制藥工程專業(yè)發(fā)酵工程課程改革探索①

姜軍坡, 王世英, 李 佳

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071000）

制藥工程專業(yè)發(fā)酵工程課程改革探索①

姜軍坡, 王世英, 李 佳

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071000）

發(fā)酵工程是制藥工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,為適應(yīng)社會的需求,提高學(xué)生的綜合素質(zhì),增強學(xué)生就業(yè)競爭能力,對發(fā)酵工程課程內(nèi)容、教學(xué)方法和手段及實驗教學(xué)進(jìn)行了一些改革與探索。通過近3年的實踐,取得了較好的教學(xué)效果。

發(fā)酵工程;課程;教學(xué)改革

發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術(shù)四大工程（基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程）的核心,是基因工程、細(xì)胞工程和酶工程產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵,在生物技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有舉足輕重的作用[1]。制藥工程專業(yè)是河北農(nóng)業(yè)大學(xué)2003年開始招生的本科專業(yè),生源以河北省境內(nèi)考生為主。河北省內(nèi)有華藥集團、石藥集團等大型藥品生產(chǎn)企業(yè),還有許多像長天藥業(yè)等中小型藥品生產(chǎn)企業(yè),它們是接收制藥工程專業(yè)畢業(yè)生的主力軍,其中有許多企業(yè)以從事抗生素、維生素等微生物藥物的發(fā)酵生產(chǎn)為主。因此,對于制藥工程專業(yè)的學(xué)生來說,學(xué)好發(fā)酵工程顯得尤為重要。從2006年開設(shè)發(fā)酵工程專業(yè)課以來,為了教好該課程,讓學(xué)生真正的學(xué)好這門課,在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與手段和實驗教學(xué)等方面就該課程進(jìn)行了一些探索與改革,以提高發(fā)酵工程教學(xué)質(zhì)量,提高學(xué)生的綜合素質(zhì),增強學(xué)生就業(yè)的競爭能力。

一、發(fā)酵工程理論教學(xué)的改革

（一）結(jié)合實際情況,合理選用教材

作為教師與學(xué)生之間教與學(xué)的橋梁,教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的知識載體。選擇具有系統(tǒng)、完整的知識體系并反映本學(xué)科領(lǐng)域最新成就的優(yōu)秀教材,是確保教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵和基礎(chǔ)[2]。

一本好的教材,可在很大程度上提高教學(xué)的效率,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情?？梢宰鳛榘l(fā)酵工程課程參考書的出版物有《發(fā)酵工藝原理》、《發(fā)酵工業(yè)概論》、《發(fā)酵工藝學(xué)》、《微生物工程》、《微生物工程原理》等。發(fā)酵工程作為專業(yè)基礎(chǔ)課,選用的教材應(yīng)適合制藥工程專業(yè)的特性和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生的區(qū)域服務(wù)性,因此,筆者選用熊宗貴主編的《發(fā)酵工藝原理》作為教材。這是一本普通高等教育藥學(xué)類規(guī)劃教材,教材內(nèi)容分為總論和各論兩篇,適合制藥工程專業(yè)和微生物制藥專業(yè)的課程設(shè)置。在其總論篇中重點內(nèi)容是涉及各種發(fā)酵過程共性的基本知識,而在其各論篇中,均是各種微生物藥物的發(fā)酵生產(chǎn)內(nèi)容,包括β-內(nèi)酰胺類抗生素、非β-內(nèi)酰胺類抗生素、氨基酸、維生素、核酸類物質(zhì)等藥物的發(fā)酵。該書可以在分析不同發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的技術(shù)特點的基礎(chǔ)上,使學(xué)生能全面系統(tǒng)地了解每一種微生物藥物發(fā)酵的特殊工藝過程及技術(shù)知識要點,了解制藥工程領(lǐng)域最新成果,體現(xiàn)了以醫(yī)藥發(fā)酵工業(yè)為主的知識體系系統(tǒng)和教學(xué)思想。

（二）精選教學(xué)內(nèi)容,整合優(yōu)化課程體系

科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容、知識體系是課程成功的基礎(chǔ),是教學(xué)改革的關(guān)鍵[3]。因此,對教學(xué)內(nèi)容的更新、對課程體系的優(yōu)化成為教學(xué)探索與改革的核心。結(jié)合河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的實際情況及社會需求,在大量閱讀相關(guān)教材和期刊論文的基礎(chǔ)上,博采眾長,調(diào)整、編排、更新教學(xué)內(nèi)容,逐步形成獨具特色的教學(xué)體系和教學(xué)藝術(shù)。

教材《發(fā)酵工藝原理》涉及的內(nèi)容很多,總論包括菌種選育、工業(yè)微生物的生長與產(chǎn)物的生物合成、培養(yǎng)基、滅菌、生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)與保藏、通氣與攪拌、發(fā)酵工藝控制、發(fā)酵動力學(xué)、過程檢測與自控、發(fā)酵過程的實驗室研究、中試和放大、現(xiàn)代生物技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用、發(fā)酵工業(yè)與環(huán)境保護、發(fā)酵過程經(jīng)濟學(xué)等內(nèi)容;各論內(nèi)容包括β-內(nèi)酰胺類抗生素、非β-內(nèi)酰胺類抗生素、氨基酸、維生素、核酸類物質(zhì)等藥物的發(fā)酵。本課程的理論課時數(shù)為48學(xué)時,為了在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)完成課程教學(xué)任務(wù),讓學(xué)生對發(fā)酵工程的概況及全貌有全面清晰的認(rèn)識與了解,必須合理安排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點。為此,在總論教學(xué)中筆者先以緒論說明本課程的重要性,引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和重視,然后依照《發(fā)酵工藝原理》的章節(jié)順序進(jìn)行教學(xué)。但在組織教學(xué)內(nèi)容時,對學(xué)生已掌握和了解的內(nèi)容不再重復(fù)講授,如菌種選育、工業(yè)微生物的生長與產(chǎn)物的生物合成、培養(yǎng)基等章節(jié)在微生物學(xué)、微生物遺傳育種學(xué)、生物化學(xué)等課程中已詳細(xì)講解過,因而,要求學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)的章節(jié),避免不必要的重復(fù),力求突出本課程的重點。在講解各論時,筆者詳細(xì)講解β-內(nèi)酰胺類抗生素、維生素、氨基酸等章節(jié),力求突出河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的專業(yè)特色,對其它章節(jié)教師只講解重點,以指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)為主。作為地方院校,應(yīng)結(jié)合地方經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r與學(xué)校實際情況,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)具有技術(shù)應(yīng)用型和技術(shù)創(chuàng)新型能力的制藥工程專業(yè)人才,以適應(yīng)社會的需求,緩解大學(xué)生就業(yè)壓力[4]。

在《發(fā)酵工藝原理》中沒有發(fā)酵產(chǎn)物分離的詳細(xì)教學(xué)內(nèi)容,為了使學(xué)生系統(tǒng)掌握發(fā)酵工程知識,在講解各論時加進(jìn)了生物分離工程的內(nèi)容,如在β-內(nèi)酰胺類抗生素的章節(jié)中,講解了青霉素提取過程中如何進(jìn)行過濾和萃取,而在氨基酸章中加進(jìn)提取氨基酸常用的等電點結(jié)晶和離子交換層析等內(nèi)容,使學(xué)生能將學(xué)到的生物分離工程的知識與發(fā)酵工程的生產(chǎn)實踐聯(lián)系起來。通過這些教學(xué)內(nèi)容的整合使得本課程的教學(xué)內(nèi)容和知識體系更為完整。

（三） 教學(xué)方法和手段的改革

除了選一個好教材,合理安排教學(xué)內(nèi)容和優(yōu)化教學(xué)體系之外,改革教學(xué)方法和手段也是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性并提高教學(xué)效率必需的有效措施。這不僅有利于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容,而且還有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析解決問題的能力。因此,在課堂教學(xué)過程中根據(jù)教材內(nèi)容、特點和性質(zhì)、授課對象的不同,綜合應(yīng)用不同的授課模式,如啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、演示式教學(xué)和實踐式教學(xué)等,收到了較好的效果。

在講授章節(jié)重點和難點時,鼓勵學(xué)生對不懂的地方當(dāng)堂舉手提問,既活躍了課堂氣氛,又調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。為了使學(xué)生完全理解、融會貫通,筆者采用了啟發(fā)式、討論式等互動教學(xué)模式,使課堂教學(xué)從傳統(tǒng)的單向傳授變?yōu)殡p向溝通的活動過程,如在講到第五章第三節(jié)空氣除菌時,首先設(shè)問“通入發(fā)酵罐的空氣是如何做到無菌的?”,然后在對學(xué)生的回答進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上介紹無菌空氣的一般制備工藝過程。發(fā)酵工程是一門工科課程,涉及到種子罐、發(fā)酵罐等設(shè)備,在學(xué)習(xí)這門課之前許多學(xué)生根本沒接觸過這些設(shè)備。筆者購買了一些光盤和設(shè)計模型,用于課堂演示,以增加真實感,引起學(xué)生的興趣與好奇心,加深學(xué)生的印象。如在講解種子罐、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)時,利用河南工業(yè)大學(xué)的設(shè)計模型,通過種子罐和發(fā)酵罐的組裝試驗,演示了種子罐和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)所在地保定市有十幾個中小型發(fā)酵企業(yè),在講授課程的主要內(nèi)容之前,組織學(xué)生到工廠參觀,使課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容與生產(chǎn)實際對應(yīng)起來,提高了理論教學(xué)的效果。另外,通過課內(nèi)作業(yè)隨時了解學(xué)生對重點章節(jié)內(nèi)容的掌握情況,要求學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料來完成老師布置的課外作業(yè),這既有利于提高學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力、表達(dá)能力、自我學(xué)習(xí)能力,又有利于學(xué)生了解、掌握本學(xué)科最新研究動態(tài),拓寬視野。實踐證明這比教師在課堂上直接講授發(fā)酵工程前沿知識的效果更好。

在教學(xué)手段方面,為了解決有限的教學(xué)時間與豐富的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾,提高教學(xué)效率,本課程采用了多媒體進(jìn)行授課。多媒體技術(shù)的應(yīng)用,突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式,為教學(xué)帶來了新的活力,節(jié)省了板書時間,使教學(xué)過程由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)、平面變?yōu)榱Ⅲw,課堂教學(xué)生動形象,實現(xiàn)文字、圖像、聲音的同步輸出,提供了視覺、聽覺等多器官刺激,較短時間內(nèi)向?qū)W生輸送大量信息,活躍課堂氣氛,從而提高了學(xué)習(xí)效率[2]。大多數(shù)學(xué)生由于缺乏在發(fā)酵企業(yè)實踐的機會,在學(xué)習(xí)《發(fā)酵工程》課程的一些章節(jié)內(nèi)容時,很難完全理解較為抽象的內(nèi)容。筆者利用多媒體技術(shù)通過動畫、圖片等形式把教學(xué)中的難點內(nèi)容逐一分解,使抽象的內(nèi)容具體化、直觀化,避免了空洞的說教,調(diào)動了學(xué)生的興趣,也節(jié)約了時間;對于較易理解、篇幅較大、單靠課堂講授比較枯燥的工藝流程和操作技術(shù),制作動畫或?qū)⒐S的生產(chǎn)工藝過程及操作要點制成光盤,穿插于課堂教學(xué)中。這些現(xiàn)代化教學(xué)手段使教學(xué)內(nèi)容形象、生動、直觀、栩栩如生,不僅使課堂氣氛活躍,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,而且增強了對知識的理解。

二、發(fā)酵工程實驗的改革

社會要求人才既要有扎實的理論知識,又要有良好的實踐能力,因此,教師在教授學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時還要有意識的加強對學(xué)生實踐能力的訓(xùn)練[4]?！鞍l(fā)酵工程”是一門實踐性和應(yīng)用性很強的課程,授課前學(xué)生對發(fā)酵過程的了解幾乎是空白,缺乏實踐知識和經(jīng)驗。為了幫助學(xué)生加深理解,增長基本技能,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神,教師必須在教學(xué)中加強實驗環(huán)節(jié)。

（一）實驗內(nèi)容注重綜合性、連續(xù)性和實用性

發(fā)酵工程的范圍很廣,可選的教學(xué)實驗內(nèi)容也很多。選擇的實驗內(nèi)容既要和理論教學(xué)相銜接,又要符合制藥工程專業(yè)的專業(yè)特點和將來的實際就業(yè)情況。而且實驗學(xué)時數(shù)較少,只有16學(xué)時。如何才能讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握較多的發(fā)酵工程基本實驗知識,提高動手能力、分析問題的能力呢?為此,我們改變了過去實驗課以獨立、分散、條塊分割和驗證性、示范性實驗為主的課程設(shè)置思想[5],設(shè)計了以產(chǎn)品生產(chǎn)為導(dǎo)向的3套連續(xù)性、綜合性發(fā)酵實驗,即發(fā)酵生產(chǎn)青霉素、土霉素和頭孢霉素的經(jīng)典發(fā)酵生產(chǎn)實驗。實驗內(nèi)容包括培養(yǎng)基的配制、滅菌、菌種活化、種子的擴大、液體發(fā)酵、發(fā)酵產(chǎn)物效價測定及產(chǎn)物提取等,幾乎包括了這些抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中的全部生產(chǎn)工藝過程。這樣安排實驗,突出了學(xué)生綜合技能訓(xùn)練和專業(yè)技能培訓(xùn),有利于各個單元實驗的相互銜接,使學(xué)生更清楚、更完整、更系統(tǒng)地掌握發(fā)酵工程工藝的全過程;有利于他們畢業(yè)后適應(yīng)生產(chǎn)和研究的新環(huán)境,較好地開展工作;也有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握理論課中涉及整個發(fā)酵過程的基本概念、基本原理、基本技術(shù)和基本知識。筆者根據(jù)以上實驗內(nèi)容設(shè)置思想,結(jié)合理論課教學(xué)大綱編寫了一本較為系統(tǒng)的實驗指導(dǎo)書。

（二）實驗教學(xué)方法注重引導(dǎo)和啟發(fā)

實驗教學(xué)的目的除了幫助學(xué)生理解掌握理論知識外,更重要的是要訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、獨立實驗、團結(jié)協(xié)作和嚴(yán)謹(jǐn)求實的基本研究素質(zhì),為達(dá)此目的,實驗課的講授和指導(dǎo)必須堅持注重啟發(fā)性、針對性和強調(diào)訓(xùn)練的原則[6]。

學(xué)生為主,教師引導(dǎo),分組試驗。學(xué)生以6～8人為一組,每組推選1人為小組長。實驗老師對每一個實驗的操作要點進(jìn)行統(tǒng)一精講,力爭突出難點和重點,時間嚴(yán)格限定在半個小時內(nèi)。然后由小組選擇實驗題目,制定初步的實驗方案,根據(jù)討論修改后的實驗方案開展實驗。整個實驗以學(xué)生為主,老師不斷巡視,對整個實驗過程進(jìn)行指導(dǎo),關(guān)鍵步驟進(jìn)行示范,切實鍛煉和提高學(xué)生的實驗動手能力。同時要求和引導(dǎo)學(xué)生重視實驗過程中的每一個細(xì)小環(huán)節(jié),嚴(yán)格基本操作,以確保學(xué)生實驗基本操作的規(guī)范性,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和科學(xué)的態(tài)度。

有針對性地運用提問式、啟發(fā)式、討論式實驗教學(xué)方法。對實驗過程中容易產(chǎn)生的錯誤和疑問的步驟,老師有目的的提出問題提醒學(xué)生注意。如“種子制備”實驗中,針對實驗中的關(guān)鍵問題提出:“種子培養(yǎng)液中菌體生長應(yīng)處于哪一個時期”、“種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基有何區(qū)別?為什么”、“接種量是如何計算的”等問題,再如“抗生素效價測定”實驗,針對實驗中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),提出“青霉素標(biāo)準(zhǔn)溶液如何配制”、“如果牛津杯與雙層培養(yǎng)基表面接觸不嚴(yán)密對實驗有何影響”、“如果加入到牛津杯內(nèi)的抗生素溶液體積不準(zhǔn)確對實驗有何影響”、“在同一次抗生素效價測定過程中,為什么要使用濃度一致的葡萄球菌菌懸液?”等問題。引導(dǎo)學(xué)生對這些問題進(jìn)行討論,避免了空洞無味、機械的實驗操作,激發(fā)了學(xué)生對實驗的興趣,同時能發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,有助于啟發(fā)學(xué)生的縝密思維。這樣不僅使學(xué)生注重實驗結(jié)果,更注重實驗過程和實驗后的分析解決問題,提高了他們對實驗的興趣和創(chuàng)新的動力。

（三）實驗評價體系注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

實驗成績的評價會影響學(xué)生在實驗過程中的主動性和興趣,因此評價體系必須兼顧知識、能力和素質(zhì)3個方面。筆者從學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)情況、回答問題的情況、實驗操作動手能力、實驗報告的寫作、思考題的解答等幾方面對學(xué)生的實驗成績進(jìn)行評價,建立了一整套的實驗評價體系,形成了該課程實驗教學(xué)的特色,激發(fā)了學(xué)生實驗的主動性和積極性。

三、展望

近3年來,通過對發(fā)酵工程理論和實驗課程的教學(xué)改革和實踐,充分把握住了該課程在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)制藥工程專業(yè)的定位及重要性,鍛煉了學(xué)生的動手能力及分析問題、解決問題的能力,取得了較好的教學(xué)效果,受到了同學(xué)們的歡迎。經(jīng)兩屆學(xué)生教學(xué)效果抽查評估,學(xué)生普遍反映效果很好。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)的教學(xué)觀念已不符合市場經(jīng)濟的需要,唯有轉(zhuǎn)變教育思想,探索課程改革的新途徑,不斷提高教學(xué)質(zhì)量,才能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識,提高學(xué)生就業(yè)時的競爭能力。

[1] 潘進(jìn)權(quán).發(fā)酵工程課程教學(xué)改革的設(shè)想[J].釀酒,2005,32（2）:17-19.

[2] 馮飛,張雅君,曾幕衡.《微生物工程》課程教學(xué)探索與改革[J].微生物學(xué)通報,2009,36（6）:910-913.

[3] 黃金林,潘志明,焦新安.“發(fā)酵工程”課程教學(xué)的思考與探索[J].生物學(xué)雜志,2005,22（5）:46-48.

[4] 楊海龍,吳明江,李軍,等.發(fā)酵工程課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].廣西輕工業(yè),2009（2）:128-129.

[5] 劉森林.微生物學(xué)實驗創(chuàng)新教學(xué)體系的研究與實踐[J].微生物學(xué)通報,2005,32（4）:153-156.

[6] 馬小魁,陶樹興,邰發(fā)道,等.微生物工程實驗課程建設(shè)與教學(xué)實踐[J].微生物學(xué)通報,2006,33（5）:165-168.

Teaching reform on fermentation engineering in the specialty of pharmaceutical engineering

JIANG Jun-po,WANG Shi-ying,LIJia

（College of Life Science,Agricultural University of Hebei,Baoding 071001,China）

Fermentation engineering is a specialty fundamental of pharmaceutical engineering.To meet the needsof society,to raise students’comp rehensive quality and to enhance students’capacity of competition ability,teaching reform was carried out over the teaching content,teaching methods and teaching means in the course of fermentation engineering and teaching experiment.Good teaching effect was acquired through p ractice in nearly 3 years.

fermentation engineering;course;teaching refo rm

G 642.4 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

A

1008-6927（2011）02-0172-04

2010-11-15

姜軍坡（1981-）,男,生物化工碩士,講師,研究方向:微生物與生化藥學(xué)。

（編輯:劉雪春）