微生物發(fā)酵工程課程教學探索與實踐

燕衛(wèi)東

（赤峰學院生命科學學院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

微生物發(fā)酵工程課程教學探索與實踐

燕衛(wèi)東

（赤峰學院生命科學學院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

根據(jù)赤峰學院轉(zhuǎn)型發(fā)展的戰(zhàn)略方針，結(jié)合生產(chǎn)實踐對微生物發(fā)酵工程教材內(nèi)容進行調(diào)整和處理，對教學策略、教學方法、教學手段、成績評定辦法等進行多方位改革嘗試，現(xiàn)在對探索和實踐做出總結(jié)與大家交流.

微生物發(fā)酵工程；課程改革；內(nèi)容調(diào)整

1 微生物發(fā)酵課程的自然信息與改革背景

微生物發(fā)酵工程是利用微生物的生長繁殖和代謝活動，來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品過程的理論和工程技術體系，又稱發(fā)酵工程.是生物技術專業(yè)必修課程，也是生物科學專業(yè)選修課程，學時數(shù)為36學時.微生物發(fā)酵工程是生物技術主要內(nèi)容之一（生物技術包括：基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程等領域）.該課程開設的目的是為學生將來就業(yè)或深造構(gòu)建比較全面的知識體系.微生物發(fā)酵工程本世紀剛剛在我國開始進入研究領域，陸續(xù)在一些生物技術或生物工程專業(yè)開設該課程，但到目前還沒有形成完善的理論體系，也沒有一套權威的教材，并且，市面上相應的書籍也很少.因此，本人根據(jù)赤峰學院轉(zhuǎn)型發(fā)展的戰(zhàn)略，培養(yǎng)“應用型、創(chuàng)新型、復合型”人才的培養(yǎng)目標，結(jié)合生產(chǎn)實踐對教材內(nèi)容進行調(diào)整和處理，對教學策略、教學方法、教學手段、成績評定辦法等方面進行大膽改革嘗試，現(xiàn)在對探究做出總結(jié)與大家交流.

2 微生物發(fā)酵工程課程內(nèi)容調(diào)整和要求

微生物發(fā)酵工程教材目前出版的種類不多，只有5種，本人通過分析對比，認為高等教育出版社出版的李艷所著《發(fā)酵工程原理與技術》、科技出版社出版的曹軍衛(wèi)所著《微生物工程》、化學工業(yè)出版社出版的余龍江所著《發(fā)酵工程原理與技術應用》，其無論在內(nèi)容上還是在知識體系上比較全面完整.但是，李艷所著《發(fā)酵工程原理與技術》內(nèi)容雜而多，里面很多章節(jié)是微生物學和生物化學的內(nèi)容，在教學上是一種重復；曹軍衛(wèi)所著《微生物工程》內(nèi)容雜而亂，缺乏條理和系統(tǒng)；而余龍江所著《發(fā)酵工程原理與技術應用》內(nèi)容簡明調(diào)理性強，而且知識系統(tǒng).因此，本人最終選擇了余龍江所著《發(fā)酵工程原理與技術應用》一書作為教學參考教材，其余作為輔助資料，由表及里，去粗取精，按照發(fā)酵工業(yè)的流程和特點進行優(yōu)化內(nèi)容，最終確定下列十一章作為教學重點知識體系講解.

第一章概論

要求學生掌握發(fā)酵工程概念，發(fā)酵工程的特點；理解發(fā)酵工程的一般流程；了解微生物發(fā)酵工程的主要內(nèi)容、微生物發(fā)酵工程的發(fā)展簡史和現(xiàn)狀、微生物工業(yè)的特點及其范圍、國內(nèi)外微生物工業(yè)概況及其發(fā)展趨向.

第二章發(fā)酵工業(yè)菌種

要求學生掌握發(fā)酵工業(yè)菌種的類型、應具備的特點，菌種分離的步驟、選擇性培養(yǎng)的概念和原理、菌種選育的原理和方法、菌種保藏的原理.理解菌種、菌株、菌種衰退的概念.了解工業(yè)發(fā)酵菌種的類型和菌種改良的進展.具有從自然界分離菌種和保藏菌種的能力.

第三章發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基

要求學生掌握培養(yǎng)基、生長因子、前體、理論轉(zhuǎn)化率、實際轉(zhuǎn)化率的概念，掌握培養(yǎng)基的原材料、淀粉水解糖的制備，工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基配置原則；理解工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基配置原則（要求），斜面培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的特點，培養(yǎng)基設計的一般步驟；了解常見天然原料和國內(nèi)外培養(yǎng)基設計進展.培育設計發(fā)酵培養(yǎng)基的能力.

第四章發(fā)酵工業(yè)種子的制備

要求學生掌握種子擴大培養(yǎng)的概念、一般步驟、種子罐級數(shù)、接種量、影響種子質(zhì)量的因素及措施、發(fā)酵劑;理解種子具備的條件、種齡、發(fā)酵劑的特點；了解種子制備的過程、影響種子質(zhì)量的因素、質(zhì)量控制措施，了解發(fā)酵劑的特點.具備種子擴大培養(yǎng)的能力.

第五章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術

要求學生掌握滅菌、消毒、除菌概念，發(fā)酵工業(yè)的無菌技術；理解培養(yǎng)基的分批滅菌法及連續(xù)滅菌法，空氣除菌；了解對數(shù)殘留定律、過濾器的除菌機理及深層通風發(fā)酵法常采用的過濾除菌法了解滅菌技術的新進展.培育無菌操作能力.

第六章發(fā)酵設備

要求學生掌握通用式發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)及發(fā)酵罐的部分部件功能；理解發(fā)酵罐的類型及特點；了解自吸式發(fā)酵罐、氣升式發(fā)酵罐的特點，了解發(fā)酵罐設計的基本原則.

第七章發(fā)酵動力學

企業(yè)引入財務管理標準化的理念，結(jié)合各業(yè)務部門工作制定財務管理流程。各企業(yè)可以根據(jù)本單位的業(yè)務實際進行指標分解，結(jié)合各部門的工作特點及費用指標的預算情況制定財務報銷的業(yè)務流程，設計標準統(tǒng)一的單據(jù)及傳遞程序。標準統(tǒng)一了、報銷流程設計好了，再借助于“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維和技術，財務部門在處理業(yè)務的時候可以做到邏輯上集中，物理上分散。需報銷的員工即使在不同的地區(qū)工作，也可以利用互聯(lián)網(wǎng)等通信工具完成財務報銷，達到了即時交流的目的。

要求學生掌握現(xiàn)代發(fā)酵的主要方式，分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵的特點，主要動力學參數(shù)和Monod方程要點.理解有關動力學模型；了解連續(xù)發(fā)酵的動力學.

第八章發(fā)酵過程控制

要求學生掌握微生物需氧與溶氧的控制；掌握發(fā)酵過程中的溫度、PH值、二氧化碳、泡沫和補料等因素對發(fā)酵過程中的影響及其控制方法；理解影響氧傳遞速度的主要因素；了解傳質(zhì)理論、溶氧系數(shù)的測定方法和溶解氧的測定和控制方法，了解發(fā)酵終點監(jiān)測與控制，了解發(fā)酵過程的自動控制技術.培育發(fā)酵過程各種參數(shù)的控制操作能力.

第九章發(fā)酵污染及其防治

要求學生掌握無菌技術的方法、染菌的危害、染菌的異常現(xiàn)象、染菌的原因和分析、染菌的檢查方法、防治染菌的措施；理解染菌對發(fā)酵影響；了解染菌的挽救與處理.具備染菌檢查和分析的能力，具有查找染菌原因的能力.

第十章發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制

要求學生掌握細胞破碎、萃取、結(jié)晶的原理和方法；理解發(fā)酵產(chǎn)物的提取、精制及發(fā)酵醪液的預處理方法；理解沉淀法、細胞破碎方法、吸附法、濃縮法、膜分離、萃取法、色譜法、結(jié)晶法、干燥法和蒸餾法提取與精制發(fā)酵產(chǎn)物；了解離子交換法的原理和方法.

第十一章發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)舉例（酸奶、葡萄酒、氣泡酒、乙醇、啤酒、味精、檸檬酸、青霉素、維生素C的發(fā)酵生產(chǎn)）

要求學生熟悉谷氨酸（味精）、乙醇、檸檬酸、酸乳、葡萄酒、氣泡酒、啤酒、青霉素等產(chǎn)品的發(fā)酵過程；了解醬油和醬制品的發(fā)酵過程，了解食醋的發(fā)酵過程.

這十一章內(nèi)容完全滿足發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)實踐所需要的知識體系，而且具有通用性、實用性、系統(tǒng)性，第十一章發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)舉例在幾種教材中是沒有的，一般是食品發(fā)酵專業(yè)所開的獨立專業(yè)課程內(nèi)容.本人考慮到在學生學完微生物發(fā)酵工程的知識后，應該應用于生產(chǎn)實踐中進行消化，酸奶、葡萄酒、氣泡酒、乙醇、啤酒、味精、檸檬酸、青霉素、維生素C等產(chǎn)品，目前是內(nèi)蒙古地區(qū)大型發(fā)酵企業(yè)的主要發(fā)酵產(chǎn)品，可以為學生到這些企業(yè)工作奠定基礎.

3 教學方法改革，加強實踐性教學

本課程開展傳統(tǒng)教學、多媒體教學、實物教學等多方位教學方式有機結(jié)合，根據(jù)課程具體教學內(nèi)容特點，選擇與之相匹配的、并得到學生普遍認可的最佳教學方法與手段.在當今生物學知識不斷更新、教學內(nèi)容增加，而分配的課時數(shù)不斷減少的情況下，對課堂教學影響很大，在有限時間內(nèi)，既要完成教學任務，還要收到一定的效果，對教師壓力很大，對教師的要求較高，要求教師在壓縮教學內(nèi)容和課時數(shù)的同時，更多的考慮講授的內(nèi)容和質(zhì)量.因此，要將原來多而雜的內(nèi)容，整理成少而精的知識，在有限時間內(nèi)，高質(zhì)量的完成教學計劃內(nèi)容.本人認真大量研讀、整理歸納，不斷提高和創(chuàng)新改進，形成了一個體系完整、結(jié)構(gòu)簡明、重點突出、內(nèi)容先進、形象化、具體化多媒體軟件腳本.教師教學更加形象、生動、直觀、簡潔，啟迪學生的多方思維，激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂的教學效果，再結(jié)合課堂上老師的指點，使學生對感性知識加深了理性認識.同時，使微生物發(fā)酵工程的課堂教學充滿生機和活力.

本課程利用多媒體作為輔助手段，教學中精選內(nèi)容，突出重點、難點，著重講清基本概念、基本原理和基本方法.通過多媒體選取發(fā)酵實例，理論緊密聯(lián)系發(fā)酵生產(chǎn)實踐，有助于學生理解和掌握所講授內(nèi)容.在講授方式上，摒棄“滿堂灌”的作法，方法上通過啟發(fā)式、探究式、討論式、互動式培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和調(diào)動學生積極思維，并加深對所學知識的理解和記憶.針對一些問題采用專題的形式讓學生展開討論或撰寫小論文，增強學生自學和查閱參考資料的意識.

本課程沒有開設實驗課，因此，本人增加實踐性教學的內(nèi)容，如菌種篩選，以淀粉酶產(chǎn)生菌的篩選全部過程講解；菌種改良，以紫外線誘變育種、基因工程改良加以授課；培養(yǎng)基圍繞內(nèi)蒙古乃至赤峰地區(qū)的原料進行設計.產(chǎn)品提取，以赤峰制藥廠生產(chǎn)土霉素提取過程為例，氨基酸提取，以內(nèi)蒙古生物科技公司發(fā)酵生產(chǎn)味精（谷氨酸）提取過程為例介紹.選用的圖片大多是微生物發(fā)酵工程在食品、輕工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、保健、畜牧業(yè)、紡織、能源、石油開采、環(huán)保等眾多方面的應用密切相關.使學生充分認識到，微生物發(fā)酵工程的發(fā)展已滲透到人們生活的各個方面，從衣、食、住、行到醫(yī)療保健，無不與之息息相關.多媒體課件的制作上做到圖文并茂，動畫顯示，重點的內(nèi)容標注關鍵詞或用紅字顯示，這樣有利于學生學習和對內(nèi)容的把握.課堂上看到學生乏味時，本人通過講小笑話，或表演小魔術來吸引學生和活躍氣氛；在課程進行到中間時，帶領學生到赤峰制藥廠抗生素發(fā)酵生產(chǎn)車間現(xiàn)場考察參觀學習等，學生客觀上對發(fā)酵生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)有了比較真實的認識.

4 課程考核方法改革

考核是考察教學效果的主要方法，是樹立良好的學風，保證教學質(zhì)量的重要手段.微生物發(fā)酵工程課程的考核改革做了以下幾個方面嘗試：（1）科學確定考試內(nèi)容.按照培養(yǎng)目標的要求,試題所涉面寬，主觀性試題與客觀性試題相結(jié)合為主.（2）考核方式多樣化.考核方法除了期末閉卷考試外，還結(jié)合作業(yè)、出勤、學習態(tài)度等綜合考核，此外，課堂小測驗、筆試與綜合考試相結(jié)合.（3）建立科學評分制.采用綜合的、靈活的、相對的評分辦法，使成績評定綜合化，把期末考試、平時測驗、學習紀律、課堂提問成績按一定比例綜合記入學生成績.這些措施普遍為學生所接受，對促進學習取得良好效果.（4）撰寫小論文.如：以氨基酸代謝為例，說明為什么有些突變菌株對末端代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似物具有抗性；舉例說明如可實現(xiàn)使微生物合成比自身需求多的多的產(chǎn)物；設計一個從自然界中篩選高溫淀粉酶產(chǎn)生菌的實驗方案；如果纖維素酶的合成是受反饋阻遏作用的控制，根據(jù)這一調(diào)控機制設計纖維素酶高產(chǎn)菌的選育方案等等為題，讓學生完成一篇小論文.學生在寫作過程中，通過資料查找、內(nèi)容整理、總結(jié)概括等環(huán)節(jié)，可以扎實的把握有關知識，同時也加深了對某一主題的理解.

5 課程目前存在的不足

本課程需要有實驗課作為補充，沒有條件開設綜合性和設計性實驗.教學設備還需進一步補充和更新.目前補充和更新計劃已經(jīng)完成，待學校資金到位后即可解決.實驗室開放力度需進一步加大，管理水平有待進一步提高.資料室建設差距較大.目前用于微生物發(fā)酵工程教學和研究的專業(yè)資料還很匱乏.需要聘請有實踐經(jīng)驗的生物工程技術人員指導教學.

6 課程的建設目標

從我校人才培養(yǎng)戰(zhàn)略和學分制教學的需要出發(fā)，以選用高水平的教材為基礎，補充和完善教學大綱和實驗指導、設計教學內(nèi)容，以多媒體課件建設為突破口，根據(jù)各部分的教學內(nèi)容設計教學方法和教學手段，建立一整套符合培養(yǎng)目標和教學要求的教學與考核體系，總體達到國內(nèi)同類院校該課程建設的先進水平.努力將該課程逐步建設成為校級精品課程.通過該課程的建設，培養(yǎng)和造就一支結(jié)構(gòu)合理、業(yè)務素質(zhì)較高、團結(jié)協(xié)作的教學隊伍.開設實驗，建立和完善實踐性教學環(huán)節(jié)的內(nèi)外部環(huán)境，逐步改善和提高實驗的硬件建設和軟件建設，拓寬實踐性教學環(huán)節(jié)思路，開設設計性、綜合性及研究性實驗，加強實踐性教學環(huán)節(jié)體系的建設.充分利用現(xiàn)代教育技術手段、網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)教學與管理的網(wǎng)絡化，使各種教學資料上網(wǎng)開放.

G642.0

A

1673-260X（2013）11-0194-03