《发酵工程》实验课程教学的改革与探索

陈伟国，邓 铭，李鸿鑫，谢青梅

（华南农业大学动物科学学院，广东 广州 510642）

2006年，在动物科学专业基础上，华南农业大学开设了动物生物技术专业，该专业有别于其他传统的生物技术专业，学生既要掌握生物技术专业的基本知识，又要掌握动物科学专业的基本技能[1]。《发酵工程》是动物生物技术专业的一门专业核心课程，该课程内容丰富、交叉性强，涉及微生物学、细胞生物学、生物化学、基因工程、分子生物学等相关学科内容，是一门应用性和实践性很强的课程[2]。发酵工程实验课程是《发酵工程》的重要组成部分，是完善和巩固发酵工程基本理论知识和实践操作技能的直接纽带，是培养学生动手能力、创新思维以及发现问题、分析问题和解决问题能力的必要环节[3-4]。发酵工程实验是实施发酵工程素质教育的有效教学形式，其教学质量直接影响学生的专业素质，对于培养动物生物技术专业应用型创新人才起着非常关键的作用[5]。因此，如何提高《发酵工程》实验课程的教学质量，以更好地培养生物技术专业的应用型、创新性人才，是当前高等院校《发酵工程》实验教学研究的重要课题[6-8]。近年来，华南农业大学动物科学学院对《发酵工程》实验课程教学进行了不断的改革与探索，结合动物科学学院的办学特色，利用现有教学资源，将发酵工程和畜牧生产领域联系起来，增强了该实验教学的目的性，培养服务于畜牧领域的生物技术专业人才。

1 《发酵工程》实验课程教学存在的问题

1.1 实验教学内容陈旧

由于受到《发酵工程》实验课时少（16学时）、实验条件简陋、实验设备欠缺和师资缺乏等因素的限制，华南农业大学动物生物技术专业成立之初，在《发酵工程》实验课程教学中，只能开设一些传统的实验项目，多为验证性小实验，综合性、设计性、探索性实验较少，且实验教学内容的内在联系不够紧密，造成学生不能系统地掌握发酵工程基本实验技能，学生对发酵工艺流程的整体认知不够全面，学习主动性不高。

1.2 实验教学模式单一

《发酵工程》实验教学过程主要由教师主导，以“教师讲、学生听”为主，在教学过程中，教师逐一讲解实验目的原理、实验内容、实验操作步骤以及实验注意事项，学生被动地进行实验操作，在模仿照基础上完成实验。这种教学模式缺少师生互动，学生在整个实验过程中缺乏思考，只能机械地进行实验操作，容易形成思维定式，不利于培养学生在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力。

1.3 学生实验操作不规范

在《发酵工程》实验课程开设之前，学生已经修完基因工程技术实验、动物微生物学实验和动物生物化学实验等专业基础实验课，受到了比较系统的基础实验操作技能的训练。但由于实验设备和实验条件的限制，使得有些学生无法上手实验操作，造成了学生实验操作技能不规范、不扎实的结果。

1.4 考核方式不科学、不全面

以往《发酵工程》实验课程的考核方式主要依据学生实验课的出勤率和实验报告的质量进行评价，不能反映学生在实验过程中的表现和学习态度，也忽略了学生的动手能力和解决问题能力的培养。出勤率只能反映该学生人在实验室，却不能了解学生是否动脑、动手做了实验。实验报告不能量化学生的实验技能，学生存在相互照抄实验报告的行为，使得实验报告流于形式。

1.5 实验室教学条件不完善

在《发酵工程》实验课程开课初期，实验室的仪器设备比较匮乏，仅有天平、灭菌锅、水浴锅、电炉、生化培养箱、普通冰箱、超净工作台等仪器设备，且数量有限、配套不全，仅能开设基础实验项目，综合设计性大型实验所需的实验条件欠缺，以致学生在使用实验仪器设备时秩序混乱、相互冲突，大大降低了实验课的教学效率。

2 《发酵工程》实验课程教学改革探索与实践

2.1 优化教学内容，构建课程新体系

按照华南农业大学动物生物技术专业本科教学培养计划，《发酵工程》实验课一般安排在大学三年级上学期开设，实验课时16学时。为了提高实验教学质量，帮助学生系统掌握发酵工程基础知识和实验技能，教研组结合实验室教学条件及学生实际情况，将整个《发酵工程》实验课的教学内容进行系列化、单元化的整体优化，开设了枯草芽胞杆菌发酵实验系列这一综合设计性大型实验。实验内容包括了6个单元实验：培养基配制与灭菌、菌种活化、扩大培养、小型发酵罐的操作、发酵工艺优化控制、发酵产物的生化指标测定。实验项目涵盖了发酵产品开发所要经历的完整流程，包括发酵上游、发酵中游和发酵下游的工艺环节。通过实验教学内容的优化，在综合设计性大型实验中，使学生掌握在实验室条件下的整个发酵生产过程，全面了解发酵工艺流程，系统掌握发酵工程的内涵，不仅巩固了学生的培养基配制、高压灭菌操作、菌种分离纯化等发酵工程实验常规操作技术，还强化了发酵条件优化、菌种选育和正确使用发酵罐等发酵工程生产研究的基本技能，实现了发酵工程实验综合性、应用性和实践性的有机统一，构建了多层次和一体化的发酵工程实验教学内容新体系。

2.2 改变教学方式，建立多元化教学模式

2.2.1 重视课前预习，让学生参与实验准备：课前预习是学好发酵工程实验课，按时完成实验教学任务的关键。在实验前1周，要求学生按照实验指导书预习实验项目的相关资料，使其在开展实验前就明确了解该次实验课程的目的、原理、方法、内容以及注意事项，并提交预习报告。教师在课堂讲解过程中以随机提问的方式引导学生预习该次实验内容的情况，并计入实验测试成绩，以提高学生学习的积极性，学生预习实验的有效性。实验开始前即安排学生进入实验室，参与实验准备的教学环节，如相关培养基和试剂的配制，学生加深对整个实验的了解。实验课前预习是学生熟悉实验内容和操作的环节，是师生第一层面的互动；实验课堂随机提问是教师和学生沟通交流的环节，是师生第二层面的互动；实验前准备工作是教师和学生共同参与实验的过程，是师生第三层面的互动。通过强化师生的互动，转变传统的 “教”与“学”，形成以学生主动参与为主，教师起引导、启发作用为特点的教学模式[9]。

2.2.2 分组实验，培养学生动手操作能力：在实验教学中，按照教学任务以及实验室设备的具体情况，将全班学生分成若干个实验小组，每个小组由6～8名学生组成，小组成员可以自由组合，并设置1名组长，实行组长负责制。教师根据每个小组的实验进程，向其提出与实验进程有关的问题。小组长在不同的实验阶段安排小组成员的具体工作任务，实验过程中小组成员共同商议实验的进程及每个人的具体任务。教师引导学生根据自己小组实验的结果进行分析，总结归纳出实验的结论，最后对各小组的实验结论进行比较，与学生共同分析出现不同结论的原因。通过分组实验教学模式，充分调动了学生的学习主动性，也培养了学生动手操作的能力。

2.2.3 开放式实验教学：开放式实验教学在实验项目选择和实验内容安排上的自由度和灵活性很大，是实验教学计划内的一种有效补充和延伸，可使“教”与“学”有机结合，激发学生的创造性思维和实践动手能力[10]。在枯草芽胞杆菌发酵这一综合设计性大实验的教学过程中，实验需要连续进行，且常常需要安排学生在夜间维护看罐，而常规的实验教学计划很难系统而合理地解决这一教学问题。因此，在开放实验室制度的指导下，发酵工程实验室实行了开放式实验教学。实验室通过灵活多样的方式对学生开放，学生在遵守实验室规章制度的前提下，按教学计划进行实验，实验过程中如遇到困难，可随时与教师联系，及时解决实验难题，确保实验顺利完成。另外，在“小型发酵罐的操作”实验项目教学中，由于教学资源有限，一般是1个小组的学生共同使用1台发酵罐，难以取得良好的教学效果。因此，教研室鼓励学生在课外时间来发酵工程实验室单独练习，逐渐熟练掌握小型发酵罐的正确使用，以达到良好的教学效果。通过实行开放式实验教学模式，克服了常规教学计划的限制，最大限度地利用实验室的综合资源，全面培养了学生的专业技能、创新思维和实践能力。

2.2.4 实习基地现场教学：校外参观见习是让学生到实践教学基地进行现场实践的一种实践教学方式。在发酵工程实验教学结束时，带领学生到发酵工程实践教学基地见习。如进到广东省温氏食品集团有限公司的发酵生产工厂进行参观，通过实地参观和技术人员的现场讲解，学生不仅可以巩固在校内实验室的学习成果，还可以了解现行发酵生产企业的产品种类、生产工艺流程以及新产品的研发流程，增加学生对现代发酵工厂基本生产方法的认识，为将来继续深造和就业提供理论知识与实践技能的储备。

2.3 改革考核方式，完善考核体系

笔者根据所在教研组多年来的教学经验和学生反馈情况，对原来的考核方式进行了改革和完善，建立了科学全面的发酵工程实验课程教学评价体系。该评价体系的重点是对实验过程实行动态考核，全方位评价学生在实验过程中的参与度、动手能力和解决问题能力。实验成绩由实验出勤率、实验预习报告、课堂随机提问、实验操作水平和实验综合报告的质量等5个方面组成。实验出勤率（20%）主要评价学生实验课堂旷课、迟到和早退的情况。实验预习报告（10%）主要评价学生课前预习的效果和程度。课堂随机提问（10%）主要评价教师在实验课堂讲解过程中随机提问时学生的应答情况。实验操作水平（20%）主要评价学生实验操作的熟练程度和规范程度。实验综合报告（40%）主要对学生实验报告写作是否符合规范要求、原始数据是否真实可靠、实验结果与讨论分析是否全面、有无自己的心得体会等方面进行综合评价。通过这种考核方式，不仅能够较为客观、真实地反映学生的实验能力，也有利于提升其学习积极性。

2.4 改善实验教学条件，提高教学效率

通过依托学科和专业建设，促进实验室教学条件的改善，保证《发酵工程》实验课程的教学质量。华南农业大学在2013年中央支持地方高校发展资金建设项目 “动物科学国家级基础实验教学示范中心平台建设”以及2015年广东省高水平大学建设项目的资助下，购置了发酵过程所需的各类实验仪器设备，如恒温摇床、电子天平、移液器、磁力搅拌器、高压蒸汽灭菌锅、超低温冰箱、紫外分光光度计、生物安全柜和5 L、10 L液体和固体发酵罐等实验仪器设备，大大改善了发酵工程实验室的教学条件，显著提高了《发酵工程》实验课程的教学效率。

3 结语

实验教学是《发酵工程》课程教学工作中的一个重要环节，是理论知识运用到生产实践的连接点。近几年来，笔者所在教研组通过分析发酵工程实验教学传统模式存在的问题，以及实验教学过程中存在的实际问题，对发酵工程实验的教学内容、教学模式、教学考核、教学条件等方面进行了不断完善和改革探索，并应用于《发酵工程》实验课程的教学实践中。通过多年的教学探索和实践，不仅激发了学生的学习兴趣，端正了学生的实验态度，拓宽了学生的理论知识，而且学生的实验动手能力、独立思考问题能力和科研创新能力均得到不同程度的提升。

[1]谢青梅，吕红霞，付晓兰，等．动物生物技术专业课程建设的实践研究[J]．教育教学论坛，2013（6）：173-174．

[2]生书晶，佘婷婷，孙婷琪，等．发酵工程课程教学改革探索与实践[J]．高教学刊，2016（13）：69-70．

[3]张大为，张洁，王能强．以学生自主设计为主体的《发酵工程实验》教学改革与实践 [J]．广东化工，2018（8）：258-259．

[4]赵丽华，付璐璐，邢翔.对发酵工程实验教学改革的心得[J]．高校实验室工作研究，2014（1）：19-21．

[5]邬建国，王新风，张瞳．地方应用型本科院校《发酵工程实验》教学改革与实践 [J]．教育教学论坛，2016（50）：112-113．

[6]李艳宾，张琴，邓芳，等．高校发酵工程课程实践教学改革探索[J]．轻工科技，2016（4）：144-145．

[7]赵辉．高校发酵工程类课程实验教学探索[J]．安徽农业科学，2017，45（3）：245-246．

[8]李立恒，林元山，兰时乐，等．高等农业院校发酵工程实验技术教学改革与探索，2017（10）：270-271．

[9]范慧慧．以创新教学模式促进课堂中的 “主动学习”[J]．教学研究，2015（3）：8-10．

[10]谢希贤，陈宁，徐庆阳，等．发酵工程开放式教学的改革探讨[J]．中国科教创新导刊，2010（7）：181-182．