工業(yè)微生物學課程教學改革與探索*

安娜 新吉樂 馬利剛 武慧敏 鄭曉珂，2

1 河南中醫(yī)藥大學藥學院 鄭州 450046 2 河南省中藥開發(fā)工程技術(shù)研究中心 鄭州 450046

0 引言

生物工程專業(yè)作為21世紀最熱門的專業(yè)之一，得到了很多家長和學子的青睞。2013 年，河南中醫(yī)藥大學開設(shè)生物工程專業(yè)，招收了第一屆生物工程專業(yè)的學生。由于生物工程專業(yè)開設(shè)在藥學院，專業(yè)培養(yǎng)方向更傾向于生物制藥。生物制藥技術(shù)作為生物藥的核心技術(shù)，隨著生物藥市場份額的逐年增大，對生物制藥技術(shù)人才的培養(yǎng)要求也越來越高[1]。

工業(yè)微生物學屬于生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課，開設(shè)在大二上學期。工業(yè)微生物學介于微生物學和發(fā)酵工程課程之間，扮演著從“基礎(chǔ)理論”過渡到“實際應(yīng)用”的橋梁角色。在教材方面，選用的是化學工業(yè)出版社出版的岑沛霖、蔡謹主編的工業(yè)微生物學國家級規(guī)劃教材[2]。工業(yè)微生物學課程具有專業(yè)性強、學習強度大等特點。該課程不但涉及微生物（尤其是工業(yè)發(fā)酵用微生物）形態(tài)與分類、微生物的營養(yǎng)要素以及影響微生物生長的因素等基礎(chǔ)理論知識，而且包含從工業(yè)生產(chǎn)角度出發(fā)的微生物代謝調(diào)控模式和工業(yè)生產(chǎn)菌株篩選方案等。通過學習，使學生掌握發(fā)酵微生物細胞結(jié)構(gòu)和代謝調(diào)控特點，為畢業(yè)以后進一步深造或者工作提供扎實的專業(yè)技能支撐[3]。如果采用一貫的傳統(tǒng)講授教學方式，枯燥的專業(yè)知識和晦澀難懂的發(fā)酵調(diào)控理論，很容易讓學生產(chǎn)生厭學的心理。因此，工業(yè)微生物學課程教學需要改革，讓課程學習方式多樣化，激發(fā)學生自主學習的主觀能動性。

1 核準課程教授大綱

從生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案對工業(yè)微生物學課程要求出發(fā)，教學團隊根據(jù)生物工程專業(yè)學生的實際情況做出安排：一方面，生物工程專業(yè)學生之前沒有學過微生物學，因此對微生物知識整體比較陌生，所以工業(yè)微生物學課程要承擔微生物學課程的教學任務(wù)，系統(tǒng)講授微生物的種類、細胞結(jié)構(gòu)、增殖方式以及菌落形態(tài)特征等基本理論知識。另一方面，在大三上學期還會開設(shè)發(fā)酵工程專業(yè)課，主要講授微生物在實際的工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中的相關(guān)知識，因此，關(guān)于工業(yè)發(fā)酵應(yīng)用方面，工業(yè)微生物學根據(jù)具體學時可以適當刪減一部分內(nèi)容，減輕學時不夠的壓力。教學團隊經(jīng)過充分調(diào)查論證，對教學內(nèi)容進行重新梳理安排，優(yōu)化后的教學內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)篇中的微生物的形態(tài)與分類、微生物的營養(yǎng)與生長、微生物代謝的調(diào)節(jié)和微生物的菌種選育等內(nèi)容；而在應(yīng)用篇中主要挑幾個典型的應(yīng)用實例：抗生素類發(fā)酵、厭氧發(fā)酵（如酒精發(fā)酵）、固體發(fā)酵（如菌菇類栽培）以及基因工程技術(shù)下新型的微生物發(fā)酵應(yīng)用等內(nèi)容。

2 多樣化的教學模式

一方面，工業(yè)微生物學課程具有知識點繁多且比較瑣碎和晦澀難懂的特點；另一方面，學生的生物學相關(guān)知識比較淺薄，大多數(shù)學生仍然停留在高中生物認知水平。如果采用單一的“灌輸式”教學模式的話，很容易讓學生產(chǎn)生厭倦心理，即使剛開始興趣滿滿，隨著知識點的增多并且專業(yè)性越來越強，學生一味地被“填鴨式”輸入文字知識，漸漸會失去新鮮感和主動學習能力。因此，教學團隊決定采用線上和線下混合式教學模式，具體實施如下。

2.1 基于中國大學慕課平臺和課堂派的線上網(wǎng)絡(luò)教學

慕課（Massive Open Online Course，MOOC）最早是在2008 年提出的針對互聯(lián)網(wǎng)教學的全新授課模式，經(jīng)過十幾年的飛速發(fā)展，已有上萬門的課程上線，在國內(nèi)很多高校都在使用該模式授課，并且取得很好的教學效果[4]。在慕課平臺上有500 多個微生物學課程相關(guān)的慕課教學視頻，其中屬于國家級精品課程的有六個（見表1）。由于本校生物工程專業(yè)學習的課程為工業(yè)微生物學，教學團隊通過對課程教材、授課內(nèi)容和學時安排等方面的考察之后，最終決定選用中國大學慕課學習平臺的華中農(nóng)業(yè)大學的微生物學課程視頻作為線下授課同步學習的教學內(nèi)容，要求學生在線下課之前通過慕課平臺提前預(yù)習課程內(nèi)容，同時讓學生從表1 中選1 門微生物實驗相關(guān)慕課課程作為輔助學習。

表1 慕課平臺微生物學相關(guān)國家級精品課程匯總

課堂派是由北大學生自主研發(fā)的供教師教學使用的網(wǎng)絡(luò)學習平臺，最早于2014 年9 月在北京大學推廣使用。該平臺可以使教師實現(xiàn)課前、課中和課后的無縫銜接教學，能夠讓教師掌握學生的實時學習動態(tài)，因而受到廣大高校教師的歡迎。在工業(yè)微生物學課程中，經(jīng)過慕課平臺預(yù)習之后，教師會在課堂派發(fā)布相關(guān)的測試題以鞏固預(yù)習的效果；在課堂上通過提問或者搶答的形式監(jiān)測學生的課堂學習情況，避免學生在課堂上出現(xiàn)注意力不集中的情況；每講完一章內(nèi)容，要求學生用思維導圖的形式梳理本章的知識點,加深學習印象，作為課后作業(yè)完成上傳到課堂派。

2.2 虛擬仿真實驗指導下的實驗教學

工業(yè)微生物學課程內(nèi)容應(yīng)用性較強，實驗教學設(shè)計也是偏實際應(yīng)用的，比如培養(yǎng)基配置與滅菌、微生物接種與培養(yǎng)和微生物分離等實驗內(nèi)容。由于實驗學時和實驗設(shè)備的限制，做不到每位學生反復熟練操作。為了在有限的時間內(nèi)提高學生對實驗課程認知和熟練程度，在開展實驗教學之前，先讓學生在電腦上操作“地黃內(nèi)生放線菌及代謝物分離鑒定的虛擬仿真實驗”（具體操作見圖1），該虛擬仿真實驗中囊括了微生物實驗的基本操作，可以反復操作，每一步操作只有正確完成之后才能進行下一步，學生可以在電腦上反復操作，一直到掌握每一步操作要領(lǐng)為止。

圖1 “地黃內(nèi)生放線菌及代謝物分離鑒定的虛擬仿真實驗”操作流程

2.3 基于校企合作的研究教學

工業(yè)微生物學作為生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課，鑒于專業(yè)培養(yǎng)需要，本課程教學偏向于微生物發(fā)酵的生物制藥方向，利用微生物代謝合成某些有藥用價值的蛋白質(zhì)、小分子多肽和多種多樣的抗生素等產(chǎn)品。微生物相關(guān)的生物制藥方向包括傳統(tǒng)的微生物來源的藥用蛋白發(fā)酵（比如紅霉素發(fā)酵和青霉素發(fā)酵等）和新型的DNA 重組技術(shù)相結(jié)合的微生物外源蛋白表達。

通過開展校企合作的模式，讓學生去一些藥企實踐學習，切實感受到微生物發(fā)酵在實驗室水平上和大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵的區(qū)別。在生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案中，大一下學期期末有一次去鄭州安圖生物科技有限公司的參觀學習，大三畢業(yè)實習期間會有一些藥企的1 ～2 周的畢業(yè)實習。

3 教師素質(zhì)的自我提高

3.1 教學技能的提高

大學教師在教授專業(yè)知識的同時，應(yīng)注意思政教育和愛國教育，如何潤物細無聲自然地將兩者結(jié)合？這是對教師綜合素質(zhì)的考驗。另外，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，教學活動不再局限于教室授課，中國大學慕課、課堂派、雨課堂以及其他各種各樣的教學和學習平臺都可以作為教學的工具。所以，教師要不斷地、積極地學習和使用這些教學平臺。每個學期，學校都會組織一些教學教研活動：教學大獎賽、優(yōu)秀教師授課觀摩以及線上相關(guān)專業(yè)教學培訓等。青年教師每次都要積極參加，抓住每一次提升自己教學能力的機會，本著“活到老學到老”的勁頭，學習各種教學相關(guān)的新鮮事物，與時俱進才能帶給學生耳目一新的教學感受。

3.2 專業(yè)知識的提高

教師在教授課程的過程中，一定要掌握該學科最前沿的研究進展。每周要在NCBI 和Sci-Hub 網(wǎng)站搜索最新發(fā)表的相關(guān)文獻，掌握學科的最新進展和最新的研究成果。同時，教師要積極開展相關(guān)的科研研究，將自己的研究成果滲入平時的教學過程中。到目前為止，教學團隊除保質(zhì)保量地完成教學任務(wù)之外，主要展開兩個研究方向是微生物相關(guān)的生物制藥方向和網(wǎng)絡(luò)藥理學方向。在這些實驗研究中，要用到很多微生物相關(guān)的知識，一般在條件允許的情況下，不局限在工業(yè)微生物學的授課學期，整個大學期間都可以鼓勵學生參與，通過相關(guān)實驗操作加深學生對專業(yè)理論知識的理解和學習。

4 結(jié)束語

筆者所在學校生物工程專業(yè)的大學錄取線都是在一本線，學生的整體素質(zhì)非常好，但是在填報志愿選擇專業(yè)的時候很多學生都是比較盲目的：有的是家長或者老師為其選的，有的只是為了能上大學根據(jù)分數(shù)選的[5]。所以生物工程專業(yè)的學生存在同樣的問題，學生不了解生物工程專業(yè)是干什么的，大學四年之后適合什么類型的工作，學生存在很多困惑。中醫(yī)院校大背景下，生物工程專業(yè)培養(yǎng)偏向于生物制藥。如何將生物制藥的專業(yè)理念滲透到學生的專業(yè)構(gòu)建中呢？鑒于以上的問題，大一新生入校就開展專業(yè)講解培訓，參觀藥企，樹立生物工程專業(yè)的理念等。

在生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案中，工業(yè)微生物學課程是第一門將專業(yè)理論和專業(yè)應(yīng)用結(jié)合在一起的專業(yè)必修課程。由于在該課程開設(shè)之前，學生沒有接觸過生物相關(guān)的大學課程，這也是該課程教學中面臨的挑戰(zhàn)：學生印象最深刻的生物學知識大多停留在高中生物階段，但是高中階段的生物太泛泛了。工業(yè)微生物學只是截取和生物發(fā)酵相關(guān)的微生物學的一部分，在教學過程中學生會覺得課程晦澀難懂，如果學生有畏難心理則會加重厭學情緒。

在這樣的教學背景下，該課程的教學模式改革迫在眉睫。到目前為止，通過對工業(yè)微生物學課程教學進行改革，取得了不錯的效果：利用中國大學慕課平臺讓學生可以利用碎片時間預(yù)習課程，并且積極地在預(yù)習過程中篩選出自己的難點；利用課堂派在課堂中進行實時監(jiān)測，比如點名提問和獎勵小紅花等方法可以有效拉回學生的注意力和聽課的積極性；課下讓學生積極參與相關(guān)的科學研究，使其深刻認識工業(yè)微生物學在生物制藥中的重要性，激發(fā)學生學習的主動性。

在以學生為主體的教育理念下，不論教學方式還是教學技巧都應(yīng)該與時俱進，緊跟新形勢。從實際出發(fā)，及時更新教育理念和教育方法，緊緊抓住學生的學習積極性和課堂主人翁意識，從而提高學生的學習興趣和主動性。