本科院校发酵工程实验教学改革初探

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摘要:发酵工程是一门由生物科学技术与化学工程学相互渗透而发展起来的学科，应用性及实践性很强，实验教学对发酵工程课程的教学质量起关键作用。为提高发酵工程应用型人才培养质量，我们对教学内容、开放式实验教学、教学管理、科研与教学、考核方式等方面进行了探索，取得了较好的效果，可为应用型本科院校发酵工程实验教学以及发酵领域高素质应用型人才的培养提供重要的借鉴作用。

关键词:化学工程;发酵工程;实验教学;教学改革

《国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010－2020)》提出“适应国家和区域经济社会发展需要，建立动态调整机制，不断优化高等教育结构”，“重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模”，“促进高校办出特色，建立高校分类体系，实行分类管理”，并提出“建立现代职业教育体系”［1－2］。2014年我国正式提出“引导一批普通本科高校向应用技术型高较转型”，实现全国600多所地方本科院校的转型发展，更好服务经济发展。宁德师范学院是闽东地区唯一所公办本科院校，学校秉承“为学生成长服务，为地方发展服务”的办学宗旨，突出“地方性、师范性、应用性”的办学定位，把我校建成为一所具有较高水平的应用型本科院校是我校的重要目标。当前，我国应用型本科高校建设正大力推进，学生的工程实践能力培养放在了更突出的重要位置，以满足社会对高素质应用型人才日益增长的需求，更好服务经济发展。我校所在地—宁德市是我国新能源产业的主要聚集区，同时制药及生物产业也正快速成长，因此，工程实践能力强的专业人才受欢迎。为满足当地特色产业的人才需求和提高学生工程实践能力，我们在人才培养方案中提升了发酵工程课程的重要性，已成为生物技术等多个专业的重要课程。实验教学是发酵工程课程的重要环节，有利于培养学生的工程实践能力，因而发酵工程实验课程的探索引起了各高校的重视［3－4］。宁德师范学院作为一所地方本科院校，为提高应用型人才培养质量，我们教研室对发酵工程实验教学进行了一系列有益探索，取得了较好的效果。

1构建应用型及创新性的课程体系

鉴于我国正处于转型发展阶段和社会对高素质应用型人才的需求日益增长，发酵工程实验课程应侧重于发酵的应用与创新，而不是长期停留在传统的实验内容，但由于缩短课时数的要求，我校该门课程的课时数仅为18个学时，对教学实验内容必须进行改革与创新。以培养专业基础扎实、富有创新精神和实践能力的应用型人才为课程目标，我们对实验内容进行了多次选择、实践与调整，最终基本形成了比较合理和稳定的内容体系，有利于应用型人才的培养和成长。传统发酵工程实验教学大多以通过微生物发酵获得各种发酵产物(如代谢产物或发酵产品)，属于验证型的实验教学，如酸奶制作、葡萄酒酿造、发酵微生物筛选等实验，实验数目偏多，老旧，但操作简单，难度不高，不利于学生工程实践能力的培养，且创新能力的培养要素严重缺失。我们根据应用型、创新型人才培养的要求、规律及特点，并结合实验室具体条件、科研项目和学生实际情况，一切从实际出发，教研组对实验项目进行了认真筛选、论证和设计，开设了灵芝多糖液体深层发酵及产物回收、蛹虫草的固体发酵、设计性实验(学生自行设计)、以及全自动发酵罐运行等实验，涵盖了不同发酵方法。以下我们主要对设计性实验开设和全自动发酵罐运行实验进行介绍。

1.1设计性实验开设

传统实验教学大多由教师提供或写好实验讲义，如原理、步骤等，学生只需按照讲义在教师指导下进行实验，极少有学生真正理解实验原理，知其然不知其所以然，学习过程被动，达不到预期教学效果。为从根本上改变这一现状，我们开设了“开发和设计一个发酵产品”实验。学生按每3－5个人分成一组，指定一个组长，教师提供一定思路供学生参考，让学生查阅资料，制定详细实验方案;接着师生一起讨论，修改并完善实验方案，如柠檬酸固定化发酵及离子交换回收等实验;最后学生在限定时间内开展实验并完成实验报告，整个过程充分发挥了学生的主动性与创造性，激发了学生的学习兴趣。同时学生在查阅资料、设计实验方案的过程中，需要有更多、更周全的思考，加深了对专业理论知识的理解，实现了理论在实验过程中的学习。采用设计性实验教学后，同学们认识到不能只是机械地重复，在“动手”之前须先有“动脑”的过程，为学生的创造力提供了锤炼空间。

1.2全自动发酵罐运行实验

全自动机械搅拌式发酵罐是众多制药厂的主要核心设备。使学生熟练掌握发酵罐的使用是发酵工程实验课的重要任务，有利于学生工程实践能力的培养和提高学生的就业竞争力。目前，国内各厂家生产的该类型发酵罐大都具有比较复杂的双层罐体和管路结构，如压缩空气、蒸汽、冷却水、加热循环水管路、以及排污管路等，各管路有不同的功能，且部分有重叠［5］，发酵罐系统的管路的认识和使用一直以来是学生的难点。此外，由于使用过程中需要使用高温高压蒸汽和压缩气体等相对危险的因素，学生如果操作不同，易造成设备损坏，甚至于出现高温蒸汽烫伤等危害，因此，全自动发酵罐的使用是发酵工程实验教学的长期难点。虚拟仿真教学是不错的选择，但目前市场上好用的教学软件难觅，这需专业人员与软件公司通力合作才有可能开发出满足教学需求的虚拟仿真软件，但仍不能完全代替现场的实验教学。我校建立了发酵工程实训中心，配备有10L至500L的全自动发酵罐，为本课程的学习提供了充分保障。我们采用课前透彻的理论学习、现场观摩及部分学生参与科研项目的实施方案。在实验课前，为让学生充分、深入浅出掌握发酵罐的工作原理以及注意要点，我们使用AdobeIllustrator、Chemdraw等软件绘制各种平面图，清楚展示发酵罐主要部分的结构，易于理解;另外使用Flash和3DMAX软件制作动画，展示压缩空气流向、温控、空消、实消等关键过程，加深学生对原理的理解与掌握;现场观摩前，学生先分好组，不超过10人，进入发酵工程实训中心后，学生先认真观察，老师现场讲解并演示，使学生对原理及使用有较好的掌握。此外，我们让学生(部分)参加发酵相关的科研课题，如我们承担的ε－聚赖氨酸补料分批发酵及下游工艺研究和灵芝三萜酸液体深层发酵研究课题，采用师傅带徒弟的方式使学生掌握发酵罐的操作，提高了设备使用和学生的安全。

2实行开放式实验教学

发酵工程实验大多属于耗时较长、连贯性较强的实验，操作环节多。一个发酵实验通常有培养基配制、接种、发酵、实验观察和发酵参数分析测试等多个环节，特别是设计性实验，各个小组的情况更是千差万别，不可能像以往的实验实行一周一次的模式。针对设计性实验如药用真菌固态发酵及发酵产物的全利用实验，我们采用开放式实验教学。开放式实验教学是计划内实验教学的一种有效补充和延伸［6］，能够使学生在课余时间不间断、持续的完成实验以及观察实验现象，有利于实验的完成，同时最大限度的发挥实验室资源效益，为学生提供自主发展和实践锻炼的空间，激发学生的创新观念和意识，全面培养学生的科学作风、创新思维、创业能力和实践动手能力［7－9］。

3教学与科研紧密结合

发酵工程实验教学改革的一项重要任务就是需要根据学科的发展以及社会需求，对实验教学内容进行及时研究与更新［10］。鉴于大部分教师都有承担一定数量的科研项目，将科研项目或研究成果转化为实验项目是一种切实可行的方法，可使传统的以验证为主的实验转变为研究性实验，例如我们将灵芝三萜酸液体深层发酵课题的部分内容进行了一定改进，开设了灵芝多糖液体深层发酵及多糖回收实验，教学效果较好。教师根据自身科研成果，将比较成熟的科研成果精选编入教学实验，让学生模仿教师的科研进行实验，不但培养了学生的科研兴趣，又对研究结果进行了进一步验证;同时，也可以将教师正在进行的科研项目直接与实验教学相结合，让学生参与到科研中去，不但完成教师科研工作的一部分，且加强了学生实验的责任感，又充分利用教学实验经费。

4完善实验教学管理工作

在多年的发酵工程实验教学中发现，大部分学生对发酵工程实验有比较高的兴趣，但总体学习效果还是十分令人不满意。教学中发现即使教师在实验前、实验过程中反复讲解重点和一些基本知识，实验结束后学生对一些基本的实验原理及现象仍然一知半解或是完全错误，如灵芝胞外多糖回收的原理等。上述现象产生的根本原因在于学生实验前无任何预习，进实验室时头脑中对实验完全空白，实验过程中也只能按照老师提供的实验步骤机械的进行实验，不走心，实验后也缺乏进一步的思考与总结，无知识的深化过程，学生这种被动的学生态度使教学质量无保障，为此采取了以下措施。

4.1实验前要求学生认真预习与准备

在实验的前二周教师给出实验内容，使学生有充分的时间预习实验提导书，查阅资料，开拓思路，发挥自主性和创造性，并写出有实验操作程序、实验材料及预期性实验结果的预习报告，教师批阅修改预习报告后让学生开始实验的准备工作。这些措施实施后，解除了学生的依赖心理，且增加了操作锻炼的机会，进一步了解了实验原理、方法和步骤，做到心中有数，降低了实验过程的盲目性与操作错误。

4.2实验过程中学生独立操作

实验过程中学生要切实成为实验的主体，是实践者和探索者。实验过程中必须加强学生的主体意识，根据预习结果，自已设计和安排实验，达到实验目的;教师应尽可能在实验现场，可以发现和及时纠正学生的不规范操作，使学生能够正确熟练的掌握各种常规实验技术。

4.3教师及时批改实验报告

实验报告是对实验的总结和实验课教学质量的检验，同时又是教学评估的重要材料与载体，因此，教师需要向学生强调实验报告的重要性。实验结束后，要求学生及时上交实验报告。作为教师，需要及时和认真的对实验报告进行批改，可以从中发现学生的实验操作能力、观察和分析问题的能力。另外，实验报告也是教师评定学生课程成绩的一个重要的客观依据。

5采用综合性的考评方式

我们采用平时成绩与实验报告相结合的考核方式。平时成绩主要包括预习报告、实验操作的规范性、安全、卫生等内容，占40%;实验报告占60%，主要依据实验报告的整洁性、完整性、实验结果记录与描述、实验结果有无分析与讨论、实验改进等多个方面，另外还附了一些实验相关的思考题，以促进学生对实验原理的理解以及提高分析问题的能力。采用上述考核内容作为学生本课程的成绩，较为合理与全面，有利于调动学生重视实验的主观能动性，改善学风，提高学生的动手能力和实验基本素养。

6结语

创新型、应用型人才的培养是地方性应用型本科院校人才培养的重要目标和发展方向，探索发酵工程实验的教学改革是应用型人才培养的重要内容。高校应用型人才的培养应紧密与地方经济特色以及社会需求相结合，并结合实验室条件和教师科研课题，不断改进教学内容，并着重培养学生理论联系实践、发现问题、分析问题和解决问题的能力，最终提高学生的实践能力，增强学生的就业竞争力。作为应用型人才培养的重要参与者，教师自身的个人工程实践能力和业务素质提高十分关键，教师要加强与企业的联系，可发现生产中存在的实际问题，并进行联合技术功关，实现教师、学校、企业的共同成长，最终有利于应用型人才的培养。

作者:刘盛荣 魏奇 郑世仲 张维瑞 单位:宁德师范学院生命科学学院 闽东特色生物资源福建省高校工程研究中心