發酵工程實踐課程體系改革初探

張建國 熊雙麗 陳曉明 段 寧

摘要西南科技大學生命科學與工程學院為了深化發酵工程課程相關實踐體系,進行了改革與實踐。通過對實踐內容和開設形式以及考核方式進行改革,提高了學生理論聯系實際的能力,獲得了良好的效果。

關鍵詞發酵工程;實踐教學;改革

中圖分類號G420文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)22-0349-02

隨著現代生物技術的快速發展,對作為工業生物技術核心的發酵技術提出了新的要求,促進了發酵工程的發展,豐富了發酵工程的內涵。發酵工程是在人為控制的條件下,通過微生物或動植物細胞的生命活動而獲得人們所需物質的技術過程,課程的技術性決定了其實踐課程的重要性,如何加深學生對發酵工程理論課的認識和提高動手能力是各高校相關專業關注和討論的熱點。西南科技大學對發酵工程課程實踐內容、開設方式以及教學方法進行了多次討論與實踐,初步形成了較為科學的體系,明顯提高了學生對發酵工程的認識與動手能力以及學生參與的積極性,初步形成了具有該校特色的發酵工程實踐體系。

1圍繞發酵工程課程體系建立實踐項目體系

發酵工程作為生物工程專業的必修課程,其授課內容過去以典型生產工藝為主。經過改革后,課程講授內容以共性為主,在章節順序上按照發酵生產單元工藝與操作過程的先后順序編排:緒論、菌種、發酵機制與代謝調控、培養基、滅菌與無菌空氣的制備、發酵動力學、發酵工藝過程控制、典型生物發酵工藝。這樣安排有利于各個章節的銜接,使學生更清楚、更完整地掌握發酵工藝全過程。為了適應理論課程的改革,在設計實踐體系時,盡量包含理論課程所授內容,提高學生動手能力和增長學生的見識。實踐內容包含了工廠參觀實習、生物工藝學實驗、發酵生產實習。

2層次安排實驗內容,充分提高實踐教學效果

發酵工程是一門應用性和實踐性很強的課程,學生恰恰在實踐知識和經驗方面缺乏,幾乎為空白,因而實踐教學在發酵工程教學活動中非常關鍵。發酵生產過程是單元工藝與操作相互獨立又相互依存、各種因素和多種參數相互制約又相互促進的動態過程。為此,建立多層次實踐教學體系,有利于學生從整體觀念出發,分析問題和解決問題,培養他們解決實際問題和創新的能力。

2.1工廠參觀實習

在發酵工程開課后第3周進行參觀實習,為必修環節。一方面,學生對課程有了一定的了解,產生了較強的求知欲,學生帶著問題進行參觀,加深了對工藝流程的了解,同時對設備也有了感性認識;另一方面,通過實習,學生可以產生很多疑問,把這些疑問帶到課堂上來,提高了學習的積極性和主動性,渲染了課堂氣氛,同時也激發了老師上課的激情。目前,該專業在綿陽禾本生物工程有限公司、綿陽塔子壩污水處理廠、豐谷酒業有限公司等相關企業建立了良好的教學科研實習基地。

2.2生物工藝實驗

將發酵過程按工藝流程整合為菌種選育、培養條件優化、發酵培養、產物分析、產物提取等五大單元實驗模塊,與理論課程同步開設,作為課程實驗的基本環節。

菌種的選育包括菌種的篩選,解決菌種從無到有、從劣到優的問題。本課程為學生提供幾個適于實驗教學的項目,學生可以根據自身的喜好從大自然中選出目的菌株進行實驗。目前可選內容主要是產淀粉酶菌株的篩選、產纖維素酶菌株的篩選、產檸檬酸酶的篩選。學生通過參考一些資料有目地的對自己感興趣的生產菌株進行篩選。學生以自己篩選的菌株作為出發菌株誘變,誘變內容包括了最佳劑量條件的選擇和突變菌株的篩選。

有了良好的菌株,欲使其優良性狀得到表達,就要有優化的培養條件。安排學生進行優化試驗,學生可選擇的優化實驗方法主要有單因素實驗、正交試驗、均勻設計、回歸正交試驗等。利用優化結果進行發酵生產并對產物提取與分析,最終獲得產品。

通過生物工藝學實驗的訓練,學生學習的激情會大大提高,有利于把學到的理論知識融入到實踐中來,有利于提高學生探索能力,有利于理順學生對理論課程學習的思路,從而達到教學目的,產生良好的教學效果。

2.3發酵生產實習

發酵生產實習是一門綜合設計實驗,是課程實驗的提高環節。實驗內容涵蓋抗生素發酵、有機酸發酵、酶制劑發酵等諸多領域,以及教師的相關課題,學生自由選擇其中部分內容從而調動學生參與實驗的積極性。目前教學資源有限,僅有3臺生物反應器,不能滿足所有學生的需求。此環節學生自愿選擇,在第7學期最后2周集中開設。課程選課人數1次不超過20人,組數不超過3組,每組學生以不少于4人、不大于8人為原則。實習前,學生首先要查閱資料、制定實驗方案,然后和同學以及老師進行討論和修改。根據學生掌握情況安排組長,由組長組織發酵生產。指導教師負責對學生進行安全、操作培訓,在實驗過程中一般不過分干預學生的實驗過程,只對學生的實驗進行引導,以鼓勵學生充分發揮想象力和創造力。

3完善考核指標,提高管理水平

發酵工程實踐課程學生感興趣的多,但是學習過程和實踐報告往往令人不滿意。分析原因主要是實踐前對所要接觸的內容缺乏深入了解;學生不能將學過的實驗技術有機融入到實驗中來;教師在講解實驗時往往高估學生的實踐能力;高年級學生分心太重,沒有一心用到實驗中來。針對以上原因,在考核指標和管理上進行了改進,主要體現在以下幾個方面:

(1)實踐前必須完成實驗預習報告,預習報告占總分的30%。對于發酵生產實習必須完成試驗方案的制定,否則不能進入下一個環節。

(2)老師對操作要領進行演示,操作過程以監督和糾正為主,一般占實驗(實習)成績的10%。

(3)加強學生對實驗技術的靈活應用。例如學生在微生物實驗中,微生物涂布平板生長菌落一般以100個左右為最佳。但是在選育菌種時尤其是選育有透明圈生成的菌株時,一般以10個左右為最佳,避免了微生物菌落過多造成透明圈相互影響,干擾了透明圈的測量。

(4)加強實驗紀律。對由于學生特殊情況而缺少的實驗必須補齊。對于生產實習,在實習前1天反復強調紀律和規章制度,實習過程沒有機會進行補做。

(5)實踐報告占總成績的50%,其中結果10%,分析與討論占到40%。對于分析與討論有雷同的進行批評教育且返回重新進行分析與討論。

(6)按照得分標準進行打分,加強實踐成績的透明度。以往成績不公布,時常有學生前來說情,加分的情況也未發生,充分體現了公開、透明、公正。

通過以上改進,明顯感覺到學生在做實驗時能夠更加主動和積極,學生在實踐過程中以各種形式請假的現象沒有發生,實踐報告質量明顯提高。

4結語

對發酵工程實踐課程體系進行改革,學生學習的積極性和能動性大大提高,理順了學生的研究思路,增強了學生對專業的信心。實踐預習成績由10%提高到30%,使學生實驗目的性更強。加強老師的實踐過程指導作用,減少學生在操作過程環節的得分壓力,打破了以往同組同學往往1人操作其他學生觀看的現象,使學生感到有所收獲和提高。管理水平的提高消除了學生以往以各種理由缺課或遲到以及說情加分的困擾。總之,改革的效果是良好的,有利于教學和學生素質的提高。

5參考文獻

[1] 劉喚明,鄧楚津,吳曉萍,等.發酵工程實驗教學改革嘗試[J].中山大學學報論叢,2006(11):196-198.

[2] 劉達玉,吳士業.發酵工程方向專業實習考核[J].高等教育研究,2004(1):83-84.

[3] 趙麗坤.提高《發酵工程》教學質量的探索與實踐[J].廣西輕工業,2009(6):160-161,165.

[4] 許波,黃遵錫,楊云娟,等.發酵工程實驗教學改革初探[J].微生物學通報,2007(3):600-602.