發(fā)酵工程實(shí)踐課程體系改革初探

張建國(guó) 熊雙麗 陳曉明 段 寧

摘要西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院為了深化發(fā)酵工程課程相關(guān)實(shí)踐體系,進(jìn)行了改革與實(shí)踐。通過(guò)對(duì)實(shí)踐內(nèi)容和開(kāi)設(shè)形式以及考核方式進(jìn)行改革,提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力,獲得了良好的效果。

關(guān)鍵詞發(fā)酵工程;實(shí)踐教學(xué);改革

中圖分類號(hào)G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)22-0349-02

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)作為工業(yè)生物技術(shù)核心的發(fā)酵技術(shù)提出了新的要求,促進(jìn)了發(fā)酵工程的發(fā)展,豐富了發(fā)酵工程的內(nèi)涵。發(fā)酵工程是在人為控制的條件下,通過(guò)微生物或動(dòng)植物細(xì)胞的生命活動(dòng)而獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過(guò)程,課程的技術(shù)性決定了其實(shí)踐課程的重要性,如何加深學(xué)生對(duì)發(fā)酵工程理論課的認(rèn)識(shí)和提高動(dòng)手能力是各高校相關(guān)專業(yè)關(guān)注和討論的熱點(diǎn)。西南科技大學(xué)對(duì)發(fā)酵工程課程實(shí)踐內(nèi)容、開(kāi)設(shè)方式以及教學(xué)方法進(jìn)行了多次討論與實(shí)踐,初步形成了較為科學(xué)的體系,明顯提高了學(xué)生對(duì)發(fā)酵工程的認(rèn)識(shí)與動(dòng)手能力以及學(xué)生參與的積極性,初步形成了具有該校特色的發(fā)酵工程實(shí)踐體系。

1圍繞發(fā)酵工程課程體系建立實(shí)踐項(xiàng)目體系

發(fā)酵工程作為生物工程專業(yè)的必修課程,其授課內(nèi)容過(guò)去以典型生產(chǎn)工藝為主。經(jīng)過(guò)改革后,課程講授內(nèi)容以共性為主,在章節(jié)順序上按照發(fā)酵生產(chǎn)單元工藝與操作過(guò)程的先后順序編排:緒論、菌種、發(fā)酵機(jī)制與代謝調(diào)控、培養(yǎng)基、滅菌與無(wú)菌空氣的制備、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵工藝過(guò)程控制、典型生物發(fā)酵工藝。這樣安排有利于各個(gè)章節(jié)的銜接,使學(xué)生更清楚、更完整地掌握發(fā)酵工藝全過(guò)程。為了適應(yīng)理論課程的改革,在設(shè)計(jì)實(shí)踐體系時(shí),盡量包含理論課程所授內(nèi)容,提高學(xué)生動(dòng)手能力和增長(zhǎng)學(xué)生的見(jiàn)識(shí)。實(shí)踐內(nèi)容包含了工廠參觀實(shí)習(xí)、生物工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)習(xí)。

2層次安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,充分提高實(shí)踐教學(xué)效果

發(fā)酵工程是一門(mén)應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,學(xué)生恰恰在實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)方面缺乏,幾乎為空白,因而實(shí)踐教學(xué)在發(fā)酵工程教學(xué)活動(dòng)中非常關(guān)鍵。發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程是單元工藝與操作相互獨(dú)立又相互依存、各種因素和多種參數(shù)相互制約又相互促進(jìn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。為此,建立多層次實(shí)踐教學(xué)體系,有利于學(xué)生從整體觀念出發(fā),分析問(wèn)題和解決問(wèn)題,培養(yǎng)他們解決實(shí)際問(wèn)題和創(chuàng)新的能力。

2.1工廠參觀實(shí)習(xí)

在發(fā)酵工程開(kāi)課后第3周進(jìn)行參觀實(shí)習(xí),為必修環(huán)節(jié)。一方面,學(xué)生對(duì)課程有了一定的了解,產(chǎn)生了較強(qiáng)的求知欲,學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行參觀,加深了對(duì)工藝流程的了解,同時(shí)對(duì)設(shè)備也有了感性認(rèn)識(shí);另一方面,通過(guò)實(shí)習(xí),學(xué)生可以產(chǎn)生很多疑問(wèn),把這些疑問(wèn)帶到課堂上來(lái),提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,渲染了課堂氣氛,同時(shí)也激發(fā)了老師上課的激情。目前,該專業(yè)在綿陽(yáng)禾本生物工程有限公司、綿陽(yáng)塔子壩污水處理廠、豐谷酒業(yè)有限公司等相關(guān)企業(yè)建立了良好的教學(xué)科研實(shí)習(xí)基地。

2.2生物工藝實(shí)驗(yàn)

將發(fā)酵過(guò)程按工藝流程整合為菌種選育、培養(yǎng)條件優(yōu)化、發(fā)酵培養(yǎng)、產(chǎn)物分析、產(chǎn)物提取等五大單元實(shí)驗(yàn)?zāi)K,與理論課程同步開(kāi)設(shè),作為課程實(shí)驗(yàn)的基本環(huán)節(jié)。

菌種的選育包括菌種的篩選,解決菌種從無(wú)到有、從劣到優(yōu)的問(wèn)題。本課程為學(xué)生提供幾個(gè)適于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的項(xiàng)目,學(xué)生可以根據(jù)自身的喜好從大自然中選出目的菌株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。目前可選內(nèi)容主要是產(chǎn)淀粉酶菌株的篩選、產(chǎn)纖維素酶菌株的篩選、產(chǎn)檸檬酸酶的篩選。學(xué)生通過(guò)參考一些資料有目地的對(duì)自己感興趣的生產(chǎn)菌株進(jìn)行篩選。學(xué)生以自己篩選的菌株作為出發(fā)菌株誘變,誘變內(nèi)容包括了最佳劑量條件的選擇和突變菌株的篩選。

有了良好的菌株,欲使其優(yōu)良性狀得到表達(dá),就要有優(yōu)化的培養(yǎng)條件。安排學(xué)生進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn),學(xué)生可選擇的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法主要有單因素實(shí)驗(yàn)、正交試驗(yàn)、均勻設(shè)計(jì)、回歸正交試驗(yàn)等。利用優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)并對(duì)產(chǎn)物提取與分析,最終獲得產(chǎn)品。

通過(guò)生物工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,學(xué)生學(xué)習(xí)的激情會(huì)大大提高,有利于把學(xué)到的理論知識(shí)融入到實(shí)踐中來(lái),有利于提高學(xué)生探索能力,有利于理順學(xué)生對(duì)理論課程學(xué)習(xí)的思路,從而達(dá)到教學(xué)目的,產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。

2.3發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)習(xí)

發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)習(xí)是一門(mén)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),是課程實(shí)驗(yàn)的提高環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋抗生素發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、酶制劑發(fā)酵等諸多領(lǐng)域,以及教師的相關(guān)課題,學(xué)生自由選擇其中部分內(nèi)容從而調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。目前教學(xué)資源有限,僅有3臺(tái)生物反應(yīng)器,不能滿足所有學(xué)生的需求。此環(huán)節(jié)學(xué)生自愿選擇,在第7學(xué)期最后2周集中開(kāi)設(shè)。課程選課人數(shù)1次不超過(guò)20人,組數(shù)不超過(guò)3組,每組學(xué)生以不少于4人、不大于8人為原則。實(shí)習(xí)前,學(xué)生首先要查閱資料、制定實(shí)驗(yàn)方案,然后和同學(xué)以及老師進(jìn)行討論和修改。根據(jù)學(xué)生掌握情況安排組長(zhǎng),由組長(zhǎng)組織發(fā)酵生產(chǎn)。指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全、操作培訓(xùn),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一般不過(guò)分干預(yù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,只對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo),以鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。

3完善考核指標(biāo),提高管理水平

發(fā)酵工程實(shí)踐課程學(xué)生感興趣的多,但是學(xué)習(xí)過(guò)程和實(shí)踐報(bào)告往往令人不滿意。分析原因主要是實(shí)踐前對(duì)所要接觸的內(nèi)容缺乏深入了解;學(xué)生不能將學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)有機(jī)融入到實(shí)驗(yàn)中來(lái);教師在講解實(shí)驗(yàn)時(shí)往往高估學(xué)生的實(shí)踐能力;高年級(jí)學(xué)生分心太重,沒(méi)有一心用到實(shí)驗(yàn)中來(lái)。針對(duì)以上原因,在考核指標(biāo)和管理上進(jìn)行了改進(jìn),主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)實(shí)踐前必須完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告,預(yù)習(xí)報(bào)告占總分的30%。對(duì)于發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)習(xí)必須完成試驗(yàn)方案的制定,否則不能進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。

(2)老師對(duì)操作要領(lǐng)進(jìn)行演示,操作過(guò)程以監(jiān)督和糾正為主,一般占實(shí)驗(yàn)(實(shí)習(xí))成績(jī)的10%。

(3)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的靈活應(yīng)用。例如學(xué)生在微生物實(shí)驗(yàn)中,微生物涂布平板生長(zhǎng)菌落一般以100個(gè)左右為最佳。但是在選育菌種時(shí)尤其是選育有透明圈生成的菌株時(shí),一般以10個(gè)左右為最佳,避免了微生物菌落過(guò)多造成透明圈相互影響,干擾了透明圈的測(cè)量。

(4)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)紀(jì)律。對(duì)由于學(xué)生特殊情況而缺少的實(shí)驗(yàn)必須補(bǔ)齊。對(duì)于生產(chǎn)實(shí)習(xí),在實(shí)習(xí)前1天反復(fù)強(qiáng)調(diào)紀(jì)律和規(guī)章制度,實(shí)習(xí)過(guò)程沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)行補(bǔ)做。

(5)實(shí)踐報(bào)告占總成績(jī)的50%,其中結(jié)果10%,分析與討論占到40%。對(duì)于分析與討論有雷同的進(jìn)行批評(píng)教育且返回重新進(jìn)行分析與討論。

(6)按照得分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分,加強(qiáng)實(shí)踐成績(jī)的透明度。以往成績(jī)不公布,時(shí)常有學(xué)生前來(lái)說(shuō)情,加分的情況也未發(fā)生,充分體現(xiàn)了公開(kāi)、透明、公正。

通過(guò)以上改進(jìn),明顯感覺(jué)到學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠更加主動(dòng)和積極,學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中以各種形式請(qǐng)假的現(xiàn)象沒(méi)有發(fā)生,實(shí)踐報(bào)告質(zhì)量明顯提高。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)發(fā)酵工程實(shí)踐課程體系進(jìn)行改革,學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動(dòng)性大大提高,理順了學(xué)生的研究思路,增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)的信心。實(shí)踐預(yù)習(xí)成績(jī)由10%提高到30%,使學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)康男愿鼜?qiáng)。加強(qiáng)老師的實(shí)踐過(guò)程指導(dǎo)作用,減少學(xué)生在操作過(guò)程環(huán)節(jié)的得分壓力,打破了以往同組同學(xué)往往1人操作其他學(xué)生觀看的現(xiàn)象,使學(xué)生感到有所收獲和提高。管理水平的提高消除了學(xué)生以往以各種理由缺課或遲到以及說(shuō)情加分的困擾?？傊?改革的效果是良好的,有利于教學(xué)和學(xué)生素質(zhì)的提高。

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