生物學專業微生物工程實驗改革與實踐

摘 要 為了滿足生物學各專業對微生物工程實驗的需要，以培養高素質的專業型人才為目標，對微生物工程實驗進行改革。從實驗課程體系的調整入手，通過革新實驗教學方法，培養學生的創新精神、團隊合作精神和科研思維能力，實踐結果顯示效果顯著。

關鍵詞 生物學 微生物工程實驗 教學改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

微生物工程是一門含有現代生物科學和工程技術的專業課程，是蘇州大學生物技術專業學生的一門專業核心課程。目前，蘇州大學生物學專業包括生物科學、生物科學（師范）、生物技術、生物信息學、應用生物學、生物技術（食品質量與安全）等6個本科專業（方向）都開設了微生物工程實驗課程。在以往幾年的實驗教學實踐中我們發現，由于各專業教學大綱的不同，導致微生物工程實驗課時不統一，從18學時到36學時再到54學時，因此實驗內容需要不斷更改，導致部分實驗內容孤立、不系統、不連貫，并多為驗證性實驗。隨著這幾年實驗室建設的推進，開設微生物工程實驗所需要的儀器設備有了極大的補充，現在可以開設的實驗特別是設計性實驗的數目大大提高。我們總結了前幾年的教學經驗，在教學體系、教學方法和學生綜合素質培養等方面進行了探索，逐步完善了基礎、綜合、創新三個層次的實驗內容，并建立了一套能夠適應不同專業不同課時的微生物工程實驗課程教學體系，形成了一定的實驗教學特色。

1 實驗課程教學體系的改革

由于我校的微生物工程實驗課程涉及的專業較多，且各專業學生已有的知識積累以及需要掌握的實驗知識和技能也有所區別，因此我們根據實際情況，重新構建了微生物工程實驗課的實驗項目，所有實驗都是綜合型或設計型實驗。這些實驗項目主要分為四方面：第一方面是菌種的篩選、鑒定和誘變實驗，這屬于發酵工程上游的內容；第二部分是環境條件（溫度、pH值、溶氧）對分批發酵的影響及其控制，這屬于發酵工程中游的內容；第三部分是發酵產品的分析，這屬于發酵工程下游的內容；第四方面是發酵產品如酒釀、葡萄酒、凝固型酸奶的制作。

1.1 根據實驗大綱，改革實驗內容

由于微生物工程實驗的內容具有連續性，所以在安排課表的時候宜將這些實驗集中安排在一周或兩周內進行。根據各專業（方向）教學大綱所規定的學時，有選擇地開設幾個實驗，為了提高實驗效率，這幾個實驗通常同時進行。一般來說，上游和中游實驗均必選一開設，下游實驗和發酵產品制作的實驗必開。如果一個班級的學生人數太多，須將中游實驗分批輪流選擇開設。

將整個微生物工程實驗的內容進行系列化、單元化編排，以利于學生對微生物工程知識及實驗技能的系統化掌握，有利于培養學生的動手能力、綜合運用知識的能力和創新能力。通過多動手、多訓練，學生對微生物工程實驗課程體系有了一個全面的認識，同時實驗技能也得到了進一步提高。

1.2 增加自主設計性實驗

在新的教學大綱中，增加自主設計性的實驗，如有用化合物生產菌株的篩選，讓學生在查閱文獻的基礎上，自行設計實驗方案。然后根據設計的方案進行實驗，在實驗進行中肯定遇到各種各樣的問題，讓他們始終處于發現問題、分析問題和解決問題的過程中。此舉極大地調動了學生的自主性、積極性和創造性。若學生遇到解決不了的問題，教師給予及時指導。這樣，通過自己的努力和教師的指導而完成的實驗，學生的印象更深，收獲更大。

1.3 開設傳統發酵食品、飲料實驗

在生物學的所有專業（方向），我們都確定酒釀、葡萄酒、凝固型酸奶的制作為必開設實驗。因為微生物工程（又稱發酵工程）是一門與生產、生活實際密切相關的課程，早在2000多年前，發酵技術就被人們用來生產各種酒和風味食品，今天，發酵食品和飲料仍在我們生活中占有重要地位。在這三個實驗中，每個學生都興致高昂地動手制作酒釀、酸奶、葡萄酒，實驗結束時，每個學生都能品嘗到自己的勞動成果，大家分享著成功的快樂與喜悅。這三個實驗也是我們微生物工程實驗的亮點，有的學生后來還會在家人、親朋面前露一手這些制作技術，有的學生畢業多年后對這些實驗仍記憶深刻。

2 實驗教學方法的改革

合理的實驗內容和體系還需要有相應的教學方法作保障，才能最終達到培養應用型、創新型人才的目的。①在實驗教學方法的改革中，要突出學生的主體地位，教師發揮主導作用，啟發促進學生的思考，點撥學生的思維。

2.1 利用視頻輔助實驗教學

在講解發酵罐的結構時，往往由于學生多，造成部分同學看不見或看不清。鑒于這種情況，我們事先對這部分內容錄制了一個視頻，在實驗課上，我們采取邊講解實物邊觀看視頻的方法就基本解決了這個問題。有的實驗操作，老師在講解完后還可放一段相關的實驗視頻給學生觀看，讓大家有一個更直接的感官認識，這些視頻可以通過網絡搜索引擎或國內外大學的相關專題網站獲得。②

2.2 實驗分組的改革

以往有些實驗，由于實驗條件的限制，每小組學生人數多，造成有的同學袖手旁觀或者不能參與實驗，實驗教學效果不佳甚至產生負面影響。事實上，學生作為實驗課的主體，實驗的每個環節和步驟都必須親自參與進來。所以，我們在安排每個實驗時，會根據實驗內容、實驗條件和班級人數進行合理分組，確保每個同學都有動手的機會，確保能做實驗而不是看實驗。例如，酒釀和酸奶必須每人都做，每人制作出來的產品最后須經老師評分，作為成績的一部分，這樣就能有效避免學生偷懶或逃課。

3 重視學生綜合素質的培養

3.1 培養團隊合作精神

綜合性和設計性實驗是培養學生綜合利用所學的多門知識和技能而開設的一種復合型實驗，但實驗時間較長，勞動量大，而且這些實驗對實驗設備的依賴性比較強，實驗過程中很難保證每人一臺發酵罐或者滅菌鍋，只能分組、分批進行。因此對此類實驗，我們采取團隊合作的形式，將學生分為若干個組，每組3~5人，安排組長，所有實驗都由小組共同完成，組長合理安排本組成員完成相應的工作量。比如“環境條件（溫度、pH值、溶氧）對分批發酵的影響及其控制”實驗是在發酵罐中連續進行30小時左右，過程中需要定時取樣和對相關指標進行測定，需要熬夜，小組成員間可以協調安排值班。每個小組成員必須認真對待，確保自己負責的實驗部分正常進行，實驗結果準確可靠，否則自己的小疏忽或失誤就會導致整個小組大實驗的失敗。所以，最后的實驗結果是由大家集體合作貢獻得到的，根據每個人得到的實驗結果繪制成發酵過程曲線，這樣的合作有利于培養學生的責任心和團隊精神。

3.2 強化科研意識

為了強化學生的專業素質，在單組實驗的設計和安排上注重學生科研能力的培養和訓練。通過有代表性的實驗方案設計過程，加深對相應知識重點、實際應用的理解。例如在酵母細胞純培養的實驗中，引導學生對影響細胞生長的若干因素進行優化，將正交設計實驗思想引入實驗中，訓練學生掌握這一重要方法，并學會應用極差和效應圖對實驗結果進行分析。這類實驗，只有題目，而結論未定，有利于激發學生的探索興趣和學習的積極性、主動性。培養學生的獨立性和創造性，學生以研究者的身份進行工作，始終處于獨立思考和積極探索的過程中。這類實驗和科研相結合，有利于把科研的思路和方法更形象地傳授給學生。

4 結語

通過微生物工程實驗，讓學生了解和掌握了發酵產品的生產過程，加深了對理論課中基本知識和原理的理解，同時又鍛煉了他們的動手能力和綜合分析實驗結果的能力。通過對微生物工程實驗課程教學體系的完善和改進，加強了與實際生產和科研工作的聯系，使學生積極主動地參與到實驗中來，讓他們懂得實驗課不僅僅是做實驗和完成實驗的簡單過程，更重要和具體的工作在實驗過程之外。通過訓練，使學生在實驗方案設計、實驗過程控制和實驗數據分析整理等方面都有了長足進步，提高了學生獨立開展科研實驗的能力。只有這樣，才能實現目前倡導的從應試教育向素質教育的轉變，滿足21世紀對綜合型人才的需求。

注釋

① 馬小魁，陶樹興，邰發道，魏希穎.微生物工程實驗課程建設與教學實踐[J].微生物學通報，2006 (5).

② 王大慧，衛功元.利用Internet信息資源提高微生物學教學效果[J].微生物學雜志，2008 (1).