浅谈发酵工程实验教学的改革

向福，袁婷，项俊，方元平，金卫斌

摘要：以往的发酵工程实验教学方法和内容已经不能适应生物技术行业迅速发展的需求，同时也满足不了对生物技术人才培养的需求。为培养学生的独立性、综合性和创新性的实验操作能力，从而实现培养创新型、应用型人才的目的，本文对发酵工程实验的教学内容、教学方式、考核评价等方面的改革提出了建议。

关键词：发酵工程；实验教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0027-03

生物技术的迅速发展使得生物技术产业已成为新经济的主要推动力，它对生物技术人才提出了全面扎实、复合创新以及开拓应用型的培养要求。[1]发酵工程（狭义上又称微生物工程）是现代生物技术的重要组成部分，它作为生物技术和生物工程专业学生的主干课程，具有很强的应用性和实践性，是实现细胞工程、基因工程、蛋白质工程和酶工程等其他现代生物技术的最终手段和方法，在工业生物技术中扮演着产业化的关键角色。[2-4]发酵工程实验是以操作为主的技能课程，是训练学生实验操作技能和应用技术的重要平台，是一种全面实施发酵工程素质教育的最有效的教学形式，在培养学生创新思维和实践能力方面具有举足轻重的作用。[5]但在传统的实验教学过程中，由于受到实验课时短、实验设备有限等条件的限制，开设的课程内容孤立、不系统、不连贯，多为验证性实验。[6，7]因此，学生在实验中多为“被实验”，完全跟着教师的思路走，在模仿照搬的基础上完成实验，未能发挥在实验教学中的主体作用，难以达到很好的教学效果。这种教学模式必然使学生的专业兴趣不高，积极主动性不强，严重束缚了学生的思维和视野，不利于培养学生的创新意识和动手能力，很难适应培养应用型、创新型人才的需求。[8]根据《教育部财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》，“十二五”期间将引导高校主动适应国家战略和地方经济社会发展需求，优化专业结构，加强专业内涵建设，创新人才培养模式，大力提升人才培养水平。因此，为满足社会对应用型、技能型产业化人才的需求，发酵工程实验教学内容向基础研究型、综合设计型、应用创新型发展势在必行。

一、构建科学合理的多层次实验教学体系

实验课程作为发酵工程教学的重要部分，必然是课程建设的重点，实验内容可以形成操作单元实验、综合设计实验、创新/创业实训三个层次。

1.操作单元实验。操作单元实验的目的是使学生掌握基本实验技能，教学重点在于仪器的使用、基本操作的规范化方面和对基本实验现象的理解。[9]主要教学内容有常见仪器设备的使用、培养基的配制、接种技术、菌种活化、菌体染色及形态观察、菌落计数、菌种选育及保藏等。

2.综合设计实验。综合设计实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程的知识的实验，教学目标是使学生能够灵活运用所学的基本理论和专业知识，结合基本实验技能来进行简单的设计和制作，从而培养学生正确的设计方法和良好的操作习惯，并且能综合运用各方面的知识来实现自己的设计。[10]综合设计实验分为厌氧发酵、好氧发酵和固态发酵三大模块，可分别列出2～3个实验方向供学生选择，主要实验内容包括发酵培养基设计及制备、菌种活化、扩大培养、发酵过程控制、发酵产物的分离纯化等等。通过综合设计实验，让学生掌握在实验室条件下的整个发酵生产过程，包括培养基设计、生产工艺设计、发酵过程的控制以及发酵产物的分离纯化等，锻炼和培养学生综合运用知识的能力与团队协作的精神。

3.创新/创业实训。创新/创业实训可分为创新实验和创业实训两种形式，分别进行科研创新的实验设计和创业实践的生产实训，由学生根据自身的发展意愿进行选择，培养高素质的应用型、技能型、创新型人才。创新实验强调对独立设计能力的训练，目标是培养学生独立运用专业知识进行设计和解决实际问题的能力，使其具备一定的创新意识、创新精神与创新能力，[11]其特征主要体现为学生参与的自主性、实验内容的探索性、以及实验方法的多样性。[12]这类实验主要由专业教师根据科研情况提出课题，以科研促进实验教学，学生根据兴趣选题，可以2～5人组成小组，通过查阅文献，制定实验方案并实施，实验以科技论文的形式完成，最后组织学生就实验成果进行学术汇报和交流讨论。这类实验能培养学生的专业兴趣和科研素养，提高创新意识和创新能力。

创业实训是以创业形式，组织啤酒、甜酒、葡萄酒、风味酸奶、泡菜和腐乳等常见的实用发酵产品的生产、销售、分析检测、财务核算等类似企业的管理和运营。通过创业实训，能提高学生对发酵工程实验的学习兴趣，增强大学生职前的专业技能素养，提高就业竞争能力，培养大学生的创业意识、创业思维和创业观念，强化学生动手操作能力、组织协调能力、心理承受能力、团队合作精神和社会适应能力。

二、实行灵活多样的开放式实验教学

为实现创新型、应用型人才的培养，科学合理的多层次实验教学体系和相应的教学方法保障缺一不可。在实验教学方法中，教师主要发挥其主导作用，点拨学生思维，启发促进学生思考，从而突出学生的主体地位，最终实现通过实验达到提高学生专业技能和创新能力，培养出适应社会需要人才的目的。实验教学应当强调在教师的引导下给学生以尽可能多的独立操作机会、乃至独立设计实验的机会。考虑到学生个体的学习基础和动手能力的差异，以及实验课程学时数的有限，在计划内实验教学时间内，要达到全面提高学生动手能力和创新能力的目的显然是不现实的，因此实行灵活多样的开放式实验教学将是计划内实验教学的一种有效的补充和延伸。实验室以灵活多样的方式对学生开放，一方面能最大限度地利用实验室资源，另一方面也为学生提供了专业技能实践锻炼和自主个性发展的空间，有利于激发学生的创新观念和意识，全面培养学生的专业技能、科学素养、创新思维和创业实践能力。[13]

1.学生自主设计实验与教师指导相结合。对综合设计实验和创新实验，让学生自行组成课题小组，对指导教师给出实验课题或自身提出的科学小问题，根据所学专业理论知识并结合基本实验技能，充分发挥学生在实验中的主体地位，自主设计实验内容，以培养学生组织能力和自主设计实验能力。如酒精发酵工艺设计实验，包括从原料及设备的选择、试剂准备、培养基设计、培养条件优化、发酵过程控制、产物提取分离方法等全部由学生通过查阅资料自主设计并完成整个实验过程，教师仅仅进行指导和关键技术的把关。通过这种形式的实验教学，不仅使学生初步掌握一个完整的发酵产品的生产过程，还可以提高学生独立分析问题、解决问题的能力，对发酵工程实验也能形成一个系统的设计思路，让学生知道为什么要做这个实验，知道这个实验从头到尾怎么做，知道怎么对实验结果的成败原因进行分析讨论，从而培养学生的良好的科学素养和较强的专业实践技能。

2.探究性、创新性实验与论文相结合。在实验过程中，有些学生具有浓厚的探索兴趣和学习积极性、主动性，可以引导这些学生开展一些探究性、创新性的课题或实验，与科研相结合，引入科研的思路和方法，并将其与“大学生挑战杯”、“大学生创新项目”、毕业设计以及科技论文等结合起来，促进其在干中学、学中干，从而提升其自身的专业实践能力和科技创新素质，增强学生的科研意识和创新能力。实践证明，在专业实验中，对动手能力强、善于思考的学生进行适当的引导，则这些学生在应用、创新能力方面会得到更大的提高。

3.应用性实验与大学生创业相结合。一些常见的实用发酵产品如啤酒、甜酒、葡萄酒、风味酸奶、泡菜和腐乳等极易激发学生对发酵工程这门课程的兴趣，可以利用这些产品的生产实验对学生进行创业技能的训练。具体做法是：①为学生提供创业条件，包括技术指导教师、生产场地及其所需仪器设备、项目启动时所需的资金等。②由2～5名学生组成创业团队，选定创业项目，提交创业计划书，由学院组织进行评审，遴选出优秀的创业计划。③遴选出的创业团队按计划书组建“企业”，成了企业的组织机构，进行人员分工和培训，在教师的指导下，组织企业的产品生产、销售、财务核算等运营和管理。④对创业团队的创业过程进行考核与评价。

三、改革实验考核评价方式

作为一门实验课程，考核是必不可少的教学环节。实验课程重在平时的实验技能培养，考核中为减少或避免“高分低能”的现象，可以采用平时成绩、面试成绩、实验论文相结合的方式来取代传统的笔试。

1.平时成绩。平时成绩包括自评、组内互评、实验设计、实验结果、数据分析等内容。

2.面试成绩。面试成绩包括实验口述、规定实验操作等内容。其中，口述内容主要涉及原理、实验设计、步骤、实验现象、注意事项等内容。

3.实验论文。对于综合设计性以及探究创新性实验，指导学生查阅文献，分析归纳实验数据，用科技论文的形式取代传统的实验报告。在对实验数据的处理、分析和讨论的过程中，学生逐渐培养了用全面、辩证的思路分析实验结果的能力，有利于提高学生的科研素养。

由于学生实验数据的缺乏一定的严密性和科学性，这些实验数据尚不能为正式科技论文所用，但是，众多学生做实验得到的大量数据所反应出的规律性东西却可以对教师的科研思路有相当大的启发和帮助，教学和科研可以互相促进。实验论文成绩包括论文格式和论文内容。格式由实验老师个人评定，内容以报告会形式进行总结答辩。答辩过程是一个师生、生生互动的环节，不仅有利于调动学生的主观积极性，还能巩固发酵工程实验课程的相关知识和技能、训练学生运用专业知识进行科研交流的能力，促进全面扎实的创新型、应用型专业人才的培养。

参考文献：

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[12]楚希杰，赵丽红.浅谈实验教学中增加设计性实验的实践[J].广西轻工业，2010，2（2）：108～109.

[13]丁伟雄，杨定安，宋晓光.实验室开放管理及开放式实验教学的研究与探索[J].高教装备，2005，（5）：14～15.

基金项目：黄冈师范学院教研项目（校级[2011]27号）

作者简介：向福（1977.10-），男，博士，副教授，生物工程教研室主任，主要从事发酵工程及天然产物提取方面的研究和教学。