生物工艺学课程体系改革实践

张建国　陈晓明

摘要生物工艺学课程是生物工程专业学生的主干必修课程，是一门理论性和实践性非常强的课程。以提高学生创新能力、实践动手能力，提高学生综合素质为目标，对生物工艺课程体系进行了改革。优化了理论、实践教学内容、教学方式以及各个教学环节的衔接，构建了合理的生物工艺学课程体系，取得了良好的效果。

关键词生物工艺学课程体系改革

生物工艺学是一门研究将生物技术实验室成果转化的重要学科，也是多数高校生物工程专业的必修课程之一。主要目标就是培养学生理论指导实践能力、实践归纳总结能力、适应社会发展能力。对于生物工艺学课程本教研室立足现状根据实际情况针对课程体系、理论体系、实践体系改革和探索。作者着重就多年来生物工艺学课程体系改革与教学体会和大家探讨。

1课程开设背景

生物工艺学课程是生物工程专业三年级学生学习的必修课程，已经学习了生物化学、微生物学、基因工程以及正在学习生物反应工程、生化分离工程、生物工程设备、发酵工厂设计概论等相关课程的背景下展开生物工艺学课程学习。而这些课程与生物工艺学的各个章节都有重复，有没有必要开设生物工艺学课程及如何进行生物工艺学教学活动是需要期待解决的问题。2006年通过教研组讨论决定减少生物工艺学学时数，由64学时减少至32学时。2006年至2008年试行三年后，通过对学生调查和用人单位调查，证明减少学时后，学生实践、设计、解决问题能力有所下滑而且出现了对就业的迷茫的现象。2009年教研组对生物工艺学课程体系建设进行讨论，一致认为不但有必要开设生物工艺学而且课时需要增加，并且增加了生物工艺学实践环节的种类和数量。现在理论课时为64学时，实验学时为32学时、课程实习16学时、发酵过程分析实验48学时，在三年级两个学期分别对半完成除发酵过程分析外的生物工艺学课程体系学习。

2理论课程讲授内容重复性矛盾的解决方案

课程主要教材选用俞俊棠等编写的新编生物工艺学教材，同时结合各个章节补充或指定相关参书籍进行教学或供学生参考，有助于充分利用学生所学相关课程内容，将理论知识和应用实践相结合，从而达到良好的学习效果。坚持“学以致用”，坚持“融会贯通”为指导思想进行理论教学活动。

2.1架起相关课程的桥梁

生物化学、微生物学、基因工程、生物反应工程、生化分离工程、生物工程设备、发酵工厂设计概论等相关课程都是相对独立的，而生物工艺学中的工艺设计、优化等章节内容和技术方法和相关课程紧密相关，在这些课程中间可以起到穿针引线搭桥的作用。学生在单独学习相关课程时容易形成思维定势，大多数学生在学习过程中并没有把所学的相关课程深入到工艺开发中来，由于各课程的重点和学生的经历也是不可能将相关课程知识进行深入理解。因此，如何引导学生将各个知识单元利用生物工艺学原理将之联系起来就是生物工艺学的工作之重点。

2.2优化章节侧重点

要让学生充分理解生物工艺学的定义、目的和意义，绪论部分非常关键。生物工艺学既有工程要素又有技术要素，不管是现代发酵技术还是传统发酵技术其本质都是一样的，各个章节是生物工艺的工程组合部分，各个工程部分需要技术来完成。各个工程组成部分的应用概况、原理及设计、目标以及到达工程目标目前的技术手段、技术原理、技术要素及边界条件是各个章节讲述的重点，所举的例子围绕工程目标、技术手段进行展开。在各个章节讲述完成后学生能够辨别和判断各个工艺的优缺点，工艺的使用边条件，具有分析工艺的节点能力和初步具有解决节点问题的方法。

2.3不断完善教学内容

教学内容也要根据形势要求进行不断完善。（1）不断走企业充分了解企业需求，了解新进大学生在企业里缺少什么；（2）查阅文献资料，了解产业动态和新方法、新工艺；（3）多了解学生对章节的掌握程度。主要根据这三种形式不断补充和完善教学内容，积极向学生推荐参考用书。例如在讲解菌种选育过程中，给学生指定了施巧琴、吴松刚等编写的《工业微生物育种学》。

通过教学实践，学生觉得每堂课都很新鲜，也没有发现学生由于学过相关知识而感到厌学和不满情绪。实践教学本质就是引导学生如何将学到的知识加以生物工艺方面的应用，让学生思路更开阔更灵活地大胆应用相关知识。

3实践教学环节

3.1生物工艺学实验

生物工艺学实验就是让学生掌握最基本的操作方法、理解操作方法的原理。针对课程特点和学生实验技能开设了菌种的选育、培养条件的优化、原料的预处理、反应器溶氧传递系数的测定、菌体生长动力学的测定等实验内容。前三个实验在三年级第一学期完成，后三个实验在第二学期完成，这样一方面和教学进度相吻合，便于及时理解。

3.2生物工艺学课程实习

课程实习第一阶段在三年级第一学期期中进入工厂进行认知实习，主要了解工厂布局、工艺流程、设备构造。虽然在课堂上学生通过幻灯片或老师的形象比喻进行认识学习，但是在学生脑海中这些知识还是很抽象的。同学们通过参观实习无不感叹工厂的工艺设计与老师讲得非常相似。工厂的实习活动让学生感觉到将来能干什么，大大增强了学生学习的兴趣和主动性，实践证明这个环节非常有必要。

第二学期，理论知识基本学习完毕、基本操作技能得到训练，然后进入第二个课程实习环节。这个环节利用实验室50L发酵罐、30L发酵罐进行进行分批发酵实验。分批发酵是最基本的发酵方法，该环节的实践训练项目是继生物工艺学实验课程中培养条件优化实验项目进行的，利用该实验项目的优化条件进行发酵放大实践活动。通过分批发酵的训练一方面，掌握种子扩大培养、培养基的配置、灭菌、接种、发酵、取样分析的基本操作；另一方面，观察了解发酵过程中溶氧、pH、菌体形态、发酵液颜色、黏度、泡沫以及底物、产物的变化等规律；再一方面，通过几个小组的实验数据进行归纳，总结出正常发酵条件下发酵的变化状态、变化规律以及变量和产物形成的关系，培养学生的归纳总结能力。

3.3发酵过程分析实验

生物工艺生产过程经济最大化是目标，菌种是保障，工艺优化控制是关键。工艺优化控制对最大发挥优良菌种的潜能和下游提取都有着非常大的影响，对发酵成本有着重要的影响。培养基原料、种子质量、灭菌质量、温度、pH、搅拌转速、溶氧、培养基配方、罐压、补料的时机、培养条件的转换及转换时机等等很多因素都会影响发酵结果。让学生在实践中尽可能地体会工艺控制的重要性和技术要点是本实验的目的。本实验开设采用大实验的形式，根据发酵过程控制参数进行分组。例如实验项目为%^-聚赖氨酸的补料分批发酵，pH、溶氧、温度在线监测。其中一组根据溶氧变化进行反馈补糖，同时离线测定发酵液中残糖浓度、残氮浓度、菌丝球的形态、菌体浓度的变化等等指标，考察不同补料情况对进行pH调控发酵中产物%^-聚赖氨酸的影响。然后各组将发酵过程数据予以共享共同分析，找出影响发酵的节点，提出解决的方案，最后讨论形成报告。

通过实践环节由简到繁地开展，让学生逐步掌握和理解工艺各个环节和控制节点及其解决方法。一方面，在实践环节中学生才能切身体验到发酵过程各个工艺环节的关系，各个指标在发酵过程中控制方法；第二方面，学生通过实践环节反复应用理论知识加深了对理论的理解；第三方面，通过实践环节有效训练了学生提出问题和解决问题的能力，归纳问题的能力，大大提高了学生的创新能力。

4加强知识消化

知识的消化如同食物的消化，过饱过多产生厌食，同样知识一次讲授过多，学生会产生厌学，为了考试学生只有死记硬背，出了考场知识又还给了老师。为了在技术上解决这个问题将生物工艺学课程体系中相关理论、实践环节教学任务肢解，分为两个学期完成，大大提高学生的理解和接受能力。这种安排教学任务也可以用“茅塞顿开”一成语进行解释，随着时间的推移、经验的积累，学生逐步地学会自觉消化知识。

通过几年来的生物工艺学课程体系建立探索，逐步形成了较为完善的生物工艺学课程体系框架，提高了学生的理论水平、实践能力、发现问题、解决问题以及创新能力，充分体现了以“学生为本”的精神和实事求是的精神。

5期待进一步解决的问题

（1）服务教学的同时兼顾教师的科研任务。众所周知，各个高校一线教师都有科研的任务，可是任课教师科研项目不一定与教学内容吻合，即使吻合，教学计划与科研计划并不一定同步。一些教改文献中提出与教师科研联系起来，那只是一种权宜之计不是长久之计。如何服务教学的同时兼顾教师科研是需要进一步探索问题，能够让任课教师更多精力放在教学上。

（2）课程开设时间的调整。大三学生在学习生物工艺学的同时还要学习其他课程，而课程实习第二环节和发酵过程分析实验课程需要进行发酵工程训练，整个训练过程需要连续几天时间，势必影响其他课程的教学。若开设在大学三年级第二学期和大四第一学时间上可以较好满足教学需求，但是也存在大四学生找工作、考研等压力，虽然学生出勤容易解决但是学生“身在曹营心在汉”问题就不易解决。总之那种效果更好需要进一步实践证明。

（3）教学水平提高。教学水平提高是一个相对过程，关于提高教学效率、提高教学质量的探索是永无止境的，要不断加强和学生联系，进一步和企业、科研院校等相关单位联系，为提高教学质量提供平台。

参考文献

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