生物工程工藝實驗教學的實踐與體會

□天津科技大學 張健 王德培 劉浩

生物工程工藝實驗教學的實踐與體會

□天津科技大學 張健 王德培 劉浩

生物工程工藝實驗是生物工程專業(yè)的一門重要的綜合性實驗課程，通過對生物工程工藝實驗課程的教學改革與實踐，提出了生物工程工藝實驗教學在實踐中遇到的問題和相應的解決策略，展望了該課程的發(fā)展方向。

生物工程工藝實驗；綜合實驗；創(chuàng)新能力

生物工程是運用生物學、化學和工程學等學科相結合的方法，利用生物體制造人類所需產(chǎn)品、改造生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的屬于應用技術領域的學科。該專業(yè)主要是培養(yǎng)掌握現(xiàn)代生物工程及產(chǎn)業(yè)化科學原理，具有扎實的化學工程、生物化學、微生物學、發(fā)酵工程等學科的基本理論和基本知識，能夠在生物技術與工程領域從事生產(chǎn)技術管理、品質控制、產(chǎn)品開發(fā)、科學研究和工程設計的高級工程技術人才。

實驗教學在生物工程專業(yè)學習中有著十分重要的地位，學生動手能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要依靠實驗教學來完成。所以，在專業(yè)建設過程中，如何規(guī)劃與開設該專業(yè)的實驗課程就成為一個非常重要的課題，尤其是如何建設能夠體現(xiàn)生物工程專業(yè)特點與培養(yǎng)方向的專業(yè)綜合性實驗課程就顯得更為迫切與關鍵[1]。在這樣的背景下，天津科技大學生物工程學院早在20世紀90年代就為本專業(yè)學生開設了生物工程工藝實驗課程，經(jīng)過多年的不斷探索與課程改革，該課程現(xiàn)已成為國家級精品課程“生物反應工程”實踐教學中的重要組成部分，得到了廣大學生和業(yè)內專家的好評。雖然該課程取得了一定的成績，但仍存在一些需要改進的地方。

一、生物工程工藝實驗的重要性

生物工程工藝實驗是生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課，是與基因工程、發(fā)酵工程、酶工程、抗體工程、細胞工程和蛋白質工程理論教學相配套的實驗教學[2]。很多專業(yè)選修課如釀酒工藝學、氨基酸工藝學、有機酸工藝學，酵母工藝學等專業(yè)選修課由于學時所限，只開設了理論課而沒有相對應的實驗內容，生物工程工藝實驗正是在這樣的背景下，整合了多門專業(yè)選修課的內容而形成的一門獨立設課的實驗課程。課程的目的是對學生進行生物工程綜合性實驗技能訓練，培養(yǎng)學生在查閱資料的基礎上，獨立進行實驗設計、實驗操作、數(shù)據(jù)處理與分析的能力，培養(yǎng)學生樂于合作、敢于創(chuàng)新的精神與堅持嚴謹、求實的科學作風。在內容設置上，既要求從本專業(yè)的實際要求出發(fā)，又要有一定的代表性、前沿性和綜合性。與傳統(tǒng)的課程配套實驗相比，生物工程工藝實驗內容涉及范圍廣、實驗時間長、應用性強，比如“5L罐發(fā)酵生產(chǎn)L乳酸”，“細菌素的生產(chǎn)與純化”等等，這些實驗從種子制備到上罐發(fā)酵，再到分離純化，整個周期需要3周時間，涉及到微生物學、發(fā)酵工程設備、生物反應過程、生物下游工程等多學科知識，其中的很多實驗都是老師的科研課題，實用性很強。為此，要求學生充分發(fā)揮主觀能動性，鼓勵他們思考與創(chuàng)新，能夠針對實驗目的，在查閱大量文獻的基礎上自主設計實驗方案并進行可行性分析，而指導教師則負責提供所需實驗藥品和器材，并對實驗方案進行修改和把關。因此，該課程對于挖掘學生的潛能、訓練學生的動手能力、培養(yǎng)學生思維和創(chuàng)新能力等方面都具有非常重要的意義[3]。

二、生物工程工藝實驗存在的問題

生物工程工藝實驗課程在多年的探索與實踐中不斷總結和完善，取得了一定的成績，但仍存在一些問題亟待解決。

1.排課時間引爭議

生物工程工藝實驗涉及多學科理論知識和實驗技能，因此，該課程在國內各高校幾乎都安排在大三階段開設，我院生物工程工藝實驗也不例外，依照目前的教學大綱，該課程被安排在第7學期進行，教學時數(shù)為36學時。

從理論上說，將專業(yè)實驗課安排在專業(yè)基礎課和基礎實驗課之后開設是合理的，然而，由于大三的學生此間已經(jīng)開始對自己的將來做規(guī)劃，并為之實施，不大安心地進行實驗了。比如，有些擬考研或申請出國的學生已經(jīng)開始著手準備，而忙于找工作的學生則在努力地開展社會實踐，爭取擁有一定的工作經(jīng)驗。這些實際的因素，往往導致很多同學缺少充裕的時間用于生物工程工藝實驗的學習，進而導致畢業(yè)生專業(yè)實驗技能的匱乏。如果硬性規(guī)定學生參加實驗項目，收到的效果往往差強人意，學生即使完成了實驗，也只是蒙混過關，草草了事[4]。

2.教學效果難如意

生物工程工藝實驗的操作單元具有一定的連續(xù)性，前一步驟的操作往往會對后一步驟操作產(chǎn)生重要影響，進而關系到整個實驗的成敗。對學生來說，這是一種壓力，因為對于一個新手，很難保證操作無誤，而任何一個操作環(huán)節(jié)的失誤，都會影響實驗最終的結果，因而經(jīng)常發(fā)生達不到預期目的的情況。

3.硬件設施難保障

生物工程工藝實驗作為生物工程專業(yè)的綜合性大實驗，占用學時較多，工作量較大，時間跨度長達3周。該實驗不同于常規(guī)的物理化學實驗，很多情況下都需要長時間，甚至通宵不停歇地工作，期間必需定時取樣測定，以保證實驗數(shù)據(jù)的準確性。為了保證樣品的時效性，經(jīng)常出現(xiàn)多人同時需用同一臺儀器的情況，而普通的實驗室不可能購置多臺同樣的設備，因此，必然造成短期內硬件設施緊缺。

4.考核評分欠公正

實驗課程的考核不同于理論課的考核，其考核指標更多，對大部分實驗課而言，考核都是采用平時成績與實驗報告相結合的評定方法。而對于生物工程工藝實驗課程，由于其時間跨度長，且實驗多為分組進行，這就讓指導教師很難恰如其分地評價每位同學的工作，導致實驗考核評分欠公正。

三、問題的解決辦法

1.靈活選擇實驗，保證實驗效果

在現(xiàn)有教學大綱保持不變的條件下，我院生物工程工藝實驗課程在多年的實踐中不斷探索、大膽改革，摒棄了原有的統(tǒng)一的實驗單元，改為根據(jù)老師的特長開設多個實驗項目組的方式，項目組涉及不同實驗技能和方向，學生可根據(jù)自己的興趣和需要選擇其中的一組[5]。實踐證明，學生有的放矢地選擇性學習，有利于增強學生的主觀能動性，激發(fā)學生的創(chuàng)造性，也符合個性發(fā)展的培養(yǎng)目標，同時，也有效解決了學生時間緊，忙于考研、出國復習等問題，因為學生往往會選擇與考研方向一致的或是與出國深造相關課題接近的實驗組來學習，這樣，學生會非常重視該實驗，其效果也非常好。

2.規(guī)范實驗操作，避免實驗失敗

我們的實驗宗旨是允許學生實驗失敗，但要強調總結失敗教訓[6]。當然，我們還有一些具體措施來力求避免失敗，例如，嚴格監(jiān)督實驗過程、保障實驗完成，多留意觀察學生實驗過程中的操作細節(jié)，及時糾正不規(guī)范操作；對實驗中反映出來的一些共性問題和錯誤，重點講解，避免再犯；刻意訓練學生觀察實驗現(xiàn)象，引導學生思考、解釋實驗現(xiàn)象的成因；培養(yǎng)學生合理記錄實驗步驟和數(shù)據(jù)的習慣，變填鴨式教學為引導式教學，啟發(fā)學生綜合運用所學知識和實驗技能去分析問題和解決問題等等。這樣，既提高了學生的思維創(chuàng)新能力，又讓學生體會到發(fā)酵產(chǎn)品的來之不易，克服了想當然和急于求成的通病，鍛煉了學生的實驗技能和心理素質。這種實驗過程既是理論與實踐相結合的過程，又是學生進一步學習的過程，可以使學生在思維方式、學習方法、動手操作等多個層面上得到鍛煉。

3.統(tǒng)籌使用設備，加強協(xié)作精神

我們對學生進行了合理的分組，要求他們分工合作，共同完成實驗。這樣做，既可以增強學生的參與意識，鍛煉學生的團隊合作能力，又有利于統(tǒng)籌使用設備。在實驗小組人員的分配上，第一，注意男女同學搭配，因為盯罐需要通宵，女生不太方便，可以讓男生去做，而一些諸如記錄、分析之類的細活，女生往往做得更好；第二，注意要將計劃考研、出國和找工作的同學做到合理搭配與安排，這樣，不僅學生自己安排時間更為方便，也更好地保證了實驗的順利進行。在實驗小組這個團隊中，每個人都要有強烈的責任心，因為個人的數(shù)據(jù)測定不準確，很可能誤導同組下一位同學的分析及操作，即個人的操作正確與否關系到整個實驗的成敗。針對實驗中容易出現(xiàn)的問題或突發(fā)事件，同學們在實驗中要相互關照、互相提醒，提高安全意識。對一些共用的大型分析檢測設備，組間的同學應統(tǒng)籌安排時間，合理使用儀器。教師在實驗開始時，要親自演示一次分析檢測操作，待以后的取樣測定時，學生之間可以相互請教，這樣，既可增強同學之間的友誼，又可在討論中不斷鞏固和提高所學的知識[7]。

4.全面考核，公正評定實驗成績

考核結果既要體現(xiàn)出不同小組的差異，也應體現(xiàn)出組內不同人員的差異?？己瞬捎猛ㄓ玫钠綍r成績與實驗報告相結合的評定方法，權重可以是3∶7、4∶6，或者5∶5。平時成績包括出勤，實驗的設計和操作能力、思考和創(chuàng)新能力等；實驗報告成績不僅要看實驗結果的準確性，而且要看報告撰寫的規(guī)范性、內容的完整性、分析的深度和水平。實踐證明，凡在做實驗時表現(xiàn)認真的學生，其考試成績也高，從而有效地訓練了學生踏實學理論以及在實驗中認真獨立完成的良好習慣。

生物工程工藝實驗在生物工程專業(yè)課程體系中占據(jù)著舉足輕重的地位，對學科發(fā)展及畢業(yè)生的實驗技能的提高起著重要作用。隨著學科的發(fā)展和社會需要的不斷深化和完善，該課程的改革應該受到足夠的重視，使之成為培養(yǎng)學生動手能力和思考問題、解決問題、獨立開展科學研究能力的大舞臺[8]。

[1]趙宏宇，季祥，張小利，等.生物工程專業(yè)綜合性大實驗體系探索[J].實驗科學與技術，2009，7（5）：105-107.

[2]周春麗，李玉萍，蘇偉，等.《生物工程綜合實驗》教學體系建設探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（31）：15271，15274.

[3]淮虎銀，金銀根，孫國榮，等.植物學綜合性實驗項目的設計與實踐[J].實驗室研究與探索，2006（5）：638-640.

[4]陳容容，石雪芹，白艷玲，等.《生物科學綜合實驗課》管理模式的探索[J].實驗室科學，2009（2）：70-71.

[5]肖連冬.生物工程綜合性專業(yè)實驗的教學改革與實踐[J].廣東化工，2009，36（8）：310-312.

[6]鐘方旭，代江紅，江賢君，等.《生物工程實驗》教學改革體會[J].高等教育與學術研究，2006（1）：205-206.

[7]閻欲曉，白先放，楊洋，等.建設《生物工程綜合實驗》課程，提高學生綜合素質[J].廣西大學學報：哲學社會科學版，2005，21：163-164.

[8]曾超珍，吳耀輝，黎繼烈.生物工程大實驗課程改革與探討[J].中南林業(yè)科技大學學報：社會科學版，2010，4（4）：148-150.

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