发酵工程实验课改革与实践探索
摘 要： 发酵工程实验是生物技术、生物工程专业的主干实验课程，为激发学生学习兴趣、提高教学质量，作者在生物工程专业本科生的该课程教学中，从实验内容、教学组织形式、实验教学管理、考核制度、实践教学五个方面进行了改革尝试，结合研究型、趣味性教学方式，取得了较好的效果。
关键词： 微生物发酵工程 实验教学 研究型 趣味性
对于生物工程专业的学生来说，学好发酵工程显得尤为重要。发酵工程是一门应用性和实践性很强的课程，实验教学在发酵工程教学活动中非常关键。为了在发酵工程实验教学中训练学生科学的思维方法，进一步培养学生独立观察、提出问题、思考和分析问题、解决问题的能力，以满足社会对创新型、综合型人才与日俱增的需求，近年来发酵工程教研室在发酵工程实验课程内容、教学方法和考核方式等方面进行了一些探索性工作。
一、现状分析
发酵工程又称微生物工程，是生物工程和生物技术专业的专业课程，含有现代生物科学和工程的科学技术，包括数学、物理、化学、生物化学、微生物学、化工原理、工程学等理论知识，是一门应用性和实践性很强的学科，也是实现基因工程、酶工程和细胞工程等其他生物技术的最终方法和手段。
1996年高等学校专业设置和课程调整后，发酵工程成为生物工程专业的一门核心课程。发酵工程实验是以操作为主的技能课程，随着目前生物技术行业的快速发展，发酵工程、基因工程、酶工程和细胞工程构成了现代生物技术的主体。然而，不管是基因工程、酶工程还是细胞工程，其产物要实现工业化或转化生产，都必须利用发酵工程的生产原理与技术。作为一门实践性极强的学科，理论教学与实践相结合是使学生牢固掌握发酵工程基本知识的关键，因此，发酵工程实验是实施全面发酵工程教育的一种最有效的教学形式。传统的发酵工程实验由相对独立的实验构成，内容孤立、不系统且多为验证性实验，实验过程中以教师为主体，学生在教师的逐步指导下完成实验，并不完全理解实验的原理、结果及其意义，因此难以将学到的实验原理和方法应用于实际。学生在实验中较为被动，学习兴趣不高，积极主动性较低，没有达到很好的教学效果，很难适应培养应用型、创新型人才的需求。同时，发酵工程实验具有微生物发酵周期长的特殊性，且实验需要连续进行，发酵工程实验课时短，按每周开设实验课的常规教学计划进行，很难实现发酵工程实验的系统性。
早在1934年，戴安邦就指出：科学教学不但要传授知识，而且要进行全面的教学，包括人的科学思想和品德的培养。为了在发酵工程实验教学中训练学生科学的思维方法，进一步培养学生独立观察、思考和分析问题、解决问题、提出问题的能力，不断满足社会对创新型、综合型人才与日俱增的需求，在发酵工程实验课程内容、教学方法与手段、考核方式等方面需要进行一系列的改革，建立新的发酵工程实验课程体系显得尤为重要。
二、实施方案和实施方法
1.实验内容的改革的实施
根据实验条件和学生实际情况，我们增加了特定产物工业生产菌种的筛选、发酵及应用性质研究这一综合性实验。在此实验中，同时涉及微生物学、发酵工程、生物下游技术、酶工程、生物检验与分析三门课程，并用到微生物的分离纯化、发酵条件优化和酶活的分光光度法测定等方法和技术。通过从自然界中筛选一株能产生特定产物的菌株出发，直到最终利用该菌株所产生的特定产物进行应用的整个过程，培养了学生从事发酵工程研究的基本思路和方法；通过实验，学生可以全面了解某一发酵工程产品生产和应用的特点与关键环节，加深对发酵工程原理与技术的理解。
通过调整和修改，最终确定的实验内容体系共分6部分：根霉曲的制备和甜酒酿的制作，食醋的酿制，中西式泡菜的制作，乳酸菌的分离和酸奶的制作，特定产物工业生产菌种的筛选、发酵及应用性质研究。其中第5部分为综合性实验，整个实验围绕特定的产物淀粉酶，从产酶菌的筛选、发酵条件优化直到获得发酵产物并进行实际应用，前一阶段的实验结果就是下一阶段实验的原料，各阶段实验之间具有很强的逻辑连贯性。第6部分为设计性实验，要求学生初步完成研究内容—查阅资料—设计并实验—总结四部曲，也就是要求学生根据已定方向进行文献查阅、拟订实验方案、选择和组装所需仪器设备、写出论文式的实验报告，再由老师进行总结和提高。首先让学生们通过查阅资料，列出实验方案；接着师生一起讨论，确定实验方案；然后让他们在限定时间内进行实验，完成实验报告，整个过程充分发挥学生的主动性与创造性。学生在查阅资料、设计实验方案的过程中，进一步加深了对专业理论知识的理解，并通过灵活的实践性操作技能的训练，开发了创造性思维，提高了科学实验综合素质。
2.教学组织形式的改革的实施
在实验过程中，我们将2名学生编为一个小组，4个小组编为1个大组。验证性实验以小组为单位进行，而综合性实验考虑到时间和实验设备材料的限制，则以大组为单位。例如在进行淀粉酶产生菌发酵条件优化的实验时，每个小组优化1种条件，这样既节省了时间，培养了学生的团队合作精神，又通过一个发酵条件的优化研究掌握了其他条件优化的基本方法和操作，将大组中其他小组的实验结果综合起来就可以获得最终的优化条件。
在教师的总体指导下，在给定的实验方案的基础上，通过学生独立思考、自行规划实验流程、制订实验计划、准备实验材料、动手操作、分析和讨论实验结果并最后写出实验论文。这种科研式教学的设计突出了研究性的特点，学生以研究者的身份进行工作，教师则以导师的身份对学生的研究工作进行指导、回答学生的疑问并对学生的每一步实验结果进行评价和把关。实验室随时对学生开放，学生可以根据自己的情况合理安排实验进度和时间，达到培养学生研究性思维和独立动手能力的目的。
3.实验教学管理的改革的实施
重视实验前预习与实验准备：在实验前，指导教师只给出实验题目和要求，让学生充分预习实验指导书，查阅有关资料，开拓思路，发挥自主性和创造性，设计实验过程，并写出包括实验操作程序、实验材料及预期实验结果的预习报告。教师认真批阅修改预习报告后，让学生进行实验前的全部准备工作，这样不仅解除了学生的依赖心理，而且增加了实际操作锻炼的机会，使他们进一步了解了实验的原理、方法和步骤，做到了心中有数，从而降低了实验过程的操作错误。
学生独立操作，教师适时启发：学生在实验中必须成为一个实践者和探索者，是实验的主体，所以在实验中必须增强学生的主体意识，学生根据预习结果，自己设计和安排达到实验目的，教师必须纠正学生不规范的操作，使学生正确熟练地掌握各种常规实验技术，为以后学习和工作打下良好的基础。
认真批改实验报告：实验报告是对实验的总结，也是对实验课质量的检验，通过对实验报告的批改，可以培养学生的实验操作能力和观察分析问题能力。
4.考核制度的改革
由于是短学期实习课程，重在平时的实验技能培养，考核中不含有笔试，以减少“高分低能”现象的出现。采用平时成绩、实验报告、考试成绩相结合的实验考核方式。平时成绩包括实验方案设计、平时操作、安全卫生等内容，占40，实验报告占30，考试成绩为实验操作考试成绩，同时制定考核细则，占30。其中，实验报告成绩并不由实验老师个人评定，而是进行报告的展示，各组以PPT形式汇报实验结果，由各组长及实验老师共同打分，所有学生现场观摩。在此答辩环节，既巩固了发酵工程实验课程的相关知识，又锻炼了学生运用知识的表达能力。此实验考核方式的改革，有利于调动学生的主观能动性，提高学生的动手能力和实验基本素养。
5.重视实践教学元素
实验考核结束之后，带领学生参观一些不同类型的发酵工厂，如啤酒厂、制药厂，分组到车间比较详细地熟悉各个工艺单元的操作，以巩固实验室所学的理论和操作技术，同时解决在实验中碰到的部分疑虑。
结语
发酵工程实验是生物工程专业的基础课程，发酵工程实验的教学质量直接影响学生的专业素质。本文在分析现在发酵工程实验中存在的问题的基础上，结合本实验室现有设备状况，提出了一些教改方案。
2014年周口师范学院教育教学改革研究项目（J201423）