本科院校發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探

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摘要:發(fā)酵工程是一門由生物科學(xué)技術(shù)與化學(xué)工程學(xué)相互滲透而發(fā)展起來(lái)的學(xué)科，應(yīng)用性及實(shí)踐性很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)發(fā)酵工程課程的教學(xué)質(zhì)量起關(guān)鍵作用。為提高發(fā)酵工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容、開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)管理、科研與教學(xué)、考核方式等方面進(jìn)行了探索，取得了較好的效果，可為應(yīng)用型本科院校發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及發(fā)酵領(lǐng)域高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供重要的借鑒作用。

關(guān)鍵詞:化學(xué)工程;發(fā)酵工程;實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010－2020)》提出“適應(yīng)國(guó)家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，建立動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，不斷優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)”，“重點(diǎn)擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模”，“促進(jìn)高校辦出特色，建立高校分類體系，實(shí)行分類管理”，并提出“建立現(xiàn)代職業(yè)教育體系”［1－2］。2014年我國(guó)正式提出“引導(dǎo)一批普通本科高校向應(yīng)用技術(shù)型高較轉(zhuǎn)型”，實(shí)現(xiàn)全國(guó)600多所地方本科院校的轉(zhuǎn)型發(fā)展，更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。寧德師范學(xué)院是閩東地區(qū)唯一所公辦本科院校，學(xué)校秉承“為學(xué)生成長(zhǎng)服務(wù)，為地方發(fā)展服務(wù)”的辦學(xué)宗旨，突出“地方性、師范性、應(yīng)用性”的辦學(xué)定位，把我校建成為一所具有較高水平的應(yīng)用型本科院校是我校的重要目標(biāo)。當(dāng)前，我國(guó)應(yīng)用型本科高校建設(shè)正大力推進(jìn)，學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)放在了更突出的重要位置，以滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才日益增長(zhǎng)的需求，更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。我校所在地—寧德市是我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的主要聚集區(qū)，同時(shí)制藥及生物產(chǎn)業(yè)也正快速成長(zhǎng)，因此，工程實(shí)踐能力強(qiáng)的專業(yè)人才受歡迎。為滿足當(dāng)?shù)靥厣a(chǎn)業(yè)的人才需求和提高學(xué)生工程實(shí)踐能力，我們?cè)谌瞬排囵B(yǎng)方案中提升了發(fā)酵工程課程的重要性，已成為生物技術(shù)等多個(gè)專業(yè)的重要課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是發(fā)酵工程課程的重要環(huán)節(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，因而發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程的探索引起了各高校的重視［3－4］。寧德師范學(xué)院作為一所地方本科院校，為提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，我們教研室對(duì)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列有益探索，取得了較好的效果。

1構(gòu)建應(yīng)用型及創(chuàng)新性的課程體系

鑒于我國(guó)正處于轉(zhuǎn)型發(fā)展階段和社會(huì)對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求日益增長(zhǎng)，發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)側(cè)重于發(fā)酵的應(yīng)用與創(chuàng)新，而不是長(zhǎng)期停留在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但由于縮短課時(shí)數(shù)的要求，我校該門課程的課時(shí)數(shù)僅為18個(gè)學(xué)時(shí)，對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須進(jìn)行改革與創(chuàng)新。以培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、富有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才為課程目標(biāo)，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了多次選擇、實(shí)踐與調(diào)整，最終基本形成了比較合理和穩(wěn)定的內(nèi)容體系，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和成長(zhǎng)。傳統(tǒng)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多以通過(guò)微生物發(fā)酵獲得各種發(fā)酵產(chǎn)物(如代謝產(chǎn)物或發(fā)酵產(chǎn)品)，屬于驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如酸奶制作、葡萄酒釀造、發(fā)酵微生物篩選等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)目偏多，老舊，但操作簡(jiǎn)單，難度不高，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，且創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要素嚴(yán)重缺失。我們根據(jù)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求、規(guī)律及特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室具體條件、科研項(xiàng)目和學(xué)生實(shí)際情況，一切從實(shí)際出發(fā)，教研組對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了認(rèn)真篩選、論證和設(shè)計(jì)，開(kāi)設(shè)了靈芝多糖液體深層發(fā)酵及產(chǎn)物回收、蛹蟲(chóng)草的固體發(fā)酵、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)(學(xué)生自行設(shè)計(jì))、以及全自動(dòng)發(fā)酵罐運(yùn)行等實(shí)驗(yàn)，涵蓋了不同發(fā)酵方法。以下我們主要對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)和全自動(dòng)發(fā)酵罐運(yùn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹。

1.1設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多由教師提供或?qū)懞脤?shí)驗(yàn)講義，如原理、步驟等，學(xué)生只需按照講義在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，極少有學(xué)生真正理解實(shí)驗(yàn)原理，知其然不知其所以然，學(xué)習(xí)過(guò)程被動(dòng)，達(dá)不到預(yù)期教學(xué)效果。為從根本上改變這一現(xiàn)狀，我們開(kāi)設(shè)了“開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)酵產(chǎn)品”實(shí)驗(yàn)。學(xué)生按每3－5個(gè)人分成一組，指定一個(gè)組長(zhǎng)，教師提供一定思路供學(xué)生參考，讓學(xué)生查閱資料，制定詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方案;接著師生一起討論，修改并完善實(shí)驗(yàn)方案，如檸檬酸固定化發(fā)酵及離子交換回收等實(shí)驗(yàn);最后學(xué)生在限定時(shí)間內(nèi)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整個(gè)過(guò)程充分發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)學(xué)生在查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中，需要有更多、更周全的思考，加深了對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)了理論在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的學(xué)習(xí)。采用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，同學(xué)們認(rèn)識(shí)到不能只是機(jī)械地重復(fù)，在“動(dòng)手”之前須先有“動(dòng)腦”的過(guò)程，為學(xué)生的創(chuàng)造力提供了錘煉空間。

1.2全自動(dòng)發(fā)酵罐運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

全自動(dòng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐是眾多制藥廠的主要核心設(shè)備。使學(xué)生熟練掌握發(fā)酵罐的使用是發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課的重要任務(wù)，有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的該類型發(fā)酵罐大都具有比較復(fù)雜的雙層罐體和管路結(jié)構(gòu)，如壓縮空氣、蒸汽、冷卻水、加熱循環(huán)水管路、以及排污管路等，各管路有不同的功能，且部分有重疊［5］，發(fā)酵罐系統(tǒng)的管路的認(rèn)識(shí)和使用一直以來(lái)是學(xué)生的難點(diǎn)。此外，由于使用過(guò)程中需要使用高溫高壓蒸汽和壓縮氣體等相對(duì)危險(xiǎn)的因素，學(xué)生如果操作不同，易造成設(shè)備損壞，甚至于出現(xiàn)高溫蒸汽燙傷等危害，因此，全自動(dòng)發(fā)酵罐的使用是發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的長(zhǎng)期難點(diǎn)。虛擬仿真教學(xué)是不錯(cuò)的選擇，但目前市場(chǎng)上好用的教學(xué)軟件難覓，這需專業(yè)人員與軟件公司通力合作才有可能開(kāi)發(fā)出滿足教學(xué)需求的虛擬仿真軟件，但仍不能完全代替現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我校建立了發(fā)酵工程實(shí)訓(xùn)中心，配備有10L至500L的全自動(dòng)發(fā)酵罐，為本課程的學(xué)習(xí)提供了充分保障。我們采用課前透徹的理論學(xué)習(xí)、現(xiàn)場(chǎng)觀摩及部分學(xué)生參與科研項(xiàng)目的實(shí)施方案。在實(shí)驗(yàn)課前，為讓學(xué)生充分、深入淺出掌握發(fā)酵罐的工作原理以及注意要點(diǎn)，我們使用AdobeIllustrator、Chemdraw等軟件繪制各種平面圖，清楚展示發(fā)酵罐主要部分的結(jié)構(gòu)，易于理解;另外使用Flash和3DMAX軟件制作動(dòng)畫，展示壓縮空氣流向、溫控、空消、實(shí)消等關(guān)鍵過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)原理的理解與掌握;現(xiàn)場(chǎng)觀摩前，學(xué)生先分好組，不超過(guò)10人，進(jìn)入發(fā)酵工程實(shí)訓(xùn)中心后，學(xué)生先認(rèn)真觀察，老師現(xiàn)場(chǎng)講解并演示，使學(xué)生對(duì)原理及使用有較好的掌握。此外，我們讓學(xué)生(部分)參加發(fā)酵相關(guān)的科研課題，如我們承擔(dān)的ε－聚賴氨酸補(bǔ)料分批發(fā)酵及下游工藝研究和靈芝三萜酸液體深層發(fā)酵研究課題，采用師傅帶徒弟的方式使學(xué)生掌握發(fā)酵罐的操作，提高了設(shè)備使用和學(xué)生的安全。

2實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)大多屬于耗時(shí)較長(zhǎng)、連貫性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，操作環(huán)節(jié)多。一個(gè)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)通常有培養(yǎng)基配制、接種、發(fā)酵、實(shí)驗(yàn)觀察和發(fā)酵參數(shù)分析測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)，特別是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，各個(gè)小組的情況更是千差萬(wàn)別，不可能像以往的實(shí)驗(yàn)實(shí)行一周一次的模式。針對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)如藥用真菌固態(tài)發(fā)酵及發(fā)酵產(chǎn)物的全利用實(shí)驗(yàn)，我們采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是計(jì)劃內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有效補(bǔ)充和延伸［6］，能夠使學(xué)生在課余時(shí)間不間斷、持續(xù)的完成實(shí)驗(yàn)以及觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有利于實(shí)驗(yàn)的完成，同時(shí)最大限度的發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室資源效益，為學(xué)生提供自主發(fā)展和實(shí)踐鍛煉的空間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新觀念和意識(shí)，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力［7－9］。

3教學(xué)與科研緊密結(jié)合

發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一項(xiàng)重要任務(wù)就是需要根據(jù)學(xué)科的發(fā)展以及社會(huì)需求，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)研究與更新［10］。鑒于大部分教師都有承擔(dān)一定數(shù)量的科研項(xiàng)目，將科研項(xiàng)目或研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是一種切實(shí)可行的方法，可使傳統(tǒng)的以驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯啃詫?shí)驗(yàn)，例如我們將靈芝三萜酸液體深層發(fā)酵課題的部分內(nèi)容進(jìn)行了一定改進(jìn)，開(kāi)設(shè)了靈芝多糖液體深層發(fā)酵及多糖回收實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果較好。教師根據(jù)自身科研成果，將比較成熟的科研成果精選編入教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生模仿教師的科研進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不但培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣，又對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證;同時(shí)，也可以將教師正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目直接與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生參與到科研中去，不但完成教師科研工作的一部分，且加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的責(zé)任感，又充分利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

4完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理工作

在多年的發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對(duì)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)有比較高的興趣，但總體學(xué)習(xí)效果還是十分令人不滿意。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)即使教師在實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中反復(fù)講解重點(diǎn)和一些基本知識(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生對(duì)一些基本的實(shí)驗(yàn)原理及現(xiàn)象仍然一知半解或是完全錯(cuò)誤，如靈芝胞外多糖回收的原理等。上述現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因在于學(xué)生實(shí)驗(yàn)前無(wú)任何預(yù)習(xí)，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)頭腦中對(duì)實(shí)驗(yàn)完全空白，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也只能按照老師提供的實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不走心，實(shí)驗(yàn)后也缺乏進(jìn)一步的思考與總結(jié)，無(wú)知識(shí)的深化過(guò)程，學(xué)生這種被動(dòng)的學(xué)生態(tài)度使教學(xué)質(zhì)量無(wú)保障，為此采取了以下措施。

4.1實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)與準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)的前二周教師給出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生有充分的時(shí)間預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)提導(dǎo)書，查閱資料，開(kāi)拓思路，發(fā)揮自主性和創(chuàng)造性，并寫出有實(shí)驗(yàn)操作程序、實(shí)驗(yàn)材料及預(yù)期性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)習(xí)報(bào)告，教師批閱修改預(yù)習(xí)報(bào)告后讓學(xué)生開(kāi)始實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作。這些措施實(shí)施后，解除了學(xué)生的依賴心理，且增加了操作鍛煉的機(jī)會(huì)，進(jìn)一步了解了實(shí)驗(yàn)原理、方法和步驟，做到心中有數(shù)，降低了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的盲目性與操作錯(cuò)誤。

4.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生獨(dú)立操作

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生要切實(shí)成為實(shí)驗(yàn)的主體，是實(shí)踐者和探索者。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須加強(qiáng)學(xué)生的主體意識(shí)，根據(jù)預(yù)習(xí)結(jié)果，自已設(shè)計(jì)和安排實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?教師應(yīng)盡可能在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，可以發(fā)現(xiàn)和及時(shí)糾正學(xué)生的不規(guī)范操作，使學(xué)生能夠正確熟練的掌握各種常規(guī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

4.3教師及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量的檢驗(yàn)，同時(shí)又是教學(xué)評(píng)估的重要材料與載體，因此，教師需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重要性。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生及時(shí)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。作為教師，需要及時(shí)和認(rèn)真的對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行批改，可以從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、觀察和分析問(wèn)題的能力。另外，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是教師評(píng)定學(xué)生課程成績(jī)的一個(gè)重要的客觀依據(jù)。

5采用綜合性的考評(píng)方式

我們采用平時(shí)成績(jī)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的考核方式。平時(shí)成績(jī)主要包括預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、安全、衛(wèi)生等內(nèi)容，占40%;實(shí)驗(yàn)報(bào)告占60%，主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的整潔性、完整性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄與描述、實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無(wú)分析與討論、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)等多個(gè)方面，另外還附了一些實(shí)驗(yàn)相關(guān)的思考題，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解以及提高分析問(wèn)題的能力。采用上述考核內(nèi)容作為學(xué)生本課程的成績(jī)，較為合理與全面，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)的主觀能動(dòng)性，改善學(xué)風(fēng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)基本素養(yǎng)。

6結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是地方性應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)和發(fā)展方向，探索發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)應(yīng)緊密與地方經(jīng)濟(jì)特色以及社會(huì)需求相結(jié)合，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件和教師科研課題，不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，并著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，最終提高學(xué)生的實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要參與者，教師自身的個(gè)人工程實(shí)踐能力和業(yè)務(wù)素質(zhì)提高十分關(guān)鍵，教師要加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，可發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的實(shí)際問(wèn)題，并進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)功關(guān)，實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)校、企業(yè)的共同成長(zhǎng)，最終有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

作者:劉盛榮 魏奇 鄭世仲 張維瑞 單位:寧德師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 閩東特色生物資源福建省高校工程研究中心