高等農業院校發酵工程實驗技術教學改革與探索

李立恒+林元山+蘭時樂+管桂平

摘要：以提高發酵工程實驗教學質量和效果為目的，鍛煉學生操作技能為要求，培養學生創新思維及創新能力為目標，本文從調整實驗教學內容、建立新的課程體系、優化教學組織形式，提高實驗綜合能力、構建學生創新能力培養的實驗平臺、改革成績評價體系等方面對發酵工程實驗教學方法進行了改革與探索。經過多年的實踐，學生的理論水平和實踐能力、創新能力得到了穩步提高，就業時能更好地滿足社會的需求。

關鍵詞：發酵工程實驗；創新思維與創新能力；改革與探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）10-0270-02

生物科學與技術是當今發展最快、研究最熱的學科之一。發酵工程是現代生物技術的重要組成部分[1，2]，也是化學工程學科在生命科學領域的延伸，是應用性和實踐性很強的一門課程[3，4]。理論教學與實踐教學相結合是使學生牢固掌握發酵工程基本知識的關鍵，如何根據發酵工程實踐性強的特點，充分調動學生的主觀能動性，改變學生被動接受為主動參與的狀況，在有限課時內提高教學效果，是發酵工程實驗課程改革亟待解決的問題[5]。為此，應從實驗教學的內容、教學組織形式及考核方式三個方面對課程進行改革，以培養學生科學的設計、超強的動手、積極創新思維的能力。

一、調整實驗教學內容，建立新的課程體系

1.強化目的菌株篩選與純化工作。雖然發酵是指任何通過擴大規模培養生物細胞（含動、植物細胞和微生物細胞）來生產產品的過程，但一般發酵工程實驗的設置都是基于微生物發酵基礎之上的，這就使得目的菌株的篩選分離與純化顯得格外重要。基于農業院校的特色，我校以篩選淀粉酶菌株為主線，串聯微生物發酵工程的基本操作。通過從稻田土壤中對淀粉酶菌株的篩選、分離純化來掌握微生物的培養基制備技術和無菌操作技術，掌握從不同生態環境中篩選和保存微生物的方法，為第二部分的微生物發酵培養奠定基礎。

2.采用科研教學模式。為了提高學生實驗動手能力和參與實驗的主動性，培養學生自主思考和實踐的能力，我們對菌株發酵條件的優化采用科研教學模式進行課程實驗改革試點。在實驗過程中以4人為一個小組，每個小組設計優化其中一種發酵條件（碳源種類及濃度、氮源種類及濃度、無機鹽種類及濃度、pH值、種齡、接種量、溫度和時間）。每個小組學生通過閱讀相關文獻及與教師進行討論，確定最終的實驗方案，小組學生共同動手完成實驗，優化某一個發酵條件。實驗結束后，教師在全班范圍內進行實驗總結，講解實驗中出現的各種問題，對各組實驗結果進行點評，使學生不僅對自己小組設計的實驗過程和結果有所了解，而且也能了解其他小組的實驗問題和結果，再將各組優化條件進行集中，從而得出菌株生產產品的最佳條件，為產品的中試研發打下堅實的基礎。這種模式進行教學，每個學生既要與小組內成員共同完成實驗內容，又要和其他小組成員進行交流，培養了團隊合作的精神。

3.生產菌株采用發酵罐進行中試研發試驗，為工業化生產做準備。為了解決科研單位與工廠生產脫節的問題，增強學生對現代生物技術的了解，培養能夠適應現代生物科技飛速發展需求的創新性人才，我們將實驗室中的小型發酵罐引入到發酵工程實驗中來，并將驗證性實驗改為綜合性大實驗“10L不銹鋼全自動發酵罐中試產細菌淀粉酶發酵過程動態研究”，全班分成三個大組（每個大組使用一個發酵罐，設定不同溫度），每個大組分為若干小組進行實驗，實驗過程中通過檢測菌體的形態、數量、溫度、pH值、溶解氧、殘糖、蛋白質和酶活的變化情況，在學會發酵罐的使用方法基礎上，根據在線檢測的實驗結果對時間采用EXCEL繪制圖表，對發酵過程進行分析，了解發酵不同時期各項指標的變化，了解微生物中試生產最適宜的溫度，pH值、通氣量和轉速、補料時間和發酵時間，為產品工業化大生產打下堅實的基礎。

二、優化教學組織形式，提高實驗綜合能力

1.重視實驗前的預習和準備工作。實驗預習是上好發酵工程實驗課、按時完成實驗任務的關鍵。每次實驗前任課教師都要求學生仔細預習實驗指導及相關資料，掌握實驗的基本原理與方法、主要內容與步驟以及注意事項，提交預習報告，并做好實驗準備工作，配好相應的培養基和試劑。此舉能有效敦促每個同學胸有成竹地進入實驗室，杜絕占用實驗時間寫實驗報告。實驗前的預習和準備工作將有助于學生加深對實驗內容的理解，培養科學、認真的態度，為將來的科研工作奠定基礎。

2.課堂隨機提問。在每次實驗開始操作之前，教師都會進行一定時間的課堂講解，主要以隨機提問的方式引導學生溫習本次實驗的內容和步驟，加深學生對實驗原理、實驗過程和注意事項的了解，并計入實驗成績，以敦促學生進行有效的課前預習。

3.實驗結束后撰寫實驗綜合報告。課前預習是學生熟悉實驗內容的過程，為第一層面的互動；課堂隨機提問是教師和學生交流的過程，為第二層面的互動；課后撰寫實驗綜合報告為學生統計實驗數據，獲得中試產品最優發酵條件的過程，是第三層面的互動。通過三個層面的互動，實驗前預習不再流于形式，實驗過程主動性更強，實驗綜合報告更加豐富、生動，學生也能從實驗中收益更多。

三、構建學生創新能力培養的實驗平臺

讓學生參與到教師的科研工作中，是培養學生自學能力、創新能力的有效途徑，以雙向選擇方式進行。我院實行了導師責任制，讓學生根據自己的愛好選擇不同研究方向的教師，讓學生參與到導師的科研中來，學生參與了科研過程中的查資料、設計實驗方案、動手完成科研、分析整理數據、撰寫科研論文的整個過程，再選擇質量高的論文進行投稿，發表科研論文。這種方式提高了學生的實驗興趣，提高了動手能力，培養了他們的創新意識和創新能力，加強了學生團結協作的精神。

四、改革成績評價體系

實驗課程的成績一般以實驗出勤率、實驗操作的印象、實驗數據和報告書寫的好壞來評分，無意之中忽略了學生的動手能力和解決問題的能力。為了使學生成績的評價更加合理，發酵工程實驗教學采取了綜合評價體系，以考查學生在整個實驗過程中的參與度以及能動性和分析解決問題的能力。該評價體系包括下面五個部分。

1.出勤率：用以評價學生是否按時參與實驗，是否早退。其中按時參與和擅自離開各占10%。

2.預習報告評分：用以評價學生的預習程度，占20%。

3.隨機提問評分：由教師在實驗講解過程中隨機抽取學生提問，并對學生的隨機提問進行評分，激發學生主動回答問題，并在評分中予以10%的評分。

4.實驗操作評分：由教師根據學生實驗表現、動手操作能力、規范程度進行打分，用以評價學生的操作熟練程度，占20%。

5.綜合報告評分：為了避免實驗報告流于形式，綜合報告的評分又由兩部分組成：（1）匯報評分：每個學生實驗完成后，需將整個實驗做成幻燈片進行匯報，主要考查學生的參與程度以及在實驗過程中對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程度、分析問題和解決問題的能力，占15%。（2）實驗報告評分：實驗報告是否符合規范要求，圖表是否清晰，實驗內容是否全面，原始記錄是否真實可靠，數據分析與討論是否準確到位，結果與分析是否全面，占15%。

五、結語

21世紀是生命科學的世紀，生物科學與技術是發展最快、研究最熱的領域。發酵工程是實現從生物基因到最終產品的過程，這使得發酵工程實驗課程的教學改革具有舉足輕重的地位。湖南農業大學生物科學技術學院在實行了各門實驗課程的教學改革后，學生的理論水平和實踐能力、創新能力得到了穩步提高，就業時能更好地滿足社會的需求。

參考文獻：

[1]黃方一，葉斌.發酵工程（2）版[M].武漢：華中師范大學出版社，2008.

[2]余龍江.發酵工程原理與技術應用[M].北京：化學工業出版社，2006.

[3]陳堅.發酵工程實驗技術[M].北京：化學工業出版社，2003.

[4]賈士儒.生物工程專業實驗[M].北京：中國輕工業出版社，2004.

[5]陳婷，張興群.“發酵工程實驗”課程教學的改革[J].紡織教育，2013，28（12）：501-505.

Reform and Explore on the Education of Fermentation Engineering Experimental Technique in Agriculture Universities

LI Li-heng，LIN Yuan-shan，LAN Shi-le，GUAN Gui-ping

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

Absract：Amied to improve the quqlity and effect of expeiment teaching of the fernentation engineering，exercise student's manipulative skill