生物工程工艺实验教学的实践与体会

□天津科技大学 张健 王德培 刘浩

生物工程工艺实验教学的实践与体会

□天津科技大学 张健 王德培 刘浩

生物工程工艺实验是生物工程专业的一门重要的综合性实验课程，通过对生物工程工艺实验课程的教学改革与实践，提出了生物工程工艺实验教学在实践中遇到的问题和相应的解决策略，展望了该课程的发展方向。

生物工程工艺实验；综合实验；创新能力

生物工程是运用生物学、化学和工程学等学科相结合的方法，利用生物体制造人类所需产品、改造生态系统和环境的属于应用技术领域的学科。该专业主要是培养掌握现代生物工程及产业化科学原理，具有扎实的化学工程、生物化学、微生物学、发酵工程等学科的基本理论和基本知识，能够在生物技术与工程领域从事生产技术管理、品质控制、产品开发、科学研究和工程设计的高级工程技术人才。

实验教学在生物工程专业学习中有着十分重要的地位，学生动手能力、综合分析能力和创新能力的培养主要依靠实验教学来完成。所以，在专业建设过程中，如何规划与开设该专业的实验课程就成为一个非常重要的课题，尤其是如何建设能够体现生物工程专业特点与培养方向的专业综合性实验课程就显得更为迫切与关键[1]。在这样的背景下，天津科技大学生物工程学院早在20世纪90年代就为本专业学生开设了生物工程工艺实验课程，经过多年的不断探索与课程改革，该课程现已成为国家级精品课程“生物反应工程”实践教学中的重要组成部分，得到了广大学生和业内专家的好评。虽然该课程取得了一定的成绩，但仍存在一些需要改进的地方。

一、生物工程工艺实验的重要性

生物工程工艺实验是生物工程专业的专业必修课，是与基因工程、发酵工程、酶工程、抗体工程、细胞工程和蛋白质工程理论教学相配套的实验教学[2]。很多专业选修课如酿酒工艺学、氨基酸工艺学、有机酸工艺学，酵母工艺学等专业选修课由于学时所限，只开设了理论课而没有相对应的实验内容，生物工程工艺实验正是在这样的背景下，整合了多门专业选修课的内容而形成的一门独立设课的实验课程。课程的目的是对学生进行生物工程综合性实验技能训练，培养学生在查阅资料的基础上，独立进行实验设计、实验操作、数据处理与分析的能力，培养学生乐于合作、敢于创新的精神与坚持严谨、求实的科学作风。在内容设置上，既要求从本专业的实际要求出发，又要有一定的代表性、前沿性和综合性。与传统的课程配套实验相比，生物工程工艺实验内容涉及范围广、实验时间长、应用性强，比如“5L罐发酵生产L乳酸”，“细菌素的生产与纯化”等等，这些实验从种子制备到上罐发酵，再到分离纯化，整个周期需要3周时间，涉及到微生物学、发酵工程设备、生物反应过程、生物下游工程等多学科知识，其中的很多实验都是老师的科研课题，实用性很强。为此，要求学生充分发挥主观能动性，鼓励他们思考与创新，能够针对实验目的，在查阅大量文献的基础上自主设计实验方案并进行可行性分析，而指导教师则负责提供所需实验药品和器材，并对实验方案进行修改和把关。因此，该课程对于挖掘学生的潜能、训练学生的动手能力、培养学生思维和创新能力等方面都具有非常重要的意义[3]。

二、生物工程工艺实验存在的问题

生物工程工艺实验课程在多年的探索与实践中不断总结和完善，取得了一定的成绩，但仍存在一些问题亟待解决。

1.排课时间引争议

生物工程工艺实验涉及多学科理论知识和实验技能，因此，该课程在国内各高校几乎都安排在大三阶段开设，我院生物工程工艺实验也不例外，依照目前的教学大纲，该课程被安排在第7学期进行，教学时数为36学时。

从理论上说，将专业实验课安排在专业基础课和基础实验课之后开设是合理的，然而，由于大三的学生此间已经开始对自己的将来做规划，并为之实施，不大安心地进行实验了。比如，有些拟考研或申请出国的学生已经开始着手准备，而忙于找工作的学生则在努力地开展社会实践，争取拥有一定的工作经验。这些实际的因素，往往导致很多同学缺少充裕的时间用于生物工程工艺实验的学习，进而导致毕业生专业实验技能的匮乏。如果硬性规定学生参加实验项目，收到的效果往往差强人意，学生即使完成了实验，也只是蒙混过关，草草了事[4]。

2.教学效果难如意

生物工程工艺实验的操作单元具有一定的连续性，前一步骤的操作往往会对后一步骤操作产生重要影响，进而关系到整个实验的成败。对学生来说，这是一种压力，因为对于一个新手，很难保证操作无误，而任何一个操作环节的失误，都会影响实验最终的结果，因而经常发生达不到预期目的的情况。

3.硬件设施难保障

生物工程工艺实验作为生物工程专业的综合性大实验，占用学时较多，工作量较大，时间跨度长达3周。该实验不同于常规的物理化学实验，很多情况下都需要长时间，甚至通宵不停歇地工作，期间必需定时取样测定，以保证实验数据的准确性。为了保证样品的时效性，经常出现多人同时需用同一台仪器的情况，而普通的实验室不可能购置多台同样的设备，因此，必然造成短期内硬件设施紧缺。

4.考核评分欠公正

实验课程的考核不同于理论课的考核，其考核指标更多，对大部分实验课而言，考核都是采用平时成绩与实验报告相结合的评定方法。而对于生物工程工艺实验课程，由于其时间跨度长，且实验多为分组进行，这就让指导教师很难恰如其分地评价每位同学的工作，导致实验考核评分欠公正。

三、问题的解决办法

1.灵活选择实验，保证实验效果

在现有教学大纲保持不变的条件下，我院生物工程工艺实验课程在多年的实践中不断探索、大胆改革，摒弃了原有的统一的实验单元，改为根据老师的特长开设多个实验项目组的方式，项目组涉及不同实验技能和方向，学生可根据自己的兴趣和需要选择其中的一组[5]。实践证明，学生有的放矢地选择性学习，有利于增强学生的主观能动性，激发学生的创造性，也符合个性发展的培养目标，同时，也有效解决了学生时间紧，忙于考研、出国复习等问题，因为学生往往会选择与考研方向一致的或是与出国深造相关课题接近的实验组来学习，这样，学生会非常重视该实验，其效果也非常好。

2.规范实验操作，避免实验失败

我们的实验宗旨是允许学生实验失败，但要强调总结失败教训[6]。当然，我们还有一些具体措施来力求避免失败，例如，严格监督实验过程、保障实验完成，多留意观察学生实验过程中的操作细节，及时纠正不规范操作；对实验中反映出来的一些共性问题和错误，重点讲解，避免再犯；刻意训练学生观察实验现象，引导学生思考、解释实验现象的成因；培养学生合理记录实验步骤和数据的习惯，变填鸭式教学为引导式教学，启发学生综合运用所学知识和实验技能去分析问题和解决问题等等。这样，既提高了学生的思维创新能力，又让学生体会到发酵产品的来之不易，克服了想当然和急于求成的通病，锻炼了学生的实验技能和心理素质。这种实验过程既是理论与实践相结合的过程，又是学生进一步学习的过程，可以使学生在思维方式、学习方法、动手操作等多个层面上得到锻炼。

3.统筹使用设备，加强协作精神

我们对学生进行了合理的分组，要求他们分工合作，共同完成实验。这样做，既可以增强学生的参与意识，锻炼学生的团队合作能力，又有利于统筹使用设备。在实验小组人员的分配上，第一，注意男女同学搭配，因为盯罐需要通宵，女生不太方便，可以让男生去做，而一些诸如记录、分析之类的细活，女生往往做得更好；第二，注意要将计划考研、出国和找工作的同学做到合理搭配与安排，这样，不仅学生自己安排时间更为方便，也更好地保证了实验的顺利进行。在实验小组这个团队中，每个人都要有强烈的责任心，因为个人的数据测定不准确，很可能误导同组下一位同学的分析及操作，即个人的操作正确与否关系到整个实验的成败。针对实验中容易出现的问题或突发事件，同学们在实验中要相互关照、互相提醒，提高安全意识。对一些共用的大型分析检测设备，组间的同学应统筹安排时间，合理使用仪器。教师在实验开始时，要亲自演示一次分析检测操作，待以后的取样测定时，学生之间可以相互请教，这样，既可增强同学之间的友谊，又可在讨论中不断巩固和提高所学的知识[7]。

4.全面考核，公正评定实验成绩

考核结果既要体现出不同小组的差异，也应体现出组内不同人员的差异。考核采用通用的平时成绩与实验报告相结合的评定方法，权重可以是3∶7、4∶6，或者5∶5。平时成绩包括出勤，实验的设计和操作能力、思考和创新能力等；实验报告成绩不仅要看实验结果的准确性，而且要看报告撰写的规范性、内容的完整性、分析的深度和水平。实践证明，凡在做实验时表现认真的学生，其考试成绩也高，从而有效地训练了学生踏实学理论以及在实验中认真独立完成的良好习惯。

生物工程工艺实验在生物工程专业课程体系中占据着举足轻重的地位，对学科发展及毕业生的实验技能的提高起着重要作用。随着学科的发展和社会需要的不断深化和完善，该课程的改革应该受到足够的重视，使之成为培养学生动手能力和思考问题、解决问题、独立开展科学研究能力的大舞台[8]。

[1]赵宏宇，季祥，张小利，等.生物工程专业综合性大实验体系探索[J].实验科学与技术，2009，7（5）：105-107.

[2]周春丽，李玉萍，苏伟，等.《生物工程综合实验》教学体系建设探索[J].安徽农业科学，2009，37（31）：15271，15274.

[3]淮虎银，金银根，孙国荣，等.植物学综合性实验项目的设计与实践[J].实验室研究与探索，2006（5）：638-640.

[4]陈容容，石雪芹，白艳玲，等.《生物科学综合实验课》管理模式的探索[J].实验室科学，2009（2）：70-71.

[5]肖连冬.生物工程综合性专业实验的教学改革与实践[J].广东化工，2009，36（8）：310-312.

[6]钟方旭，代江红，江贤君，等.《生物工程实验》教学改革体会[J].高等教育与学术研究，2006（1）：205-206.

[7]阎欲晓，白先放，杨洋，等.建设《生物工程综合实验》课程，提高学生综合素质[J].广西大学学报：哲学社会科学版，2005，21：163-164.

[8]曾超珍，吴耀辉，黎继烈.生物工程大实验课程改革与探讨[J].中南林业科技大学学报：社会科学版，2010，4（4）：148-150.

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