地方院校发酵工程实验课改革与实践体会

2013-07-19张祥胜许德军

实验室研究与探索 2013年4期

张祥胜，许德军

(盐城师范学院生命科学与技术学院，江苏盐城224051)

0 引言

发酵工程是在人为控制的条件下，通过微生物或动植物细胞的生命活动而获得人们所需物质的技术过程［1］，是现代生物技术四大工程的核心［2］，是一门实践性极强的学科［3-5］。发酵工程实验是生物技术、生物工程及生物制药等专业的专业必修课，对于培养学生的专业技能和动手能力，提高专业素质都有举足轻重的地位［6］。而生物工程新成为一级学科，对发酵工程实验课提出了更高的要求。笔者拟在近两年发酵工程实验课的教学实践基础上，阐述自己的改革与实践体会，供同行参考。

1 我校生物类实验课存在的问题

“动手能力差”已经成为地方高校生物类本科毕业生的一种普遍评价，其原因是多方面的，除实验条件不足、学生动手机会手少和师资力量不强等客观因素外，实验课本身也存在诸多问题，必须加以重视，否则会巨大地影响教学效果，成为“糊弄式教学”。在我校目前发酵工程实验课在内的生物实验教学主要存在以下几个问题。

(1) 教学实验室硬件设施建设落后于实验教学需

要。表现在仪器陈旧，公用小型仪器设备不足，加上近年盲目扩招，每班学生人数动辄4、50 人，仪器耗材均感不能满足教学需要，实验课成了“演示课”，学生动手机会少，甚至连所谓的验证性实验也不能保证人人有动手操作的机会。由于教学资源有限，有时学生在使用仪器与耗材时相互冲突，秩序比较混乱，教学效果较差。

(2) 大纲与教学实际脱离，形式主义严重。有些实验课大纲看上去内容充实，实际上由于实验条件所限，所列实验很多不能开出，有些实验课的一个简单实验，却被有的教师列为10 个课时甚至更高，虽然师生看上去“皆大欢喜”，大家很轻松。但这种形式主义的实验教学的后果是实验课对学生提高动手和科研能力的效果有限，在考研、就业时无法与兄弟院校的学生竞争。

(3) 对教师的考核方式不合理。由于教师的评教得分仅与学生的打分、同行评教相关联，学生由于对专业技能的重要性认识不足，或是由于兴趣原因，评价标准不够客观，很多学生仅依据上课是否轻松，作业量的多少、对教师的主观印象打分，同时，教学质量检查多是一些表面化的材料，如大纲、教案、教师手册、学生作业样本等，而实际教学效果则与评教得分、学生对教师的评价与教师的奖酬金分配等关系不大，这样会导致部分教师责任心不强，只集中精力作足表面文章，而不在如何改革教学模式，提高实际教学效果上下功夫。

(4) 对学生的考核方式不合理。多数实验课结束时仅根据实验报告、学生考勤情况以及平时表现打分。由于没有客观的评价指标，部分学生学习态度不够端正，做实验不够认真，实验报告抄袭和雷同严重。这样的教学效果很难保证，往往看上去学生实验课得分非常高，但实际上在专业技能上没有进步，在考研复试前需要重新“回炉”实习，在做毕业论文实验时，也毫无经过专门培训的“痕迹”，需要指导教师重新辅导。

2 国内发酵工程实验教学改革的研究现状

目前关于发酵工程实验的教学方法的文献较多，这些同行无一不强调发酵工程实验的重要性，在教学方法改革上，多是强调以下几个方面［3，7-9］:

(1) 合理安排时间。一般建议以较长的连续时间(2 周、1 个月甚至更长)，以保证发酵实验和教学的连续性，确保教学效果。

(2) 优化教学内容。多是结合任课老师的科研内容，拟定“一条龙”式实验课题，由菌种分离、纯化、鉴定、培养基配制、灭菌、摇瓶发酵评价、菌种改良、摇瓶发酵工艺优化、发酵罐发酵、产物提取和纯化等，全面提高学生的动手能力［8］;

(3) 增加自主性实验和综合实验［10-11］。划分实验小组，实行组长负责制，充分发挥学生的主观能动性，培养学生的探索能力和团队协作精神。

(4) 完善考核制度。改革方式为除平时记分外，进行期末考核，有两种方式:①是PPT 汇报;②是现场动手操作，进行观摩打分，考查学生实验能力和动手能力［9］，计入实验课成绩，以调动学生的学习积极性;有的研究者还加入其他要素，如创新能力考核［12］。

(5) 重视联系生产实际。组织学生就近考察发酵工厂。

其他如强调理论教学的配合、多媒体辅助教学［13］、规范实验报告等［14］，以上改革措施对提高教学效果是行之有效的，但是忽略了学生异质性，即不同个体或群体在学习能力、研究兴趣、就业倾向及学生需求等方面的差异，实行一刀切教学，往往不易发挥出好的效果。有些教学改革的前提是学生前期基础较扎实，学风较好，学生已经接受了教师的严格要求的教风，有充足的教学仪器和耗材，师资力量较强等，这些前提条件并非所有的大学都具备，因此在名牌大学或学风良好的学校实施很好的措施，如果在教风和学风不太好的学校或是学生基础较差的学校实施，则可能达不到应有的效果。比如多数同行强调的自主探索性综合实验［4］，如果学生兴趣不高或基础太差，则可能根本做不下去，或是学生连实验方案也写不出来，造成教学上的冷场。

3 我校发酵工程实验教学改革的尝试

针对以上各种问题，结合自身教学实践，笔者尝试在以下几个方面进行了教学方式改革的探索。

3.1 根据实际，制订合理的教学目标

发酵工程实验课是在学生学完微生物学、微生物学实验、发酵工程学原理等课程后开设的实验课，与前面的理论课相衔接。地方高校的本科生，往往底子薄，基础差，虽然学习过相关的课程，但可能仍然掌握不了基本操作，比如教学过程中发现，学生对培养箱、冰箱和摇床的用途都不清楚，发生过摇瓶接种后置冰箱中“培养”，菌种置培养箱“保存”等笑话，而且这不是一两个同学的错误，是全班大部分同学甚至全班同学的错误。在这种情况下，不宜盲目制订高起点的培养目标。根据本单位的实际，制订以下教学目标:①复习巩固微生物发酵工程相关的基本操作，小至如消毒酒精的配制、酒精棉球的制作、培养皿的包扎、培养基配制、灭菌、平板和斜面的制作、菌种活化、保存、接种、染色镜检等，有序地贯穿于发酵工程实验课中;②掌握与发酵相关的常规仪器设备的使用，如灭菌锅、超净工作台、冰箱、培养箱、摇床、鼓风干燥箱、超声波清洗器，甚至电子天平、微量移液器的操作，都必须在前几次实验课手把手教会学生;③以一个或几个功能菌株为主线，掌握从筛选分离、紫外诱变改良、摇瓶发酵工艺优化直到产物提取、纯化和鉴定的一系列过程，侧重实验设计和实验思路，使学生在接触到其他菌株发酵时能举一反三，发酵工艺优化则包括单因素优化、正交设计和响应面设计等;④熟悉发酵罐的基本原理、构造和基本操作技术;⑤掌握一些经典的传统发酵技术。以上教学目标看上去比较初级，但是切合实际，容易实现，可极大地增强师生的信心。实际上能有过半的学生达到以上几条目标，实验课就算已经比较成功，比制订一些华而不实、操作性差的教学目标要好得多。

3.2 积极改善实验教学条件

发酵工程实验课开课之初，一直在微生物实验室上，仅一台电子天平和几台托盘天平，其他也配套不全。经过努力，用部分科研经费和教学经费，购置了一批小型仪器设备和耗材，如电子天平、磁力搅拌器、水浴锅、电炉、游标卡尺、不同规格枪头盒、离心管架、移液管、不同规格烧杯、量筒和试管等，有6 ～8 套，接种棒、涂布棒等人手至少一套，足够供6 个实验小组同时配制培养基，做测试，灭菌时则集中进行，尽量保证人人有动手的机会，从清洗器皿、培养基配制、灭菌、制作平板、斜面和摇瓶培养基直到接种、检测产量等全部流程由学生自己动手完成，尽量杜绝学生实验结束后竟然没有用过灭菌锅、不会配制培养基等现象。

3.3 合理分组，因材施教

现在的班级规模由于扩招一般在40 ～50 人左右，实验课单凭一个教师往往照顾不过来，不分重点的指导，往往效果不佳。生物技术或生物工程是一个范围较宽泛的专业，学生的基础、学习热情和专业兴趣也各有不同，也有部分同学志不在科研，对实验课毫无兴趣。一方面，我们要加强专业教育，引导学生热爱自己的专业，培养他们对专业课的兴趣，但另一方面，我们必须承认并重视这种个体差异，根据根据学生的学习目的与兴趣，进行分组教学，区别对待，因材施教，注意培养“种子选手”，真正尊重了实事求是的教学方针，各得其所，实现了教学资源效益最大化。笔者的分组方案如表1 所示。

分组自愿，充分尊重学生的意愿，重点培养A 组，同时减轻C 组的学习负担。A 组在享受了较多的权利的同时，也要尽到更多的义务，比如自行完成作业、参与实验准备等。对于成功率不高的探索性实验，则由A 组中选一部分同学，以课外实验的形式去摸索，先期探索成功后，再在大班上进行。

3.4 注重培养良好的实验习惯

在实验教学过程中，我们发现部分学生没有养成良好的实验习惯，而这些坏习惯如果不及时纠正，可能会影响其成才。因此，教师及时纠正甚至批评，让学生改掉不好的习惯，对于培养良好的实验习惯以及维护正常的教学秩序，非常重要。所谓的良好的实验习惯，即实验前要查阅相关资料，合理进行实验设计，充分了解现有的实验资源，准备实验材料;实验中认真完成，及时记录结果;实验后要彻底清理实验台，用过的仪器耗材各归各位。每个实验就是一个小课题，要求学生以小型学术论文的形式完成;结合学生的实验报告，加深学生对实验设计原则的理解，尤其是对照和重复的设置。教学中发现很多学生习惯于做实验后拍屁股走人，而在实验前又匆匆清洗器皿，移液器用完后不知调至最大，垃圾随处乱丢，易变质药品不知放到冰箱中等等，都进行了及时的纠正，取得了较好的效果。

表1 分组方案

3.5 完善考核制度

实验课成绩由平时成绩与期末考核成绩组成，平时成绩，不仅仅要看实验报告，还要看实验结果、值日情况;期末考试则参照研究生复试，采用抽查的形式，每人动手完成1 或2 项基本操作，根据操作的熟练程度和实验结果，全面考查学生的动手能力，给予打分。对于上述A 组的同学，期末还进行一次基本操作技术的专门辅导，起到复习巩固的作用。

4 发酵工程实验课实践的效果

通过2 年来的实验课教学，取得了较好的成绩，问题调查满意率在85%以上，具体如表2 所示。

5 存在问题与今后改进措施

5.1 实验条件与内容问题

表2 实践效果

所在单位发酵工程实验室刚刚成立，仪器设备配套不全。以前一直在微生物实验室上课，实验条件所限，多数停留在摇瓶层次，发酵罐层次的实验由于仪器所限，开展得不深入。展开了一些传统的发酵实验，如乳酸菌分离与酸乳发酵、泡菜制作等，部分发酵工艺经典实验无法开展，如柠檬酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵［15］、啤酒发酵、红曲米固定发酵［6］等。对策是积极购置必要的教学和科研仪器设备，购进相关的菌种，为准备更多的教学实验奠定物质条件;同时，一方面由于课时仅39 个学时，今后可以视需要建议增加学时，甚至将微生物实验与发酵工程实验结合在一起进行;另一方面，在有限的学时内，对于学生确实感兴趣的实验，可以课外小课题或毕业设计的形式进行。学生自己提出想做的发酵实验，或是在已经结束的实验的延伸，在教师指导下，在发酵工程实验课的周期内独立完成，实验结果较好者可以相当于提前完成毕业设计，充分调动积极性。同时也可以与其他教师合作，共同完成跨学科的实验，比如学生在做完乳酸发酵实验后，如果仍有兴趣，则可以与食品工艺学老师合作，继续进行果味酸奶等方面的实验。另外，拟结合实验，在选用通用教材的基础上，编写辅助教材，便于学生自学和自我解决问题。

5.2 教学改革要适应学生的专业素质和实际情况

长期以来，由于学生习惯让教师根据实验报告打分，在实践中发现变革性的考核手段往往让学生接受不了，期末抽题进行操作考核，可能会激起学生很大的意见，要由学生工作相关领导协助耐心做好教育工作。再如“动态、开放、主动、多元的学习环境”［16］以及探索性实验一直是诸多同行一直倡导的，但如果学生综合能力较差，可能不配合，因此要从大二即开始培养良好的习惯，这类实验要充分考虑多数同学的实际能力，或是仅针对一部分同学(上述的A 组)进行，方有效果。发酵工程实验课如果安排在大三下学期，多数学生可能面临着选择考研方向、考研准备等，要注意珍惜学生的时间，不要贪大求全，不要盲目搞所谓的综合性大实验，将学生搞得很累，占太多的学生业余时间，反而会降低学生参与实验的热情。

5.3 学生的计算机能力影响了教学效果

由于以往不重视学生的计算机应用能力培养而偏重于过级考试，在教学过程中发现很多学生对数据如何整理分析、如何查阅文献等都不会，有些同学只会交原始数据，这反映了学生在计算机能力上的欠缺。因此，完全有必要开设专门的科研软件选修课加以配合，全面提高学生的科研能力。在本课程教学过程中适当讲解并演示了部分相关软件，如方差分析软件、Origin作图软件、正交设计助手和Design Expert 软件等，学生反馈很好，收到了很好的教学效果。

［1］黄金林，潘志明，焦新安.“发酵工程”课程教学的思考与探索［J］. 生物学杂志，2005，22(5):46-47.

［2］姜军坡，王世英，李佳. 制药工程专业发酵工程课程改革探索［J］. 河北农业大学学报(农林教育版)，2011，13(2):172-175.

［3］张丽靖，杨郁，徐晓红.“质量工程”背景下的发酵工程实验教学改革［J］. 实验科学与技术，2011，9(6):72-74.

［4］许波，黄遵锡，杨云娟，等. 发酵工程实验教学改革初探［J］.微生物学通报，2007，34(3):600-602.

［5］吴根福，杨志坚，林小清，等. 开设发酵工程实验提高学生综合素质［J］. 高等理科教育，2005(2):93-96.

［6］黄方一，叶斌，陈文. 构建发酵工程实验三大平台的研究［J］. 实验技术与管理，2011，28(4):133-135.

［7］任晓莉，赵润柱，梁保红. 发酵工程课程的教学改革与实践［J］. 微生物学通报，2011，38(1):127-130.

［8］杨海龙，吴明江，李军，等. 发酵工程课程教学改革的探索与实践［J］. 广西轻工业，2009，25(2):128-129.

［9］李丰伯，吴建辉. 发酵工程课程教学研究与探索［J］. 黄山学院学报，2010，12(3):138-140.

［10］赵丰丽，杨华，张弘. 发酵工程实验课课程体系的改革与实践［J］. 微生物学通报，2007，34(5):1005-1008.

［11］孙娟，张宝善，郑战伟，等. 创新机制在食品发酵实验教学中应用的刍议［J］. 陕西农业科学，2011，57(2):224-227.

［12］罗跃中. 高职发酵工程实践教学改革探索［J］. 高校实验室工作研究，2010(3):109-110.