高校“發(fā)酵工程實驗”課程教學(xué)改革探索

康立新

摘 要： 以提高實驗教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，鍛煉學(xué)生操作技能為目的，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維為要求，對生物工程與生物技術(shù)專業(yè)核心課程“發(fā)酵工程實驗”進行教學(xué)改革探索，有針對性地將理論教學(xué)與實踐教學(xué)及實踐生產(chǎn)緊密結(jié)合，提高學(xué)生分析、思考及解決問題的能力。

關(guān)鍵詞： 發(fā)酵工程實驗 課程教學(xué) 改革探索

發(fā)酵工程在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中起著關(guān)鍵作用，是生物工程的重要組成部分，也是酶工程與基因工程的紐帶[1]-[2]。在我校（湖北大學(xué)）生物工程與生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計劃中，“發(fā)酵工程實驗”是與“生物工藝原理”、“發(fā)酵設(shè)備”等理論課程配套的課程，且課時數(shù)與理論課程課時數(shù)比例大于等于1∶1。實驗課程教學(xué)不僅培訓(xùn)學(xué)生的基本專業(yè)操作技能，而且培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、協(xié)同合作、自行設(shè)計、判斷分析等創(chuàng)新思維[3]-[5]?！吧锕に囋怼迸c“發(fā)酵設(shè)備”等理論課程教學(xué)內(nèi)容涉及的知識點多，如何將理論教學(xué)內(nèi)容與實踐教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，并達到鍛煉學(xué)生操作技能與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的教學(xué)目的與要求，是課程改革需要解決的問題。

近幾年，根據(jù)實踐教學(xué)經(jīng)驗，我們從實驗內(nèi)容、教學(xué)實施及考核方式三方面對“發(fā)酵工程實驗”課程進行改革探索，目的在于提高學(xué)生的實踐能力，并對實踐生產(chǎn)有初步認識，提高學(xué)生分析問題、思考問題及解決問題的能力，從而綜合運用所學(xué)基本理論和基本知識解決實際工作中遇到的問題。

一、實驗內(nèi)容與實踐應(yīng)用相結(jié)合

以往發(fā)酵工程實驗內(nèi)容相對孤立，學(xué)生對理論課與實踐課的銜接存在很多問題。為了讓學(xué)生通過實驗課程掌握理論課程中的基本知識，并能運用到實踐中，解決實踐生產(chǎn)中的實際問題，且能認識社會實踐對專業(yè)的需求，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，除了一些基本實際操作技能實驗外，我們有目的性地開設(shè)了一些實踐應(yīng)用性內(nèi)容。

目前在洗滌、食品、飼料、造紙、醫(yī)藥、紡織皮革等多行業(yè)，生物酶由于自身的卓越性，其作出的貢獻非常巨大[6]。發(fā)酵技術(shù)在生物酶的產(chǎn)業(yè)化過程中起著關(guān)鍵作用，為了讓學(xué)生對生物酶的發(fā)酵有較全面的認識，便于將來更好地應(yīng)用，我們針對性地開設(shè)了兩個實驗，一是“黑曲霉固體發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶”，二是“地衣芽孢桿菌液體發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶”。前者的目的是讓學(xué)生掌握如何通過控制發(fā)酵參數(shù)，使黑曲霉在含水較少的固態(tài)基質(zhì)上分泌出較多的纖維素酶；后者的目的是促使地衣芽孢桿菌在液態(tài)流動下產(chǎn)生豐富的蛋白酶。并通過兩個實驗的比較，對比固體發(fā)酵與液體發(fā)酵的操作、酶的產(chǎn)生機制、工藝控制等，使學(xué)生在酶的發(fā)酵生產(chǎn)方面有比較深入的認識，對于不同實驗?zāi)康目刹捎貌煌纳a(chǎn)控制工藝。

根據(jù)微生物對氧的需求不同，發(fā)酵可分為好氧與厭氧兩種類型，為了讓學(xué)生對這兩種發(fā)酵的基本機制有直接認知，實驗課程開設(shè)了“乳酸菌厭氧發(fā)酵產(chǎn)乳酸”與“紅曲霉好氧發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素”兩個實驗。前者是控制乳酸菌在不需要氧氣的條件下產(chǎn)生乳酸，后者是控制紅曲霉菌對氧氣的需要產(chǎn)生紅曲色素。通過兩個實驗，學(xué)生對微生物對氧的需求有深刻的理解，能將所學(xué)理論知識很好地應(yīng)用于實驗過程中，能明確觀察實驗結(jié)果，教學(xué)效果顯著。

關(guān)于生物反應(yīng)器的使用，對于生物工程與生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來說，是未來社會實踐生產(chǎn)中必須面對的核心內(nèi)容。在“發(fā)酵設(shè)備”理論課程中詳細地介紹了通用式機械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)與功能，但學(xué)生更多的是孤立地理解，對發(fā)酵罐的具體運行使用及基本維護完全是空白的；在“生物工藝原理”課程中介紹微生物發(fā)酵主要是通過工藝參數(shù)的設(shè)置與控制實現(xiàn)，包括溫度、pH、溶氧、攪拌、通風(fēng)等，學(xué)生只能機械地背誦，如何對發(fā)酵工藝參數(shù)控制及發(fā)酵過程中出現(xiàn)的異常及時判斷分析，在理論課程中是難以涉及的。因此，為了使學(xué)生對“生物工藝原理”課程中涉及的工藝與“發(fā)酵設(shè)備”理論課程中關(guān)于設(shè)備的知識相結(jié)合，并形成深刻的印象，我們在“發(fā)酵工程實驗”課程中設(shè)置了兩個實驗，一是“5升機械攪拌發(fā)酵罐培養(yǎng)大腸桿菌”，二是“基因工程菌株在10L發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)植酸酶”。前者實驗是讓學(xué)生培養(yǎng)大腸桿菌，獲得足夠的菌體數(shù)，掌握如何操作發(fā)酵罐，同時測定大腸桿菌生物量，學(xué)生能夠理解微生物生長曲線的動態(tài)過程，對適應(yīng)期、對數(shù)期、穩(wěn)定期等概念明確；后者實驗主要是對于畢赤酵母基因工程菌株，如何在發(fā)酵罐上操作，使菌株分泌更多酶蛋白產(chǎn)物，涉及的知識面包括：工程菌株高密度發(fā)酵、菌株對氧氣的高需求如何通過發(fā)酵罐提供、發(fā)酵罐上攪拌與通風(fēng)量如何串聯(lián)使用等。大部分學(xué)生對于后者實驗的理解比較吃力，其中還涉及“基因工程”理論課程的知識，但實驗結(jié)束后學(xué)生都覺得實驗的意義很大，能夠在老師的指導(dǎo)下對發(fā)酵有更深刻的認識，將對促進他們進行更高層次的深造產(chǎn)生較大的動力。

二、學(xué)生自行設(shè)計教學(xué)

大部分實驗是老師提供實驗材料、步驟與方案，學(xué)生依照實驗內(nèi)容依次完成。為了培養(yǎng)學(xué)生自主思考、自我查閱資料、分析實驗方案，并自主實踐的能力，在實驗過程中，我們給出部分實驗題目，或者根據(jù)生活中與微生物發(fā)酵關(guān)聯(lián)的食品、飲料等，讓學(xué)生自行設(shè)計并完成整個實驗，類似研究生階段的課題。以4人為一個小組，每個小組一個題目，查閱相關(guān)文獻并設(shè)計詳細的實驗方案，經(jīng)教師審閱可行后，自己動手準(zhǔn)備并完成。

在實驗過程中，讓學(xué)生成為“主體”，教師只是觀察并適當(dāng)引導(dǎo)，針對實驗現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生思考并查閱資料，引導(dǎo)學(xué)生加深對理論知識的理解。實驗結(jié)束后，對于實驗完成優(yōu)秀的小組進行講解、點評和總結(jié)。應(yīng)用這種教學(xué)模式能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，學(xué)生可以真正轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)思維，由被動學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生深刻認識到一個實驗的完成并取得成功是需要很多條件的，甚至是重復(fù)多次的結(jié)果，認識到團隊合作在科研中的重要性，同時在實驗過程中真正找出自身的不足，達到教學(xué)目的。

三、成績評價體系的改革

為了更好地評價學(xué)生實驗教學(xué)效果，我們對成績評價進行了改革和完善。針對以前以實驗報告為主，結(jié)合學(xué)生出勤的評價，現(xiàn)在把學(xué)生實驗結(jié)果的匯報作為主要評價目標(biāo)，每個（組）學(xué)生完成實驗后，需將整個實驗做成幻燈片進行匯報，主要考核學(xué)生在實驗過程中對圖片的處理、數(shù)據(jù)的采集與分析是否規(guī)范、清晰，對實驗內(nèi)容的理解與掌握，對實驗過程中疑問的思考與解決，實驗失敗的原因分析等，同時考核學(xué)生的口述能力。評價體系還包括同學(xué)與老師的提問，以及對問題的回答。

通過評價體系的改革，學(xué)生能更好地學(xué)習(xí)與補充實驗中涉及的理論知識，可較好地調(diào)動學(xué)習(xí)的自覺性和主動性，加深對實驗的理解和認識。

四、結(jié)語

經(jīng)過改革，給學(xué)生提供一個學(xué)習(xí)平臺，提高對實驗課的興趣，提高學(xué)習(xí)積極性，在有限的課堂時間內(nèi)基本能掌握相關(guān)實踐發(fā)酵技能，強化實踐動手能力，實驗設(shè)計能力和創(chuàng)新能力也會得到一定的鍛煉，從而培養(yǎng)創(chuàng)新型、實用型人才，達到教學(xué)目的。

參考文獻：

[1]明紅，劉涌濤，聶國興.發(fā)酵工程實驗教學(xué)體系的改革探索[J].河南科技學(xué)院學(xué)報，2012（8）：120-122.

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[6]梁傳偉，張?zhí)K勤.酶工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.