地方院校發酵工程實驗課改革與實踐體會

張祥勝，許德軍

(鹽城師范學院 生命科學與技術學院，江蘇 鹽城224051)

0 引 言

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［1］，是現代生物技術四大工程的核心［2］，是一門實踐性極強的學科［3-5］。發酵工程實驗是生物技術、生物工程及生物制藥等專業的專業必修課，對于培養學生的專業技能和動手能力，提高專業素質都有舉足輕重的地位［6］。而生物工程新成為一級學科，對發酵工程實驗課提出了更高的要求。筆者擬在近兩年發酵工程實驗課的教學實踐基礎上，闡述自己的改革與實踐體會，供同行參考。

1 我校生物類實驗課存在的問題

“動手能力差”已經成為地方高校生物類本科畢業生的一種普遍評價，其原因是多方面的，除實驗條件不足、學生動手機會手少和師資力量不強等客觀因素外，實驗課本身也存在諸多問題，必須加以重視，否則會巨大地影響教學效果，成為“糊弄式教學”。在我校目前發酵工程實驗課在內的生物實驗教學主要存在以下幾個問題。

(1) 教學實驗室硬件設施建設落后于實驗教學需

要。表現在儀器陳舊，公用小型儀器設備不足，加上近年盲目擴招，每班學生人數動輒4、50 人，儀器耗材均感不能滿足教學需要，實驗課成了“演示課”，學生動手機會少，甚至連所謂的驗證性實驗也不能保證人人有動手操作的機會。由于教學資源有限，有時學生在使用儀器與耗材時相互沖突，秩序比較混亂，教學效果較差。

(2) 大綱與教學實際脫離，形式主義嚴重。有些實驗課大綱看上去內容充實，實際上由于實驗條件所限，所列實驗很多不能開出，有些實驗課的一個簡單實驗，卻被有的教師列為10 個課時甚至更高，雖然師生看上去“皆大歡喜”，大家很輕松。但這種形式主義的實驗教學的后果是實驗課對學生提高動手和科研能力的效果有限，在考研、就業時無法與兄弟院校的學生競爭。

(3) 對教師的考核方式不合理。由于教師的評教得分僅與學生的打分、同行評教相關聯，學生由于對專業技能的重要性認識不足，或是由于興趣原因，評價標準不夠客觀，很多學生僅依據上課是否輕松，作業量的多少、對教師的主觀印象打分，同時，教學質量檢查多是一些表面化的材料，如大綱、教案、教師手冊、學生作業樣本等，而實際教學效果則與評教得分、學生對教師的評價與教師的獎酬金分配等關系不大，這樣會導致部分教師責任心不強，只集中精力作足表面文章，而不在如何改革教學模式，提高實際教學效果上下功夫。

(4) 對學生的考核方式不合理。多數實驗課結束時僅根據實驗報告、學生考勤情況以及平時表現打分。由于沒有客觀的評價指標，部分學生學習態度不夠端正，做實驗不夠認真，實驗報告抄襲和雷同嚴重。這樣的教學效果很難保證，往往看上去學生實驗課得分非常高，但實際上在專業技能上沒有進步，在考研復試前需要重新“回爐”實習，在做畢業論文實驗時，也毫無經過專門培訓的“痕跡”，需要指導教師重新輔導。

2 國內發酵工程實驗教學改革的研究現狀

目前關于發酵工程實驗的教學方法的文獻較多，這些同行無一不強調發酵工程實驗的重要性，在教學方法改革上，多是強調以下幾個方面［3，7-9］:

(1) 合理安排時間。一般建議以較長的連續時間(2 周、1 個月甚至更長)，以保證發酵實驗和教學的連續性，確保教學效果。

(2) 優化教學內容。多是結合任課老師的科研內容，擬定“一條龍”式實驗課題，由菌種分離、純化、鑒定、培養基配制、滅菌、搖瓶發酵評價、菌種改良、搖瓶發酵工藝優化、發酵罐發酵、產物提取和純化等，全面提高學生的動手能力［8］;

(3) 增加自主性實驗和綜合實驗［10-11］。劃分實驗小組，實行組長負責制，充分發揮學生的主觀能動性，培養學生的探索能力和團隊協作精神。

(4) 完善考核制度。改革方式為除平時記分外，進行期末考核，有兩種方式:①是PPT 匯報;②是現場動手操作，進行觀摩打分，考查學生實驗能力和動手能力［9］，計入實驗課成績，以調動學生的學習積極性;有的研究者還加入其他要素，如創新能力考核［12］。

(5) 重視聯系生產實際。組織學生就近考察發酵工廠。

其他如強調理論教學的配合、多媒體輔助教學［13］、規范實驗報告等［14］，以上改革措施對提高教學效果是行之有效的，但是忽略了學生異質性，即不同個體或群體在學習能力、研究興趣、就業傾向及學生需求等方面的差異，實行一刀切教學，往往不易發揮出好的效果。有些教學改革的前提是學生前期基礎較扎實，學風較好，學生已經接受了教師的嚴格要求的教風，有充足的教學儀器和耗材，師資力量較強等，這些前提條件并非所有的大學都具備，因此在名牌大學或學風良好的學校實施很好的措施，如果在教風和學風不太好的學校或是學生基礎較差的學校實施，則可能達不到應有的效果。比如多數同行強調的自主探索性綜合實驗［4］，如果學生興趣不高或基礎太差，則可能根本做不下去，或是學生連實驗方案也寫不出來，造成教學上的冷場。

3 我校發酵工程實驗教學改革的嘗試

針對以上各種問題，結合自身教學實踐，筆者嘗試在以下幾個方面進行了教學方式改革的探索。

3.1 根據實際，制訂合理的教學目標

發酵工程實驗課是在學生學完微生物學、微生物學實驗、發酵工程學原理等課程后開設的實驗課，與前面的理論課相銜接。地方高校的本科生，往往底子薄，基礎差，雖然學習過相關的課程，但可能仍然掌握不了基本操作，比如教學過程中發現，學生對培養箱、冰箱和搖床的用途都不清楚，發生過搖瓶接種后置冰箱中“培養”，菌種置培養箱“保存”等笑話，而且這不是一兩個同學的錯誤，是全班大部分同學甚至全班同學的錯誤。在這種情況下，不宜盲目制訂高起點的培養目標。根據本單位的實際，制訂以下教學目標:①復習鞏固微生物發酵工程相關的基本操作，小至如消毒酒精的配制、酒精棉球的制作、培養皿的包扎、培養基配制、滅菌、平板和斜面的制作、菌種活化、保存、接種、染色鏡檢等，有序地貫穿于發酵工程實驗課中;②掌握與發酵相關的常規儀器設備的使用，如滅菌鍋、超凈工作臺、冰箱、培養箱、搖床、鼓風干燥箱、超聲波清洗器，甚至電子天平、微量移液器的操作，都必須在前幾次實驗課手把手教會學生;③以一個或幾個功能菌株為主線，掌握從篩選分離、紫外誘變改良、搖瓶發酵工藝優化直到產物提取、純化和鑒定的一系列過程，側重實驗設計和實驗思路，使學生在接觸到其他菌株發酵時能舉一反三，發酵工藝優化則包括單因素優化、正交設計和響應面設計等;④熟悉發酵罐的基本原理、構造和基本操作技術;⑤掌握一些經典的傳統發酵技術。以上教學目標看上去比較初級，但是切合實際，容易實現，可極大地增強師生的信心。實際上能有過半的學生達到以上幾條目標，實驗課就算已經比較成功，比制訂一些華而不實、操作性差的教學目標要好得多。

3.2 積極改善實驗教學條件

發酵工程實驗課開課之初，一直在微生物實驗室上，僅一臺電子天平和幾臺托盤天平，其他也配套不全。經過努力，用部分科研經費和教學經費，購置了一批小型儀器設備和耗材，如電子天平、磁力攪拌器、水浴鍋、電爐、游標卡尺、不同規格槍頭盒、離心管架、移液管、不同規格燒杯、量筒和試管等，有6 ～8 套，接種棒、涂布棒等人手至少一套，足夠供6 個實驗小組同時配制培養基，做測試，滅菌時則集中進行，盡量保證人人有動手的機會，從清洗器皿、培養基配制、滅菌、制作平板、斜面和搖瓶培養基直到接種、檢測產量等全部流程由學生自己動手完成，盡量杜絕學生實驗結束后竟然沒有用過滅菌鍋、不會配制培養基等現象。

3.3 合理分組，因材施教

現在的班級規模由于擴招一般在40 ～50 人左右，實驗課單憑一個教師往往照顧不過來，不分重點的指導，往往效果不佳。生物技術或生物工程是一個范圍較寬泛的專業，學生的基礎、學習熱情和專業興趣也各有不同，也有部分同學志不在科研，對實驗課毫無興趣。一方面，我們要加強專業教育，引導學生熱愛自己的專業，培養他們對專業課的興趣，但另一方面，我們必須承認并重視這種個體差異，根據根據學生的學習目的與興趣，進行分組教學，區別對待，因材施教，注意培養“種子選手”，真正尊重了實事求是的教學方針，各得其所，實現了教學資源效益最大化。筆者的分組方案如表1 所示。

分組自愿，充分尊重學生的意愿，重點培養A 組，同時減輕C 組的學習負擔。A 組在享受了較多的權利的同時，也要盡到更多的義務，比如自行完成作業、參與實驗準備等。對于成功率不高的探索性實驗，則由A 組中選一部分同學，以課外實驗的形式去摸索，先期探索成功后，再在大班上進行。

3.4 注重培養良好的實驗習慣

在實驗教學過程中，我們發現部分學生沒有養成良好的實驗習慣，而這些壞習慣如果不及時糾正，可能會影響其成才。因此，教師及時糾正甚至批評，讓學生改掉不好的習慣，對于培養良好的實驗習慣以及維護正常的教學秩序，非常重要。所謂的良好的實驗習慣，即實驗前要查閱相關資料，合理進行實驗設計，充分了解現有的實驗資源，準備實驗材料;實驗中認真完成，及時記錄結果;實驗后要徹底清理實驗臺，用過的儀器耗材各歸各位。每個實驗就是一個小課題，要求學生以小型學術論文的形式完成;結合學生的實驗報告，加深學生對實驗設計原則的理解，尤其是對照和重復的設置。教學中發現很多學生習慣于做實驗后拍屁股走人，而在實驗前又匆匆清洗器皿，移液器用完后不知調至最大，垃圾隨處亂丟，易變質藥品不知放到冰箱中等等，都進行了及時的糾正，取得了較好的效果。

表1 分組方案

3.5 完善考核制度

實驗課成績由平時成績與期末考核成績組成，平時成績，不僅僅要看實驗報告，還要看實驗結果、值日情況;期末考試則參照研究生復試，采用抽查的形式，每人動手完成1 或2 項基本操作，根據操作的熟練程度和實驗結果，全面考查學生的動手能力，給予打分。對于上述A 組的同學，期末還進行一次基本操作技術的專門輔導，起到復習鞏固的作用。

4 發酵工程實驗課實踐的效果

通過2 年來的實驗課教學，取得了較好的成績，問題調查滿意率在85%以上，具體如表2 所示。

5 存在問題與今后改進措施

5.1 實驗條件與內容問題

表2 實踐效果

所在單位發酵工程實驗室剛剛成立，儀器設備配套不全。以前一直在微生物實驗室上課，實驗條件所限，多數停留在搖瓶層次，發酵罐層次的實驗由于儀器所限，開展得不深入。展開了一些傳統的發酵實驗，如乳酸菌分離與酸乳發酵、泡菜制作等，部分發酵工藝經典實驗無法開展，如檸檬酸發酵、抗生素發酵、酒精發酵［15］、啤酒發酵、紅曲米固定發酵［6］等。對策是積極購置必要的教學和科研儀器設備，購進相關的菌種，為準備更多的教學實驗奠定物質條件;同時，一方面由于課時僅39 個學時，今后可以視需要建議增加學時，甚至將微生物實驗與發酵工程實驗結合在一起進行;另一方面，在有限的學時內，對于學生確實感興趣的實驗，可以課外小課題或畢業設計的形式進行。學生自己提出想做的發酵實驗，或是在已經結束的實驗的延伸，在教師指導下，在發酵工程實驗課的周期內獨立完成，實驗結果較好者可以相當于提前完成畢業設計，充分調動積極性。同時也可以與其他教師合作，共同完成跨學科的實驗，比如學生在做完乳酸發酵實驗后，如果仍有興趣，則可以與食品工藝學老師合作，繼續進行果味酸奶等方面的實驗。另外，擬結合實驗，在選用通用教材的基礎上，編寫輔助教材，便于學生自學和自我解決問題。

5.2 教學改革要適應學生的專業素質和實際情況

長期以來，由于學生習慣讓教師根據實驗報告打分，在實踐中發現變革性的考核手段往往讓學生接受不了，期末抽題進行操作考核，可能會激起學生很大的意見，要由學生工作相關領導協助耐心做好教育工作。再如“動態、開放、主動、多元的學習環境”［16］以及探索性實驗一直是諸多同行一直倡導的，但如果學生綜合能力較差，可能不配合，因此要從大二即開始培養良好的習慣，這類實驗要充分考慮多數同學的實際能力，或是僅針對一部分同學(上述的A 組)進行，方有效果。發酵工程實驗課如果安排在大三下學期，多數學生可能面臨著選擇考研方向、考研準備等，要注意珍惜學生的時間，不要貪大求全，不要盲目搞所謂的綜合性大實驗，將學生搞得很累，占太多的學生業余時間，反而會降低學生參與實驗的熱情。

5.3 學生的計算機能力影響了教學效果

由于以往不重視學生的計算機應用能力培養而偏重于過級考試，在教學過程中發現很多學生對數據如何整理分析、如何查閱文獻等都不會，有些同學只會交原始數據，這反映了學生在計算機能力上的欠缺。因此，完全有必要開設專門的科研軟件選修課加以配合，全面提高學生的科研能力。在本課程教學過程中適當講解并演示了部分相關軟件，如方差分析軟件、Origin作圖軟件、正交設計助手和Design Expert 軟件等，學生反饋很好，收到了很好的教學效果。

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