生物工程中的發酵綜合實驗改革建議

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摘要：根據生物工程發酵綜合實驗具有周期長、綜合性強、對學生能力培養要求更高等特點，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，有利于培養學生嚴謹的科研思維、提高教學效果。

關鍵詞：生物工程發酵；教學改革；教學效果；研究生助教；實驗報告

生物工程發酵綜合實驗是生物工程專業后期開展的綜合性實驗，比較先前做的專業實驗（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、對學生培養更全面。下面結合我校開展該實驗的情況提幾點教學改革建議。我校生物工程專業的生物工程發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，分別為葡萄酒發酵實驗、酵母菌液體培養及生長曲線繪制、產淀粉酶菌株的篩選及發酵實驗、乳酸菌的分離純化及酸乳制作。其中葡萄酒發酵實驗和乳酸菌的分離純化及酸乳制作兩個實驗結合新疆地區特色設置，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、實驗過程中發現的問題

1.學生在實驗方案的設計上能動性發揮不夠。生物工程發酵綜合實驗每周安排8學時，但由于微生物的培養、發酵過程的動態檢測等特點，使實驗需要間斷而連續[1]的操作，必須根據具體情況來判斷是否進行下一實驗步驟。如葡萄酒的發酵實驗，要連續每天同一時間檢測葡萄汁的糖度，當糖度降到5—8g/L結束主酵，倒罐后再進行后酵，至殘糖含量降至4g/L時結束后酵。學生實驗過程中，利用4學時完成葡萄的破碎、葡萄漿成分調整（調糖、調酸）、SO2處理（加偏重亞硫酸鉀），灌裝發酵，以后每天測糖，主發酵結束進入后酵，后酵結束，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、發揮主觀能動性受到經驗的制約。2.學生不能全心投入實驗，科研思維訓練受到影響。科研工作需要投入一定專注力，要用嚴謹的態度指導實驗全過程，用嚴密的邏輯結合實驗結果得出結論。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。其他專業課的學習與考試、考研準備、就業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。因為生物工程發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或是驗證實驗，而是要通過一系列的實驗結果、數據得出結論或產品（葡萄酒、淀粉酶的高產菌株、酸奶制品等）。實驗過程環環相扣，上一步的結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，實驗前后持續進行6周，每周在規定時間進行8學時實驗，不論實驗的進展如何，都要等到規定課堂時間進行，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、根據實驗結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果來指導后續實驗的進行。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在先前的專業實驗課學習過，但還是會出現不規范、甚至錯誤的操作。每個操作步驟都可能影響到實驗結果和進度，任課老師盡可能地提醒、監督，同時任課教師還要幫助學生分析各種“新奇”的實驗結果，引導他們思考，做出合理解釋，指導后續實驗進行，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；在學期開始或學期末集中排課，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果不理想，可以根據自己小組的實驗進度重新做，以培養科學嚴謹的作風；最后，集中安排實驗，讓學生從先前的4—8學時/課過渡到適應連續進行2周實驗，為今后做畢業論文（連續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、實驗完成內容、具體管理和指導學生的內容，學生課堂表現分數的評定規則等。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、規范本科生實驗操作、幫助分析實驗結果與改進實驗、給小組成員打課堂操作分等。配合學校研究生培養，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，既調動了學生的自主能動性、培養了學生積極思考、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、實驗結果與分析、思考題、實驗體會。對于先前所上的專業實驗課，學生根據教師的講解課件或實驗教材總是能很容易完成實驗報告要求的項目信息。但每個生物工程發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、實驗的技術路線等，這些內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；結果與分析部分按照先后邏輯順序列出每個小實驗的結果，并進行分析。結論部分由學生對實驗結果進行總結，得出說服力強的結論，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，并規范國際單位的使用、規范制圖制表等，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，為今后畢業論文撰寫打下一定基礎。

三、結語

生物工程發酵綜合實驗是生物工程專業學生重要的實踐學習訓練，綜合性、實踐性和應用性都很強。實驗設置可根據地區特點、學校傳統、時展設計，但目的都是培養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，培養其創新的科研思維等。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、創新型人才的需求。

參考文獻：

[1]趙麗華,付璐璐,邢翔.對發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學院