張祥勝，許德軍

(鹽城師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 鹽城224051)

0 引 言

發(fā)酵工程是在人為控制的條件下，通過微生物或動植物細(xì)胞的生命活動而獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過程［1］，是現(xiàn)代生物技術(shù)四大工程的核心［2］，是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科［3-5］。發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)是生物技術(shù)、生物工程及生物制藥等專業(yè)的專業(yè)必修課，對于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和動手能力，提高專業(yè)素質(zhì)都有舉足輕重的地位［6］。而生物工程新成為一級學(xué)科，對發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課提出了更高的要求。筆者擬在近兩年發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，闡述自己的改革與實(shí)踐體會，供同行參考。

1 我校生物類實(shí)驗(yàn)課存在的問題

“動手能力差”已經(jīng)成為地方高校生物類本科畢業(yè)生的一種普遍評價，其原因是多方面的，除實(shí)驗(yàn)條件不足、學(xué)生動手機(jī)會手少和師資力量不強(qiáng)等客觀因素外，實(shí)驗(yàn)課本身也存在諸多問題，必須加以重視，否則會巨大地影響教學(xué)效果，成為“糊弄式教學(xué)”。在我校目前發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課在內(nèi)的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在以下幾個問題。

(1) 教學(xué)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施建設(shè)落后于實(shí)驗(yàn)教學(xué)需

要。表現(xiàn)在儀器陳舊，公用小型儀器設(shè)備不足，加上近年盲目擴(kuò)招，每班學(xué)生人數(shù)動輒4、50 人，儀器耗材均感不能滿足教學(xué)需要，實(shí)驗(yàn)課成了“演示課”，學(xué)生動手機(jī)會少，甚至連所謂的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也不能保證人人有動手操作的機(jī)會。由于教學(xué)資源有限，有時學(xué)生在使用儀器與耗材時相互沖突，秩序比較混亂，教學(xué)效果較差。

(2) 大綱與教學(xué)實(shí)際脫離，形式主義嚴(yán)重。有些實(shí)驗(yàn)課大綱看上去內(nèi)容充實(shí)，實(shí)際上由于實(shí)驗(yàn)條件所限，所列實(shí)驗(yàn)很多不能開出，有些實(shí)驗(yàn)課的一個簡單實(shí)驗(yàn)，卻被有的教師列為10 個課時甚至更高，雖然師生看上去“皆大歡喜”，大家很輕松。但這種形式主義的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的后果是實(shí)驗(yàn)課對學(xué)生提高動手和科研能力的效果有限，在考研、就業(yè)時無法與兄弟院校的學(xué)生競爭。

(3) 對教師的考核方式不合理。由于教師的評教得分僅與學(xué)生的打分、同行評教相關(guān)聯(lián)，學(xué)生由于對專業(yè)技能的重要性認(rèn)識不足，或是由于興趣原因，評價標(biāo)準(zhǔn)不夠客觀，很多學(xué)生僅依據(jù)上課是否輕松，作業(yè)量的多少、對教師的主觀印象打分，同時，教學(xué)質(zhì)量檢查多是一些表面化的材料，如大綱、教案、教師手冊、學(xué)生作業(yè)樣本等，而實(shí)際教學(xué)效果則與評教得分、學(xué)生對教師的評價與教師的獎酬金分配等關(guān)系不大，這樣會導(dǎo)致部分教師責(zé)任心不強(qiáng)，只集中精力作足表面文章，而不在如何改革教學(xué)模式，提高實(shí)際教學(xué)效果上下功夫。

(4) 對學(xué)生的考核方式不合理。多數(shù)實(shí)驗(yàn)課結(jié)束時僅根據(jù)實(shí)驗(yàn)報告、學(xué)生考勤情況以及平時表現(xiàn)打分。由于沒有客觀的評價指標(biāo)，部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，做實(shí)驗(yàn)不夠認(rèn)真，實(shí)驗(yàn)報告抄襲和雷同嚴(yán)重。這樣的教學(xué)效果很難保證，往往看上去學(xué)生實(shí)驗(yàn)課得分非常高，但實(shí)際上在專業(yè)技能上沒有進(jìn)步，在考研復(fù)試前需要重新“回爐”實(shí)習(xí)，在做畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)時，也毫無經(jīng)過專門培訓(xùn)的“痕跡”，需要指導(dǎo)教師重新輔導(dǎo)。

2 國內(nèi)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究現(xiàn)狀

目前關(guān)于發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法的文獻(xiàn)較多，這些同行無一不強(qiáng)調(diào)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)的重要性，在教學(xué)方法改革上，多是強(qiáng)調(diào)以下幾個方面［3，7-9］:

(1) 合理安排時間。一般建議以較長的連續(xù)時間(2 周、1 個月甚至更長)，以保證發(fā)酵實(shí)驗(yàn)和教學(xué)的連續(xù)性，確保教學(xué)效果。

(2) 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。多是結(jié)合任課老師的科研內(nèi)容，擬定“一條龍”式實(shí)驗(yàn)課題，由菌種分離、純化、鑒定、培養(yǎng)基配制、滅菌、搖瓶發(fā)酵評價、菌種改良、搖瓶發(fā)酵工藝優(yōu)化、發(fā)酵罐發(fā)酵、產(chǎn)物提取和純化等，全面提高學(xué)生的動手能力［8］;

(3) 增加自主性實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)［10-11］。劃分實(shí)驗(yàn)小組，實(shí)行組長負(fù)責(zé)制，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

(4) 完善考核制度。改革方式為除平時記分外，進(jìn)行期末考核，有兩種方式:①是PPT 匯報;②是現(xiàn)場動手操作，進(jìn)行觀摩打分，考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣邮帜芰Γ?］，計入實(shí)驗(yàn)課成績，以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;有的研究者還加入其他要素，如創(chuàng)新能力考核［12］。

(5) 重視聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際。組織學(xué)生就近考察發(fā)酵工廠。

其他如強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)的配合、多媒體輔助教學(xué)［13］、規(guī)范實(shí)驗(yàn)報告等［14］，以上改革措施對提高教學(xué)效果是行之有效的，但是忽略了學(xué)生異質(zhì)性，即不同個體或群體在學(xué)習(xí)能力、研究興趣、就業(yè)傾向及學(xué)生需求等方面的差異，實(shí)行一刀切教學(xué)，往往不易發(fā)揮出好的效果。有些教學(xué)改革的前提是學(xué)生前期基礎(chǔ)較扎實(shí)，學(xué)風(fēng)較好，學(xué)生已經(jīng)接受了教師的嚴(yán)格要求的教風(fēng)，有充足的教學(xué)儀器和耗材，師資力量較強(qiáng)等，這些前提條件并非所有的大學(xué)都具備，因此在名牌大學(xué)或?qū)W風(fēng)良好的學(xué)校實(shí)施很好的措施，如果在教風(fēng)和學(xué)風(fēng)不太好的學(xué)校或是學(xué)生基礎(chǔ)較差的學(xué)校實(shí)施，則可能達(dá)不到應(yīng)有的效果。比如多數(shù)同行強(qiáng)調(diào)的自主探索性綜合實(shí)驗(yàn)［4］，如果學(xué)生興趣不高或基礎(chǔ)太差，則可能根本做不下去，或是學(xué)生連實(shí)驗(yàn)方案也寫不出來，造成教學(xué)上的冷場。

3 我校發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的嘗試

針對以上各種問題，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，筆者嘗試在以下幾個方面進(jìn)行了教學(xué)方式改革的探索。

3.1 根據(jù)實(shí)際，制訂合理的教學(xué)目標(biāo)

發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課是在學(xué)生學(xué)完微生物學(xué)、微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵工程學(xué)原理等課程后開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課，與前面的理論課相銜接。地方高校的本科生，往往底子薄，基礎(chǔ)差，雖然學(xué)習(xí)過相關(guān)的課程，但可能仍然掌握不了基本操作，比如教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對培養(yǎng)箱、冰箱和搖床的用途都不清楚，發(fā)生過搖瓶接種后置冰箱中“培養(yǎng)”，菌種置培養(yǎng)箱“保存”等笑話，而且這不是一兩個同學(xué)的錯誤，是全班大部分同學(xué)甚至全班同學(xué)的錯誤。在這種情況下，不宜盲目制訂高起點(diǎn)的培養(yǎng)目標(biāo)。根據(jù)本單位的實(shí)際，制訂以下教學(xué)目標(biāo):①復(fù)習(xí)鞏固微生物發(fā)酵工程相關(guān)的基本操作，小至如消毒酒精的配制、酒精棉球的制作、培養(yǎng)皿的包扎、培養(yǎng)基配制、滅菌、平板和斜面的制作、菌種活化、保存、接種、染色鏡檢等，有序地貫穿于發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課中;②掌握與發(fā)酵相關(guān)的常規(guī)儀器設(shè)備的使用，如滅菌鍋、超凈工作臺、冰箱、培養(yǎng)箱、搖床、鼓風(fēng)干燥箱、超聲波清洗器，甚至電子天平、微量移液器的操作，都必須在前幾次實(shí)驗(yàn)課手把手教會學(xué)生;③以一個或幾個功能菌株為主線，掌握從篩選分離、紫外誘變改良、搖瓶發(fā)酵工藝優(yōu)化直到產(chǎn)物提取、純化和鑒定的一系列過程，側(cè)重實(shí)驗(yàn)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)思路，使學(xué)生在接觸到其他菌株發(fā)酵時能舉一反三，發(fā)酵工藝優(yōu)化則包括單因素優(yōu)化、正交設(shè)計和響應(yīng)面設(shè)計等;④熟悉發(fā)酵罐的基本原理、構(gòu)造和基本操作技術(shù);⑤掌握一些經(jīng)典的傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)。以上教學(xué)目標(biāo)看上去比較初級，但是切合實(shí)際，容易實(shí)現(xiàn)，可極大地增強(qiáng)師生的信心。實(shí)際上能有過半的學(xué)生達(dá)到以上幾條目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)課就算已經(jīng)比較成功，比制訂一些華而不實(shí)、操作性差的教學(xué)目標(biāo)要好得多。

3.2 積極改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件

發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課開課之初，一直在微生物實(shí)驗(yàn)室上，僅一臺電子天平和幾臺托盤天平，其他也配套不全。經(jīng)過努力，用部分科研經(jīng)費(fèi)和教學(xué)經(jīng)費(fèi)，購置了一批小型儀器設(shè)備和耗材，如電子天平、磁力攪拌器、水浴鍋、電爐、游標(biāo)卡尺、不同規(guī)格槍頭盒、離心管架、移液管、不同規(guī)格燒杯、量筒和試管等，有6 ～8 套，接種棒、涂布棒等人手至少一套，足夠供6 個實(shí)驗(yàn)小組同時配制培養(yǎng)基，做測試，滅菌時則集中進(jìn)行，盡量保證人人有動手的機(jī)會，從清洗器皿、培養(yǎng)基配制、滅菌、制作平板、斜面和搖瓶培養(yǎng)基直到接種、檢測產(chǎn)量等全部流程由學(xué)生自己動手完成，盡量杜絕學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束后竟然沒有用過滅菌鍋、不會配制培養(yǎng)基等現(xiàn)象。

3.3 合理分組，因材施教

現(xiàn)在的班級規(guī)模由于擴(kuò)招一般在40 ～50 人左右，實(shí)驗(yàn)課單憑一個教師往往照顧不過來，不分重點(diǎn)的指導(dǎo)，往往效果不佳。生物技術(shù)或生物工程是一個范圍較寬泛的專業(yè)，學(xué)生的基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)熱情和專業(yè)興趣也各有不同，也有部分同學(xué)志不在科研，對實(shí)驗(yàn)課毫無興趣。一方面，我們要加強(qiáng)專業(yè)教育，引導(dǎo)學(xué)生熱愛自己的專業(yè)，培養(yǎng)他們對專業(yè)課的興趣，但另一方面，我們必須承認(rèn)并重視這種個體差異，根據(jù)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目的與興趣，進(jìn)行分組教學(xué)，區(qū)別對待，因材施教，注意培養(yǎng)“種子選手”，真正尊重了實(shí)事求是的教學(xué)方針，各得其所，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源效益最大化。筆者的分組方案如表1 所示。

分組自愿，充分尊重學(xué)生的意愿，重點(diǎn)培養(yǎng)A 組，同時減輕C 組的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。A 組在享受了較多的權(quán)利的同時，也要盡到更多的義務(wù)，比如自行完成作業(yè)、參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備等。對于成功率不高的探索性實(shí)驗(yàn)，則由A 組中選一部分同學(xué)，以課外實(shí)驗(yàn)的形式去摸索，先期探索成功后，再在大班上進(jìn)行。

3.4 注重培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生沒有養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，而這些壞習(xí)慣如果不及時糾正，可能會影響其成才。因此，教師及時糾正甚至批評，讓學(xué)生改掉不好的習(xí)慣，對于培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣以及維護(hù)正常的教學(xué)秩序，非常重要。所謂的良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，即實(shí)驗(yàn)前要查閱相關(guān)資料，合理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計，充分了解現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)資源，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料;實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真完成，及時記錄結(jié)果;實(shí)驗(yàn)后要徹底清理實(shí)驗(yàn)臺，用過的儀器耗材各歸各位。每個實(shí)驗(yàn)就是一個小課題，要求學(xué)生以小型學(xué)術(shù)論文的形式完成;結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報告，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計原則的理解，尤其是對照和重復(fù)的設(shè)置。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生習(xí)慣于做實(shí)驗(yàn)后拍屁股走人，而在實(shí)驗(yàn)前又匆匆清洗器皿，移液器用完后不知調(diào)至最大，垃圾隨處亂丟，易變質(zhì)藥品不知放到冰箱中等等，都進(jìn)行了及時的糾正，取得了較好的效果。

表1 分組方案

3.5 完善考核制度

實(shí)驗(yàn)課成績由平時成績與期末考核成績組成，平時成績，不僅僅要看實(shí)驗(yàn)報告，還要看實(shí)驗(yàn)結(jié)果、值日情況;期末考試則參照研究生復(fù)試，采用抽查的形式，每人動手完成1 或2 項(xiàng)基本操作，根據(jù)操作的熟練程度和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，全面考查學(xué)生的動手能力，給予打分。對于上述A 組的同學(xué)，期末還進(jìn)行一次基本操作技術(shù)的專門輔導(dǎo)，起到復(fù)習(xí)鞏固的作用。

4 發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐的效果

通過2 年來的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，取得了較好的成績，問題調(diào)查滿意率在85%以上，具體如表2 所示。

5 存在問題與今后改進(jìn)措施

5.1 實(shí)驗(yàn)條件與內(nèi)容問題

表2 實(shí)踐效果

所在單位發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室剛剛成立，儀器設(shè)備配套不全。以前一直在微生物實(shí)驗(yàn)室上課，實(shí)驗(yàn)條件所限，多數(shù)停留在搖瓶層次，發(fā)酵罐層次的實(shí)驗(yàn)由于儀器所限，開展得不深入。展開了一些傳統(tǒng)的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，如乳酸菌分離與酸乳發(fā)酵、泡菜制作等，部分發(fā)酵工藝經(jīng)典實(shí)驗(yàn)無法開展，如檸檬酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵［15］、啤酒發(fā)酵、紅曲米固定發(fā)酵［6］等。對策是積極購置必要的教學(xué)和科研儀器設(shè)備，購進(jìn)相關(guān)的菌種，為準(zhǔn)備更多的教學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定物質(zhì)條件;同時，一方面由于課時僅39 個學(xué)時，今后可以視需要建議增加學(xué)時，甚至將微生物實(shí)驗(yàn)與發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起進(jìn)行;另一方面，在有限的學(xué)時內(nèi)，對于學(xué)生確實(shí)感興趣的實(shí)驗(yàn)，可以課外小課題或畢業(yè)設(shè)計的形式進(jìn)行。學(xué)生自己提出想做的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，或是在已經(jīng)結(jié)束的實(shí)驗(yàn)的延伸，在教師指導(dǎo)下，在發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課的周期內(nèi)獨(dú)立完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好者可以相當(dāng)于提前完成畢業(yè)設(shè)計，充分調(diào)動積極性。同時也可以與其他教師合作，共同完成跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)，比如學(xué)生在做完乳酸發(fā)酵實(shí)驗(yàn)后，如果仍有興趣，則可以與食品工藝學(xué)老師合作，繼續(xù)進(jìn)行果味酸奶等方面的實(shí)驗(yàn)。另外，擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)，在選用通用教材的基礎(chǔ)上，編寫輔助教材，便于學(xué)生自學(xué)和自我解決問題。

5.2 教學(xué)改革要適應(yīng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和實(shí)際情況

長期以來，由于學(xué)生習(xí)慣讓教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報告打分，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)變革性的考核手段往往讓學(xué)生接受不了，期末抽題進(jìn)行操作考核，可能會激起學(xué)生很大的意見，要由學(xué)生工作相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)協(xié)助耐心做好教育工作。再如“動態(tài)、開放、主動、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境”［16］以及探索性實(shí)驗(yàn)一直是諸多同行一直倡導(dǎo)的，但如果學(xué)生綜合能力較差，可能不配合，因此要從大二即開始培養(yǎng)良好的習(xí)慣，這類實(shí)驗(yàn)要充分考慮多數(shù)同學(xué)的實(shí)際能力，或是僅針對一部分同學(xué)(上述的A 組)進(jìn)行，方有效果。發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)課如果安排在大三下學(xué)期，多數(shù)學(xué)生可能面臨著選擇考研方向、考研準(zhǔn)備等，要注意珍惜學(xué)生的時間，不要貪大求全，不要盲目搞所謂的綜合性大實(shí)驗(yàn)，將學(xué)生搞得很累，占太多的學(xué)生業(yè)余時間，反而會降低學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情。

5.3 學(xué)生的計算機(jī)能力影響了教學(xué)效果

由于以往不重視學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)而偏重于過級考試，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生對數(shù)據(jù)如何整理分析、如何查閱文獻(xiàn)等都不會，有些同學(xué)只會交原始數(shù)據(jù)，這反映了學(xué)生在計算機(jī)能力上的欠缺。因此，完全有必要開設(shè)專門的科研軟件選修課加以配合，全面提高學(xué)生的科研能力。在本課程教學(xué)過程中適當(dāng)講解并演示了部分相關(guān)軟件，如方差分析軟件、Origin作圖軟件、正交設(shè)計助手和Design Expert 軟件等，學(xué)生反饋很好，收到了很好的教學(xué)效果。

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