《发酵工程》实验教学改革研究与实践

任晓莉，佟春生，赵金安，赵润柱

(太原工业学院 a.环境与安全工程系;b.自动化系，太原 030008)

《发酵工程》课程是生物工程专业一门非常重要的专业核心课程，具有很强的实践性和应用性，实验教学重点应放在发酵工艺流程及常用的实验技术的训练方面，所以其实验教学体系的合理编排和设置对生物工程专业的应用型人才培养至关重要［1］。为了使学生更好地了解并掌握微生物发酵工程中所涉及的发酵工艺和设备，培养学生的创新思维和实验技能，提高学生分析问题和解决问题的能力，太原工业学院结合工程型应用人才的培养目标，对《发酵工程》课程的实验教学内容、实验教学方法和手段、实验开设方式和实验教学评价体系等方面进行了多次探索与实践，逐渐形成了一套具有我院特色的可行的《发酵工程》实验教学思想和方法。

1 实验内容体系构建

我院生物工程专业在1999年刚刚成立的时候，由于实验设备资源有限和师资缺乏，《发酵工程》课程没有实验环节，导致学生的创新能力和实践动手能力较差。2006年以来，随着实验室省部共建资金的持续大量地投入和师资力量的补充和增强，教研组成员在对其他高校《发酵工程》实验内容改革的详细调研和充分论证的基础上，补充了《发酵工程》实验教学环节［2－4］。2008年以后，结合我院培养工程型应用人才的目标，对《发酵工程》实验内容进行了进一步修改和完善，构建了具有我院特色的《发酵工程》大实验内容新体系。

在设计实验内容时，考虑到《发酵工程》实验是在完成化学基础技能实验、《微生物学》实验、《生物化学》实验和《细胞生物学》实验的基础上开设的，为了避免实验的重复，同时又实现学科间实验内容的互相交叉渗透，教研组将《发酵工程》实验内容进行了整体优化组合。考虑到发酵工程实验内容的设计应该充分体现《发酵工程》这门学科所具有的连贯性、系统性和综合性的特点［5］，教研组新开设的实验主要以综合设计性大实验为主，实验内容涵盖好氧发酵、厌氧发酵、固态发酵和液态发酵，为了培养学生的工程特色，以当前的工业化产品为主。在实验过程中，又将每一个综合设计性大实验分解为若干个单元实验，单元实验中包括了基础实验内容和提高实验内容。如柠檬酸发酵实验系列作为一个大实验，根据实验过程中所涉及的内容，按照实验先后顺序又列出多个单元实验:产柠檬酸菌种黑曲霉的分离筛选、产柠檬酸菌种黑曲霉的诱变和选育、黑曲霉孢子的观察与计数、发酵液中总糖和还原糖的测定、发酵液中柠檬酸的分析、柠檬酸纯度的测定、从发酵液中提取柠檬酸等。

通过这样的安排，在综合设计性大实验中，使学生的基础性实验和验证性实验也得到了加强，实现了《发酵工程》实验综合性、应用性和探究性的有机统一，形成了一体化和多层次的《发酵工程》实验教学内容新体系。《发酵工程》实验内容体系如图1所示。

图1 发酵工程实验内容体系

2 创建教学新模式

有了一个合理的实验内容和体系，还要有相应教学方法作保障，才能最终达到培养应用复合型人才的目的。在实验教学方法的改革中，主要突出学生的主体地位，而教师发挥主导作用，启发促进学生的思考，点拨学生的思维。

2.1 尝试采用自主式实验教学

传统的实验多为验证性实验，学生在实验中很被动，不能有效地发挥其学习中的主体作用，学习没有兴趣，实验效果差［6］。因此，教研组在实验教学中增加了自主设计性实验，要求学生综合应用所学专业理论知识并结合基本实验技能，来自行拟定实验方案并完成操作［7］。在这种教学中，教师主要起到引导作用，鼓励学生通过各种现代方式查阅相关资料，使学生了解和掌握更为先进的实验理论和实验技术，进行综合分析和思考，以培养学生的组织能力和自主设计能力。例如，酵母发酵工艺设计实验，从原料与试剂的配制、实验仪器和设备的选择、发酵参数的选取、产品的分析与测定等全部由学生自主查阅资料并设计，而教师只对学生设计的实验方案进行审核把关并提醒学生在实验操作中应注意的事项。这种教学方法不仅提高了学生独立查阅文献资料的能力，而且有利于培养学生的创新思维，使学生的综合素质得到了明显提高。

2.2 逐步实行开放式实验教学

开放式实验教学是计划内实验教学的一种有效的补充和延伸，其主要目的是在课余时间有针对性地对学生进行开放和指导［8］。为了打破传统的“以课堂为中心”的封闭式教学方法在时间、空间和知识信息量等方面的约束，教研组在实验教学上尝试开放式教学。例如，对于多数发酵实验是一个连续的实验，发酵周期较长，仅仅依靠课内时间是不可能完成的，于是教研组提出了“课内和课外相结合”的方式，发酵罐运行期间，让学生在整个发酵周期内分组轮流进行实验，不分课堂内外;教研组还采取了“实验和科研相结合”的方式，允许一些理论基础知识扎实、实验技能熟练的有兴趣的学生，在业余时间进入到实验室参加各种科研课题;除此之外，教研组还鼓励学生积极参与大学生创新性实验，为学生提供自主发展和技能锻炼的空间，激发学生的创新观念和意识。通过开放式教学可以提高学生在科研活动中的理论知识水平、动手能力、观察问题、分析问题和解决问题的能力，特别是可以增强团队精神和互助友爱的意识，从而为培养创新人才奠定基础［9］。

2.3 探索多元化实验教学模式

在教学资源相对不足的情况下，为了满足我院人才培养方案的要求，教研组不断探索多元化实验教学模式。(1)对于实验教学计划安排的实验内容要求所有学生必须参加，采取群体化教学，在教学方法中以启发式教学为主，重点培养学生理论联系实际的意识和能力;(2)科研课题和课外科技创新项目则由师生双向选择最终确定，在教学方法中，以互动式教学为主，重点培养学生分析问题和解决问题的能力;(3)创新性实验由学生根据自己的兴趣和能力进行自主选修，在教学方法中，以探究式教学为主，重点培养学生的主体参与意识和创新思维。

通过这种多元化的实验教学模式，既保证了学生学会必需的知识和技能，又充分发掘了学生的潜力，将知识传授与创新能力的培养有机地结合在一起。

3 完善教学评价体系

考核是实验教学过程中的重要环节，同时也是实验教学内容的延续。没有严格、有效的考核机制，就不会收到良好的实验教学效果。根据教研组成员多年来的教学经验和学生反馈情况，教研组对《发酵工程》实验教学的考核方式进行了改革和完善，建立了发酵工程实验教学评价体系。该评价体系的核心是实行全员全过程动态考核，评价体系包括过程评价和终端评价两部分。(1)过程评价主要是对学生预习实验和实验过程中的表现评价，过程评价结果占总评成绩的60 ，其中预习报告占10 、出勤率占10 、实验态度占20 ，实验过程中的操作技能占20;(2)终端评价主要是对学生实验报告的评价，终端评价结果占总评成绩的40 。

通过这种考核方式，不仅加强了学生的实践动手能力，还有利于培养学生勤奋、严谨的治学态度。

4 结束语

实验教学是《发酵工程》教学工作中的一个重要环节，是理论与实践相结合的连接点。近几年来，教研组通过对《发酵工程》实验教学的不断补充完善和改革探索，提高了学生的动手能力、创新意识和协作精神，尤其提高了学生利用专业基础知识分析问题和解决问题的能力，学生的考研率有了明显提高。但是在《发酵工程》实验教学改革过程中，也遇到了一些问题，如实验条件还相对不足，部分学生态度不认真，学生的实验数据处理能力较差，学生的实验结果参差不齐，甚至部分学生的实验失败等，这些都需要通过改革促进发展，在师生的共同努力下不断解决和完善。

［1］任晓莉，赵润柱，梁保红.发酵工程课程的教学改革与实践［J］.微生物学通报，2011，37(1):127－130.

［2］张丽靖，杨郁，徐晓红.“质量工程”背景下的发酵工程实验教学改革［J］.实验科学与技术，2011，9(6):72－74.

［3］李晓英，薛梅.发酵工程实验教学的改革与思考［J］.重庆文理学院学报，2012，31(5):91－93.

［4］张理珉，程立忠，王绍辉，等.发酵工程实验课程教学体系的建立［J］.实验科学与技术，2009，7(3):82－84.

［5］许波，黄遵锡，杨云娟，等.发酵工程实验教学改革初探［J］.微生物学通报，2007，34(3):600－602.

［6］赵丰丽，杨华，张弘.发酵工程实验课课程体系的改革与实践［J］.微生物学通报，2007，34(5):1005－1007.

［7］蒋群，何丽明，张雪洪.在微生物发酵实验教学中加强素质教育［J］.微生物学通报，2008，35(4):605－607.

［8］刘唤明，邓楚津，吴晓萍，等.发酵工程实验教学改革尝试［J］.中山大学学报论丛，2006，26(11):196－198.

［9］谢希贤，刘淑云，徐庆阳，等，发酵工程实践教学改革探讨［J］.中国轻工教育，2008(1):65－66.