- 相關(guān)推薦
淺談理科專業(yè)發(fā)酵工程創(chuàng)新實驗課程建設(shè)
淺談理科專業(yè)發(fā)酵工程創(chuàng)新實驗課程建設(shè)
張慧莉，馮麗
�。ㄊ幼哟髮W生命科學學院，新疆石河子832003）
摘要：發(fā)酵工程是一門實踐性很強的學科，為滿足社會對應(yīng)用型、技能型產(chǎn)業(yè)化人才的需求，培養(yǎng)學生的專業(yè)實踐技能，本文對發(fā)酵工程實驗的教學大綱、教學內(nèi)容、教學方式、考核評價以及實驗平臺建設(shè)等方面的改革提出了建議。
關(guān)鍵詞：發(fā)酵工程；實驗教學；課程
作者簡介：張慧莉（1978-），女（漢族），甘肅臨洮人，博士，講師，研究方向：發(fā)酵工程。
發(fā)酵工程是發(fā)酵工業(yè)的支撐學科，也是整個生物工程的核心。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵工程的技術(shù)和理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物制藥、食品化工、環(huán)境化工等領(lǐng)域。通過發(fā)酵工程課程的學習，不僅能夠掌握發(fā)酵工程的原理及發(fā)酵控制過程優(yōu)化，而且對系統(tǒng)地了解生物技術(shù)及其工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。對于理科專業(yè)，發(fā)酵工程在增強學生的工程意識、提高學生的科學素養(yǎng)，為生物學科理科專業(yè)的學生奠定工程學科的概念和基礎(chǔ)方面起到重要作用。作為一門實踐性很強的學科，發(fā)酵工程學科取得的每一個進步都和實驗技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。因此學習發(fā)酵工程，不僅要掌握堅實的基礎(chǔ)理論知識，更要熟練地掌握實驗操作技能，從而在實驗中發(fā)現(xiàn)并解決問題，加速發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)。培養(yǎng)創(chuàng)新人才需要在課程設(shè)置上增加社會調(diào)查實踐、綜合實驗訓練和課程綜合設(shè)計等實踐教學環(huán)節(jié)學分，促進理論與實踐的緊密結(jié)合。為滿足社會對應(yīng)用型、技能型產(chǎn)業(yè)化人才的需求，必須提高對發(fā)酵工程實驗的重視程度，并把傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容轉(zhuǎn)向綜合研究型、應(yīng)用創(chuàng)新型模式。
一、建立層次合理的實驗教學模式
發(fā)酵工程學課程是理科生物技術(shù)專業(yè)必修專業(yè)基礎(chǔ)課之一，課程內(nèi)容主要包括原料和菌種制備、發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵過程參數(shù)檢測及發(fā)酵工藝控制、發(fā)酵產(chǎn)品的分離純化等內(nèi)容，貫穿了整個發(fā)酵工程學的主線。但理科專業(yè)開設(shè)的發(fā)酵工程及實驗課程普遍學時較少，只能開設(shè)簡單的基礎(chǔ)性的實驗，無法開展稍復雜的綜合性設(shè)計性實驗，不利于培養(yǎng)學生理論與實踐相結(jié)合解決發(fā)酵工程實際問題的能力。因此，非常有必要在人才培養(yǎng)方案中增加發(fā)酵工程實驗課學時，修改實驗教學大綱，擴充和豐富實驗教學內(nèi)容，在條件成熟時單獨開設(shè)發(fā)酵工程綜合實驗課。
傳統(tǒng)的理科專業(yè)所開設(shè)的發(fā)酵工程實驗教學過于偏重基礎(chǔ)性和驗證性實驗，難以調(diào)動學生興趣、積極性和探索求新的愿望。同時，由于實驗條件和設(shè)備的缺乏，實驗教學系統(tǒng)性和層次性不夠，實驗項目的設(shè)置缺乏將同一學科的各個知識點串聯(lián)起來的實驗培訓，缺乏讓學生進行系統(tǒng)地學習、綜合運用所學知識與技能的主線。這樣實驗內(nèi)容難以有挑戰(zhàn)性，學生難以發(fā)生興趣或產(chǎn)生求索的欲望，從而不重視實驗，達不到預(yù)期目標。傳統(tǒng)的發(fā)酵工程單元實驗教學內(nèi)容主要包括常見儀器設(shè)備的使用、培養(yǎng)基的配制、接種技術(shù)、菌種活化、菌體染色及形態(tài)觀察、菌種選育及保藏等。在修訂實驗教學大綱時，可考慮改變傳統(tǒng)的單元實驗教學模式，設(shè)置基礎(chǔ)性綜合實驗和研究型綜合實驗，每個實驗都涵蓋發(fā)酵工程中的基本操作技術(shù)，包括菌種的制備，擴大培養(yǎng)，發(fā)酵罐和培養(yǎng)基的消毒滅菌、接種技術(shù)、發(fā)酵參數(shù)測定、產(chǎn)物的分離純化等，使學生能夠?qū)Πl(fā)酵工程的知識點綜合運用，融會貫通，對發(fā)酵工程中的工程技術(shù)問題和生物學基礎(chǔ)知識有更深刻的認識。
二、設(shè)置創(chuàng)新性綜合性實驗教學內(nèi)容
根據(jù)實驗室的設(shè)備和實驗條件，依據(jù)實驗學時的設(shè)置，可考慮開設(shè)三類綜合實驗，第一類為傳統(tǒng)發(fā)酵制品實驗，例如淀粉酶發(fā)酵實驗、乳酸發(fā)酵實驗、葡萄酒發(fā)酵實驗；第二類為經(jīng)典發(fā)酵綜合實驗：例如谷氨酸發(fā)酵實驗；第三類為新型產(chǎn)品發(fā)酵綜合實驗，例如普魯蘭多糖發(fā)酵實驗。傳統(tǒng)發(fā)酵制品實驗規(guī)模較小，可依據(jù)學時靈活設(shè)置，實驗內(nèi)容貼近生活，容易激發(fā)學生對發(fā)酵工程課程的興趣。大型經(jīng)典發(fā)酵實驗，貫穿整個谷氨酸工業(yè)生產(chǎn)過程，將對工業(yè)發(fā)酵工藝流程進行實驗室完全再現(xiàn)，包含十個小型實驗，即谷氨酸菌種活化及擴大培養(yǎng)，谷氨酸菌種質(zhì)量檢測，谷氨酸脫羧酶的制備，發(fā)酵罐的構(gòu)造及空消，發(fā)酵培養(yǎng)基的制備及實消，谷氨酸的中糖發(fā)酵及控制，發(fā)酵過程中谷氨酸含量測定，發(fā)酵過程中還原糖的測定，發(fā)酵過程中菌濃度測定及菌體形態(tài)觀察，谷氨酸的離子交換回收，谷氨酸的等電回收及結(jié)晶。學生通過實驗可以掌握谷氨酸這種經(jīng)典發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，通過不同的實驗單元培訓，對發(fā)酵生產(chǎn)有整體性認識。新型產(chǎn)品發(fā)酵綜合實驗根據(jù)課程組教師的科研課題內(nèi)容設(shè)計，例如普魯蘭多糖發(fā)酵綜合實驗，包括菌種活化及擴大培養(yǎng)，發(fā)酵罐分批發(fā)酵法生產(chǎn)普魯蘭多糖，發(fā)酵過程中還原糖的測定，普魯蘭多糖含量的測定，發(fā)酵過程菌體形態(tài)觀察，發(fā)酵液的除菌，普魯蘭多糖分離提取。新型產(chǎn)品發(fā)酵過程設(shè)置一定的挑戰(zhàn)性，發(fā)酵原料的選擇，(325224.com)發(fā)酵過程控制方式和產(chǎn)物的分離純化都由學生自主查閱資料并選擇實施。
三種不同類型的實驗，能使學生初步掌握一種完整的發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，對發(fā)酵工程實驗形成一個系統(tǒng)的認識，培養(yǎng)學生的專業(yè)應(yīng)用技能。另外，新型發(fā)酵產(chǎn)品綜合實驗，能使學生了解新的工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品的研發(fā)過程，學生在參與實驗過程中，學習如何查閱資料，如何對實驗結(jié)果和成敗原因進行分析，可以提高學生獨立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生良好的科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
三、合理安排實驗教學時間
微生物的發(fā)酵周期比較長，實驗需連續(xù)進行，常常需要夜間維護看罐，常規(guī)的教學計劃很難進行系統(tǒng)合理的安排，只能集中安排。發(fā)酵工程實驗課程安排在大學四年級上學期，學生課程相對較少，鑒于發(fā)酵工程實驗的特殊性和便于開展綜合性實驗，應(yīng)采用集中排課的方式，可以每周8～12個學時，連續(xù)2～3周，以保證實驗的連續(xù)性。集中排課有利于學生在一段時間內(nèi)將注意力集中，投入實驗狀態(tài)，綜合應(yīng)用已學的理論與技術(shù)知識完成實驗，也使學生初步了解發(fā)酵工程科研特點，為以后的畢業(yè)論文打好基礎(chǔ)。
四、實驗教學方法和過程管理
在實驗之前，對實驗內(nèi)容、時間安排、分組設(shè)置制定詳細的表格發(fā)給同學，便于同學們按照時間表自覺主動地完成實驗的準備和實施。在整個實驗過程中，發(fā)酵罐的清洗、培養(yǎng)基的配置、滅菌操作到實驗材料的準備、菌種的活化及擴培、上罐接種以及最后實驗結(jié)果的檢測等全部由學生自主完成。教師對實驗內(nèi)容提供必要的講解，提示實驗過程中的注意事項，啟發(fā)其對所學理論知識的思考，激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維和動手能力，主動思考實驗原理及操作要點，加深對理論知識的理解；對于實驗中所用的大型設(shè)備在試驗開始之前進行集中操作培訓，確保在試驗中學生能夠獨立正確操作，實驗設(shè)備能夠運行良好。每次實驗進行之前，教師必須強調(diào)實驗室安全問題，規(guī)范實驗室使用、藥品使用等規(guī)章制度。實驗分組以6～8名同學一組，設(shè)置組長，在不同的實驗階段，組長由小組內(nèi)每個同學輪流擔任，組長負責人員任務(wù)分配和協(xié)調(diào)以及實驗記錄的提交。學生實驗過程中小組成員共同商議實驗的進程及具體安排，并做好書面的人員安排記錄。這樣的分組方式和組長輪換制度使學生能夠互相配合，激發(fā)每個成員的積極性，培養(yǎng)學生的團隊精神。另外，對于實驗技能單元采用新型教學手段，如拍攝視頻短片和動畫演示給學生，使學生能夠理解和鞏固相關(guān)知識和技術(shù)。
五、設(shè)計實驗課程考核體系
對實驗過程的考核是保證實驗教學質(zhì)量和效果的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗體系中各種類型的實驗項目和內(nèi)容的實施特點，應(yīng)注重對學生實驗過程實驗方法和解決問題能力的全方位綜合性考核。
對于綜合性實驗，在每個小實驗結(jié)束后，由小組成員共同填寫實驗記錄結(jié)果，對實驗結(jié)果進行分析，并討論下一個實驗方案，寫出書面的實驗計劃安排。全部實驗結(jié)束后，每個小組撰寫實驗報告，格式按照正式生物科技論文寫作的稿件要求，包括題目、摘要、關(guān)鍵詞、引言、實驗材料和方法、結(jié)果、討論、參考文獻、附錄等內(nèi)容，教師應(yīng)在撰寫之前對實驗報告的格式和寫作方法進行介紹，提供模板。每個小組成員都要寫出實驗心得體會，同時制作幻燈片在實驗報告會上向全班同學展示。實驗成績由實驗出勤率、實驗結(jié)果、實驗報告的質(zhì)量、實驗心得體會以及實驗報告展示答辯等多方面組成。這樣的考核方式，有利于學生體驗科學研究的各個環(huán)節(jié)以及練習科技論文寫作方法。
六、建設(shè)完善的實驗教學平臺
由于各方面的原因，我院的實驗設(shè)備和實驗條件較匱乏，尤其是微生物實驗室和發(fā)酵工程實驗室設(shè)備過于陳舊，僅能開設(shè)基礎(chǔ)實驗項目，綜合性實驗項目所需的條件不足。實驗室有二聯(lián)體不銹鋼機械攪拌發(fā)酵罐及相關(guān)附屬設(shè)備，高速管式離心機和小型噴霧干燥機等分離設(shè)備，具備一定的基礎(chǔ)。但非常缺乏發(fā)酵過程所需的各類實驗室基本儀器，小型發(fā)酵罐配套設(shè)備如葡萄糖測定傳感器、發(fā)酵尾氣分析儀，以及下游分離所需的小試型微濾/超濾管式膜分離系統(tǒng)。另外發(fā)酵罐過少限制了本科實驗教學，購置更多的小型發(fā)酵罐，便于學生分組進行實驗。由此有必要在未來加強相關(guān)的應(yīng)用微生物與發(fā)酵工程基礎(chǔ)教學和研究實驗平臺建設(shè)。建立專門的發(fā)酵工程實驗平臺，作為發(fā)酵工程綜合實驗和校內(nèi)實訓基地。我院目前每年都有校級和國家級大學生科研訓練計劃，鼓勵本科生參與科研項目，發(fā)酵工程實驗教學平臺也可設(shè)置開放實驗室，作為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練和科研訓練的平臺。
在校內(nèi)建立完善的發(fā)酵工程綜合實驗室和實訓基地，加大開放性實驗的力度，不僅可以幫助相關(guān)本科學生拓寬學生知識面，了解企業(yè)研發(fā)流程，掌握過硬的專業(yè)實踐技能，還可以通過平臺培養(yǎng)研究生，使之成為發(fā)酵工程技術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新平臺。另外，在此基礎(chǔ)上，與周邊地區(qū)的大型制藥企業(yè)、發(fā)酵企業(yè)合作，設(shè)立校外實習基地，通過參觀和講解，學生可以了解企業(yè)的發(fā)展歷程、產(chǎn)品種類、生產(chǎn)流程、營銷方式，以及新產(chǎn)品的研發(fā)流程等，學習書本上學不到的知識，加深對發(fā)酵理論和知識的理解，增加學生對現(xiàn)代發(fā)酵企業(yè)的認識。
參考文獻：
[1]陳堅，堵國成，張東旭。發(fā)酵工程實驗技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.
[2]晏磊，陳朋，張爽。發(fā)酵工程實驗教學改革與實效分析[J].甘肅科技，2011，27（19）。
【淺談理科專業(yè)發(fā)酵工程創(chuàng)新實驗課程建設(shè)】相關(guān)文章：
淺談化學實驗中的創(chuàng)新教育08-18
搭“信息”臺，唱“創(chuàng)新”戲——淺談信息技術(shù)課程與創(chuàng)新教育08-07
淺談建設(shè)工程價款優(yōu)先受償權(quán)08-12
班級管理創(chuàng)新淺談08-17
電子專業(yè)論文|淺談電子專業(yè)課程的教學08-13
課程創(chuàng)新漫談08-17
淺談高等職業(yè)院校物流管理專業(yè)課程體系建設(shè)08-18
淺談生物實驗的設(shè)計08-19