發(fā)酵工程實驗課改革與實踐探索

賴穎　侯小歌　葛紅蓮

摘 要： 發(fā)酵工程實驗是生物技術(shù)、生物工程專業(yè)的主干實驗課程，為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量，作者在生物工程專業(yè)本科生的該課程教學(xué)中，從實驗內(nèi)容、教學(xué)組織形式、實驗教學(xué)管理、考核制度、實踐教學(xué)五個方面進(jìn)行了改革嘗試，結(jié)合研究型、趣味性教學(xué)方式，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞： 微生物發(fā)酵工程 實驗教學(xué) 研究型 趣味性

對于生物工程專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)好發(fā)酵工程顯得尤為重要。發(fā)酵工程是一門應(yīng)用性和實踐性很強的課程，實驗教學(xué)在發(fā)酵工程教學(xué)活動中非常關(guān)鍵。為了在發(fā)酵工程實驗教學(xué)中訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立觀察、提出問題、思考和分析問題、解決問題的能力，以滿足社會對創(chuàng)新型、綜合型人才與日俱增的需求，近年來發(fā)酵工程教研室在發(fā)酵工程實驗課程內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行了一些探索性工作。

一、現(xiàn)狀分析

發(fā)酵工程又稱微生物工程，是生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程，含有現(xiàn)代生物科學(xué)和工程的科學(xué)技術(shù)，包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、化工原理、工程學(xué)等理論知識，是一門應(yīng)用性和實踐性很強的學(xué)科，也是實現(xiàn)基因工程、酶工程和細(xì)胞工程等其他生物技術(shù)的最終方法和手段。

1996年高等學(xué)校專業(yè)設(shè)置和課程調(diào)整后，發(fā)酵工程成為生物工程專業(yè)的一門核心課程。發(fā)酵工程實驗是以操作為主的技能課程，隨著目前生物技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)酵工程、基因工程、酶工程和細(xì)胞工程構(gòu)成了現(xiàn)代生物技術(shù)的主體。然而，不管是基因工程、酶工程還是細(xì)胞工程，其產(chǎn)物要實現(xiàn)工業(yè)化或轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，都必須利用發(fā)酵工程的生產(chǎn)原理與技術(shù)。作為一門實踐性極強的學(xué)科，理論教學(xué)與實踐相結(jié)合是使學(xué)生牢固掌握發(fā)酵工程基本知識的關(guān)鍵，因此，發(fā)酵工程實驗是實施全面發(fā)酵工程教育的一種最有效的教學(xué)形式。傳統(tǒng)的發(fā)酵工程實驗由相對獨立的實驗構(gòu)成，內(nèi)容孤立、不系統(tǒng)且多為驗證性實驗，實驗過程中以教師為主體，學(xué)生在教師的逐步指導(dǎo)下完成實驗，并不完全理解實驗的原理、結(jié)果及其意義，因此難以將學(xué)到的實驗原理和方法應(yīng)用于實際。學(xué)生在實驗中較為被動，學(xué)習(xí)興趣不高，積極主動性較低，沒有達(dá)到很好的教學(xué)效果，很難適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的需求。同時，發(fā)酵工程實驗具有微生物發(fā)酵周期長的特殊性，且實驗需要連續(xù)進(jìn)行，發(fā)酵工程實驗課時短，按每周開設(shè)實驗課的常規(guī)教學(xué)計劃進(jìn)行，很難實現(xiàn)發(fā)酵工程實驗的系統(tǒng)性。

早在1934年，戴安邦就指出：科學(xué)教學(xué)不但要傳授知識，而且要進(jìn)行全面的教學(xué)，包括人的科學(xué)思想和品德的培養(yǎng)。為了在發(fā)酵工程實驗教學(xué)中訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立觀察、思考和分析問題、解決問題、提出問題的能力，不斷滿足社會對創(chuàng)新型、綜合型人才與日俱增的需求，在發(fā)酵工程實驗課程內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、考核方式等方面需要進(jìn)行一系列的改革，建立新的發(fā)酵工程實驗課程體系顯得尤為重要。

二、實施方案和實施方法

1.實驗內(nèi)容的改革的實施

根據(jù)實驗條件和學(xué)生實際情況，我們增加了特定產(chǎn)物工業(yè)生產(chǎn)菌種的篩選、發(fā)酵及應(yīng)用性質(zhì)研究這一綜合性實驗。在此實驗中，同時涉及微生物學(xué)、發(fā)酵工程、生物下游技術(shù)、酶工程、生物檢驗與分析三門課程，并用到微生物的分離純化、發(fā)酵條件優(yōu)化和酶活的分光光度法測定等方法和技術(shù)。通過從自然界中篩選一株能產(chǎn)生特定產(chǎn)物的菌株出發(fā)，直到最終利用該菌株所產(chǎn)生的特定產(chǎn)物進(jìn)行應(yīng)用的整個過程，培養(yǎng)了學(xué)生從事發(fā)酵工程研究的基本思路和方法；通過實驗，學(xué)生可以全面了解某一發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用的特點與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加深對發(fā)酵工程原理與技術(shù)的理解。

通過調(diào)整和修改，最終確定的實驗內(nèi)容體系共分6部分：根霉曲的制備和甜酒釀的制作，食醋的釀制，中西式泡菜的制作，乳酸菌的分離和酸奶的制作，特定產(chǎn)物工業(yè)生產(chǎn)菌種的篩選、發(fā)酵及應(yīng)用性質(zhì)研究。其中第5部分為綜合性實驗，整個實驗圍繞特定的產(chǎn)物淀粉酶，從產(chǎn)酶菌的篩選、發(fā)酵條件優(yōu)化直到獲得發(fā)酵產(chǎn)物并進(jìn)行實際應(yīng)用，前一階段的實驗結(jié)果就是下一階段實驗的原料，各階段實驗之間具有很強的邏輯連貫性。第6部分為設(shè)計性實驗，要求學(xué)生初步完成研究內(nèi)容—查閱資料—設(shè)計并實驗—總結(jié)四部曲，也就是要求學(xué)生根據(jù)已定方向進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、擬訂實驗方案、選擇和組裝所需儀器設(shè)備、寫出論文式的實驗報告，再由老師進(jìn)行總結(jié)和提高。首先讓學(xué)生們通過查閱資料，列出實驗方案；接著師生一起討論，確定實驗方案；然后讓他們在限定時間內(nèi)進(jìn)行實驗，完成實驗報告，整個過程充分發(fā)揮學(xué)生的主動性與創(chuàng)造性。學(xué)生在查閱資料、設(shè)計實驗方案的過程中，進(jìn)一步加深了對專業(yè)理論知識的理解，并通過靈活的實踐性操作技能的訓(xùn)練，開發(fā)了創(chuàng)造性思維，提高了科學(xué)實驗綜合素質(zhì)。

2.教學(xué)組織形式的改革的實施

在實驗過程中，我們將2名學(xué)生編為一個小組，4個小組編為1個大組。驗證性實驗以小組為單位進(jìn)行，而綜合性實驗考慮到時間和實驗設(shè)備材料的限制，則以大組為單位。例如在進(jìn)行淀粉酶產(chǎn)生菌發(fā)酵條件優(yōu)化的實驗時，每個小組優(yōu)化1種條件，這樣既節(jié)省了時間，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，又通過一個發(fā)酵條件的優(yōu)化研究掌握了其他條件優(yōu)化的基本方法和操作，將大組中其他小組的實驗結(jié)果綜合起來就可以獲得最終的優(yōu)化條件。

在教師的總體指導(dǎo)下，在給定的實驗方案的基礎(chǔ)上，通過學(xué)生獨立思考、自行規(guī)劃實驗流程、制訂實驗計劃、準(zhǔn)備實驗材料、動手操作、分析和討論實驗結(jié)果并最后寫出實驗論文。這種科研式教學(xué)的設(shè)計突出了研究性的特點，學(xué)生以研究者的身份進(jìn)行工作，教師則以導(dǎo)師的身份對學(xué)生的研究工作進(jìn)行指導(dǎo)、回答學(xué)生的疑問并對學(xué)生的每一步實驗結(jié)果進(jìn)行評價和把關(guān)。實驗室隨時對學(xué)生開放，學(xué)生可以根據(jù)自己的情況合理安排實驗進(jìn)度和時間，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生研究性思維和獨立動手能力的目的。

3.實驗教學(xué)管理的改革的實施

重視實驗前預(yù)習(xí)與實驗準(zhǔn)備：在實驗前，指導(dǎo)教師只給出實驗題目和要求，讓學(xué)生充分預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，查閱有關(guān)資料，開拓思路，發(fā)揮自主性和創(chuàng)造性，設(shè)計實驗過程，并寫出包括實驗操作程序、實驗材料及預(yù)期實驗結(jié)果的預(yù)習(xí)報告。教師認(rèn)真批閱修改預(yù)習(xí)報告后，讓學(xué)生進(jìn)行實驗前的全部準(zhǔn)備工作，這樣不僅解除了學(xué)生的依賴心理，而且增加了實際操作鍛煉的機會，使他們進(jìn)一步了解了實驗的原理、方法和步驟，做到了心中有數(shù)，從而降低了實驗過程的操作錯誤。

學(xué)生獨立操作，教師適時啟發(fā)：學(xué)生在實驗中必須成為一個實踐者和探索者，是實驗的主體，所以在實驗中必須增強學(xué)生的主體意識，學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)結(jié)果，自己設(shè)計和安排達(dá)到實驗?zāi)康模處煴仨毤m正學(xué)生不規(guī)范的操作，使學(xué)生正確熟練地掌握各種常規(guī)實驗技術(shù)，為以后學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。

認(rèn)真批改實驗報告：實驗報告是對實驗的總結(jié)，也是對實驗課質(zhì)量的檢驗，通過對實驗報告的批改，可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力和觀察分析問題能力。

4.考核制度的改革

由于是短學(xué)期實習(xí)課程，重在平時的實驗技能培養(yǎng)，考核中不含有筆試，以減少“高分低能”現(xiàn)象的出現(xiàn)。采用平時成績、實驗報告、考試成績相結(jié)合的實驗考核方式。平時成績包括實驗方案設(shè)計、平時操作、安全衛(wèi)生等內(nèi)容，占40，實驗報告占30，考試成績?yōu)閷嶒灢僮骺荚嚦煽?，同時制定考核細(xì)則，占30。其中，實驗報告成績并不由實驗老師個人評定，而是進(jìn)行報告的展示，各組以PPT形式匯報實驗結(jié)果，由各組長及實驗老師共同打分，所有學(xué)生現(xiàn)場觀摩。在此答辯環(huán)節(jié)，既鞏固了發(fā)酵工程實驗課程的相關(guān)知識，又鍛煉了學(xué)生運用知識的表達(dá)能力。此實驗考核方式的改革，有利于調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的動手能力和實驗基本素養(yǎng)。

5.重視實踐教學(xué)元素

實驗考核結(jié)束之后，帶領(lǐng)學(xué)生參觀一些不同類型的發(fā)酵工廠，如啤酒廠、制藥廠，分組到車間比較詳細(xì)地熟悉各個工藝單元的操作，以鞏固實驗室所學(xué)的理論和操作技術(shù)，同時解決在實驗中碰到的部分疑慮。

結(jié)語

發(fā)酵工程實驗是生物工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，發(fā)酵工程實驗的教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。本文在分析現(xiàn)在發(fā)酵工程實驗中存在的問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合本實驗室現(xiàn)有設(shè)備狀況，提出了一些教改方案。

2014年周口師范學(xué)院教育教學(xué)改革研究項目（J201423）