微生物发酵工程课程教学探索与实践

燕卫东

（赤峰学院生命科学学院，内蒙古赤峰024000）

微生物发酵工程课程教学探索与实践

燕卫东

（赤峰学院生命科学学院，内蒙古赤峰024000）

根据赤峰学院转型发展的战略方针，结合生产实践对微生物发酵工程教材内容进行调整和处理，对教学策略、教学方法、教学手段、成绩评定办法等进行多方位改革尝试，现在对探索和实践做出总结与大家交流.

微生物发酵工程；课程改革；内容调整

1 微生物发酵课程的自然信息与改革背景

微生物发酵工程是利用微生物的生长繁殖和代谢活动，来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，又称发酵工程.是生物技术专业必修课程，也是生物科学专业选修课程，学时数为36学时.微生物发酵工程是生物技术主要内容之一（生物技术包括：基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等领域）.该课程开设的目的是为学生将来就业或深造构建比较全面的知识体系.微生物发酵工程本世纪刚刚在我国开始进入研究领域，陆续在一些生物技术或生物工程专业开设该课程，但到目前还没有形成完善的理论体系，也没有一套权威的教材，并且，市面上相应的书籍也很少.因此，本人根据赤峰学院转型发展的战略，培养“应用型、创新型、复合型”人才的培养目标，结合生产实践对教材内容进行调整和处理，对教学策略、教学方法、教学手段、成绩评定办法等方面进行大胆改革尝试，现在对探究做出总结与大家交流.

2 微生物发酵工程课程内容调整和要求

微生物发酵工程教材目前出版的种类不多，只有5种，本人通过分析对比，认为高等教育出版社出版的李艳所著《发酵工程原理与技术》、科技出版社出版的曹军卫所著《微生物工程》、化学工业出版社出版的余龙江所著《发酵工程原理与技术应用》，其无论在内容上还是在知识体系上比较全面完整.但是，李艳所著《发酵工程原理与技术》内容杂而多，里面很多章节是微生物学和生物化学的内容，在教学上是一种重复；曹军卫所著《微生物工程》内容杂而乱，缺乏条理和系统；而余龙江所著《发酵工程原理与技术应用》内容简明调理性强，而且知识系统.因此，本人最终选择了余龙江所著《发酵工程原理与技术应用》一书作为教学参考教材，其余作为辅助资料，由表及里，去粗取精，按照发酵工业的流程和特点进行优化内容，最终确定下列十一章作为教学重点知识体系讲解.

第一章概论

要求学生掌握发酵工程概念，发酵工程的特点；理解发酵工程的一般流程；了解微生物发酵工程的主要内容、微生物发酵工程的发展简史和现状、微生物工业的特点及其范围、国内外微生物工业概况及其发展趋向.

第二章发酵工业菌种

要求学生掌握发酵工业菌种的类型、应具备的特点，菌种分离的步骤、选择性培养的概念和原理、菌种选育的原理和方法、菌种保藏的原理.理解菌种、菌株、菌种衰退的概念.了解工业发酵菌种的类型和菌种改良的进展.具有从自然界分离菌种和保藏菌种的能力.

第三章发酵工业培养基

要求学生掌握培养基、生长因子、前体、理论转化率、实际转化率的概念，掌握培养基的原材料、淀粉水解糖的制备，工业发酵培养基配置原则；理解工业发酵培养基配置原则（要求），斜面培养基、种子培养基和发酵培养基的特点，培养基设计的一般步骤；了解常见天然原料和国内外培养基设计进展.培育设计发酵培养基的能力.

第四章发酵工业种子的制备

要求学生掌握种子扩大培养的概念、一般步骤、种子罐级数、接种量、影响种子质量的因素及措施、发酵剂;理解种子具备的条件、种龄、发酵剂的特点；了解种子制备的过程、影响种子质量的因素、质量控制措施，了解发酵剂的特点.具备种子扩大培养的能力.

第五章发酵工业的无菌技术

要求学生掌握灭菌、消毒、除菌概念，发酵工业的无菌技术；理解培养基的分批灭菌法及连续灭菌法，空气除菌；了解对数残留定律、过滤器的除菌机理及深层通风发酵法常采用的过滤除菌法了解灭菌技术的新进展.培育无菌操作能力.

第六章发酵设备

要求学生掌握通用式发酵罐的基本结构及发酵罐的部分部件功能；理解发酵罐的类型及特点；了解自吸式发酵罐、气升式发酵罐的特点，了解发酵罐设计的基本原则.

第七章发酵动力学

企业引入财务管理标准化的理念，结合各业务部门工作制定财务管理流程。各企业可以根据本单位的业务实际进行指标分解，结合各部门的工作特点及费用指标的预算情况制定财务报销的业务流程，设计标准统一的单据及传递程序。标准统一了、报销流程设计好了，再借助于“互联网+”的思维和技术，财务部门在处理业务的时候可以做到逻辑上集中，物理上分散。需报销的员工即使在不同的地区工作，也可以利用互联网等通信工具完成财务报销，达到了即时交流的目的。

要求学生掌握现代发酵的主要方式，分批发酵、补料分批发酵、连续发酵的特点，主要动力学参数和Monod方程要点.理解有关动力学模型；了解连续发酵的动力学.

第八章发酵过程控制

要求学生掌握微生物需氧与溶氧的控制；掌握发酵过程中的温度、PH值、二氧化碳、泡沫和补料等因素对发酵过程中的影响及其控制方法；理解影响氧传递速度的主要因素；了解传质理论、溶氧系数的测定方法和溶解氧的测定和控制方法，了解发酵终点监测与控制，了解发酵过程的自动控制技术.培育发酵过程各种参数的控制操作能力.

第九章发酵污染及其防治

要求学生掌握无菌技术的方法、染菌的危害、染菌的异常现象、染菌的原因和分析、染菌的检查方法、防治染菌的措施；理解染菌对发酵影响；了解染菌的挽救与处理.具备染菌检查和分析的能力，具有查找染菌原因的能力.

第十章发酵产物的提取与精制

要求学生掌握细胞破碎、萃取、结晶的原理和方法；理解发酵产物的提取、精制及发酵醪液的预处理方法；理解沉淀法、细胞破碎方法、吸附法、浓缩法、膜分离、萃取法、色谱法、结晶法、干燥法和蒸馏法提取与精制发酵产物；了解离子交换法的原理和方法.

第十一章发酵产品生产举例（酸奶、葡萄酒、气泡酒、乙醇、啤酒、味精、柠檬酸、青霉素、维生素C的发酵生产）

要求学生熟悉谷氨酸（味精）、乙醇、柠檬酸、酸乳、葡萄酒、气泡酒、啤酒、青霉素等产品的发酵过程；了解酱油和酱制品的发酵过程，了解食醋的发酵过程.

这十一章内容完全满足发酵工业生产实践所需要的知识体系，而且具有通用性、实用性、系统性，第十一章发酵产品生产举例在几种教材中是没有的，一般是食品发酵专业所开的独立专业课程内容.本人考虑到在学生学完微生物发酵工程的知识后，应该应用于生产实践中进行消化，酸奶、葡萄酒、气泡酒、乙醇、啤酒、味精、柠檬酸、青霉素、维生素C等产品，目前是内蒙古地区大型发酵企业的主要发酵产品，可以为学生到这些企业工作奠定基础.

3 教学方法改革，加强实践性教学

本课程开展传统教学、多媒体教学、实物教学等多方位教学方式有机结合，根据课程具体教学内容特点，选择与之相匹配的、并得到学生普遍认可的最佳教学方法与手段.在当今生物学知识不断更新、教学内容增加，而分配的课时数不断减少的情况下，对课堂教学影响很大，在有限时间内，既要完成教学任务，还要收到一定的效果，对教师压力很大，对教师的要求较高，要求教师在压缩教学内容和课时数的同时，更多的考虑讲授的内容和质量.因此，要将原来多而杂的内容，整理成少而精的知识，在有限时间内，高质量的完成教学计划内容.本人认真大量研读、整理归纳，不断提高和创新改进，形成了一个体系完整、结构简明、重点突出、内容先进、形象化、具体化多媒体软件脚本.教师教学更加形象、生动、直观、简洁，启迪学生的多方思维，激发学生的学习兴趣，提高课堂的教学效果，再结合课堂上老师的指点，使学生对感性知识加深了理性认识.同时，使微生物发酵工程的课堂教学充满生机和活力.

本课程利用多媒体作为辅助手段，教学中精选内容，突出重点、难点，着重讲清基本概念、基本原理和基本方法.通过多媒体选取发酵实例，理论紧密联系发酵生产实践，有助于学生理解和掌握所讲授内容.在讲授方式上，摒弃“满堂灌”的作法，方法上通过启发式、探究式、讨论式、互动式培养学生创新精神和调动学生积极思维，并加深对所学知识的理解和记忆.针对一些问题采用专题的形式让学生展开讨论或撰写小论文，增强学生自学和查阅参考资料的意识.

本课程没有开设实验课，因此，本人增加实践性教学的内容，如菌种筛选，以淀粉酶产生菌的筛选全部过程讲解；菌种改良，以紫外线诱变育种、基因工程改良加以授课；培养基围绕内蒙古乃至赤峰地区的原料进行设计.产品提取，以赤峰制药厂生产土霉素提取过程为例，氨基酸提取，以内蒙古生物科技公司发酵生产味精（谷氨酸）提取过程为例介绍.选用的图片大多是微生物发酵工程在食品、轻工、农业、医药、保健、畜牧业、纺织、能源、石油开采、环保等众多方面的应用密切相关.使学生充分认识到，微生物发酵工程的发展已渗透到人们生活的各个方面，从衣、食、住、行到医疗保健，无不与之息息相关.多媒体课件的制作上做到图文并茂，动画显示，重点的内容标注关键词或用红字显示，这样有利于学生学习和对内容的把握.课堂上看到学生乏味时，本人通过讲小笑话，或表演小魔术来吸引学生和活跃气氛；在课程进行到中间时，带领学生到赤峰制药厂抗生素发酵生产车间现场考察参观学习等，学生客观上对发酵生产各个环节有了比较真实的认识.

4 课程考核方法改革

考核是考察教学效果的主要方法，是树立良好的学风，保证教学质量的重要手段.微生物发酵工程课程的考核改革做了以下几个方面尝试：（1）科学确定考试内容.按照培养目标的要求,试题所涉面宽，主观性试题与客观性试题相结合为主.（2）考核方式多样化.考核方法除了期末闭卷考试外，还结合作业、出勤、学习态度等综合考核，此外，课堂小测验、笔试与综合考试相结合.（3）建立科学评分制.采用综合的、灵活的、相对的评分办法，使成绩评定综合化，把期末考试、平时测验、学习纪律、课堂提问成绩按一定比例综合记入学生成绩.这些措施普遍为学生所接受，对促进学习取得良好效果.（4）撰写小论文.如：以氨基酸代谢为例，说明为什么有些突变菌株对末端代谢产物的结构类似物具有抗性；举例说明如可实现使微生物合成比自身需求多的多的产物；设计一个从自然界中筛选高温淀粉酶产生菌的实验方案；如果纤维素酶的合成是受反馈阻遏作用的控制，根据这一调控机制设计纤维素酶高产菌的选育方案等等为题，让学生完成一篇小论文.学生在写作过程中，通过资料查找、内容整理、总结概括等环节，可以扎实的把握有关知识，同时也加深了对某一主题的理解.

5 课程目前存在的不足

本课程需要有实验课作为补充，没有条件开设综合性和设计性实验.教学设备还需进一步补充和更新.目前补充和更新计划已经完成，待学校资金到位后即可解决.实验室开放力度需进一步加大，管理水平有待进一步提高.资料室建设差距较大.目前用于微生物发酵工程教学和研究的专业资料还很匮乏.需要聘请有实践经验的生物工程技术人员指导教学.

6 课程的建设目标

从我校人才培养战略和学分制教学的需要出发，以选用高水平的教材为基础，补充和完善教学大纲和实验指导、设计教学内容，以多媒体课件建设为突破口，根据各部分的教学内容设计教学方法和教学手段，建立一整套符合培养目标和教学要求的教学与考核体系，总体达到国内同类院校该课程建设的先进水平.努力将该课程逐步建设成为校级精品课程.通过该课程的建设，培养和造就一支结构合理、业务素质较高、团结协作的教学队伍.开设实验，建立和完善实践性教学环节的内外部环境，逐步改善和提高实验的硬件建设和软件建设，拓宽实践性教学环节思路，开设设计性、综合性及研究性实验，加强实践性教学环节体系的建设.充分利用现代教育技术手段、网络技术，实现教学与管理的网络化，使各种教学资料上网开放.

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1673-260X（2013）11-0194-03