微生物工程實驗教學(xué)改革初探

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

關(guān)鍵詞：微生物工程；實驗教學(xué)；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(shù)專業(yè)的必修課程，重點介紹微生物工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的原理與方法[1]。隨著現(xiàn)代社會對學(xué)生動手能力和綜合素質(zhì)的要求越來越高，實驗教學(xué)受到了更高的重視。實驗教學(xué)的目的是通過不同實驗項目教學(xué)，在幫助學(xué)生鞏固理論的同時培養(yǎng)學(xué)生的操作能力和解決實際問題能力。促進學(xué)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(xué)內(nèi)容幾乎是清一色的驗證性實驗，實驗內(nèi)容分散，設(shè)計性內(nèi)容少，與實際科研差距大，學(xué)生上課積極性不高。所以有必要對實驗教學(xué)進行改革，使培養(yǎng)的學(xué)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(shè)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(xùn)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(xué)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(xué)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(guān)心。

為了改變這種狀況，我們在實驗項目的設(shè)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(chǔ)實驗。為了培養(yǎng)學(xué)生的科研技能，盡量安排具有熱點的、有應(yīng)用價值的課題作為綜合設(shè)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(xué)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(xué)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(yīng)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(lǐng)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(xué)生熟悉各階段的實驗操作技能，又能調(diào)動起學(xué)生的科研積極性。在此基礎(chǔ)上，可以考慮以后的實驗選題由學(xué)生自己定。

2 實驗教學(xué)方法上的改革

傳統(tǒng)的授課方式是實驗教師把實驗?zāi)康摹⒃怼?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(xué)生只需要去操作1遍，驗證一下。為了提高學(xué)生的科研能力，促成學(xué)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(xué)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(xué)校規(guī)定的實驗教學(xué)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(xué)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(fù)性、跟蹤性實驗內(nèi)容由學(xué)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(dǎo)學(xué)生練習(xí)。為了更有效的提高學(xué)生的操作技能，相關(guān)專業(yè)的老師輪流在實驗室值班，對學(xué)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(xué)生數(shù)比較少，指導(dǎo)效果較好。

2.2 實驗方案的設(shè)計上鼓勵學(xué)生多查資料，分組獨立設(shè)計實驗方案 重視學(xué)生的實驗方案設(shè)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(xué)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(guān)鍵點。最終的實驗方案由小組的一名同學(xué)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(xué)提出的問題。實踐中發(fā)現(xiàn)集體討論中學(xué)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(xué)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(xué)生通過查資料和反復(fù)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(dǎo)學(xué)生科學(xué)記錄實驗數(shù)據(jù)、書寫實驗總結(jié)以及科學(xué)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(chǔ)性操作，老師嚴格指導(dǎo) 培養(yǎng)學(xué)生操作技能是學(xué)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(xué)生的基礎(chǔ)性操作能力。課前的實驗方案設(shè)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(xí)。實驗過程中由老師全程指導(dǎo)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(xué)生掌握基本操作技能。

3 考核方式的改革

學(xué)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(xué)生多是應(yīng)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(xué)生的實驗操作能力。

為了提高學(xué)生的實際操作能力和科研能力，此次實驗教學(xué)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(shè)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(xué)生的實驗設(shè)計及動手能力，又鍛煉了學(xué)生書寫科研論文的能力，同時培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。期末考試成績占20%，主要按照學(xué)校安排，進行理論考試。

4 實驗教學(xué)改革成效

在微生物工程實驗教學(xué)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(xué)生對理論知識的認識，提高了學(xué)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(xué)生的上課積極性明顯提高。學(xué)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(xué)生實驗操作的積極性有很大提高。（2）學(xué)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(xué)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(guān)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(xué)研究素養(yǎng)的形成，同時又提高了學(xué)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(xué)生興趣。當然，實驗改革是永無止境的，在日后的實驗教學(xué)中更加注重實驗的基礎(chǔ)性和創(chuàng)新性，進一步提高學(xué)生運用所學(xué)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(xué)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(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)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(xué)性質(zhì)[J].微生物學(xué)通報，2010，37（6）：798-802.

（責(zé)編：徐煥斗）