發酵工程實驗課改革與實踐探索

賴穎　侯小歌　葛紅蓮

摘 要： 發酵工程實驗是生物技術、生物工程專業的主干實驗課程，為激發學生學習興趣、提高教學質量，作者在生物工程專業本科生的該課程教學中，從實驗內容、教學組織形式、實驗教學管理、考核制度、實踐教學五個方面進行了改革嘗試，結合研究型、趣味性教學方式，取得了較好的效果。

關鍵詞： 微生物發酵工程 實驗教學 研究型 趣味性

對于生物工程專業的學生來說，學好發酵工程顯得尤為重要。發酵工程是一門應用性和實踐性很強的課程，實驗教學在發酵工程教學活動中非常關鍵。為了在發酵工程實驗教學中訓練學生科學的思維方法，進一步培養學生獨立觀察、提出問題、思考和分析問題、解決問題的能力，以滿足社會對創新型、綜合型人才與日俱增的需求，近年來發酵工程教研室在發酵工程實驗課程內容、教學方法和考核方式等方面進行了一些探索性工作。

一、現狀分析

發酵工程又稱微生物工程，是生物工程和生物技術專業的專業課程，含有現代生物科學和工程的科學技術，包括數學、物理、化學、生物化學、微生物學、化工原理、工程學等理論知識，是一門應用性和實踐性很強的學科，也是實現基因工程、酶工程和細胞工程等其他生物技術的最終方法和手段。

1996年高等學校專業設置和課程調整后，發酵工程成為生物工程專業的一門核心課程。發酵工程實驗是以操作為主的技能課程，隨著目前生物技術行業的快速發展，發酵工程、基因工程、酶工程和細胞工程構成了現代生物技術的主體。然而，不管是基因工程、酶工程還是細胞工程，其產物要實現工業化或轉化生產，都必須利用發酵工程的生產原理與技術。作為一門實踐性極強的學科，理論教學與實踐相結合是使學生牢固掌握發酵工程基本知識的關鍵，因此，發酵工程實驗是實施全面發酵工程教育的一種最有效的教學形式。傳統的發酵工程實驗由相對獨立的實驗構成，內容孤立、不系統且多為驗證性實驗，實驗過程中以教師為主體，學生在教師的逐步指導下完成實驗，并不完全理解實驗的原理、結果及其意義，因此難以將學到的實驗原理和方法應用于實際。學生在實驗中較為被動，學習興趣不高，積極主動性較低，沒有達到很好的教學效果，很難適應培養應用型、創新型人才的需求。同時，發酵工程實驗具有微生物發酵周期長的特殊性，且實驗需要連續進行，發酵工程實驗課時短，按每周開設實驗課的常規教學計劃進行，很難實現發酵工程實驗的系統性。

早在1934年，戴安邦就指出：科學教學不但要傳授知識，而且要進行全面的教學，包括人的科學思想和品德的培養。為了在發酵工程實驗教學中訓練學生科學的思維方法，進一步培養學生獨立觀察、思考和分析問題、解決問題、提出問題的能力，不斷滿足社會對創新型、綜合型人才與日俱增的需求，在發酵工程實驗課程內容、教學方法與手段、考核方式等方面需要進行一系列的改革，建立新的發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.實驗內容的改革的實施

根據實驗條件和學生實際情況，我們增加了特定產物工業生產菌種的篩選、發酵及應用性質研究這一綜合性實驗。在此實驗中，同時涉及微生物學、發酵工程、生物下游技術、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、發酵條件優化和酶活的分光光度法測定等方法和技術。通過從自然界中篩選一株能產生特定產物的菌株出發，直到最終利用該菌株所產生的特定產物進行應用的整個過程，培養了學生從事發酵工程研究的基本思路和方法；通過實驗，學生可以全面了解某一發酵工程產品生產和應用的特點與關鍵環節，加深對發酵工程原理與技術的理解。

通過調整和修改，最終確定的實驗內容體系共分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，特定產物工業生產菌種的篩選、發酵及應用性質研究。其中第5部分為綜合性實驗，整個實驗圍繞特定的產物淀粉酶，從產酶菌的篩選、發酵條件優化直到獲得發酵產物并進行實際應用，前一階段的實驗結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部分為設計性實驗，要求學生初步完成研究內容—查閱資料—設計并實驗—總結四部曲，也就是要求學生根據已定方向進行文獻查閱、擬訂實驗方案、選擇和組裝所需儀器設備、寫出論文式的實驗報告，再由老師進行總結和提高。首先讓學生們通過查閱資料，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進行實驗，完成實驗報告，整個過程充分發揮學生的主動性與創造性。學生在查閱資料、設計實驗方案的過程中，進一步加深了對專業理論知識的理解，并通過靈活的實踐性操作技能的訓練，開發了創造性思維，提高了科學實驗綜合素質。

2.教學組織形式的改革的實施

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

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

3.實驗教學管理的改革的實施

重視實驗前預習與實驗準備：在實驗前，指導教師只給出實驗題目和要求，讓學生充分預習實驗指導書，查閱有關資料，開拓思路，發揮自主性和創造性，設計實驗過程，并寫出包括實驗操作程序、實驗材料及預期實驗結果的預習報告。教師認真批閱修改預習報告后，讓學生進行實驗前的全部準備工作，這樣不僅解除了學生的依賴心理，而且增加了實際操作鍛煉的機會，使他們進一步了解了實驗的原理、方法和步驟，做到了心中有數，從而降低了實驗過程的操作錯誤。

學生獨立操作，教師適時啟發：學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生的主體意識，學生根據預習結果，自己設計和安排達到實驗目的，教師必須糾正學生不規范的操作，使學生正確熟練地掌握各種常規實驗技術，為以后學習和工作打下良好的基礎。

認真批改實驗報告：實驗報告是對實驗的總結，也是對實驗課質量的檢驗，通過對實驗報告的批改，可以培養學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

由于是短學期實習課程，重在平時的實驗技能培養，考核中不含有筆試，以減少“高分低能”現象的出現。采用平時成績、實驗報告、考試成績相結合的實驗考核方式。平時成績包括實驗方案設計、平時操作、安全衛生等內容，占40，實驗報告占30，考試成績為實驗操作考試成績，同時制定考核細則，占30。其中，實驗報告成績并不由實驗老師個人評定，而是進行報告的展示，各組以PPT形式匯報實驗結果，由各組長及實驗老師共同打分，所有學生現場觀摩。在此答辯環節，既鞏固了發酵工程實驗課程的相關知識，又鍛煉了學生運用知識的表達能力。此實驗考核方式的改革，有利于調動學生的主觀能動性，提高學生的動手能力和實驗基本素養。

5.重視實踐教學元素

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

結語

發酵工程實驗是生物工程專業的基礎課程，發酵工程實驗的教學質量直接影響學生的專業素質。本文在分析現在發酵工程實驗中存在的問題的基礎上，結合本實驗室現有設備狀況，提出了一些教改方案。

2014年周口師范學院教育教學改革研究項目（J201423）