高等农业院校发酵工程实验技术教学改革与探索

李立恒+林元山+兰时乐+管桂平

摘要：以提高发酵工程实验教学质量和效果为目的，锻炼学生操作技能为要求，培养学生创新思维及创新能力为目标，本文从调整实验教学内容、建立新的课程体系、优化教学组织形式，提高实验综合能力、构建学生创新能力培养的实验平台、改革成绩评价体系等方面对发酵工程实验教学方法进行了改革与探索。经过多年的实践，学生的理论水平和实践能力、创新能力得到了稳步提高，就业时能更好地满足社会的需求。

关键词：发酵工程实验；创新思维与创新能力；改革与探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0270-02

生物科学与技术是当今发展最快、研究最热的学科之一。发酵工程是现代生物技术的重要组成部分[1，2]，也是化学工程学科在生命科学领域的延伸，是应用性和实践性很强的一门课程[3，4]。理论教学与实践教学相结合是使学生牢固掌握发酵工程基本知识的关键，如何根据发酵工程实践性强的特点，充分调动学生的主观能动性，改变学生被动接受为主动参与的状况，在有限课时内提高教学效果，是发酵工程实验课程改革亟待解决的问题[5]。为此，应从实验教学的内容、教学组织形式及考核方式三个方面对课程进行改革，以培养学生科学的设计、超强的动手、积极创新思维的能力。

一、调整实验教学内容，建立新的课程体系

1.强化目的菌株筛选与纯化工作。虽然发酵是指任何通过扩大规模培养生物细胞（含动、植物细胞和微生物细胞）来生产产品的过程，但一般发酵工程实验的设置都是基于微生物发酵基础之上的，这就使得目的菌株的筛选分离与纯化显得格外重要。基于农业院校的特色，我校以筛选淀粉酶菌株为主线，串联微生物发酵工程的基本操作。通过从稻田土壤中对淀粉酶菌株的筛选、分离纯化来掌握微生物的培养基制备技术和无菌操作技术，掌握从不同生态环境中筛选和保存微生物的方法，为第二部分的微生物發酵培养奠定基础。

2.采用科研教学模式。为了提高学生实验动手能力和参与实验的主动性，培养学生自主思考和实践的能力，我们对菌株发酵条件的优化采用科研教学模式进行课程实验改革试点。在实验过程中以4人为一个小组，每个小组设计优化其中一种发酵条件（碳源种类及浓度、氮源种类及浓度、无机盐种类及浓度、pH值、种龄、接种量、温度和时间）。每个小组学生通过阅读相关文献及与教师进行讨论，确定最终的实验方案，小组学生共同动手完成实验，优化某一个发酵条件。实验结束后，教师在全班范围内进行实验总结，讲解实验中出现的各种问题，对各组实验结果进行点评，使学生不仅对自己小组设计的实验过程和结果有所了解，而且也能了解其他小组的实验问题和结果，再将各组优化条件进行集中，从而得出菌株生产产品的最佳条件，为产品的中试研发打下坚实的基础。这种模式进行教学，每个学生既要与小组内成员共同完成实验内容，又要和其他小组成员进行交流，培养了团队合作的精神。

3.生产菌株采用发酵罐进行中试研发试验，为工业化生产做准备。为了解决科研单位与工厂生产脱节的问题，增强学生对现代生物技术的了解，培养能够适应现代生物科技飞速发展需求的创新性人才，我们将实验室中的小型发酵罐引入到发酵工程实验中来，并将验证性实验改为综合性大实验“10L不锈钢全自动发酵罐中试产细菌淀粉酶发酵过程动态研究”，全班分成三个大组（每个大组使用一个发酵罐，设定不同温度），每个大组分为若干小组进行实验，实验过程中通过检测菌体的形态、数量、温度、pH值、溶解氧、残糖、蛋白质和酶活的变化情况，在学会发酵罐的使用方法基础上，根据在线检测的实验结果对时间采用EXCEL绘制图表，对发酵过程进行分析，了解发酵不同时期各项指标的变化，了解微生物中试生产最适宜的温度，pH值、通气量和转速、补料时间和发酵时间，为产品工业化大生产打下坚实的基础。

二、优化教学组织形式，提高实验综合能力

1.重视实验前的预习和准备工作。实验预习是上好发酵工程实验课、按时完成实验任务的关键。每次实验前任课教师都要求学生仔细预习实验指导及相关资料，掌握实验的基本原理与方法、主要内容与步骤以及注意事项，提交预习报告，并做好实验准备工作，配好相应的培养基和试剂。此举能有效敦促每个同学胸有成竹地进入实验室，杜绝占用实验时间写实验报告。实验前的预习和准备工作将有助于学生加深对实验内容的理解，培养科学、认真的态度，为将来的科研工作奠定基础。

2.课堂随机提问。在每次实验开始操作之前，教师都会进行一定时间的课堂讲解，主要以随机提问的方式引导学生温习本次实验的内容和步骤，加深学生对实验原理、实验过程和注意事项的了解，并计入实验成绩，以敦促学生进行有效的课前预习。

3.实验结束后撰写实验综合报告。课前预习是学生熟悉实验内容的过程，为第一层面的互动；课堂随机提问是教师和学生交流的过程，为第二层面的互动；课后撰写实验综合报告为学生统计实验数据，获得中试产品最优发酵条件的过程，是第三层面的互动。通过三个层面的互动，实验前预习不再流于形式，实验过程主动性更强，实验综合报告更加丰富、生动，学生也能从实验中收益更多。

三、构建学生创新能力培养的实验平台

让学生参与到教师的科研工作中，是培养学生自学能力、创新能力的有效途径，以双向选择方式进行。我院实行了导师责任制，让学生根据自己的爱好选择不同研究方向的教师，让学生参与到导师的科研中来，学生参与了科研过程中的查资料、设计实验方案、动手完成科研、分析整理数据、撰写科研论文的整个过程，再选择质量高的论文进行投稿，发表科研论文。这种方式提高了学生的实验兴趣，提高了动手能力，培养了他们的创新意识和创新能力，加强了学生团结协作的精神。

四、改革成绩评价体系

实验课程的成绩一般以实验出勤率、实验操作的印象、实验数据和报告书写的好坏来评分，无意之中忽略了学生的动手能力和解决问题的能力。为了使学生成绩的评价更加合理，发酵工程实验教学采取了综合评价体系，以考查学生在整个实验过程中的参与度以及能动性和分析解决问题的能力。该评价体系包括下面五个部分。

1.出勤率：用以评价学生是否按时参与实验，是否早退。其中按时参与和擅自离开各占10%。

2.预习报告评分：用以评价学生的预习程度，占20%。

3.随机提问评分：由教师在实验讲解过程中随机抽取学生提问，并对学生的随机提问进行评分，激发学生主动回答问题，并在评分中予以10%的评分。

4.实验操作评分：由教师根据学生实验表现、动手操作能力、规范程度进行打分，用以评价学生的操作熟练程度，占20%。

5.综合报告评分：为了避免实验报告流于形式，综合报告的评分又由两部分组成：（1）汇报评分：每个学生实验完成后，需将整个实验做成幻灯片进行汇报，主要考查学生的参与程度以及在实验过程中对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程度、分析问题和解决问题的能力，占15%。（2）实验报告评分：实验报告是否符合规范要求，图表是否清晰，实验内容是否全面，原始记录是否真實可靠，数据分析与讨论是否准确到位，结果与分析是否全面，占15%。

五、结语

21世纪是生命科学的世纪，生物科学与技术是发展最快、研究最热的领域。发酵工程是实现从生物基因到最终产品的过程，这使得发酵工程实验课程的教学改革具有举足轻重的地位。湖南农业大学生物科学技术学院在实行了各门实验课程的教学改革后，学生的理论水平和实践能力、创新能力得到了稳步提高，就业时能更好地满足社会的需求。

参考文献：

[1]黄方一，叶斌.发酵工程（2）版[M].武汉：华中师范大学出版社，2008.

[2]余龙江.发酵工程原理与技术应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]陈坚.发酵工程实验技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[4]贾士儒.生物工程专业实验[M].北京：中国轻工业出版社，2004.

[5]陈婷，张兴群.“发酵工程实验”课程教学的改革[J].纺织教育，2013，28（12）：501-505.

Reform and Explore on the Education of Fermentation Engineering Experimental Technique in Agriculture Universities

LI Li-heng，LIN Yuan-shan，LAN Shi-le，GUAN Gui-ping

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

Absract：Amied to improve the quqlity and effect of expeiment teaching of the fernentation engineering，exercise student's manipulative skill