高校“發酵工程實驗”課程教學改革探索

康立新

摘 要： 以提高實驗教學質量為目標，鍛煉學生操作技能為目的，培養學生創新思維為要求，對生物工程與生物技術專業核心課程“發酵工程實驗”進行教學改革探索，有針對性地將理論教學與實踐教學及實踐生產緊密結合，提高學生分析、思考及解決問題的能力。

關鍵詞： 發酵工程實驗 課程教學 改革探索

發酵工程在生物技術產業化過程中起著關鍵作用，是生物工程的重要組成部分，也是酶工程與基因工程的紐帶[1]-[2]。在我校（湖北大學）生物工程與生物技術專業的教學計劃中，“發酵工程實驗”是與“生物工藝原理”、“發酵設備”等理論課程配套的課程，且課時數與理論課程課時數比例大于等于1∶1。實驗課程教學不僅培訓學生的基本專業操作技能，而且培養學生獨立思考、協同合作、自行設計、判斷分析等創新思維[3]-[5]。“生物工藝原理”與“發酵設備”等理論課程教學內容涉及的知識點多，如何將理論教學內容與實踐教學內容緊密結合，并達到鍛煉學生操作技能與培養學生創新思維的教學目的與要求，是課程改革需要解決的問題。

近幾年，根據實踐教學經驗，我們從實驗內容、教學實施及考核方式三方面對“發酵工程實驗”課程進行改革探索，目的在于提高學生的實踐能力，并對實踐生產有初步認識，提高學生分析問題、思考問題及解決問題的能力，從而綜合運用所學基本理論和基本知識解決實際工作中遇到的問題。

一、實驗內容與實踐應用相結合

以往發酵工程實驗內容相對孤立，學生對理論課與實踐課的銜接存在很多問題。為了讓學生通過實驗課程掌握理論課程中的基本知識，并能運用到實踐中，解決實踐生產中的實際問題，且能認識社會實踐對專業的需求，提高學生學習的自主性，除了一些基本實際操作技能實驗外，我們有目的性地開設了一些實踐應用性內容。

目前在洗滌、食品、飼料、造紙、醫藥、紡織皮革等多行業，生物酶由于自身的卓越性，其作出的貢獻非常巨大[6]。發酵技術在生物酶的產業化過程中起著關鍵作用，為了讓學生對生物酶的發酵有較全面的認識，便于將來更好地應用，我們針對性地開設了兩個實驗，一是“黑曲霉固體發酵產纖維素酶”，二是“地衣芽孢桿菌液體發酵產蛋白酶”。前者的目的是讓學生掌握如何通過控制發酵參數，使黑曲霉在含水較少的固態基質上分泌出較多的纖維素酶；后者的目的是促使地衣芽孢桿菌在液態流動下產生豐富的蛋白酶。并通過兩個實驗的比較，對比固體發酵與液體發酵的操作、酶的產生機制、工藝控制等，使學生在酶的發酵生產方面有比較深入的認識，對于不同實驗目的可采用不同的生產控制工藝。

根據微生物對氧的需求不同，發酵可分為好氧與厭氧兩種類型，為了讓學生對這兩種發酵的基本機制有直接認知，實驗課程開設了“乳酸菌厭氧發酵產乳酸”與“紅曲霉好氧發酵產紅曲色素”兩個實驗。前者是控制乳酸菌在不需要氧氣的條件下產生乳酸，后者是控制紅曲霉菌對氧氣的需要產生紅曲色素。通過兩個實驗，學生對微生物對氧的需求有深刻的理解，能將所學理論知識很好地應用于實驗過程中，能明確觀察實驗結果，教學效果顯著。

關于生物反應器的使用，對于生物工程與生物技術專業的學生來說，是未來社會實踐生產中必須面對的核心內容。在“發酵設備”理論課程中詳細地介紹了通用式機械攪拌發酵罐的結構與功能，但學生更多的是孤立地理解，對發酵罐的具體運行使用及基本維護完全是空白的；在“生物工藝原理”課程中介紹微生物發酵主要是通過工藝參數的設置與控制實現，包括溫度、pH、溶氧、攪拌、通風等，學生只能機械地背誦，如何對發酵工藝參數控制及發酵過程中出現的異常及時判斷分析，在理論課程中是難以涉及的。因此，為了使學生對“生物工藝原理”課程中涉及的工藝與“發酵設備”理論課程中關于設備的知識相結合，并形成深刻的印象，我們在“發酵工程實驗”課程中設置了兩個實驗，一是“5升機械攪拌發酵罐培養大腸桿菌”，二是“基因工程菌株在10L發酵罐內發酵產植酸酶”。前者實驗是讓學生培養大腸桿菌，獲得足夠的菌體數，掌握如何操作發酵罐，同時測定大腸桿菌生物量，學生能夠理解微生物生長曲線的動態過程，對適應期、對數期、穩定期等概念明確；后者實驗主要是對于畢赤酵母基因工程菌株，如何在發酵罐上操作，使菌株分泌更多酶蛋白產物，涉及的知識面包括：工程菌株高密度發酵、菌株對氧氣的高需求如何通過發酵罐提供、發酵罐上攪拌與通風量如何串聯使用等。大部分學生對于后者實驗的理解比較吃力，其中還涉及“基因工程”理論課程的知識，但實驗結束后學生都覺得實驗的意義很大，能夠在老師的指導下對發酵有更深刻的認識，將對促進他們進行更高層次的深造產生較大的動力。

二、學生自行設計教學

大部分實驗是老師提供實驗材料、步驟與方案，學生依照實驗內容依次完成。為了培養學生自主思考、自我查閱資料、分析實驗方案，并自主實踐的能力，在實驗過程中，我們給出部分實驗題目，或者根據生活中與微生物發酵關聯的食品、飲料等，讓學生自行設計并完成整個實驗，類似研究生階段的課題。以4人為一個小組，每個小組一個題目，查閱相關文獻并設計詳細的實驗方案，經教師審閱可行后，自己動手準備并完成。

在實驗過程中，讓學生成為“主體”，教師只是觀察并適當引導，針對實驗現象，啟發學生思考并查閱資料，引導學生加深對理論知識的理解。實驗結束后，對于實驗完成優秀的小組進行講解、點評和總結。應用這種教學模式能大大提高學生學習的主動性和積極性，學生可以真正轉換學習思維，由被動學習狀態轉為主動學習狀態，學生深刻認識到一個實驗的完成并取得成功是需要很多條件的，甚至是重復多次的結果，認識到團隊合作在科研中的重要性，同時在實驗過程中真正找出自身的不足，達到教學目的。

三、成績評價體系的改革

為了更好地評價學生實驗教學效果，我們對成績評價進行了改革和完善。針對以前以實驗報告為主，結合學生出勤的評價，現在把學生實驗結果的匯報作為主要評價目標，每個（組）學生完成實驗后，需將整個實驗做成幻燈片進行匯報，主要考核學生在實驗過程中對圖片的處理、數據的采集與分析是否規范、清晰，對實驗內容的理解與掌握，對實驗過程中疑問的思考與解決，實驗失敗的原因分析等，同時考核學生的口述能力。評價體系還包括同學與老師的提問，以及對問題的回答。

通過評價體系的改革，學生能更好地學習與補充實驗中涉及的理論知識，可較好地調動學習的自覺性和主動性，加深對實驗的理解和認識。

四、結語

經過改革，給學生提供一個學習平臺，提高對實驗課的興趣，提高學習積極性，在有限的課堂時間內基本能掌握相關實踐發酵技能，強化實踐動手能力，實驗設計能力和創新能力也會得到一定的鍛煉，從而培養創新型、實用型人才，達到教學目的。

參考文獻：

[1]明紅，劉涌濤，聶國興.發酵工程實驗教學體系的改革探索[J].河南科技學院學報，2012（8）：120-122.

[2]陳婷，張興群.“發酵工程實驗”課程教學的改革.紡織服裝教育，2013，28（6）：501-504.

[3]郁達，盧祥云.加強綜合性和設計性實驗，培養學生創新能力——生物科學專業實驗課程體系改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2002，21（1）：23-25.

[4]張惠玲，方海田.教學與實踐相結合的改革與探討——發酵工程教學與實踐[J].實驗室研究與探索，2007，26（1）：8-11.

[5]任曉莉，趙潤柱，梁保紅.發酵工程課程的教學改革與實踐[J].微生物學通報，2011，37（1）：127-130.

[6]梁傳偉，張蘇勤.酶工程[M].北京：化學工業出版社，2006.