本科院校發酵工程實驗教學改革初探

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摘要:發酵工程是一門由生物科學技術與化學工程學相互滲透而發展起來的學科，應用性及實踐性很強，實驗教學對發酵工程課程的教學質量起關鍵作用。為提高發酵工程應用型人才培養質量，我們對教學內容、開放式實驗教學、教學管理、科研與教學、考核方式等方面進行了探索，取得了較好的效果，可為應用型本科院校發酵工程實驗教學以及發酵領域高素質應用型人才的培養提供重要的借鑒作用。

關鍵詞:化學工程;發酵工程;實驗教學;教學改革

《國家中長期教育改革與發展規劃綱要(2010－2020)》提出“適應國家和區域經濟社會發展需要，建立動態調整機制，不斷優化高等教育結構”，“重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模”，“促進高校辦出特色，建立高校分類體系，實行分類管理”，并提出“建立現代職業教育體系”［1－2］。2014年我國正式提出“引導一批普通本科高校向應用技術型高較轉型”，實現全國600多所地方本科院校的轉型發展，更好服務經濟發展。寧德師范學院是閩東地區唯一所公辦本科院校，學校秉承“為學生成長服務，為地方發展服務”的辦學宗旨，突出“地方性、師范性、應用性”的辦學定位，把我校建成為一所具有較高水平的應用型本科院校是我校的重要目標。當前，我國應用型本科高校建設正大力推進，學生的工程實踐能力培養放在了更突出的重要位置，以滿足社會對高素質應用型人才日益增長的需求，更好服務經濟發展。我校所在地—寧德市是我國新能源產業的主要聚集區，同時制藥及生物產業也正快速成長，因此，工程實踐能力強的專業人才受歡迎。為滿足當地特色產業的人才需求和提高學生工程實踐能力，我們在人才培養方案中提升了發酵工程課程的重要性，已成為生物技術等多個專業的重要課程。實驗教學是發酵工程課程的重要環節，有利于培養學生的工程實踐能力，因而發酵工程實驗課程的探索引起了各高校的重視［3－4］。寧德師范學院作為一所地方本科院校，為提高應用型人才培養質量，我們教研室對發酵工程實驗教學進行了一系列有益探索，取得了較好的效果。

1構建應用型及創新性的課程體系

鑒于我國正處于轉型發展階段和社會對高素質應用型人才的需求日益增長，發酵工程實驗課程應側重于發酵的應用與創新，而不是長期停留在傳統的實驗內容，但由于縮短課時數的要求，我校該門課程的課時數僅為18個學時，對教學實驗內容必須進行改革與創新。以培養專業基礎扎實、富有創新精神和實踐能力的應用型人才為課程目標，我們對實驗內容進行了多次選擇、實踐與調整，最終基本形成了比較合理和穩定的內容體系，有利于應用型人才的培養和成長。傳統發酵工程實驗教學大多以通過微生物發酵獲得各種發酵產物(如代謝產物或發酵產品)，屬于驗證型的實驗教學，如酸奶制作、葡萄酒釀造、發酵微生物篩選等實驗，實驗數目偏多，老舊，但操作簡單，難度不高，不利于學生工程實踐能力的培養，且創新能力的培養要素嚴重缺失。我們根據應用型、創新型人才培養的要求、規律及特點，并結合實驗室具體條件、科研項目和學生實際情況，一切從實際出發，教研組對實驗項目進行了認真篩選、論證和設計，開設了靈芝多糖液體深層發酵及產物回收、蛹蟲草的固體發酵、設計性實驗(學生自行設計)、以及全自動發酵罐運行等實驗，涵蓋了不同發酵方法。以下我們主要對設計性實驗開設和全自動發酵罐運行實驗進行介紹。

1.1設計性實驗開設

傳統實驗教學大多由教師提供或寫好實驗講義，如原理、步驟等，學生只需按照講義在教師指導下進行實驗，極少有學生真正理解實驗原理，知其然不知其所以然，學習過程被動，達不到預期教學效果。為從根本上改變這一現狀，我們開設了“開發和設計一個發酵產品”實驗。學生按每3－5個人分成一組，指定一個組長，教師提供一定思路供學生參考，讓學生查閱資料，制定詳細實驗方案;接著師生一起討論，修改并完善實驗方案，如檸檬酸固定化發酵及離子交換回收等實驗;最后學生在限定時間內開展實驗并完成實驗報告，整個過程充分發揮了學生的主動性與創造性，激發了學生的學習興趣。同時學生在查閱資料、設計實驗方案的過程中，需要有更多、更周全的思考，加深了對專業理論知識的理解，實現了理論在實驗過程中的學習。采用設計性實驗教學后，同學們認識到不能只是機械地重復，在“動手”之前須先有“動腦”的過程，為學生的創造力提供了錘煉空間。

1.2全自動發酵罐運行實驗

全自動機械攪拌式發酵罐是眾多制藥廠的主要核心設備。使學生熟練掌握發酵罐的使用是發酵工程實驗課的重要任務，有利于學生工程實踐能力的培養和提高學生的就業競爭力。目前，國內各廠家生產的該類型發酵罐大都具有比較復雜的雙層罐體和管路結構，如壓縮空氣、蒸汽、冷卻水、加熱循環水管路、以及排污管路等，各管路有不同的功能，且部分有重疊［5］，發酵罐系統的管路的認識和使用一直以來是學生的難點。此外，由于使用過程中需要使用高溫高壓蒸汽和壓縮氣體等相對危險的因素，學生如果操作不同，易造成設備損壞，甚至于出現高溫蒸汽燙傷等危害，因此，全自動發酵罐的使用是發酵工程實驗教學的長期難點。虛擬仿真教學是不錯的選擇，但目前市場上好用的教學軟件難覓，這需專業人員與軟件公司通力合作才有可能開發出滿足教學需求的虛擬仿真軟件，但仍不能完全代替現場的實驗教學。我校建立了發酵工程實訓中心，配備有10L至500L的全自動發酵罐，為本課程的學習提供了充分保障。我們采用課前透徹的理論學習、現場觀摩及部分學生參與科研項目的實施方案。在實驗課前，為讓學生充分、深入淺出掌握發酵罐的工作原理以及注意要點，我們使用AdobeIllustrator、Chemdraw等軟件繪制各種平面圖，清楚展示發酵罐主要部分的結構，易于理解;另外使用Flash和3DMAX軟件制作動畫，展示壓縮空氣流向、溫控、空消、實消等關鍵過程，加深學生對原理的理解與掌握;現場觀摩前，學生先分好組，不超過10人，進入發酵工程實訓中心后，學生先認真觀察，老師現場講解并演示，使學生對原理及使用有較好的掌握。此外，我們讓學生(部分)參加發酵相關的科研課題，如我們承擔的ε－聚賴氨酸補料分批發酵及下游工藝研究和靈芝三萜酸液體深層發酵研究課題，采用師傅帶徒弟的方式使學生掌握發酵罐的操作，提高了設備使用和學生的安全。

2實行開放式實驗教學

發酵工程實驗大多屬于耗時較長、連貫性較強的實驗，操作環節多。一個發酵實驗通常有培養基配制、接種、發酵、實驗觀察和發酵參數分析測試等多個環節，特別是設計性實驗，各個小組的情況更是千差萬別，不可能像以往的實驗實行一周一次的模式。針對設計性實驗如藥用真菌固態發酵及發酵產物的全利用實驗，我們采用開放式實驗教學。開放式實驗教學是計劃內實驗教學的一種有效補充和延伸［6］，能夠使學生在課余時間不間斷、持續的完成實驗以及觀察實驗現象，有利于實驗的完成，同時最大限度的發揮實驗室資源效益，為學生提供自主發展和實踐鍛煉的空間，激發學生的創新觀念和意識，全面培養學生的科學作風、創新思維、創業能力和實踐動手能力［7－9］。

3教學與科研緊密結合

發酵工程實驗教學改革的一項重要任務就是需要根據學科的發展以及社會需求，對實驗教學內容進行及時研究與更新［10］。鑒于大部分教師都有承擔一定數量的科研項目，將科研項目或研究成果轉化為實驗項目是一種切實可行的方法，可使傳統的以驗證為主的實驗轉變為研究性實驗，例如我們將靈芝三萜酸液體深層發酵課題的部分內容進行了一定改進，開設了靈芝多糖液體深層發酵及多糖回收實驗，教學效果較好。教師根據自身科研成果，將比較成熟的科研成果精選編入教學實驗，讓學生模仿教師的科研進行實驗，不但培養了學生的科研興趣，又對研究結果進行了進一步驗證;同時，也可以將教師正在進行的科研項目直接與實驗教學相結合，讓學生參與到科研中去，不但完成教師科研工作的一部分，且加強了學生實驗的責任感，又充分利用教學實驗經費。

4完善實驗教學管理工作

在多年的發酵工程實驗教學中發現，大部分學生對發酵工程實驗有比較高的興趣，但總體學習效果還是十分令人不滿意。教學中發現即使教師在實驗前、實驗過程中反復講解重點和一些基本知識，實驗結束后學生對一些基本的實驗原理及現象仍然一知半解或是完全錯誤，如靈芝胞外多糖回收的原理等。上述現象產生的根本原因在于學生實驗前無任何預習，進實驗室時頭腦中對實驗完全空白，實驗過程中也只能按照老師提供的實驗步驟機械的進行實驗，不走心，實驗后也缺乏進一步的思考與總結，無知識的深化過程，學生這種被動的學生態度使教學質量無保障，為此采取了以下措施。

4.1實驗前要求學生認真預習與準備

在實驗的前二周教師給出實驗內容，使學生有充分的時間預習實驗提導書，查閱資料，開拓思路，發揮自主性和創造性，并寫出有實驗操作程序、實驗材料及預期性實驗結果的預習報告，教師批閱修改預習報告后讓學生開始實驗的準備工作。這些措施實施后，解除了學生的依賴心理，且增加了操作鍛煉的機會，進一步了解了實驗原理、方法和步驟，做到心中有數，降低了實驗過程的盲目性與操作錯誤。

4.2實驗過程中學生獨立操作

實驗過程中學生要切實成為實驗的主體，是實踐者和探索者。實驗過程中必須加強學生的主體意識，根據預習結果，自已設計和安排實驗，達到實驗目的;教師應盡可能在實驗現場，可以發現和及時糾正學生的不規范操作，使學生能夠正確熟練的掌握各種常規實驗技術。

4.3教師及時批改實驗報告

實驗報告是對實驗的總結和實驗課教學質量的檢驗，同時又是教學評估的重要材料與載體，因此，教師需要向學生強調實驗報告的重要性。實驗結束后，要求學生及時上交實驗報告。作為教師，需要及時和認真的對實驗報告進行批改，可以從中發現學生的實驗操作能力、觀察和分析問題的能力。另外，實驗報告也是教師評定學生課程成績的一個重要的客觀依據。

5采用綜合性的考評方式

我們采用平時成績與實驗報告相結合的考核方式。平時成績主要包括預習報告、實驗操作的規范性、安全、衛生等內容，占40%;實驗報告占60%，主要依據實驗報告的整潔性、完整性、實驗結果記錄與描述、實驗結果有無分析與討論、實驗改進等多個方面，另外還附了一些實驗相關的思考題，以促進學生對實驗原理的理解以及提高分析問題的能力。采用上述考核內容作為學生本課程的成績，較為合理與全面，有利于調動學生重視實驗的主觀能動性，改善學風，提高學生的動手能力和實驗基本素養。

6結語

創新型、應用型人才的培養是地方性應用型本科院校人才培養的重要目標和發展方向，探索發酵工程實驗的教學改革是應用型人才培養的重要內容。高校應用型人才的培養應緊密與地方經濟特色以及社會需求相結合，并結合實驗室條件和教師科研課題，不斷改進教學內容，并著重培養學生理論聯系實踐、發現問題、分析問題和解決問題的能力，最終提高學生的實踐能力，增強學生的就業競爭力。作為應用型人才培養的重要參與者，教師自身的個人工程實踐能力和業務素質提高十分關鍵，教師要加強與企業的聯系，可發現生產中存在的實際問題，并進行聯合技術功關，實現教師、學校、企業的共同成長，最終有利于應用型人才的培養。

作者:劉盛榮 魏奇 鄭世仲 張維瑞 單位:寧德師范學院生命科學學院 閩東特色生物資源福建省高校工程研究中心