微生物工程實驗教學改革初探

摘 要：微生物工程實驗教學是教學的重要組成部分，為了提高學生實際科研能力，調(diào)動學生的學習積極性，進行了以課題式綜合性實驗為中心的教學改革。文中主要從實驗項目總體設置、實驗具體內(nèi)容以及實驗教學方法3個方面進行了論述。

關鍵詞：微生物工程；實驗教學；課題式實驗

中圖分類號 G420 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）11-139-02

《微生物工程》是生物技術專業(yè)的必修課程，重點介紹微生物工業(yè)生產(chǎn)技術的原理與方法[1]。隨著現(xiàn)代社會對學生動手能力和綜合素質(zhì)的要求越來越高，實驗教學受到了更高的重視。實驗教學的目的是通過不同實驗項目教學，在幫助學生鞏固理論的同時培養(yǎng)學生的操作能力和解決實際問題能力。促進學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到提高。傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容幾乎是清一色的驗證性實驗，實驗內(nèi)容分散，設計性內(nèi)容少，與實際科研差距大，學生上課積極性不高。所以有必要對實驗教學進行改革，使培養(yǎng)的學生更適合科研及生產(chǎn)的需求。

1 實驗內(nèi)容上的改革

微生物工程的實驗項目一般包括基本實驗、綜合設計性實驗和研究創(chuàng)新性實驗。由于課時安排的時間有限，實驗多以基本實驗為主。每個實驗以1個訓練項目開展，實驗材料事先準備好，保證在2節(jié)課的時間內(nèi)能完成。學生通常是具備了某一項操作技能，而對實驗前期的準備和后期處理一無所知，很多細節(jié)性操作不達標，無法完成大實驗或課題的研究。同時學生做實驗的積極性不高，對現(xiàn)在的實驗是否做出結(jié)果往往不太關心。

為了改變這種狀況，我們在實驗項目的設置上以靠近科研課題為原則、以課題式綜合性實驗代替分散性基礎實驗。為了培養(yǎng)學生的科研技能，盡量安排具有熱點的、有應用價值的課題作為綜合設計性實驗的主題內(nèi)容。微生物工程生產(chǎn)涉及到有氧發(fā)酵和靜置發(fā)酵，液體發(fā)酵和固體發(fā)酵等常規(guī)發(fā)酵方法，盡量在實驗中有所體現(xiàn)。其中液體好氧發(fā)酵是工業(yè)生產(chǎn)的主要方式，所以作為重點實驗內(nèi)容。實際實驗教學中以一個大的課題式實驗為主，涵蓋到微生物工程所涉及到的主要知識點，另外再以1～2個小課題實驗體現(xiàn)其它知識點。

此次教學改革的大實驗以生淀粉酶產(chǎn)生菌為研究對象。生淀粉糖化酶的作用特點是能夠?qū)⒌矸厶腔瘋鹘y(tǒng)工藝中的糊化、液化、糖化三步合并為一步。因此其應用對于減少工藝流程、降低生產(chǎn)成本以及節(jié)能方面有相當大的優(yōu)勢[2-3]。目前高效的低溫生淀粉糖化酶產(chǎn)生淀粉糖化酶的研究報道卻很少，所以是目前微生物工業(yè)領域的研究熱點之一。考慮到微生物工程所涉及到的各環(huán)節(jié)知識點，實驗從菌種的篩選開始，實驗內(nèi)容包括了發(fā)酵菌種的自然選育、發(fā)酵菌種的初篩、酶活的測定、發(fā)酵菌種的保藏、培養(yǎng)基優(yōu)化、生物量的測定、發(fā)酵條件優(yōu)化、5L小試（熟悉發(fā)酵罐的操作）、發(fā)酵污染檢測等所有微生物工程生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。通過從菌種篩選到小試的系列實驗，既可以讓學生熟悉各階段的實驗操作技能，又能調(diào)動起學生的科研積極性。在此基礎上，可以考慮以后的實驗選題由學生自己定。

2 實驗教學方法上的改革

傳統(tǒng)的授課方式是實驗教師把實驗目的、原理、內(nèi)容等講清楚，在這個過程中教師是主角，實驗步驟和實驗條件都是教師選定的，學生只需要去操作1遍，驗證一下。為了提高學生的科研能力，促成學生轉(zhuǎn)換為主角。在實驗性課題選定后，具體的實驗方法、實驗條件由學生自己確定。具體操作如下：

2.1 小組跟蹤實驗進程，實驗時間有集中有分散 目前學校規(guī)定的實驗教學時間仍為每周的固定時間，而微生物工程的實驗都是連貫的、時間跨度大的類型，為了實現(xiàn)教學目標，采用小組跟蹤實驗進程的方式。重要操作環(huán)節(jié)的初次實驗安排在上課時間，其它的重復性、跟蹤性實驗內(nèi)容由學生根據(jù)課余時間靈活安排，如果時間不能恰好趕上上課時間，一般在重要操作前提早進行重要操作演示，并指導學生練習。為了更有效的提高學生的操作技能，相關專業(yè)的老師輪流在實驗室值班，對學生實驗中出現(xiàn)的疑問及時解答。實踐中發(fā)現(xiàn)小組在業(yè)余時間來的比較分散，學生數(shù)比較少，指導效果較好。

2.2 實驗方案的設計上鼓勵學生多查資料，分組獨立設計實驗方案 重視學生的實驗方案設計能力。凡是涉及到實驗方法的選擇、實驗條件摸索的環(huán)節(jié)時，鼓勵學生多查閱資料。通過小組討論后，形成實驗方案。實驗方案要求包括實驗原理、實驗器材及試劑、實驗操作的具體步驟和實驗操作的關鍵點。最終的實驗方案由小組的一名同學代表整理成文，并在課前發(fā)送電子郵件到老師郵箱。并在上課時由小組的代表陳述實驗方案，解答其它組同學提出的問題。實踐中發(fā)現(xiàn)集體討論中學生思維更活躍，對于實驗中可能出現(xiàn)的問題考慮的很周全。

2.3 階段性進行實驗結(jié)果總結(jié)，討論各組實驗成果及存在問題 重要的實驗操作環(huán)節(jié)過后，及時組織各組學生交流實驗過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象及操作中存在的問題，鼓勵學生通過查資料和反復實驗的方式解決問題。對于小組難以解決的問題，由老師在上課前的討論時間提出來，集體討論解決。同時引導學生科學記錄實驗數(shù)據(jù)、書寫實驗總結(jié)以及科學處理實驗數(shù)據(jù)，并在大實驗最終結(jié)束時每組整理出1篇實驗論文。

2.4 重視基礎性操作，老師嚴格指導 培養(yǎng)學生操作技能是學生實驗的目的之一，所以在課題式實驗改革中通過多種方法來提高學生的基礎性操作能力。課前的實驗方案設計中要求實驗步驟具體，并充分考慮操作的要求。重要實驗操作由老師演示，并多次練習。實驗過程中由老師全程指導操作細節(jié)。實驗結(jié)束后的討論中，由老師對操作中出現(xiàn)的問題進行提醒。確保學生掌握基本操作技能。

3 考核方式的改革

學生的實驗成績一般由平時成績和期末成績組成。傳統(tǒng)的平時成績主要是實驗報告和出勤，學生多是應付，相互抄襲實驗報告；而期末成績采用筆試的形式，很難考察出學生的實驗操作能力。

為了提高學生的實際操作能力和科研能力，此次實驗教學改革主要對平時成績進行了改革。平時成績包括實驗方案設計、實驗操作表現(xiàn)、討論中的表現(xiàn)、論文報告及出勤等，平時成績占80%。其中論文報告要求以小組為單位，把大實驗的實驗結(jié)果以論文的形式呈現(xiàn)出來，同一個小組成員同一個成績，占30%。這樣既鍛煉了學生的實驗設計及動手能力，又鍛煉了學生書寫科研論文的能力，同時培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作精神。期末考試成績占20%，主要按照學校安排，進行理論考試。

4 實驗教學改革成效

在微生物工程實驗教學中引入課題式綜合性實驗，以課題為中心，在實踐中增強了學生對理論知識的認識，提高了學生動手能力，取得了較為理想的實驗效果。主要表現(xiàn)在：（1）學生的上課積極性明顯提高。學生認識到了課題的價值，愿意從事探索性的實驗。同時，一個實驗沒做好直接影響后續(xù)實驗的開展，學生實驗操作的積極性有很大提高。（2）學生的動手能力明顯提高。因為大實驗過程中的基本操作要經(jīng)常進行，例如培養(yǎng)基的配制滅菌、接種、生物量測定等，基本操作的熟練程度明顯提高。（3）學生的科研能力得到鍛煉。通過資料的查閱、實驗方案的實際和最終實驗論文的書寫，科研相關的項目都得到了一定程度的鍛煉。

5 結(jié)語

通過實驗改革既有利于良好的科學研究素養(yǎng)的形成，同時又提高了學生的基本操作能力，對微生物工程前沿信息了解也更進一步，極大地提高了學生興趣。當然，實驗改革是永無止境的，在日后的實驗教學中更加注重實驗的基礎性和創(chuàng)新性，進一步提高學生運用所學知識解決實際問題的能力。

參考文獻

[1]吳松剛. 微生物工程[M]. 北京： 科學出版社，2004.

[2]肖長青，戚天勝，趙海.生淀粉糖化酶產(chǎn)生菌Aspergillus niger（6#）的分離篩選及其產(chǎn)酶條件[J].應用與環(huán)境生物學報，2006，12（1）：76-79.

[3]孫子羽，遲乃玉，王羽，等.低溫生淀粉糖化酶菌株RS01分離及其酶學性質(zhì)[J].微生物學通報，2010，37（6）：798-802.

（責編：徐煥斗）