生物工程中的發(fā)酵綜合實驗改革建議

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摘要：根據(jù)生物工程發(fā)酵綜合實驗具有周期長、綜合性強、對學生能力培養(yǎng)要求更高等特點，提出集中安排實驗、研究生擔任助教、參考科研論文格式撰寫實驗報告的教學改革建議，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目蒲兴季S、提高教學效果。

關鍵詞：生物工程發(fā)酵；教學改革；教學效果；研究生助教；實驗報告

生物工程發(fā)酵綜合實驗是生物工程專業(yè)后期開展的綜合性實驗，比較先前做的專業(yè)實驗（如生化實驗、微生物實驗、生物工程分析實驗等），有其不同特點：實驗周期長、綜合性更強、對學生能力要求更高、對學生培養(yǎng)更全面。下面結(jié)合我校開展該實驗的情況提幾點教學改革建議。我校生物工程專業(yè)的生物工程發(fā)酵綜合實驗安排在第七學期第11—16周，每周8學時（安排8學時/次，或4學時/次*2次），共48學時，開展4個綜合性實驗，分別為葡萄酒發(fā)酵實驗、酵母菌液體培養(yǎng)及生長曲線繪制、產(chǎn)淀粉酶菌株的篩選及發(fā)酵實驗、乳酸菌的分離純化及酸乳制作。其中葡萄酒發(fā)酵實驗和乳酸菌的分離純化及酸乳制作兩個實驗結(jié)合新疆地區(qū)特色設置，學生做實驗能直觀比較，增加學生實驗興趣。學時安排為：前兩個實驗安排8學時，后兩個實驗安排16學時。

一、實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題

1.學生在實驗方案的設計上能動性發(fā)揮不夠。生物工程發(fā)酵綜合實驗每周安排8學時，但由于微生物的培養(yǎng)、發(fā)酵過程的動態(tài)檢測等特點，使實驗需要間斷而連續(xù)[1]的操作，必須根據(jù)具體情況來判斷是否進行下一實驗步驟。如葡萄酒的發(fā)酵實驗，要連續(xù)每天同一時間檢測葡萄汁的糖度，當糖度降到5—8g/L結(jié)束主酵，倒罐后再進行后酵，至殘?zhí)呛拷抵?g/L時結(jié)束后酵。學生實驗過程中，利用4學時完成葡萄的破碎、葡萄漿成分調(diào)整（調(diào)糖、調(diào)酸）、SO2處理（加偏重亞硫酸鉀），灌裝發(fā)酵，以后每天測糖，主發(fā)酵結(jié)束進入后酵，后酵結(jié)束，再利用4學時測葡萄酒的酒精度，以及對葡萄酒的感官進行評定，完成實驗報告。實驗周期根據(jù)室溫、葡萄汁的初始糖度、酵母菌活力等多因素決定，時間為一周到兩周。為了高效利用有限學時穿插進行好各個實驗，任課教師因為對實驗進程和時間把握比較有經(jīng)驗，自然替學生進行了更多提前思考、實驗計劃和準備。一般情況下，全班按照統(tǒng)一的實驗方案進行，這樣便于每周實驗員對實驗器材等的準備，但卻使學生對任課教師的依賴性大，很多學生還是老師如何指導，他們就怎么做，學生自主設計實驗方案、發(fā)揮主觀能動性受到經(jīng)驗的制約。2.學生不能全心投入實驗，科研思維訓練受到影響?？蒲泄ぷ餍枰度胍欢▽Ｗ⒘Γ脟乐?shù)膽B(tài)度指導實驗全過程，用嚴密的邏輯結(jié)合實驗結(jié)果得出結(jié)論。實驗課程安排在第七學期的第11—16周，跨度6周，每周8學時，學生很難將心思全部放到實驗上，形成整體思維。其他專業(yè)課的學習與考試、考研準備、就業(yè)招聘會以及同學的簽約情況都在不斷影響學生的學習狀態(tài)。因為生物工程發(fā)酵綜合實驗的綜合性特點，其不再是學習一些簡單的操作技術(shù)或是驗證實驗，而是要通過一系列的實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)得出結(jié)論或產(chǎn)品（葡萄酒、淀粉酶的高產(chǎn)菌株、酸奶制品等）。實驗過程環(huán)環(huán)相扣，上一步的結(jié)果情況影響后面實驗的進行。學生本身對實驗課精力投入少，對實驗過程總體把握不清，實驗前后持續(xù)進行6周，每周在規(guī)定時間進行8學時實驗，不論實驗的進展如何，都要等到規(guī)定課堂時間進行，還由于要高效利用課堂時間而穿插進行不同實驗內(nèi)容，學生容易糊涂，情緒容易懈怠，那種為做科研廢寢忘食、根據(jù)實驗結(jié)果好壞變化心情的科研之樂，他們難以體會。3.任課老師難以兼顧所有學生。每一個生物工程發(fā)酵綜合實驗都涉及多個實驗操作，還要通過分析前一次實驗結(jié)果來指導后續(xù)實驗的進行。實驗用到的操作技能較多，如稱量（包括恒重）、配制試劑、標定、配制培養(yǎng)基、濕熱滅菌、滴定、蒸餾、接種以及分光光度計、pH計、移液槍的正確使用等，雖說這些技能都已經(jīng)在先前的專業(yè)實驗課學習過，但還是會出現(xiàn)不規(guī)范、甚至錯誤的操作。每個操作步驟都可能影響到實驗結(jié)果和進度，任課老師盡可能地提醒、監(jiān)督，同時任課教師還要幫助學生分析各種“新奇”的實驗結(jié)果，引導他們思考，做出合理解釋，指導后續(xù)實驗進行，課堂上難以兼顧所有學生與操作。

二、對生物工程發(fā)酵綜合實驗的教改建議

1.集中安排實驗，建議在第六學期期末最后兩周或第七學期開學的第1—2周。目前我校開展的4個實驗，按照正常的操作經(jīng)驗，各實驗適當穿插進行，兩周時間（按14天計算）可以做完全部實驗內(nèi)容。集中安排實驗，沒有其他課程學習，學生能對實驗投入全部精力，對實驗全過程把控更清楚。學生學習目標明確、思路清晰，有利于端正態(tài)度，科研訓練更扎實[2]。每個小組可以自行計劃實驗進度，有利于調(diào)動學生積極性和主動性，當學生作為整個實驗主體，按照計劃完成實驗，獲得最終結(jié)果，他們必定能夠體會到科研的樂趣與成功的喜悅；在學期開始或?qū)W期末集中排課，能為學生提供更充分實驗室設備、耗材、場地資源（可同時開放多個實驗室），實驗時間自由度大。學生如果實驗操作有誤或階段性實驗結(jié)果不理想，可以根據(jù)自己小組的實驗進度重新做，以培養(yǎng)科學嚴謹?shù)淖黠L；最后，集中安排實驗，讓學生從先前的4—8學時/課過渡到適應連續(xù)進行2周實驗，為今后做畢業(yè)論文（連續(xù)10—12周）做好心理上和科研能力上的準備。2.安排本校研究生作為助教，提高教學效果。每個班配6名左右研究生，由任課教師在實驗開始前一周對其進行培訓，包括熟悉實驗室、實驗教學總體安排、實驗完成內(nèi)容、具體管理和指導學生的內(nèi)容，學生課堂表現(xiàn)分數(shù)的評定規(guī)則等。實驗過程中，每個研究生負責指導一個小組（4—5名學生），包括指導小組制定各自實驗進度安排、規(guī)范本科生實驗操作、幫助分析實驗結(jié)果與改進實驗、給小組成員打課堂操作分等。配合學校研究生培養(yǎng)，研究生擔任助教作為其必修課之一，由實驗課任課教師和其指導的本科生對其上課情況做出評價（可采用本科生的網(wǎng)上評教），計入成績，研究生院授予相應學分。教學中，學生作為實驗的主體，任課教師和研究生助教作為輔助者與指導者，既調(diào)動了學生的自主能動性、培養(yǎng)了學生積極思考、分析問題和解決問題的能力，提高教學效果，又減輕了任課教師的工作量，還培養(yǎng)了研究生的指導實驗能力和提高了研究生的科研能力，是一項“一舉三得”的好辦法，一些大學已經(jīng)在實施研究生擔任本科生實驗教學助教并取得很好效果。3.實驗報告在內(nèi)容要求、形式、篇幅上做適當改進，可參考科研論文的撰寫格式。我校統(tǒng)一的實驗報告格式，主要包括：實驗題目、實驗時間、實驗目的、實驗原理、儀器和試劑、實驗步驟、實驗結(jié)果與分析、思考題、實驗體會。對于先前所上的專業(yè)實驗課，學生根據(jù)教師的講解課件或?qū)嶒灲滩目偸悄芎苋菀淄瓿蓪嶒瀳蟾嬉蟮捻椖啃畔?。但每個生物工程發(fā)酵綜合實驗都包括幾個不同小實驗，多個實驗原理、多個實驗步驟和多個實驗結(jié)果，按照以前實驗報告填寫顯得很亂且邏輯性差，如果參考科研論文的撰寫，前言部分可以介紹本實驗背景知識、目的與意義、實驗的技術(shù)路線等，這些內(nèi)容有助于學生對實驗進行總體把握；材料與方法部分可以包括實驗材料、實驗儀器和試劑、每個小實驗的實驗步驟等，清楚指導實驗；結(jié)果與分析部分按照先后邏輯順序列出每個小實驗的結(jié)果，并進行分析。結(jié)論部分由學生對實驗結(jié)果進行總結(jié)，得出說服力強的結(jié)論，開拓學生思維、增強學生科研興趣與自信。實驗報告從以前的手寫，此時也可以過渡為電子版，并規(guī)范國際單位的使用、規(guī)范制圖制表等，試劑的配方、中英文縮寫對照表等可以用附錄補充，甚至可試試以摘要的形式縮寫整個實驗過程，為今后畢業(yè)論文撰寫打下一定基礎。

三、結(jié)語

生物工程發(fā)酵綜合實驗是生物工程專業(yè)學生重要的實踐學習訓練，綜合性、實踐性和應用性都很強。實驗設置可根據(jù)地區(qū)特點、學校傳統(tǒng)、時展設計，但目的都是培養(yǎng)學生扎實的基本操作功底、提高其分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新的科研思維等。在實驗進行過程中，應隨時與學生、同行教師交流，聽取他們的建議，不斷改進教學方法，提高教學效果，適應時代對綜合型、創(chuàng)新型人才的需求。

參考文獻：

[1]趙麗華,付璐璐,邢翔.對發(fā)酵工程實驗教學改革的心得[J].高校實驗室工作研究,2014,(1):19-21.

[2]張翼,馮妍,董學偉,閻松.發(fā)酵工程實驗“研究型+趣味”教學方式探索[J].廣州化工,2015,43(6):162-163,199.-267-

作者:普燕 樊永紅 單位:新疆大學生命科學與技術(shù)學院