《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革與探索

陳偉國(guó)，鄧 銘，李鴻鑫，謝青梅

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

2006年，在動(dòng)物科學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)上，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)設(shè)了動(dòng)物生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)，該專(zhuān)業(yè)有別于其他傳統(tǒng)的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)，學(xué)生既要掌握生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的基本知識(shí)，又要掌握動(dòng)物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的基本技能[1]?！栋l(fā)酵工程》是動(dòng)物生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程，該課程內(nèi)容豐富、交叉性強(qiáng)，涉及微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、基因工程、分子生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，是一門(mén)應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[2]。發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程是《發(fā)酵工程》的重要組成部分，是完善和鞏固發(fā)酵工程基本理論知識(shí)和實(shí)踐操作技能的直接紐帶，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的必要環(huán)節(jié)[3-4]。發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)是實(shí)施發(fā)酵工程素質(zhì)教育的有效教學(xué)形式，其教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，對(duì)于培養(yǎng)動(dòng)物生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才起著非常關(guān)鍵的作用[5]。因此，如何提高《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，以更好地培養(yǎng)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用型、創(chuàng)新性人才，是當(dāng)前高等院?！栋l(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的重要課題[6-8]。近年來(lái)，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院對(duì)《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行了不斷的改革與探索，結(jié)合動(dòng)物科學(xué)學(xué)院的辦學(xué)特色，利用現(xiàn)有教學(xué)資源，將發(fā)酵工程和畜牧生產(chǎn)領(lǐng)域聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)了該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的性，培養(yǎng)服務(wù)于畜牧領(lǐng)域的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才。

1 《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊

由于受到《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課時(shí)少（16學(xué)時(shí)）、實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)陋、實(shí)驗(yàn)設(shè)備欠缺和師資缺乏等因素的限制，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)成立之初，在《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，只能開(kāi)設(shè)一些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，多為驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)，綜合性、設(shè)計(jì)性、探索性實(shí)驗(yàn)較少，且實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系不夠緊密，造成學(xué)生不能系統(tǒng)地掌握發(fā)酵工程基本實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)生對(duì)發(fā)酵工藝流程的整體認(rèn)知不夠全面，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一

《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程主要由教師主導(dǎo)，以“教師講、學(xué)生聽(tīng)”為主，在教學(xué)過(guò)程中，教師逐一講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑怼?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作步驟以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，學(xué)生被動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在模仿照基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式缺少師生互動(dòng)，學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺乏思考，只能機(jī)械地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，容易形成思維定式，不利于培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

1.3 學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范

在《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)之前，學(xué)生已經(jīng)修完基因工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，受到了比較系統(tǒng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練。但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件的限制，使得有些學(xué)生無(wú)法上手實(shí)驗(yàn)操作，造成了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能不規(guī)范、不扎實(shí)的結(jié)果。

1.4 考核方式不科學(xué)、不全面

以往《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程的考核方式主要依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的出勤率和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能反映學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)和學(xué)習(xí)態(tài)度，也忽略了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。出勤率只能反映該學(xué)生人在實(shí)驗(yàn)室，卻不能了解學(xué)生是否動(dòng)腦、動(dòng)手做了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不能量化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)生存在相互照抄實(shí)驗(yàn)報(bào)告的行為，使得實(shí)驗(yàn)報(bào)告流于形式。

1.5 實(shí)驗(yàn)室教學(xué)條件不完善

在《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)課初期，實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備比較匱乏，僅有天平、滅菌鍋、水浴鍋、電爐、生化培養(yǎng)箱、普通冰箱、超凈工作臺(tái)等儀器設(shè)備，且數(shù)量有限、配套不全，僅能開(kāi)設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，綜合設(shè)計(jì)性大型實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)條件欠缺，以致學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備時(shí)秩序混亂、相互沖突，大大降低了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效率。

2 《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建課程新體系

按照華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課一般安排在大學(xué)三年級(jí)上學(xué)期開(kāi)設(shè)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)16學(xué)時(shí)。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握發(fā)酵工程基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，教研組結(jié)合實(shí)驗(yàn)室教學(xué)條件及學(xué)生實(shí)際情況，將整個(gè)《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系列化、單元化的整體優(yōu)化，開(kāi)設(shè)了枯草芽胞桿菌發(fā)酵實(shí)驗(yàn)系列這一綜合設(shè)計(jì)性大型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括了6個(gè)單元實(shí)驗(yàn)：培養(yǎng)基配制與滅菌、菌種活化、擴(kuò)大培養(yǎng)、小型發(fā)酵罐的操作、發(fā)酵工藝優(yōu)化控制、發(fā)酵產(chǎn)物的生化指標(biāo)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋了發(fā)酵產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所要經(jīng)歷的完整流程，包括發(fā)酵上游、發(fā)酵中游和發(fā)酵下游的工藝環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，在綜合設(shè)計(jì)性大型實(shí)驗(yàn)中，使學(xué)生掌握在實(shí)驗(yàn)室條件下的整個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程，全面了解發(fā)酵工藝流程，系統(tǒng)掌握發(fā)酵工程的內(nèi)涵，不僅鞏固了學(xué)生的培養(yǎng)基配制、高壓滅菌操作、菌種分離純化等發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)常規(guī)操作技術(shù)，還強(qiáng)化了發(fā)酵條件優(yōu)化、菌種選育和正確使用發(fā)酵罐等發(fā)酵工程生產(chǎn)研究的基本技能，實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)綜合性、應(yīng)用性和實(shí)踐性的有機(jī)統(tǒng)一，構(gòu)建了多層次和一體化的發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容新體系。

2.2 改變教學(xué)方式，建立多元化教學(xué)模式

2.2.1 重視課前預(yù)習(xí)，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：課前預(yù)習(xí)是學(xué)好發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課，按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)前1周，要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)資料，使其在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)前就明確了解該次實(shí)驗(yàn)課程的目的、原理、方法、內(nèi)容以及注意事項(xiàng)，并提交預(yù)習(xí)報(bào)告。教師在課堂講解過(guò)程中以隨機(jī)提問(wèn)的方式引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)該次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的情況，并計(jì)入實(shí)驗(yàn)測(cè)試成績(jī)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的有效性。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前即安排學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的教學(xué)環(huán)節(jié)，如相關(guān)培養(yǎng)基和試劑的配制，學(xué)生加深對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的了解。實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)是學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作的環(huán)節(jié)，是師生第一層面的互動(dòng)；實(shí)驗(yàn)課堂隨機(jī)提問(wèn)是教師和學(xué)生溝通交流的環(huán)節(jié)，是師生第二層面的互動(dòng)；實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作是教師和學(xué)生共同參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，是師生第三層面的互動(dòng)。通過(guò)強(qiáng)化師生的互動(dòng)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的 “教”與“學(xué)”，形成以學(xué)生主動(dòng)參與為主，教師起引導(dǎo)、啟發(fā)作用為特點(diǎn)的教學(xué)模式[9]。

2.2.2 分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，按照教學(xué)任務(wù)以及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的具體情況，將全班學(xué)生分成若干個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每個(gè)小組由6～8名學(xué)生組成，小組成員可以自由組合，并設(shè)置1名組長(zhǎng)，實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。教師根據(jù)每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，向其提出與實(shí)驗(yàn)進(jìn)程有關(guān)的問(wèn)題。小組長(zhǎng)在不同的實(shí)驗(yàn)階段安排小組成員的具體工作任務(wù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小組成員共同商議實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程及每個(gè)人的具體任務(wù)。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己小組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)歸納出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，最后對(duì)各小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行比較，與學(xué)生共同分析出現(xiàn)不同結(jié)論的原因。通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，也培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手操作的能力。

2.2.3 開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)：開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上的自由度和靈活性很大，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的一種有效補(bǔ)充和延伸，可使“教”與“學(xué)”有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐動(dòng)手能力[10]。在枯草芽胞桿菌發(fā)酵這一綜合設(shè)計(jì)性大實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)需要連續(xù)進(jìn)行，且常常需要安排學(xué)生在夜間維護(hù)看罐，而常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃很難系統(tǒng)而合理地解決這一教學(xué)問(wèn)題。因此，在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室制度的指導(dǎo)下，發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室實(shí)行了開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)靈活多樣的方式對(duì)學(xué)生開(kāi)放，學(xué)生在遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的前提下，按教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如遇到困難，可隨時(shí)與教師聯(lián)系，及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)難題，確保實(shí)驗(yàn)順利完成。另外，在“小型發(fā)酵罐的操作”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)中，由于教學(xué)資源有限，一般是1個(gè)小組的學(xué)生共同使用1臺(tái)發(fā)酵罐，難以取得良好的教學(xué)效果。因此，教研室鼓勵(lì)學(xué)生在課外時(shí)間來(lái)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)練習(xí)，逐漸熟練掌握小型發(fā)酵罐的正確使用，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。通過(guò)實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，克服了常規(guī)教學(xué)計(jì)劃的限制，最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室的綜合資源，全面培養(yǎng)了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

2.2.4 實(shí)習(xí)基地現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)：校外參觀見(jiàn)習(xí)是讓學(xué)生到實(shí)踐教學(xué)基地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的一種實(shí)踐教學(xué)方式。在發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生到發(fā)酵工程實(shí)踐教學(xué)基地見(jiàn)習(xí)。如進(jìn)到廣東省溫氏食品集團(tuán)有限公司的發(fā)酵生產(chǎn)工廠進(jìn)行參觀，通過(guò)實(shí)地參觀和技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)講解，學(xué)生不僅可以鞏固在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)成果，還可以了解現(xiàn)行發(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品種類(lèi)、生產(chǎn)工藝流程以及新產(chǎn)品的研發(fā)流程，增加學(xué)生對(duì)現(xiàn)代發(fā)酵工廠基本生產(chǎn)方法的認(rèn)識(shí)，為將來(lái)繼續(xù)深造和就業(yè)提供理論知識(shí)與實(shí)踐技能的儲(chǔ)備。

2.3 改革考核方式，完善考核體系

筆者根據(jù)所在教研組多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生反饋情況，對(duì)原來(lái)的考核方式進(jìn)行了改革和完善，建立了科學(xué)全面的發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)評(píng)價(jià)體系。該評(píng)價(jià)體系的重點(diǎn)是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)行動(dòng)態(tài)考核，全方位評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參與度、動(dòng)手能力和解決問(wèn)題能力。實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)出勤率、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告、課堂隨機(jī)提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)操作水平和實(shí)驗(yàn)綜合報(bào)告的質(zhì)量等5個(gè)方面組成。實(shí)驗(yàn)出勤率（20%）主要評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課堂曠課、遲到和早退的情況。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告（10%）主要評(píng)價(jià)學(xué)生課前預(yù)習(xí)的效果和程度。課堂隨機(jī)提問(wèn)（10%）主要評(píng)價(jià)教師在實(shí)驗(yàn)課堂講解過(guò)程中隨機(jī)提問(wèn)時(shí)學(xué)生的應(yīng)答情況。實(shí)驗(yàn)操作水平（20%）主要評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度和規(guī)范程度。實(shí)驗(yàn)綜合報(bào)告（40%）主要對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)作是否符合規(guī)范要求、原始數(shù)據(jù)是否真實(shí)可靠、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論分析是否全面、有無(wú)自己的心得體會(huì)等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)這種考核方式，不僅能夠較為客觀、真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，也有利于提升其學(xué)習(xí)積極性。

2.4 改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，提高教學(xué)效率

通過(guò)依托學(xué)科和專(zhuān)業(yè)建設(shè)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)條件的改善，保證《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在2013年中央支持地方高校發(fā)展資金建設(shè)項(xiàng)目 “動(dòng)物科學(xué)國(guó)家級(jí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心平臺(tái)建設(shè)”以及2015年廣東省高水平大學(xué)建設(shè)項(xiàng)目的資助下，購(gòu)置了發(fā)酵過(guò)程所需的各類(lèi)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，如恒溫?fù)u床、電子天平、移液器、磁力攪拌器、高壓蒸汽滅菌鍋、超低溫冰箱、紫外分光光度計(jì)、生物安全柜和5 L、10 L液體和固體發(fā)酵罐等實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，大大改善了發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)條件，顯著提高了《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是《發(fā)酵工程》課程教學(xué)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是理論知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐的連接點(diǎn)。近幾年來(lái)，筆者所在教研組通過(guò)分析發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)傳統(tǒng)模式存在的問(wèn)題，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)考核、教學(xué)條件等方面進(jìn)行了不斷完善和改革探索，并應(yīng)用于《發(fā)酵工程》實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)踐中。通過(guò)多年的教學(xué)探索和實(shí)踐，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，端正了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，拓寬了學(xué)生的理論知識(shí)，而且學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、獨(dú)立思考問(wèn)題能力和科研創(chuàng)新能力均得到不同程度的提升。

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