張建國 熊雙麗 陳曉明 段 寧

摘要西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院為了深化發(fā)酵工程課程相關(guān)實踐體系,進(jìn)行了改革與實踐。通過對實踐內(nèi)容和開設(shè)形式以及考核方式進(jìn)行改革,提高了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力,獲得了良好的效果。

關(guān)鍵詞發(fā)酵工程;實踐教學(xué);改革

中圖分類號G420文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號 1007-5739(2009)22-0349-02

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展,對作為工業(yè)生物技術(shù)核心的發(fā)酵技術(shù)提出了新的要求,促進(jìn)了發(fā)酵工程的發(fā)展,豐富了發(fā)酵工程的內(nèi)涵。發(fā)酵工程是在人為控制的條件下,通過微生物或動植物細(xì)胞的生命活動而獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過程,課程的技術(shù)性決定了其實踐課程的重要性,如何加深學(xué)生對發(fā)酵工程理論課的認(rèn)識和提高動手能力是各高校相關(guān)專業(yè)關(guān)注和討論的熱點。西南科技大學(xué)對發(fā)酵工程課程實踐內(nèi)容、開設(shè)方式以及教學(xué)方法進(jìn)行了多次討論與實踐,初步形成了較為科學(xué)的體系,明顯提高了學(xué)生對發(fā)酵工程的認(rèn)識與動手能力以及學(xué)生參與的積極性,初步形成了具有該校特色的發(fā)酵工程實踐體系。

1圍繞發(fā)酵工程課程體系建立實踐項目體系

發(fā)酵工程作為生物工程專業(yè)的必修課程,其授課內(nèi)容過去以典型生產(chǎn)工藝為主。經(jīng)過改革后,課程講授內(nèi)容以共性為主,在章節(jié)順序上按照發(fā)酵生產(chǎn)單元工藝與操作過程的先后順序編排:緒論、菌種、發(fā)酵機制與代謝調(diào)控、培養(yǎng)基、滅菌與無菌空氣的制備、發(fā)酵動力學(xué)、發(fā)酵工藝過程控制、典型生物發(fā)酵工藝。這樣安排有利于各個章節(jié)的銜接,使學(xué)生更清楚、更完整地掌握發(fā)酵工藝全過程。為了適應(yīng)理論課程的改革,在設(shè)計實踐體系時,盡量包含理論課程所授內(nèi)容,提高學(xué)生動手能力和增長學(xué)生的見識。實踐內(nèi)容包含了工廠參觀實習(xí)、生物工藝學(xué)實驗、發(fā)酵生產(chǎn)實習(xí)。

2層次安排實驗內(nèi)容,充分提高實踐教學(xué)效果

發(fā)酵工程是一門應(yīng)用性和實踐性很強的課程,學(xué)生恰恰在實踐知識和經(jīng)驗方面缺乏,幾乎為空白,因而實踐教學(xué)在發(fā)酵工程教學(xué)活動中非常關(guān)鍵。發(fā)酵生產(chǎn)過程是單元工藝與操作相互獨立又相互依存、各種因素和多種參數(shù)相互制約又相互促進(jìn)的動態(tài)過程。為此,建立多層次實踐教學(xué)體系,有利于學(xué)生從整體觀念出發(fā),分析問題和解決問題,培養(yǎng)他們解決實際問題和創(chuàng)新的能力。

2.1工廠參觀實習(xí)

在發(fā)酵工程開課后第3周進(jìn)行參觀實習(xí),為必修環(huán)節(jié)。一方面,學(xué)生對課程有了一定的了解,產(chǎn)生了較強的求知欲,學(xué)生帶著問題進(jìn)行參觀,加深了對工藝流程的了解,同時對設(shè)備也有了感性認(rèn)識;另一方面,通過實習(xí),學(xué)生可以產(chǎn)生很多疑問,把這些疑問帶到課堂上來,提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動性,渲染了課堂氣氛,同時也激發(fā)了老師上課的激情。目前,該專業(yè)在綿陽禾本生物工程有限公司、綿陽塔子壩污水處理廠、豐谷酒業(yè)有限公司等相關(guān)企業(yè)建立了良好的教學(xué)科研實習(xí)基地。

2.2生物工藝實驗

將發(fā)酵過程按工藝流程整合為菌種選育、培養(yǎng)條件優(yōu)化、發(fā)酵培養(yǎng)、產(chǎn)物分析、產(chǎn)物提取等五大單元實驗?zāi)K,與理論課程同步開設(shè),作為課程實驗的基本環(huán)節(jié)。

菌種的選育包括菌種的篩選,解決菌種從無到有、從劣到優(yōu)的問題。本課程為學(xué)生提供幾個適于實驗教學(xué)的項目,學(xué)生可以根據(jù)自身的喜好從大自然中選出目的菌株進(jìn)行實驗。目前可選內(nèi)容主要是產(chǎn)淀粉酶菌株的篩選、產(chǎn)纖維素酶菌株的篩選、產(chǎn)檸檬酸酶的篩選。學(xué)生通過參考一些資料有目地的對自己感興趣的生產(chǎn)菌株進(jìn)行篩選。學(xué)生以自己篩選的菌株作為出發(fā)菌株誘變,誘變內(nèi)容包括了最佳劑量條件的選擇和突變菌株的篩選。

有了良好的菌株,欲使其優(yōu)良性狀得到表達(dá),就要有優(yōu)化的培養(yǎng)條件。安排學(xué)生進(jìn)行優(yōu)化試驗,學(xué)生可選擇的優(yōu)化實驗方法主要有單因素實驗、正交試驗、均勻設(shè)計、回歸正交試驗等。利用優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)并對產(chǎn)物提取與分析,最終獲得產(chǎn)品。

通過生物工藝學(xué)實驗的訓(xùn)練,學(xué)生學(xué)習(xí)的激情會大大提高,有利于把學(xué)到的理論知識融入到實踐中來,有利于提高學(xué)生探索能力,有利于理順學(xué)生對理論課程學(xué)習(xí)的思路,從而達(dá)到教學(xué)目的,產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。

2.3發(fā)酵生產(chǎn)實習(xí)

發(fā)酵生產(chǎn)實習(xí)是一門綜合設(shè)計實驗,是課程實驗的提高環(huán)節(jié)。實驗內(nèi)容涵蓋抗生素發(fā)酵、有機酸發(fā)酵、酶制劑發(fā)酵等諸多領(lǐng)域,以及教師的相關(guān)課題,學(xué)生自由選擇其中部分內(nèi)容從而調(diào)動學(xué)生參與實驗的積極性。目前教學(xué)資源有限,僅有3臺生物反應(yīng)器,不能滿足所有學(xué)生的需求。此環(huán)節(jié)學(xué)生自愿選擇,在第7學(xué)期最后2周集中開設(shè)。課程選課人數(shù)1次不超過20人,組數(shù)不超過3組,每組學(xué)生以不少于4人、不大于8人為原則。實習(xí)前,學(xué)生首先要查閱資料、制定實驗方案,然后和同學(xué)以及老師進(jìn)行討論和修改。根據(jù)學(xué)生掌握情況安排組長,由組長組織發(fā)酵生產(chǎn)。指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)對學(xué)生進(jìn)行安全、操作培訓(xùn),在實驗過程中一般不過分干預(yù)學(xué)生的實驗過程,只對學(xué)生的實驗進(jìn)行引導(dǎo),以鼓勵學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。

3完善考核指標(biāo),提高管理水平

發(fā)酵工程實踐課程學(xué)生感興趣的多,但是學(xué)習(xí)過程和實踐報告往往令人不滿意。分析原因主要是實踐前對所要接觸的內(nèi)容缺乏深入了解;學(xué)生不能將學(xué)過的實驗技術(shù)有機融入到實驗中來;教師在講解實驗時往往高估學(xué)生的實踐能力;高年級學(xué)生分心太重,沒有一心用到實驗中來。針對以上原因,在考核指標(biāo)和管理上進(jìn)行了改進(jìn),主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)實踐前必須完成實驗預(yù)習(xí)報告,預(yù)習(xí)報告占總分的30%。對于發(fā)酵生產(chǎn)實習(xí)必須完成試驗方案的制定,否則不能進(jìn)入下一個環(huán)節(jié)。

(2)老師對操作要領(lǐng)進(jìn)行演示,操作過程以監(jiān)督和糾正為主,一般占實驗(實習(xí))成績的10%。

(3)加強學(xué)生對實驗技術(shù)的靈活應(yīng)用。例如學(xué)生在微生物實驗中,微生物涂布平板生長菌落一般以100個左右為最佳。但是在選育菌種時尤其是選育有透明圈生成的菌株時,一般以10個左右為最佳,避免了微生物菌落過多造成透明圈相互影響,干擾了透明圈的測量。

(4)加強實驗紀(jì)律。對由于學(xué)生特殊情況而缺少的實驗必須補齊。對于生產(chǎn)實習(xí),在實習(xí)前1天反復(fù)強調(diào)紀(jì)律和規(guī)章制度,實習(xí)過程沒有機會進(jìn)行補做。

(5)實踐報告占總成績的50%,其中結(jié)果10%,分析與討論占到40%。對于分析與討論有雷同的進(jìn)行批評教育且返回重新進(jìn)行分析與討論。

(6)按照得分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分,加強實踐成績的透明度。以往成績不公布,時常有學(xué)生前來說情,加分的情況也未發(fā)生,充分體現(xiàn)了公開、透明、公正。

通過以上改進(jìn),明顯感覺到學(xué)生在做實驗時能夠更加主動和積極,學(xué)生在實踐過程中以各種形式請假的現(xiàn)象沒有發(fā)生,實踐報告質(zhì)量明顯提高。

4結(jié)語

對發(fā)酵工程實踐課程體系進(jìn)行改革,學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性大大提高,理順了學(xué)生的研究思路,增強了學(xué)生對專業(yè)的信心。實踐預(yù)習(xí)成績由10%提高到30%,使學(xué)生實驗?zāi)康男愿鼜?。加強老師的實踐過程指導(dǎo)作用,減少學(xué)生在操作過程環(huán)節(jié)的得分壓力,打破了以往同組同學(xué)往往1人操作其他學(xué)生觀看的現(xiàn)象,使學(xué)生感到有所收獲和提高。管理水平的提高消除了學(xué)生以往以各種理由缺課或遲到以及說情加分的困擾。總之,改革的效果是良好的,有利于教學(xué)和學(xué)生素質(zhì)的提高。

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