发酵工程实验教学的探索

【中图分类号】G81 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）06-0118-02

发酵工程是现代生物技术的核心技术，是最终能将基因工程、细胞工程、酶工程和蛋白质工程等其它生物技术付诸实践的重要技术。经过数十年的发展，发酵工程已经成为生物技术和生物工程专业教学计划中非常重要的一门专业必修课，课程涉及微生物学、生物化学、化工原理、有机化学、物理、数学等理论基础知识，并能将其应用于生产实践中。发酵工程是一门实践性和应用性很强的学科，实践教学是掌握这门学科必不可少的教学环节。理科院校生物技术和生物工程专业的学生，理论基础知识扎实，但实践教学训练偏少。针对这一情况，在发酵工程课程的教学体系中加入实践教学环节尤为重要。经过几年的教学实践，建立了适合我校实际和学生情况的发酵工程教学体系，对发酵工程的实验教学进行了探索，以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

1.发酵工程课程教学体系的组成

经过几年的实践，我校已建立起了由发酵工程原理为理论基础，发酵工程大实验为实验操作，生产实习为实践参观的教学体系，使学生系统、全面、循序渐进地掌握发酵工程领域的新技术、新方法和新思维。发酵工程原理在大学二年级春季学期开设，讲授发酵生产中的共性技术的原理和实践，引导学生自学若干典型产品的生产工艺。发酵工程大实验在大学二年级夏季学期开设，教学内容结合教师的科研，由基础性、综合性和创新性实验组成。生产实习在大学三年级夏季学期开设，带领学生到相关企业进行参观实习，了解典型发酵产品的生产流程。这种模式不仅包括了理论教学环节，还添加了由大实验和生产实习构成的实践教学环节，使学生完成了从感性认识到理性认识，再从理性认识到实践的飞跃。

2.实验教学内容的精选与组合

2.1实验教学内容设计理念

我们在发酵工程大实验教学内容的设计过程中，重点突出了“大”的特点，主要体现在以下几个方面：（1）课程开设在夏季学期，期间学生没有其它理论课程的学习任务，有一周的时间只完成这门实验课的学习，为连续、系统的实验内容的完成提供了时间保证。（2）将实验内容归纳为一个小科研课题，布置学生完成“查阅资料-制定研究方案-讨论实验方案-实验-记录实验结果-分析实验数据-撰写实验报告”等一系列工作，使学生体会科研工作的一般内容和步骤。（3）实验内容涵盖基础性、综合性、创新性三个层次的实验内容，使学生既掌握发酵工程的基本实验技能，又锻炼了创新实验思维和能力。（4）教学内容改变了传统实验课程开设单个实验的做法，将常用实验技能整合于三部分十二个实验中，使学生从整体上接受实验技能训练，更好地掌握各个操作及其彼此间的联系。（5）教学内容由传统的验证性实验转变为设计性、探索性、创新性实验，使学生体会到实验的真正内涵。在以上设计理念的指导下，我们对发酵工程大实验的教学内容进行了设计和改进。

2.2实验内容的精选

经过最近几年的实践和调整，我校的发酵实验教学内容已逐步建立起了一整套的实验体系，形成了基础性、综合性、创新性三个层次的实验内容。基础性实验：将发酵过程涉及的基本实验方法和技术整合于七个实验中，组成第一、二部分实验，包括了常规的实验操作技术，如培养基配制、高压蒸汽灭菌、菌种分离纯化、微生物染色制片、微生物固体培养和液体培养技术、显微镜使用、平板初筛、酶活力测定、正交试验设计、小型发酵罐的使用等。综合性实验：在7L发酵罐中进行补料分批发酵试验，构成第三部分实验，包括种子制备、发酵培养、生长曲线测定、还原糖测定和产物产量测定等内容。创新性实验：在第一部分实验“生产菌种的选育及发酵条件优化”中嵌入创新性实验环节，要求学生自己设计实验筛选一株酶制剂生产菌种，从而使学生的创新能力得到训练。

2.3实验内容的组织

我校的发酵大实验课程的实验内容围绕“酶制剂”这一主题展开，由三个部分组成：（1）生产菌种的选育及发酵条件优化；（2）生物反应器的使用；（3）7L发酵罐补料分批发酵。第一部分：学生自选分离样品，通过初筛和复筛实验从中分离纯化出酶制剂生产菌，以正交试验设计法完成菌株发酵培养基的优化。第二部分：学生认识小型发酵罐的主要构造，掌握发酵罐参数的设置及控制方法，学习发酵罐的操作方法及注意事项。第三部分：在7L发酵罐上培养第一部分筛选出的生产菌，获得相应的酶产品。实验内容相互联系，浑然一体，紧凑丰富。

3.自主学习为主教学方式的探索

发酵大实验课程的教学以自主学习为主，重点培养学生的主观能动性、科研思维、动手能力和团队协作精神。在实验过程中，我们将3名学生编为一个小组，3个小组编为1个大组，实行组长负责制。第一、二部分实验以小组为单位进行，保证每个学生都尽可能多的动手；综合性强的第三部分实验以大组为单位，既保证了大量实验工作的顺利完成，也培养了学生的团队协作精神。实验课开始前，学生需要以教师给定的实验目的为出发点，通过查阅文献资料和独立思考，自行设计实验计划，在教师指导下完善实验方案，提交预习报告，根据实验计划在教师处领取实验器皿和药品。在实验过程中，教师仅会强调实验的关键步骤和仪器使用的注意事项，以避免实验过程中发生事故，而全部实验工作需要学生自己完成，包括实验材料的准备、器皿的清洗、培养基和试剂的配制、全部操作的完成、实验结果的分析和讨论、实验报告的撰写。整个教学过程中突出“自主学习”的特点，学生是完成实验工作的主体，教师则只是完成指导任务，引导学生完成实验设计、指导学生完成实验工作、解答学生遇到的问题、对实验结果进行评价和把关。这种教学方式以培养学生创新能力和科研素养为目的，弱化传统教学中教师的主体地位，而是更强调学生的主观能动性，使学生在实验过程中自己发现问题、分析问题、解决问题，从而对科研过程和科研工作有所认识，同时使学生的动手能力、创新能力、统筹协调能力和团队协作能力等科研素养得到训练。此外，这种自主学习为主的教学方式也增强了发酵工程课程讲授的理论知识的立体感，使学生对知识的掌握从背诵转变为应用。

4.全方位考核制度的完善

考核制度是保证实验课程教学效果必不可少的组成，科学的考核制度可以充分调动学生重视实验教学，发挥主观积极性，真正提高学生的动手能力和创新能力。我们的考核制度强调培养学生的实际综合实验能力，采用预习报告、平时成绩、实验报告相结合的考核方式。预习报告占30%，综合考察学生文献查阅、理论知识应用和实验方案设计等方面的能力。平时成绩占30%，包括实验态度、实验操作和团队协作等内容。实验报告占40%，综合考察学生实验结果记录、实验数据处理、实验结果表述、实验结果分析和实验报告撰写等能力。这种考核体系多方位多角度地评价学生在教学过程中展现出的各种能力，使学生学习积极性增强。

5.实践教学环节的有力补充

我校的发酵工程课程教学体系还包括实践教学环节，带领学生到不同类型的发酵工厂参观，将产和学结合在一起，加强实验教学环节。

通过理论教学、实验教学与生产实践相结合的教学体系，让学生真正理解发酵工程的内容、具体操作及生产流程。实践教学是提高学生理论联系实际、真正知识应用能力的教学环节，实践教学也为学生毕业后尽快适应社会需要奠定了良好的基础。

6.结束语

发酵工业是生物学专业学生主要的就业方向，培养发酵行业人才是各高校生物学院系的重要教学工作，因此发酵工程实验课程教学的研究和改革势在必行。随着应试教育向素质教育的转变，对学生动手能力、科研能力和科技创新能力的培养将是发酵工程实验教学的中心任务。实验内容的设计、教学方式的探索、考核体系的完善都关乎实验教学效果，需要教师花心思多思考，建立适合本学校本专业的发酵工程实验课程。在此要求下，对教师的专业素养和科研能力提出了较高的要求，教师需要不断提高个人能力才能适应发酵工程实验课程的教学要求。

参考文献：

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