力是當(dāng)代大學(xué)生勝任國(guó)家發(fā)展和民族復(fù)興重任的重要素質(zhì)，高校應(yīng)高度重視大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！鞍l(fā)酵工程”是面向生物工程專業(yè)本科生開設(shè)的綜合性專業(yè)課程，其教學(xué)效果將直接影響學(xué)生的綜合素質(zhì)?；诖耍瑢⒔虒W(xué)過程與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練融合，依據(jù)課程知識(shí)體系和特征設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)方法，探索增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和專業(yè)自信、提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的“發(fā)酵工程”課程教學(xué)改革措施，以期為培養(yǎng)具有強(qiáng)基礎(chǔ)、厚實(shí)踐素質(zhì)的創(chuàng)新人才提供參考。

關(guān)鍵詞 發(fā)酵工程；創(chuàng)新素質(zhì)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.25.036

Teaching Reform of "Fermentation Engineering" Course Based on

College Students' Innovation Training Guidance

CUI Peiwu， TAN Zhaoyang， LIU Xiangqian

（College of Pharmacy， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha， Hunan 410208）

Abstract Innovation ability is an important quality for contemporary college students to shoulder the responsibility of national development and national rejuvenation， and universities should attach great importance to the cultivation of college students' innovation ability. Fermentation Engineering "is a comprehensive professional course designed for undergraduate students majoring in biotechnology， and its teaching effectiveness will directly affect students' overall quality. Based on this， the teaching process will be integrated with innovation training for college students， and corresponding teaching methods will be designed according to the course knowledge system and characteristics. The "Fermentation Engineering" course teaching reform measures will be explored to enhance students' learning initiative and professional confidence， improve their professional quality and innovation ability， in order to provide reference for cultivating innovative talents with strong foundation and practical qualities.

Keywords fermentation engineering; innovation quality; teaching reform

面對(duì)新形勢(shì)下的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要性和迫切性更加突出，因此，肩負(fù)人才培養(yǎng)重任的高校應(yīng)更加重視創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。我國(guó)早在2007年便啟動(dòng)了大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并將其作為國(guó)家實(shí)施“高等教育質(zhì)量工程”的重要內(nèi)容和教育部推動(dòng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工作的重要改革措施[1]。啟動(dòng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的主要目的在于加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新素質(zhì)的提升[2-3]。創(chuàng)新訓(xùn)練的前提在于掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)用專業(yè)理論和實(shí)踐技能的升華。生物工程技術(shù)已廣泛滲透到醫(yī)藥、食品、環(huán)保、能源、化工、材料等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，并逐步成為推動(dòng)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的重要?jiǎng)恿?，因此，生物工程專業(yè)人才的培養(yǎng)將對(duì)于社會(huì)和諧發(fā)展和國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力提升發(fā)揮重要作用?！鞍l(fā)酵工程”是生物工程專業(yè)的特色專業(yè)課程，課程以運(yùn)用生物學(xué)和工程學(xué)技術(shù)充分挖掘和利用生物細(xì)胞代謝潛力實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物高效、綠色合成的相關(guān)知識(shí)為特色，為升華學(xué)生生物工程專業(yè)思想、提升學(xué)生專業(yè)技能的關(guān)鍵課程[4-5]，因此，本課程教學(xué)過程中學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生專業(yè)技能和綜合素質(zhì)的提升非常重要。

1 “發(fā)酵工程”課程的性質(zhì)及教學(xué)要求

“發(fā)酵工程”是面向生物工程等相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)的必修專業(yè)課，也是一門實(shí)踐特征很強(qiáng)的應(yīng)用型課程。本課程是傳授生物工程技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室水平放大至生產(chǎn)規(guī)模所需相關(guān)知識(shí)和技能的核心課程，以發(fā)酵工藝流程為主線，要求學(xué)生系統(tǒng)掌握發(fā)酵工業(yè)菌種的選育、培養(yǎng)與保藏和好氧、厭氧發(fā)酵工藝的設(shè)計(jì)、調(diào)控與管理等相關(guān)知識(shí)和實(shí)踐技能，同時(shí)具備從分子、細(xì)胞、個(gè)體、群體角度去分析發(fā)酵原理及機(jī)制的相關(guān)技能，并能跟蹤生物工程行業(yè)前沿動(dòng)態(tài)、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題并思考和設(shè)計(jì)解決方案，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐素質(zhì)、職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力的協(xié)同培養(yǎng)?；谏鲜稣n程性質(zhì)和教學(xué)要求，在教學(xué)環(huán)節(jié)務(wù)必時(shí)刻重視學(xué)生工程素質(zhì)和思維的訓(xùn)練，通過教學(xué)過程的科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)興趣的提升和專業(yè)思維的發(fā)散訓(xùn)練，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提升，尤其要注重抽象知識(shí)的形象化以及知識(shí)載體的設(shè)計(jì)[6-8]。

2 基于大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練引導(dǎo)的“發(fā)酵工程”課程教學(xué)改革策略

2.1 課程改革思路、教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)效果評(píng)價(jià)方法

“發(fā)酵工程”課程的主要特征在于課程知識(shí)的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性，故本課程的教學(xué)改革思路以提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，教學(xué)設(shè)計(jì)著重思考將相關(guān)素質(zhì)訓(xùn)練的目標(biāo)融入課程教學(xué)過程。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練是升華學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)、強(qiáng)化創(chuàng)新能力訓(xùn)練的重要途徑，也是本課程教學(xué)效果的重要體現(xiàn)，故應(yīng)在課程教學(xué)過程中主動(dòng)思考、融入大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練意識(shí)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新訓(xùn)練助推學(xué)習(xí)效果提升，專業(yè)素質(zhì)與創(chuàng)新能力同步培養(yǎng)的效果。

本課程教學(xué)過程采用知識(shí)背景導(dǎo)入、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)要求和效果反饋的四環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)模式，以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐融入、技術(shù)與工程結(jié)合的科教融合式教學(xué)。知識(shí)背景導(dǎo)入旨在引導(dǎo)學(xué)生了解、熟悉本課程相關(guān)知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)課程知識(shí)的立體化認(rèn)識(shí)和理解，培養(yǎng)主動(dòng)關(guān)注、發(fā)現(xiàn)專業(yè)問題并思考解決方案的學(xué)習(xí)習(xí)慣?！鞍l(fā)酵工程”課程知識(shí)源于青霉素的規(guī)?；a(chǎn)，現(xiàn)已擴(kuò)展到各種生物制品、天然藥物、生物醫(yī)學(xué)材料等各種大分子、小分子及細(xì)胞產(chǎn)品的合成和制備領(lǐng)域，通過對(duì)此類產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的介紹可引導(dǎo)學(xué)生快速理解學(xué)習(xí)本課程的目的、要求和課程內(nèi)容，同時(shí)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)體現(xiàn)在對(duì)知識(shí)背景導(dǎo)入環(huán)節(jié)相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的總結(jié)、梳理和分析，進(jìn)而呈現(xiàn)各章節(jié)知識(shí)之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)本課程知識(shí)內(nèi)容“菌→培養(yǎng)→放大→過程調(diào)控→過程管理→下游工藝”知識(shí)主線的深刻認(rèn)識(shí)，對(duì)課程學(xué)習(xí)的意義及課程知識(shí)內(nèi)容設(shè)計(jì)等方面理解也進(jìn)一步加強(qiáng)。學(xué)生了解課程知識(shí)內(nèi)容后，要進(jìn)一步明確對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)要求，同時(shí)教師在教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)聯(lián)系課程知識(shí)相關(guān)的行業(yè)難題，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、發(fā)現(xiàn)自己的興趣和特長(zhǎng)，量身定制學(xué)習(xí)方法，同時(shí)在實(shí)施過程中及時(shí)與任課教師、同學(xué)溝通交流，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果和效率的協(xié)同提升。

本課程教學(xué)目標(biāo)重在實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐素質(zhì)、創(chuàng)新能力的協(xié)同訓(xùn)練和提升，故針對(duì)課程的考核評(píng)價(jià)方法也應(yīng)在上述各方面有所體現(xiàn)，基于此，本課程的教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)合了課程考試成績(jī)（50%）、與課程知識(shí)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、訓(xùn)練成果及創(chuàng)新思維評(píng)價(jià)（30%）、個(gè)人職業(yè)發(fā)展規(guī)劃的再設(shè)計(jì)（10%）、對(duì)本課程的認(rèn)識(shí)與反思（10%）等內(nèi)容，這樣可實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)參與度、主動(dòng)性的顯著提升，學(xué)生會(huì)主動(dòng)、理性思考自己的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并對(duì)課程學(xué)習(xí)過程中仍未解決的問題提出新的見解。

2.2 本課程教學(xué)過程中大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的融入策略

結(jié)合本教學(xué)設(shè)計(jì)和課程知識(shí)鏈條，可將“發(fā)酵工程”課程教學(xué)目標(biāo)細(xì)化為學(xué)習(xí)、掌握具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的微生物菌種挖掘及選育，微生物培養(yǎng)及發(fā)酵方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施方法及調(diào)控，發(fā)酵工藝過程的控制、放大和產(chǎn)品的下游處理工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的原理、知識(shí)及實(shí)踐技能和創(chuàng)新素質(zhì)。教師基于此教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生在了解課程相關(guān)知識(shí)背景和發(fā)酵工程技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用背景的基礎(chǔ)上聯(lián)系行業(yè)發(fā)展難題主動(dòng)思考，啟發(fā)科研選題思維，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)在學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練選題方面的內(nèi)化。如以抗菌藥研發(fā)為例，可由Alexander Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素的科研故事導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)于抗菌藥研發(fā)的重要性，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生圍繞高活性抗菌化合物生產(chǎn)菌株的分離和選育、目標(biāo)菌株合成抗菌化合物的培養(yǎng)基優(yōu)化及發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)、發(fā)酵過程調(diào)控及放大、目標(biāo)產(chǎn)物的分離提取工藝設(shè)計(jì)為思路進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練課題的設(shè)計(jì)，尤其在面對(duì)突發(fā)流行性疾病、超級(jí)細(xì)菌等新威脅的挑戰(zhàn)時(shí)要有敢于勇?lián)厝?、以過硬的專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)新素質(zhì)戰(zhàn)勝各種困難的決心和毅力。經(jīng)過多個(gè)知識(shí)章節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)課程知識(shí)鏈條的系統(tǒng)化理解，同時(shí)相關(guān)內(nèi)容對(duì)于實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的重要性也深入腦海。此外，大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練也可為教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)提供更豐富的素材，賦予課程知識(shí)點(diǎn)新的活力和載體。如在培養(yǎng)基設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)過程中，教師可充分對(duì)比微生物發(fā)酵產(chǎn)生氨基酸和微生物發(fā)酵合成茯苓三萜兩種發(fā)酵工藝過程中目標(biāo)產(chǎn)物合成途徑的差異，以及對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求的異同，使學(xué)生深刻理解培養(yǎng)基設(shè)計(jì)思路，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生物化學(xué)課程的“氨基酸代謝”和“次級(jí)代謝”相關(guān)章節(jié)知識(shí)，達(dá)到了專業(yè)思維發(fā)散同步訓(xùn)練的效果?；谏鲜稣n程教學(xué)設(shè)計(jì)，本團(tuán)隊(duì)執(zhí)教的“發(fā)酵工程”課程逐步成為生物工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)熱度快速上升的課程，也成為學(xué)生在就業(yè)、升學(xué)等環(huán)節(jié)關(guān)注熱度最高的學(xué)科領(lǐng)域。筆者認(rèn)為與學(xué)生成長(zhǎng)關(guān)聯(lián)度最高的教學(xué)設(shè)計(jì)重在寓學(xué)于樂、學(xué)以致用、教學(xué)相長(zhǎng)和情懷育人，故課程背景知識(shí)的導(dǎo)入和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練與課程教學(xué)內(nèi)容的密切結(jié)合非常必要。

3 “發(fā)酵工程”課程衍生的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練設(shè)計(jì)及育人效果分析

3.1 “發(fā)酵工程”課程衍生的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練設(shè)計(jì)

“發(fā)酵工程”課程的實(shí)踐性、應(yīng)用性特征非常適合進(jìn)行大學(xué)生訓(xùn)練設(shè)計(jì)，結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練又可加深學(xué)生對(duì)該課程知識(shí)鏈條的理解，故將本課程教學(xué)過程與大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，可望成為強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)素質(zhì)提升和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新嘗試。培養(yǎng)基設(shè)計(jì)和發(fā)酵調(diào)控是“發(fā)酵工程”課程知識(shí)鏈條中的重要內(nèi)容，為由出發(fā)菌株合成目標(biāo)產(chǎn)物的必要環(huán)節(jié)，如單獨(dú)從微生物的營(yíng)養(yǎng)需求、培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的合理組合、發(fā)酵過程對(duì)發(fā)酵參數(shù)的調(diào)控等角度介紹相關(guān)知識(shí)，很容易讓學(xué)生感到枯燥，也難以理解本部分知識(shí)的重要性?；诖?，本團(tuán)隊(duì)在教學(xué)過程中結(jié)合藥用真菌茯苓活性物質(zhì)茯苓三萜的合成途徑及規(guī)律分析等知識(shí)載體，引導(dǎo)學(xué)生分析采用發(fā)酵工程技術(shù)合成藥用真菌活性物質(zhì)的必要性及難點(diǎn)，繼而進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步通過專業(yè)文獻(xiàn)的梳理、解決專業(yè)問題所需的思維發(fā)散訓(xùn)練等實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效率的同步提升，且同步實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)生物工程專業(yè)所學(xué)課程的有機(jī)整合，尤其在有關(guān)微生物菌株分離、選育、培養(yǎng)、生化代謝調(diào)控、目標(biāo)基因挖掘及重組表達(dá)等方面形成了較完整的知識(shí)體系。

3.2 以大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練引導(dǎo)的“發(fā)酵工程”課程教學(xué)效果分析

“發(fā)酵工程”課程的實(shí)踐性、應(yīng)用性特征決定了其教學(xué)效果將直接影響學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力訓(xùn)練，因此本課程的教學(xué)效果評(píng)價(jià)必須兼顧到學(xué)生的課程成績(jī)、專業(yè)素質(zhì)與創(chuàng)新思維、對(duì)本課程知識(shí)及其專業(yè)技能的延伸與分散等方面。從兩輪教學(xué)實(shí)施效果反饋可知，融入大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練元素的“發(fā)酵工程”課程教學(xué)可顯著增強(qiáng)學(xué)生對(duì)生物工程、生物醫(yī)藥等專業(yè)的認(rèn)同，學(xué)習(xí)積極性顯著提升，且在不同年級(jí)的學(xué)生中發(fā)揮了較好的傳幫帶效應(yīng)。依托本課程知識(shí)筆者成功指導(dǎo)4個(gè)小組獲湖南省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)，2個(gè)小組獲校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)，指導(dǎo)本科生在讀期間發(fā)表論文3篇、申請(qǐng)專利1項(xiàng)、獲省級(jí)“挑戰(zhàn)杯”獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)，學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和科研潛質(zhì)得到了很好的鍛煉，學(xué)生對(duì)于工科課程內(nèi)容枯燥、難以理解、學(xué)習(xí)壓力大的印象得到大幅扭轉(zhuǎn)。

4 教學(xué)改革反思

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)思維和創(chuàng)新素質(zhì)的良好載體，與專業(yè)課程教學(xué)過程有機(jī)融合、相輔相成。在具體實(shí)施過程中，要充分挖掘課程知識(shí)背景和應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、主動(dòng)思考、主動(dòng)探索來完成創(chuàng)新訓(xùn)練。本教學(xué)改革緊扣生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)需求，引導(dǎo)學(xué)生圍繞微生物源藥物發(fā)現(xiàn)及生物制造工藝需求進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練設(shè)計(jì)，進(jìn)而賦予“發(fā)酵工程”課程知識(shí)豐富的立體化、形象化元素，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)而達(dá)到高效學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的效果，為生物醫(yī)藥相關(guān)工科課程的教學(xué)改革探索提供了參考。

*通信作者：劉向前

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳教改項(xiàng)目（湘教通[2023]352號(hào)- HNJG-20230531）；湖南中醫(yī)藥大學(xué)教改項(xiàng)目（2020-JG23）；湖南中醫(yī)藥大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目（校行教字[2023]4號(hào)）；湖南中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)位與研究生教育課題（校行研字[2024]3號(hào)）。

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