高校“发酵工程实验”课程教学改革探索

康立新

摘 要： 以提高实验教学质量为目标，锻炼学生操作技能为目的，培养学生创新思维为要求，对生物工程与生物技术专业核心课程“发酵工程实验”进行教学改革探索，有针对性地将理论教学与实践教学及实践生产紧密结合，提高学生分析、思考及解决问题的能力。

关键词： 发酵工程实验 课程教学 改革探索

发酵工程在生物技术产业化过程中起着关键作用，是生物工程的重要组成部分，也是酶工程与基因工程的纽带[1]-[2]。在我校（湖北大学）生物工程与生物技术专业的教学计划中，“发酵工程实验”是与“生物工艺原理”、“发酵设备”等理论课程配套的课程，且课时数与理论课程课时数比例大于等于1∶1。实验课程教学不仅培训学生的基本专业操作技能，而且培养学生独立思考、协同合作、自行设计、判断分析等创新思维[3]-[5]。“生物工艺原理”与“发酵设备”等理论课程教学内容涉及的知识点多，如何将理论教学内容与实践教学内容紧密结合，并达到锻炼学生操作技能与培养学生创新思维的教学目的与要求，是课程改革需要解决的问题。

近几年，根据实践教学经验，我们从实验内容、教学实施及考核方式三方面对“发酵工程实验”课程进行改革探索，目的在于提高学生的实践能力，并对实践生产有初步认识，提高学生分析问题、思考问题及解决问题的能力，从而综合运用所学基本理论和基本知识解决实际工作中遇到的问题。

一、实验内容与实践应用相结合

以往发酵工程实验内容相对孤立，学生对理论课与实践课的衔接存在很多问题。为了让学生通过实验课程掌握理论课程中的基本知识，并能运用到实践中，解决实践生产中的实际问题，且能认识社会实践对专业的需求，提高学生学习的自主性，除了一些基本实际操作技能实验外，我们有目的性地开设了一些实践应用性内容。

目前在洗涤、食品、饲料、造纸、医药、纺织皮革等多行业，生物酶由于自身的卓越性，其作出的贡献非常巨大[6]。发酵技术在生物酶的产业化过程中起着关键作用，为了让学生对生物酶的发酵有较全面的认识，便于将来更好地应用，我们针对性地开设了两个实验，一是“黑曲霉固体发酵产纤维素酶”，二是“地衣芽孢杆菌液体发酵产蛋白酶”。前者的目的是让学生掌握如何通过控制发酵参数，使黑曲霉在含水较少的固态基质上分泌出较多的纤维素酶；后者的目的是促使地衣芽孢杆菌在液态流动下产生丰富的蛋白酶。并通过两个实验的比较，对比固体发酵与液体发酵的操作、酶的产生机制、工艺控制等，使学生在酶的发酵生产方面有比较深入的认识，对于不同实验目的可采用不同的生产控制工艺。

根据微生物对氧的需求不同，发酵可分为好氧与厌氧两种类型，为了让学生对这两种发酵的基本机制有直接认知，实验课程开设了“乳酸菌厌氧发酵产乳酸”与“红曲霉好氧发酵产红曲色素”两个实验。前者是控制乳酸菌在不需要氧气的条件下产生乳酸，后者是控制红曲霉菌对氧气的需要产生红曲色素。通过两个实验，学生对微生物对氧的需求有深刻的理解，能将所学理论知识很好地应用于实验过程中，能明确观察实验结果，教学效果显著。

关于生物反应器的使用，对于生物工程与生物技术专业的学生来说，是未来社会实践生产中必须面对的核心内容。在“发酵设备”理论课程中详细地介绍了通用式机械搅拌发酵罐的结构与功能，但学生更多的是孤立地理解，对发酵罐的具体运行使用及基本维护完全是空白的；在“生物工艺原理”课程中介绍微生物发酵主要是通过工艺参数的设置与控制实现，包括温度、pH、溶氧、搅拌、通风等，学生只能机械地背诵，如何对发酵工艺参数控制及发酵过程中出现的异常及时判断分析，在理论课程中是难以涉及的。因此，为了使学生对“生物工艺原理”课程中涉及的工艺与“发酵设备”理论课程中关于设备的知识相结合，并形成深刻的印象，我们在“发酵工程实验”课程中设置了两个实验，一是“5升机械搅拌发酵罐培养大肠杆菌”，二是“基因工程菌株在10L发酵罐内发酵产植酸酶”。前者实验是让学生培养大肠杆菌，获得足够的菌体数，掌握如何操作发酵罐，同时测定大肠杆菌生物量，学生能够理解微生物生长曲线的动态过程，对适应期、对数期、稳定期等概念明确；后者实验主要是对于毕赤酵母基因工程菌株，如何在发酵罐上操作，使菌株分泌更多酶蛋白产物，涉及的知识面包括：工程菌株高密度发酵、菌株对氧气的高需求如何通过发酵罐提供、发酵罐上搅拌与通风量如何串联使用等。大部分学生对于后者实验的理解比较吃力，其中还涉及“基因工程”理论课程的知识，但实验结束后学生都觉得实验的意义很大，能够在老师的指导下对发酵有更深刻的认识，将对促进他们进行更高层次的深造产生较大的动力。

二、学生自行设计教学

大部分实验是老师提供实验材料、步骤与方案，学生依照实验内容依次完成。为了培养学生自主思考、自我查阅资料、分析实验方案，并自主实践的能力，在实验过程中，我们给出部分实验题目，或者根据生活中与微生物发酵关联的食品、饮料等，让学生自行设计并完成整个实验，类似研究生阶段的课题。以4人为一个小组，每个小组一个题目，查阅相关文献并设计详细的实验方案，经教师审阅可行后，自己动手准备并完成。

在实验过程中，让学生成为“主体”，教师只是观察并适当引导，针对实验现象，启发学生思考并查阅资料，引导学生加深对理论知识的理解。实验结束后，对于实验完成优秀的小组进行讲解、点评和总结。应用这种教学模式能大大提高学生学习的主动性和积极性，学生可以真正转换学习思维，由被动学习状态转为主动学习状态，学生深刻认识到一个实验的完成并取得成功是需要很多条件的，甚至是重复多次的结果，认识到团队合作在科研中的重要性，同时在实验过程中真正找出自身的不足，达到教学目的。

三、成绩评价体系的改革

为了更好地评价学生实验教学效果，我们对成绩评价进行了改革和完善。针对以前以实验报告为主，结合学生出勤的评价，现在把学生实验结果的汇报作为主要评价目标，每个（组）学生完成实验后，需将整个实验做成幻灯片进行汇报，主要考核学生在实验过程中对图片的处理、数据的采集与分析是否规范、清晰，对实验内容的理解与掌握，对实验过程中疑问的思考与解决，实验失败的原因分析等，同时考核学生的口述能力。评价体系还包括同学与老师的提问，以及对问题的回答。

通过评价体系的改革，学生能更好地学习与补充实验中涉及的理论知识，可较好地调动学习的自觉性和主动性，加深对实验的理解和认识。

四、结语

经过改革，给学生提供一个学习平台，提高对实验课的兴趣，提高学习积极性，在有限的课堂时间内基本能掌握相关实践发酵技能，强化实践动手能力，实验设计能力和创新能力也会得到一定的锻炼，从而培养创新型、实用型人才，达到教学目的。

参考文献：

[1]明红，刘涌涛，聂国兴.发酵工程实验教学体系的改革探索[J].河南科技学院学报，2012（8）：120-122.

[2]陈婷，张兴群.“发酵工程实验”课程教学的改革.纺织服装教育，2013，28（6）：501-504.

[3]郁达，卢祥云.加强综合性和设计性实验，培养学生创新能力——生物科学专业实验课程体系改革与实践[J].实验室研究与探索，2002，21（1）：23-25.

[4]张惠玲，方海田.教学与实践相结合的改革与探讨——发酵工程教学与实践[J].实验室研究与探索，2007，26（1）：8-11.

[5]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，2011，37（1）：127-130.

[6]梁传伟，张苏勤.酶工程[M].北京：化学工业出版社，2006.