國(guó) 輝 何曉青 李志茹 趙國(guó)柱 謝響明

北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京 100083

MOOC模 式下的微生物發(fā)酵工程學(xué)教學(xué)改革探索

國(guó) 輝 何曉青 李志茹 趙國(guó)柱 謝響明

北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京 100083

微生物發(fā)酵工程學(xué)是北京林業(yè)大學(xué)生物理科基地專業(yè)本科生重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程采取教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的方式，著重介紹微生物發(fā)酵工程的發(fā)展前沿及相關(guān)重要技術(shù)的應(yīng)用。在總結(jié)北京林業(yè)大學(xué)生物理科基地微生物發(fā)酵工程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)成果以及考核方式等方面探討了MOOC模式下的微生物發(fā)酵工程學(xué)教學(xué)改革探索。

微生物發(fā)酵工程學(xué)；慕課模式；教學(xué)改革

大規(guī)模在線開放課程(Massive Open Online Course)縮寫為MOOC，國(guó)內(nèi)翻譯為“慕課”。慕課作為一種在線教學(xué)模式，為全人類提供了擴(kuò)充教育和知識(shí)的機(jī)會(huì)，其建設(shè)和研究已成為國(guó)內(nèi)外教育模式改革的焦點(diǎn)。Coursera，Udacity，edX作為MOOC平臺(tái)的三大主要課程形式[1,2]，能夠?yàn)槿驅(qū)W習(xí)愛好者提供大量免費(fèi)課程，一些世界著名高校也將某些優(yōu)勢(shì)課程以MOOC方式推出。MOOC模式即基于在線教育資源的全新教學(xué)模式，在該模式下學(xué)生可以自主選擇學(xué)校等教育機(jī)構(gòu)提供的線上信息資源，如為MOOC專門制作的教學(xué)視頻、課件、參考資料等進(jìn)行學(xué)習(xí)。并且MOOC還提供了交流和考核的平臺(tái)，學(xué)生可以隨時(shí)針對(duì)教學(xué)中的問題與教師和其他學(xué)生進(jìn)行溝通，教師也可通過在線作業(yè)、考試等方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核。MOOC模式的原則是匯聚、混合、轉(zhuǎn)用及推動(dòng)分享。對(duì)于高校教育來說，MOOC是一種可同時(shí)對(duì)大量的有不同需求的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)的全新教學(xué)模式。

微生物發(fā)酵工程學(xué)是將微生物學(xué)的原理應(yīng)用到工、農(nóng)、醫(yī)等生產(chǎn)部分中而形成多學(xué)科知識(shí)的一門課程。它是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來的新型學(xué)科，具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)性和實(shí)踐性[3]。我校的微生物發(fā)酵工程學(xué)主要是針對(duì)生物技術(shù)專業(yè)、食品科學(xué)與工程專業(yè)的本科生，使其在有限的課時(shí)內(nèi)掌握該課程的基本技術(shù)和原理，開展實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，為學(xué)生今后對(duì)知識(shí)的進(jìn)一步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，以培養(yǎng)和造就高素質(zhì)、創(chuàng)造性人才。本文在總結(jié)我校生物理科基地微生物發(fā)酵工程學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)成果和考核方式等方面，綜合探討引入MOOC模式的微生物發(fā)酵工程教學(xué)改革。

1 優(yōu)化整合教學(xué)資源 更新完善教學(xué)內(nèi)容

豐富多樣的教學(xué)資源和科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容是課程成功的基礎(chǔ)。我校開設(shè)的微生物發(fā)酵工程課程32學(xué)時(shí)，共有25章內(nèi)容。在傳統(tǒng)課堂模式中，分為四大部分，第一部分微生物發(fā)酵過程中的原理知識(shí)；第二部分微生物工程發(fā)酵產(chǎn)物的分離純化；第三部分微生物發(fā)酵工程中主要的生產(chǎn)設(shè)備；第四部分是包括啤酒和抗生素等發(fā)酵在內(nèi)的微生物工程生產(chǎn)舉例。其特點(diǎn)是將工程技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用與理科的基礎(chǔ)知識(shí)有效結(jié)合，

使學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)的微生物發(fā)酵工程學(xué)理論知識(shí)的同時(shí)，了解其必要的實(shí)踐應(yīng)用案例，認(rèn)識(shí)到其產(chǎn)生的社會(huì)價(jià)值和效益。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師以講解各個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)為主，時(shí)間往往集中在2個(gè)學(xué)時(shí)，這就需要大量單一枯燥的知識(shí)在較短的時(shí)間內(nèi)被學(xué)生吸收和掌握，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)學(xué)生上課注意力不集中、問題反饋不及時(shí)、學(xué)習(xí)狀態(tài)及效果差等現(xiàn)象。因此在此基礎(chǔ)上，需要對(duì)各章節(jié)整合、凝練、劃分，最終把復(fù)雜多樣的內(nèi)容分為發(fā)酵工程緒論、微生物菌種選育、提高發(fā)酵水平、發(fā)酵效率、代謝及下游工程以及典型發(fā)酵案例等幾大部分內(nèi)容。將這些教學(xué)內(nèi)容提煉重點(diǎn)后，結(jié)合MOOC教學(xué)模式進(jìn)行探索，包括教學(xué)視頻、教學(xué)課件、參考資料及電子習(xí)題等信息資源對(duì)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)化共享等。其中MOOC的核心是教學(xué)視頻的制作，視頻的長(zhǎng)度一般控制在8～15 min，研究發(fā)現(xiàn)人的認(rèn)知活動(dòng)效率在最初15 min內(nèi)較高，隨后開始下降[1,2]，因此，將MOOC形式結(jié)合于微生物發(fā)酵工程理論課程，也同時(shí)考慮到了符合學(xué)生正常的認(rèn)知記憶規(guī)律，能夠有效地提高學(xué)習(xí)效率。另外，任課教師要深刻認(rèn)識(shí)和掌握微生物發(fā)酵工程學(xué)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，特別是通過課堂教學(xué)反饋及與學(xué)生的雙向交流后，深入了解哪些知識(shí)點(diǎn)不易被學(xué)生理解，以便更全面精致且有側(cè)重點(diǎn)的完成教學(xué)微視頻及教學(xué)課件的制作，明確各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，將文字、動(dòng)畫和圖片等多媒體資料整合優(yōu)化，有效利用，并拓展包含課外及實(shí)踐性教學(xué)資源。例如啤酒發(fā)酵視頻，生物質(zhì)能源研究熱點(diǎn)等，同時(shí)涉及近年來影響因子較高的國(guó)外期刊中相關(guān)研究的前沿進(jìn)展，進(jìn)而不斷更新完善教學(xué)內(nèi)容，充實(shí)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)學(xué)生“第二課堂”的信息量，完善教學(xué)內(nèi)容。

2 開展案例教學(xué) 提高學(xué)生積極性

案例教學(xué)以近年學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表的微生物發(fā)酵工程學(xué)相關(guān)SCI論文為案例。教師在課程開始時(shí)給出主要的幾個(gè)熱點(diǎn)研究方向，例如園林廢棄物的好氧發(fā)酵，生物質(zhì)能源研究與開發(fā)，功能微生物在環(huán)境修復(fù)方面的應(yīng)用，酒類發(fā)酵等。學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣以3～4人為一組，自由組合，在課余時(shí)間開展討論與分析，然后各自利用在生物信息學(xué)課程上學(xué)到的文獻(xiàn)檢索方法在相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢所需要的學(xué)術(shù)論文。通過論文的翻譯與學(xué)習(xí)，與小組內(nèi)其他成員交流探討，實(shí)現(xiàn)論文所涉及知識(shí)點(diǎn)的掌握與貫通，然后將論文的主要內(nèi)容以板塊形式制作成PPT，最后每小組推舉1人參加全班的報(bào)告交流。優(yōu)秀的交流報(bào)告及PPT可制作為典型教學(xué)資源共享至網(wǎng)絡(luò)。通過這種方式，一方面學(xué)生制作的PPT及優(yōu)秀的交流報(bào)告視頻可以作為典型教學(xué)案例，添加到MOOC教學(xué)資源中并共享至網(wǎng)絡(luò)，豐富教學(xué)內(nèi)容；另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻(xiàn)、查找資料、制作PPT等利用信息化工具的學(xué)習(xí)能力提高學(xué)生的答辯交流能力，豐富他們的課外生活，增加團(tuán)隊(duì)意識(shí)以及集體榮譽(yù)感，同時(shí)加強(qiáng)課內(nèi)外教師與學(xué)生以及學(xué)生之間的互動(dòng)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[4]，為理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合奠定更扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3 強(qiáng)化教學(xué)理論與實(shí)踐有效結(jié)合 提升教學(xué)成果

傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以驗(yàn)證性和示范性實(shí)驗(yàn)的方式反映課程內(nèi)容，存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、單一枯燥、缺乏思維性分析等弊端。而該課程本身作為一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，需要多元化的教學(xué)方式。與MOOC模式相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)，教師可以將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、材料、步驟及注意事項(xiàng)等知識(shí)點(diǎn)制成教學(xué)錄像或動(dòng)畫等。很多學(xué)生平時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常規(guī)儀器和設(shè)備如- 80 ℃冰箱、恒溫?fù)u床、恒溫培養(yǎng)箱、超凈工作臺(tái)、PCR擴(kuò)增儀、臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)、紫外分光光度計(jì)、酶標(biāo)儀、電泳儀、凝膠成像系統(tǒng)、普通光學(xué)顯微鏡以及電子顯微鏡等接觸較少，基本的動(dòng)手操作能力匱乏。通過MOOC資源分享，教師可要求學(xué)生在課前認(rèn)真觀看模擬操作演示，以減少或避免學(xué)生實(shí)踐性操作的失誤，保證課程內(nèi)容被學(xué)生最大化吸收學(xué)習(xí)。課后，教師可通過發(fā)布討論話題在網(wǎng)上組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的問題以及異常結(jié)果開展綜合分析，這樣可在有限的時(shí)間內(nèi)較好的提升教學(xué)效果。

另外，為適應(yīng)新的人才培養(yǎng)計(jì)劃，改善、拓展與創(chuàng)新微生物發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)模式，結(jié)合微生物學(xué)科辦學(xué)特色及教師的科研方向，我校微生物學(xué)科在基礎(chǔ)類開放實(shí)驗(yàn)室之外又向生物學(xué)院申請(qǐng)了微生物教學(xué)科研實(shí)踐基地—(林質(zhì)資源)微生物高質(zhì)資源化開發(fā)利用生態(tài)環(huán)保示范園。依托這一基地優(yōu)勢(shì)，微生物發(fā)酵工程學(xué)實(shí)驗(yàn)可以不斷增加一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，例如檸檬酸鹽發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，相關(guān)發(fā)酵菌劑的開發(fā)研制等。通過將相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共享至MOOC課程平臺(tái)，可以方便教師鼓勵(lì)學(xué)生自行選定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，與學(xué)生在線討論實(shí)驗(yàn)方案，并最終在開放性實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵺`基地中

開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)于比較優(yōu)秀的學(xué)生，教師會(huì)進(jìn)一步引導(dǎo)和輔助，將其研究成果整理分析，鼓勵(lì)其在中文核心期刊或英文SCI雜志上發(fā)表。目前，本學(xué)科以本科生為第一作者累積發(fā)表的SCI論文2篇，中文核心期刊論文十余篇。學(xué)生發(fā)表的優(yōu)秀論文及其寫作的經(jīng)驗(yàn)心得會(huì)在第一時(shí)間分享至相關(guān)課程科目的MOOC信息平臺(tái)，鼓勵(lì)更多的學(xué)生依托學(xué)校資源進(jìn)行創(chuàng)新和提高。在這樣的背景下，即能激發(fā)學(xué)生的科研熱情，也有助于他們今后研究或工作的思維訓(xùn)練。

4 注重能力培養(yǎng) 綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)

單純的筆試成績(jī)考察不能反映本科生對(duì)知識(shí)掌握、應(yīng)用以及能力的培養(yǎng)，而當(dāng)代大學(xué)生更應(yīng)該注重綜合素質(zhì)的提升。MOOC模式下的課程學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括平時(shí)作業(yè)、討論以及期末考試等形式，具有多元化多樣化的考核特點(diǎn)。學(xué)生可在網(wǎng)上進(jìn)行作業(yè)提交、考試答題等多種活動(dòng)，課程考核合格者可以獲得相應(yīng)學(xué)分。針對(duì)微生物發(fā)酵工程學(xué)課程的特點(diǎn)，考核評(píng)價(jià)方式要同時(shí)反映出學(xué)生的理論水平、動(dòng)手能力、科學(xué)思維能力，避免考前突擊和死記硬背的情況。該課程綜合評(píng)價(jià)包括課后作業(yè)、討論參與、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及期末考試四部分，每部分分別占總成績(jī)的權(quán)重為20%，20%，20%，40%，課程通過成績(jī)?yōu)?0分(含60分)以上。教師完成每章節(jié)的課程內(nèi)容后通過MOOC平臺(tái)的在線課后檢測(cè)將作業(yè)分階段布置給學(xué)生，為方便采用系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分結(jié)合教師手動(dòng)評(píng)分的模式，題型一般以選擇題和填空題為主，輔以拓寬學(xué)生思路的簡(jiǎn)答和論述等。教師可以在短時(shí)間內(nèi)將評(píng)分結(jié)果反饋到在線系統(tǒng)中，這樣也方便學(xué)生及時(shí)查看作業(yè)結(jié)果和答案說明。這一新模式避免了紙質(zhì)作業(yè)的提交，節(jié)省了學(xué)生課代表的負(fù)擔(dān)，既節(jié)約了資源又有效地提高了時(shí)間利用率。學(xué)生需要在課程學(xué)習(xí)中的每個(gè)階段都完成相應(yīng)的作業(yè)檢測(cè)?！坝懻搮⑴c”部分成績(jī)則是課上交流的方式，包括PPT制作匯報(bào)、課上回答問題，以及結(jié)合課外科研能力訓(xùn)練參與情況進(jìn)行判定審核。“實(shí)驗(yàn)課程”部分成績(jī)是教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表現(xiàn)來進(jìn)行評(píng)定。期末考試仍以筆試形式進(jìn)行，題型主要為名詞解釋和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，目的是保證學(xué)生在對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握的基礎(chǔ)上，開發(fā)和鍛煉其獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及摸索改進(jìn)方法的能力?？傊?，多樣化的考核方式避免了以僵化的應(yīng)試教育形式衡量本科學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，強(qiáng)調(diào)注重提升學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生在學(xué)到專業(yè)理論的同時(shí)，又能很好地掌握工程技術(shù)方面的實(shí)踐能力。有利于復(fù)合型人才培養(yǎng)。

5 結(jié)束語

雖然面對(duì)面的教學(xué)模式很難或者不可能完全被取代，但是MOOC模式的出現(xiàn)確實(shí)會(huì)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方法產(chǎn)生影響，引發(fā)教師對(duì)教學(xué)方式和方法改變的觸動(dòng)，也會(huì)讓學(xué)生學(xué)習(xí)理念發(fā)生從“考”到“學(xué)”到“研”的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在，MOOC模式教學(xué)隨著教育信息化的快速發(fā)展變得越來越普遍，在我國(guó)一線城市的教育中尤為突出。將高等教育中的微生物發(fā)酵工程學(xué)與MOOC模式結(jié)合，為現(xiàn)代微生物發(fā)酵工程的高效便捷性授課帶來了新的發(fā)展契機(jī)，同時(shí)也存在一些挑戰(zhàn)。微生物發(fā)酵工程學(xué)課程要求學(xué)生具有很強(qiáng)的實(shí)踐能力，因此無論是實(shí)驗(yàn)課程和科研實(shí)習(xí)，都需要學(xué)生在具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中獲得直接經(jīng)驗(yàn)，而目前的課程內(nèi)容和方式可能很難完全實(shí)現(xiàn)MOOC化。盡管如此，MOOC方式仍然可以有效補(bǔ)充微生物發(fā)酵工程學(xué)課程，其具有的交互式交流反饋、多元化、多樣化考核等特色，能夠改變傳統(tǒng)教學(xué)的枯燥和單一化，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，使學(xué)生可以更全面的利用網(wǎng)絡(luò)信息、資源進(jìn)行個(gè)人主動(dòng)性學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生提出和解決科學(xué)問題的能力。隨著當(dāng)今信息化時(shí)代中現(xiàn)代教育教學(xué)技術(shù)以及專業(yè)課程的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)教育工作者也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我們必須不斷學(xué)習(xí)新方法、新理論，同時(shí)掌握所授課程新的研究成果和技術(shù)，更進(jìn)一步充實(shí)和完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，進(jìn)而達(dá)到更好的教學(xué)效果，收獲更多優(yōu)秀的教學(xué)成果。

[1] 嚴(yán)沁.MOOC時(shí)代的《醫(yī)學(xué)微生物學(xué)》課程改革初探[J].西北醫(yī)學(xué)教育,2015,23(5):836-838.

[2] Miri Barak, AbeerWatted, HossamHaick. Motivation to learn in massive open online courses: Examining aspects of language and social engagement[J].Computer&Education, 2016, 94: 49-60.

[3] 宋存江,王淑芳,李國(guó)強(qiáng).開放課程背景下的微生物發(fā)酵工程教學(xué)方法與教學(xué)模式改革[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究,2014,4(1):3-6.

[4] 金一,李志茹,趙國(guó)柱.微生物遺傳學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)改革探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2013(9):45-47.

Teaching Reform in Microbial Fermentation Engineering under the MOOC Model

Guo Hui, He Xiaoqing, Li Zhiru, Zhao Guozhu, Xie Xiangming
Beijing Forestry University, Beijing, 100083, China

Microbial fermentation engineering course is a major compulsory course of biological science in Beijing Forestry University for undergraduate students. This course adopts the combination of teaching and practice, and introduces the development of microbial fermentation engineering and the application of related important technologies. Based on summarizing the teaching experience in Microbiology fermentation engineering in Beijing Forestry University, we briefly discuss a series of teaching reforms from teaching contents, teaching methods, teaching effects and examination in microbial fermentation engineering course under the MOOC model.

microbial fermentation engineering course; MOOC model; teaching reform

2016-01-06

國(guó)輝，博士，講師。何曉青，博士，副教授，教研室主任。李志茹，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。趙國(guó)柱，博士，副教授。謝響明，博士，教授。