生物工程发酵实验课程设计
摘要:高校科技创新能力和人才培养质量同等重要，实践课程对创新能力的培养起了重要作用，而发酵实验是生物工程专业课程体系中重要实践环节之一。通过几年的教学改革实践，逐渐形成了以促进科技创新为导向，教学、就业和科研相结合，应用性和实践性强的实验课程体系，并对实验教学内容、教学模式及评价体系进行了改进和创新，提高了学生利用专业基础知识分析和解决问题的科技创新能力。
关键词:发酵实验;实验教学;科技创新
1以培养学生科技创新能力为目标，构建应用性和实践性强的实验课程体系
我校地处内蒙古包头，周边的制药企业较多，据统计生物专业的学生有60%以上就业于内蒙周边的与专业对口的制药公司，这一就业方向要求发酵实验课程必须与实际产生结合更紧密，这样学生通过实验，进一步巩固学生对理论知识的理解和掌握［6－7］。这样的话，学生可提前对生产工艺有初步了解，才能更快的适应工作要求;同时生物工程考研的学生也较多，生物工程专业多名专任教师在生物质能源化利用重点实验室从事微生物方向的研究，所以发酵实验也要体现科技研究成果，使教学和科研相结合，也使整个专业的学生都对科技创新有所了解，而不是只有部分学生可以接触科研。这也为将为可能从事研发工作和读研的学生奠定了坚实的科技创新基础。因此，课程的教学目标围绕科技创新和就业创业展开。在整个实验课程改革实施过程中注重多给以学生创新思维的鼓励和支持，注重学生科技创新能力及科研素养的养成和提高，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力［8－9］。
2搭建生物工程发酵科技创新平台，优化和完善实验教学大纲和教学模式
为了充分发挥我系人才和学科优势，搭建了生物工程发酵科技创新平台，在多年的实验教学改革中，发酵实验教学大纲进行不断的优化和调整始终为科技创新平台的建设为中心，2015年开始执行改革后的的实验教学计划，取得了良好的教学效果。生物工程发酵实验的改革创新主要由以下内容。
2.1增加实验内容和实验课时
发酵实验是以科技创新和就业创业方向为导向，依据生物产品生产过程的特点和流程，安排了以金色链霉菌作为实验菌种，把菌种的传代培养、发酵种子培养、摇瓶发酵、发酵罐发酵一个系列过程连续起来，使学生清晰的掌握实际的生物产品发酵过程操作所涉及到的基本环节。为了进一步提高学生对发酵实验的重视程度，改革后的人才培养方案增加了课程的学时数，由32学时增加至40学时。内容在原有金霉素发酵实验的基础上，又增加了青霉素生产的仿真模拟和厌氧发酵的实验，厌氧发酵即啤酒的发酵，而且实验室新购置了一套半自动化的中式啤酒生产装置，这样学生可以更系统的了解和掌握发酵的过程。此外，还以生物工程重点实验室的研究方向开设了降解木质素的菌种降解芦苇并制浆的实验，使学生进一步了解微生物在工业上的应用前景。
2.1.1啤酒教学内容与设备
(1)教学内容啤酒实验教学的目的是提升学生系统的应用专业知识，提高学生的工程实践能力，同时，还要培养大学生创新和独立思考的能力。啤酒发酵是可以采用不同原料的，所以在教学中，采用自选原料设计来产生新产品;不同方式的糖化设计、不同发酵时间和压力的设置;以及对酒花的添加量，次数和时间进行设计来改变啤酒的口味。发酵过程中定时取样分析发酵液中糖度、酒精、双乙酰等物质的变化;发酵后对啤酒进行色度、泡沫、香气、口味、其他异味等方面的风味评价［10］。使学生对啤酒发酵有了系统的了解，并掌握了啤酒发酵的工艺和设备的使用。尤其是能喝到自己设计和酿造出来的产品，学生学习和实干的积极性都非常高，积极主动的去设计方案，解决问题，从而形成学生独立思考、自主操作的创新设计型实验教学方案。(2)教学设备学院为啤酒设备配备了单独实验室，实验室的设备有粉碎机一台，70L的糊化锅1台，100L糖化锅一台;100L过滤槽一台，4个100L锥形发酵罐，一台制冷机，消毒车，啤酒灌装机和纯水系统等。中式装置和实验室的小实验相比，不确定性很大，在操作过程中会出现各种各样的问题，比如粉碎颗粒大小，糖化锅堵塞，糊锅，发酵过程中不保压等，都需要现场解决，这样不仅锻炼了学生的操作能力，还提高学生的分析问题和解决问题的能力。糊化锅和糖化锅在使用时要高温煮沸，设备要用3%的NaOH或3%的H2O2进行清洗和消毒。NaOH和H2O2具有一定的腐蚀性或氧化性，在清洗消毒时需认真检查管线的连接，确定是否有泄露等［11］;使用氧气罐时注意防明火;通过这些操作来提高学生的安全意识。2.1.2仿真模拟实验金霉素的实验只是实验室三角烧瓶的培养和发酵，与实际生产有很大的差距，所以又配套了青霉素生产的仿真模拟实验课程，学生每5人一组，一人一机，操作时间利用课余时间，只要在规定的时间内完成整个操作即可。
2.2在实验课中建立翻转课堂的教学模式
翻转课堂是一种混合使用技术和亲自动手活动的教学环境，在翻转课堂中(典型的课堂讲解时间由实验和课内讨论等活动代替)而课堂讲解则以视频等其他媒介形式由学生在课外活动时间完成［12－13］。以前我们的实验课都是教师准备好实验材料及相关用品等，教师讲解实验原理和方法及操作步骤，学生按照实验步骤开始做实验。这样的话，导致部分学生没有认真听讲，实验过程中错误频出。传统的教学模式，缺乏学生的主动参与，尤其对于生物发酵实验课学生不能真正地互动起来，学生只知道做什么，不知道为什么，实验也只能是机械地操作，而且讲授又占据了大部分课堂时间。针对这种情况，我们建立了主动的课堂教学模式，即翻转课堂的模式，但翻转课堂不应是简单地将课堂授课内容转移到课堂之外，而是要将传统的实验教学做一个全新的设计，让学生真正了解实验内容，对实验感兴趣。(1)提前讲授。以往老师是在开始实验时进行单个实验的讲解，学生不知道下一个实验要做什么，而发酵实验多是连续性的综合实验，所以学生会感到盲目。因此应在开实验课之前，采用翻转课堂的形式，对所开的实验课进行串讲，把各个实验做成PPT发给学生，让学生系统的了解实验内容。在此基础上学生自己去查阅相关资料，丰富实验内容，拓展实验思路。(2)预习实验过程。在开实验课之前，要对每个实验进行预实验，可以把学生分成若干组和老师一起来开展预实验，提前了解操作过程以及过程中可能出现的问题，这些学生可以在实验课中协助老师指导其他学生，每个实验可以找不同的学生完成预实验，这样每位同学都有机会参与预实验，在实验中成为助教的角色。这种方法可以大大的提高学生参与实验的积极性，激发学生学习的积极性、提高学生学习的主动性、自觉性，提高学生的思维能力和创新能力［14］。(3)分工合作。发酵实验是每2人一组共同完成，在实验操作过程中，需要学生间分工合作。学生在此环节中不仅熟悉操作流程，还可以共同探索，有利于开发每一位学生的创造潜能，提高教学效率;更有利于培养学生社会合作精神与人际交往能力。因为实验是连续的，一环扣一环，前面的实验没做好，直接影响着下一个实验的开展，例如菌种没有培养好就会影响金霉素的发酵等，因此学生操作时更加注意，责任心增强，这样就培养了学生的团队合作意识［8］。(4)开设时间。这一学期既有发酵实验也有生产实习，实验和实习交叉开展，这样学生把实验内容和前期查阅的质料在实习中得到验证，也能提高实习效率，同时还能补充实验方法和内容，充分发挥其想象力和创造力，起到事半功倍的效果。因此，这种课堂教学模式增加了学生思考、动手和互动的机会，增强了学生实验的积极性和主动性，提高了实验教学效果，培养了学生的团队合作意识，提高学生的思维能力和科技创新能力。
3创新课程考核模式
发酵实验最后的结果体现是实验报告，在以前的教学中，实验报告占的成绩了较大的比例，学生抄袭现象很严重，而且实验中的错误学生并没有认识到。实验课的考核评定比理论课程复杂，改革后的考核模式是综合评定，包括4个方面:(1)平时成绩。包括出勤情况、对待实验态度和实验室卫生安全及对各种实验项目的参与程度都在考核之列［11］。对于主动申请参与预实验的，在实验过程中能体现解决问题的主动性、创新性的学生均给予加分。这部分成绩占20%。(2)实验技能。实验技能成绩是考核的主要部分，是对学生实验技能掌握程度的把握，考察学生对于实验目的、内容是否清楚，操作过程是否熟练，以每人抽取一个操作过程进行口述和演示的方式进行考核。实验技能考核占50%。(3)实验报告。为了提高学生对实验结果的表达与分析能力，要求学生将实验结果以及实验过程中出现的各种问题进行分析，将实验数据用统计等方法进行分析，并以图表表现出来。对实验中出现的问题，例如发酵不成功或产物较少等找出原因。采用这样的考核形式，可以提高学生对发酵实验课程的重视程度，调动学生的学习积极性，提高学生的实践创新技能。
4实验的教学效果
在教学与科研就业相结合的原则指导下，我们建立的这种实验教学与科研就业有机融合改革创新，有力地推动了学生创新活动的开展，收到了明显的成效［15］。实验模式在两届学生的实验过程中进行不断的创新改进，并对这120名学生进行调查，有90%的学生认为这种实验创新提高了学习主动性、去工厂实习感觉到有备而来，更好的熟悉了生产流程，还能有利于提出问题和发现问题。另外有35%学生认为实验使他们对科学研究产生了兴趣，并准备提前进实验室开展毕业论文。总之，融入这种翻转课堂的项目式教学改革获得了参加实际体验的学生的认可。
5结语
实验教学是生物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。为了充分发挥我系人才和学科优势，从2008年以来，搭建了生物工程发酵科技创新平台，以培养学生科技创新能力为目标，构建了应用性和实践性强的实验课程体系。生物工程系对发酵实验教学体系不断补充和完善，通过明确课程的重要性、精心选定课程内容、加强考核等措施，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科技创新能力。当然这种模式也有不完善之处，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，这些都需要通过进一步的改革促进发展，在师生的共同努力下不断解决和完善［14］。
参考文献
［1］韩立敏.“发酵工程”教学的研究与思考［J］.生物学杂志，2010，27(2):105－107．
［2］黄晓玫，李鸿飞，黄涛.强化培养学生实践能力和创新能力的探索与实践［J］.实验技术与管理，2014，31(2):1－4.
［3］李志义.对大学教学的"三思"［J］.中国高等教育，2009，44(7):26－28.
作者：卢庆华 李雅丽 王蕾 赵宏宇 单位：内蒙古科技大学生命科学与技术学院
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