高等農(nóng)業(yè)院校發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)改革與探索

李立恒+林元山+蘭時(shí)樂+管桂平

摘要：以提高發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果為目的，鍛煉學(xué)生操作技能為要求，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力為目標(biāo)，本文從調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、建立新的課程體系、優(yōu)化教學(xué)組織形式，提高實(shí)驗(yàn)綜合能力、構(gòu)建學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、改革成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系等方面對(duì)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行了改革與探索。經(jīng)過多年的實(shí)踐，學(xué)生的理論水平和實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力得到了穩(wěn)步提高，就業(yè)時(shí)能更好地滿足社會(huì)的需求。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力；改革與探索

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）10-0270-02

生物科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最快、研究最熱的學(xué)科之一。發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分[1，2]，也是化學(xué)工程學(xué)科在生命科學(xué)領(lǐng)域的延伸，是應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程[3，4]。理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合是使學(xué)生牢固掌握發(fā)酵工程基本知識(shí)的關(guān)鍵，如何根據(jù)發(fā)酵工程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改變學(xué)生被動(dòng)接受為主動(dòng)參與的狀況，在有限課時(shí)內(nèi)提高教學(xué)效果，是發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程改革亟待解決的問題[5]。為此，應(yīng)從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、教學(xué)組織形式及考核方式三個(gè)方面對(duì)課程進(jìn)行改革，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的設(shè)計(jì)、超強(qiáng)的動(dòng)手、積極創(chuàng)新思維的能力。

一、調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，建立新的課程體系

1.強(qiáng)化目的菌株篩選與純化工作。雖然發(fā)酵是指任何通過擴(kuò)大規(guī)模培養(yǎng)生物細(xì)胞（含動(dòng)、植物細(xì)胞和微生物細(xì)胞）來生產(chǎn)產(chǎn)品的過程，但一般發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)置都是基于微生物發(fā)酵基礎(chǔ)之上的，這就使得目的菌株的篩選分離與純化顯得格外重要?；谵r(nóng)業(yè)院校的特色，我校以篩選淀粉酶菌株為主線，串聯(lián)微生物發(fā)酵工程的基本操作。通過從稻田土壤中對(duì)淀粉酶菌株的篩選、分離純化來掌握微生物的培養(yǎng)基制備技術(shù)和無菌操作技術(shù)，掌握從不同生態(tài)環(huán)境中篩選和保存微生物的方法，為第二部分的微生物發(fā)酵培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2.采用科研教學(xué)模式。為了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生自主思考和實(shí)踐的能力，我們對(duì)菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化采用科研教學(xué)模式進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)改革試點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過程中以4人為一個(gè)小組，每個(gè)小組設(shè)計(jì)優(yōu)化其中一種發(fā)酵條件（碳源種類及濃度、氮源種類及濃度、無機(jī)鹽種類及濃度、pH值、種齡、接種量、溫度和時(shí)間）。每個(gè)小組學(xué)生通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)及與教師進(jìn)行討論，確定最終的實(shí)驗(yàn)方案，小組學(xué)生共同動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化某一個(gè)發(fā)酵條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師在全班范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，講解實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，對(duì)各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生不僅對(duì)自己小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果有所了解，而且也能了解其他小組的實(shí)驗(yàn)問題和結(jié)果，再將各組優(yōu)化條件進(jìn)行集中，從而得出菌株生產(chǎn)產(chǎn)品的最佳條件，為產(chǎn)品的中試研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這種模式進(jìn)行教學(xué)，每個(gè)學(xué)生既要與小組內(nèi)成員共同完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又要和其他小組成員進(jìn)行交流，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的精神。

3.生產(chǎn)菌株采用發(fā)酵罐進(jìn)行中試研發(fā)試驗(yàn)，為工業(yè)化生產(chǎn)做準(zhǔn)備。為了解決科研單位與工廠生產(chǎn)脫節(jié)的問題，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)的了解，培養(yǎng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代生物科技飛速發(fā)展需求的創(chuàng)新性人才，我們將實(shí)驗(yàn)室中的小型發(fā)酵罐引入到發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)中來，并將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為綜合性大實(shí)驗(yàn)“10L不銹鋼全自動(dòng)發(fā)酵罐中試產(chǎn)細(xì)菌淀粉酶發(fā)酵過程動(dòng)態(tài)研究”，全班分成三個(gè)大組（每個(gè)大組使用一個(gè)發(fā)酵罐，設(shè)定不同溫度），每個(gè)大組分為若干小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中通過檢測(cè)菌體的形態(tài)、數(shù)量、溫度、pH值、溶解氧、殘?zhí)?、蛋白質(zhì)和酶活的變化情況，在學(xué)會(huì)發(fā)酵罐的使用方法基礎(chǔ)上，根據(jù)在線檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)時(shí)間采用EXCEL繪制圖表，對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行分析，了解發(fā)酵不同時(shí)期各項(xiàng)指標(biāo)的變化，了解微生物中試生產(chǎn)最適宜的溫度，pH值、通氣量和轉(zhuǎn)速、補(bǔ)料時(shí)間和發(fā)酵時(shí)間，為產(chǎn)品工業(yè)化大生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、優(yōu)化教學(xué)組織形式，提高實(shí)驗(yàn)綜合能力

1.重視實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備工作。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是上好發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課、按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的關(guān)鍵。每次實(shí)驗(yàn)前任課教師都要求學(xué)生仔細(xì)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)及相關(guān)資料，掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理與方法、主要內(nèi)容與步驟以及注意事項(xiàng)，提交預(yù)習(xí)報(bào)告，并做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，配好相應(yīng)的培養(yǎng)基和試劑。此舉能有效敦促每個(gè)同學(xué)胸有成竹地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，杜絕占用實(shí)驗(yàn)時(shí)間寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備工作將有助于學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)科學(xué)、認(rèn)真的態(tài)度，為將來的科研工作奠定基礎(chǔ)。

2.課堂隨機(jī)提問。在每次實(shí)驗(yàn)開始操作之前，教師都會(huì)進(jìn)行一定時(shí)間的課堂講解，主要以隨機(jī)提問的方式引導(dǎo)學(xué)生溫習(xí)本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程和注意事項(xiàng)的了解，并計(jì)入實(shí)驗(yàn)成績(jī)，以敦促學(xué)生進(jìn)行有效的課前預(yù)習(xí)。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后撰寫實(shí)驗(yàn)綜合報(bào)告。課前預(yù)習(xí)是學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的過程，為第一層面的互動(dòng)；課堂隨機(jī)提問是教師和學(xué)生交流的過程，為第二層面的互動(dòng)；課后撰寫實(shí)驗(yàn)綜合報(bào)告為學(xué)生統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得中試產(chǎn)品最優(yōu)發(fā)酵條件的過程，是第三層面的互動(dòng)。通過三個(gè)層面的互動(dòng)，實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)不再流于形式，實(shí)驗(yàn)過程主動(dòng)性更強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)綜合報(bào)告更加豐富、生動(dòng)，學(xué)生也能從實(shí)驗(yàn)中收益更多。

三、構(gòu)建學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

讓學(xué)生參與到教師的科研工作中，是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新能力的有效途徑，以雙向選擇方式進(jìn)行。我院實(shí)行了導(dǎo)師責(zé)任制，讓學(xué)生根據(jù)自己的愛好選擇不同研究方向的教師，讓學(xué)生參與到導(dǎo)師的科研中來，學(xué)生參與了科研過程中的查資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、動(dòng)手完成科研、分析整理數(shù)據(jù)、撰寫科研論文的整個(gè)過程，再選擇質(zhì)量高的論文進(jìn)行投稿，發(fā)表科研論文。這種方式提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高了動(dòng)手能力，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，加強(qiáng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

四、改革成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)一般以實(shí)驗(yàn)出勤率、實(shí)驗(yàn)操作的印象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和報(bào)告書寫的好壞來評(píng)分，無意之中忽略了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的能力。為了使學(xué)生成績(jī)的評(píng)價(jià)更加合理，發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取了綜合評(píng)價(jià)體系，以考查學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的參與度以及能動(dòng)性和分析解決問題的能力。該評(píng)價(jià)體系包括下面五個(gè)部分。

1.出勤率：用以評(píng)價(jià)學(xué)生是否按時(shí)參與實(shí)驗(yàn)，是否早退。其中按時(shí)參與和擅自離開各占10%。

2.預(yù)習(xí)報(bào)告評(píng)分：用以評(píng)價(jià)學(xué)生的預(yù)習(xí)程度，占20%。

3.隨機(jī)提問評(píng)分：由教師在實(shí)驗(yàn)講解過程中隨機(jī)抽取學(xué)生提問，并對(duì)學(xué)生的隨機(jī)提問進(jìn)行評(píng)分，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)回答問題，并在評(píng)分中予以10%的評(píng)分。

4.實(shí)驗(yàn)操作評(píng)分：由教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、動(dòng)手操作能力、規(guī)范程度進(jìn)行打分，用以評(píng)價(jià)學(xué)生的操作熟練程度，占20%。

5.綜合報(bào)告評(píng)分：為了避免實(shí)驗(yàn)報(bào)告流于形式，綜合報(bào)告的評(píng)分又由兩部分組成：（1）匯報(bào)評(píng)分：每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后，需將整個(gè)實(shí)驗(yàn)做成幻燈片進(jìn)行匯報(bào)，主要考查學(xué)生的參與程度以及在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)數(shù)據(jù)的采集與分析是否規(guī)范、清晰，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解與掌握程度、分析問題和解決問題的能力，占15%。（2）實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否符合規(guī)范要求，圖表是否清晰，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是否全面，原始記錄是否真實(shí)可靠，數(shù)據(jù)分析與討論是否準(zhǔn)確到位，結(jié)果與分析是否全面，占15%。

五、結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物科學(xué)與技術(shù)是發(fā)展最快、研究最熱的領(lǐng)域。發(fā)酵工程是實(shí)現(xiàn)從生物基因到最終產(chǎn)品的過程，這使得發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革具有舉足輕重的地位。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院在實(shí)行了各門實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革后，學(xué)生的理論水平和實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力得到了穩(wěn)步提高，就業(yè)時(shí)能更好地滿足社會(huì)的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃方一，葉斌.發(fā)酵工程（2）版[M].武漢：華中師范大學(xué)出版社，2008.

[2]余龍江.發(fā)酵工程原理與技術(shù)應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]陳堅(jiān).發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[4]賈士儒.生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2004.

[5]陳婷，張興群.“發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)的改革[J].紡織教育，2013，28（12）：501-505.

Reform and Explore on the Education of Fermentation Engineering Experimental Technique in Agriculture Universities

LI Li-heng，LIN Yuan-shan，LAN Shi-le，GUAN Gui-ping

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

Absract：Amied to improve the quqlity and effect of expeiment teaching of the fernentation engineering，exercise student's manipulative skill