《发酵工程》教学改革与实践-.docx

发酵工程教学改革与实践* 摘要：发酵工程课程是生物工程专业的一门专业主干课，具有实践性强、学习难度大等特点。本文介绍了山东科技高校发酵工程的课程建设状况，主要涉及教学内容的优化、教学手段和教学方法的优化，以及试验教学体系的建立。通过立体化教学实践，提高学生学习本门课程的主动性和实践实力，获得了良好的效果。 关键词：发酵工程；教学改革；教学实践 中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1673-056835010303 发酵工程是生物工程本科专业开设的专业主干课，通过课程学习，将技术基础课和专业课与发酵工业的操作原理结合起来，了解并且熟识发酵工业限制的特性、共性、工艺流程及常用术语，为今后从事生物工程的有关科研和生产打下良好的基础。因此，在课程教学中，不仅应帮助学生完成“从理论到实际”的转变，更要激发学生学习爱好，培育其综合素养与创新实力。根据面对21世纪高素养生物工程人才培育要求，结合我校及专业培育实际状况，对课程体系及内容进行了改革与实践。 一、教学内容的优化 教学内容是课程建设的重要环节，改革教学内容不仅能提高教学效果，而且激励老师自觉加快自身学问更新，提高教学水平。发酵工程课程内容涉及理论教学环节和试验教学环节，本着“宽口径、厚基础、重实践”的人才培育方向，制定具有工科特色的课程教学大纲，在强调基本概念和基本原理的同时，留意将发酵工程的前沿问题和最新探讨进展作为应用实例进行介绍。此外，为了改善传统教学中“老师讲学生听”的填鸭式教学模式，将培育学生自学实力作为一项重要的教学内容，对教材中某些章节采纳自学与探讨相结合的方式进行。如老师给出几类典型的发酵产品，激励学生结合课程所学去图书馆查找资料，进行生产工艺的选择，整理成论文的形式提交，并制作成课件在同学之间相互沟通，充分发挥学生主观能动性，尝试自学、整理资料、撰写报告论文。 1.教材的选择 教材是老师与学生之间教与学的桥梁，是体现教学内容的学问载体，选择具有系统、完整的学问体系和反映本学科领域最新成就的优秀教材，是保证教学质量的关键。教材是体现教学内容和教学要求的学问载体，是教学的基本工具，不仅是学生在校获得学问的重要来源，也是老师进行教学的依据，贯穿整个教学过程，是提高教学质量的重要保证。我校采纳了2022年高等教学出版社出版的李艳主编的发酵工程原理与技术，该教材在内容上比较全面、系统，学生一本教材在手，便能全面系统地了解发酵工业生产的全过程及其相关领域。同时，还为学生举荐了不同侧重点的参考书，如俞俊棠主编的新编生物工艺学，姚汝华主编的微生物工程工艺原理，贺小贤主编的生物工艺原理，刘振宇编著的发酵工程技术与实践。为了使学生较好驾驭相关发酵工程英文术语，提高阅读专业文献的实力，还为他们整理复印了部分英文材料，如许赣荣主编的发酵生物技术专业英语，邬行彦编著的生物工程/生物技术专业英语，雷特迪吉编的生物技术导论，NOYES PUBLICATIONS出版的FERMENTATION AND BIOCHEMICAL ENGINEERING HANDBOOK Principles，Process Design，and Equipment。 2.教学内容的支配 发酵工程的授课内容以发酵工业过程共性环节为主线。讲授本课程时，既要阐明发酵工艺的基本学问和基本原理，又要重点突诞生产工艺操作及过程限制等方面的实际问题。首先，以教材为主融合其它参考书，对教学内容加以充溢扩展，同时补充部分国内外相关科研成果和技术，介绍给学生。其次，在章节依次上，根据发酵工业生产流程环节的先后依次编排：菌种制备，原料及其处理，氧的传递与供需，发酵机理及动力学，发酵过程工艺限制及染菌的防治，以利于各个章节的连接，使学生更清晰、更完整地驾驭发酵工艺全过程。同时，还需介绍发酵工程产物的提取，动植物细胞培育，酶和细胞的固定化，以及发酵工业废物处理和清洁生产技术的学问内容。最终通过典型的发酵产品生产工艺过程的讲解，将各个流程环节有机结合，强调发酵工业生产的各个环节既相互独立又相互依存、各种因素和多个参数相互制约相互影响的动态形成，有利于学生从整体观念动身分析问题、解决问题，提高在工作中解决实际问题的实力，培育创新精神。本课程通过课堂讲授并协助以必要的工艺试验和参观实习的教学模式，使学生更加巩固课堂所学的理论学问，提高动手操作的实力，培育应用基本理论正确地分析和解决生产实际中出现的问题的实力。结合其它课程的学习，使学生具有肯定的工程设计和技术开发的实力。 3.与其它课程学问的连接 根据我校生物工程专业培育方案，本课程是物理化学、化工原理、生物化学、微生物学、细胞生物学、分子生物学、基因工程等课程的后续课，与同时开设的生化分别工程、生物工程设备、生物反应工程原理等课程有着亲密的联系，同时又有适当的分工。本课程以讲授发酵工艺的基本原理和生产技术为主，使学生打好基础，更好地理解和驾驭发酵工厂设计概论、酿造酒工艺学、氨基酸发酵工艺学等后续课程。因此，在教学过程中强调对已学过课程内容的持续性以及和其它课程之间的交叉性也是很重要的。 二、教学方法和教学手段的优化 教学方法是课程建设的重要内容之一，为了保证教学的系统性和学问容量，课堂讲授必不行少。但是，讲授的缺点在于它的单向传输性，学生的主动参加不够。为提高教学效果，必需留意选择合理的教学方法。提高教学效率、改革教学方法和手段，有利于学生对教学内容的理解，有利于充分调动学生学习的主动性、主动性和创建性，有利于培育学生自学实力、分析解决问题的实力。 1.利用多媒体教学，提高课堂教学效果 由于现在的教学安排对原有的教学课时进行了压缩，出现了有限的教学时间与丰富的教学内容之间的冲突，采纳现代化教学手段是解决这一问题的有效途径。 在教学过程中，应尽量削减多媒体课件中的文字排列，尽量使授课内容图像化、表格化、流程化，将多而杂的教学内容整理成少而精的学问。在教学中，敏捷地运用多媒体教学手段，把老师从粉笔板书的传统教学方式中解脱出来，既节约了课时，又能营造出和谐轻松的课堂气氛。例如发酵机理部分代谢途径，通过多媒体节约时间。培育基和设备的灭菌，将详细流程制作成模拟动画，既生动又直观。这种形象直观的现代化教学手段，既加深了学生对学问的理解和驾驭，提高了学习爱好，又使学生对工厂实际操作有了进一步了解，有利于他们毕业后尽快地适应工厂环境，较好地开展工作。 2.理论联系实际，加强与其它课程的联系 例如，在介绍发酵培育所用的装置时，先向学生提问：以前微生物试验接触的培育装置有哪些？如何灭菌？一般是试管、培育皿和三角瓶等试验室玻璃器皿放在灭菌锅、灭菌培育箱或摇床里，而大规模好氧发酵生产过程多采纳机械搅拌发酵罐，采纳实罐灭菌或连续灭菌的方式，而且培育过程中可以在线限制多个参数。再与生物工程设备课程联系，理解该类反应器的构造及其设计计算学问。 再如，在介绍培育基灭菌动力学时，先向学生提问：以前微生物课程介绍的湿热灭菌条件是什么？121，2030分钟。学生都知道这个条件，但对其如何确定却知之甚少。接下来，介绍微生物的热死定律对数残留定律。通过讲解与计算实例，让学生明白以前所用的条件的由来后，再介绍工业上如何实现湿热灭菌。 3.利用参考资料教学，激励学生自主学习 发酵工程涉及到生物技术的多个领域，发展快，内容多。为了在有限的课堂时间内扩大讲授信息量，做到既完成大纲的要求、又满意学生渴求大量新知的欲望，应采纳课堂讲授与课外自学相结合的方法，即课堂上对一些重点和难点问题讲深讲透，对相对简单的内容要求学生自学。一方面使学生抓住重点和难点，另一方面也培育了他们独立解决问题的实力。例如，在讲授发酵机理章节时，具体讲解微生物的代谢调整模式、初级代谢和次级代谢的调整模式、提高初级代谢产物和次级代谢产物的产量的方法，然后重点介绍厌氧发酵产物酒精、甘油、乳酸发酵机制，好氧发酵产物柠檬酸、谷氨酸发酵机理，理解微生物产物积累的模式。接着，其它诸如有机酸、氨基酸代谢产物、核酸类发酵机制和抗生素发酵机制则由学生自学。再如，将发酵工业生产的各个环节讲授完毕后，提出几个典型发酵产品，让学生结合课程所学，到图书馆查资料，总结产品生产工艺流程。 三、建立多方位的实践教学体系 本课程的应用性和实践性很强，理论学习应与实践紧密联系。而学生恰恰在实践学问和阅历方面匮乏，几乎为空白，因而实践教学在发酵工程教学活动中特别关键。发酵工业生产过程是单元工艺与操作相互独立又相互依存、各种因素和多种参数相互制约又相互促进的动态过程。因此，建立多方位实践教学体系，有利于学生从整体观念动身，分析问题和解决问题，培育解决实际问题和创新的实力。 通过实践教学，学生学习的激情会大大提高，有利于把学到的理论学问融入到实践中来，有利于提高探究实力，有利于理顺理论课程学习的思路，从而达到教学目的，产生良好的教学效果。 1.实习环节 在专业课开课之前的相识实习阶段，可支配学生参观几个不同类型的发酵工厂，如青岛啤酒一厂，山东昌邑乾隆杯酒厂和青岛华迈士药厂，使学生对发酵工厂有一个整体的概念。这样，在授课过程中学生就简单理解和驾驭。专业课结束后的生产实习阶段，则可支配学生分组到车间，比较具体地熟识各个工段的操作，以巩固课堂所学的理论学问和技术。 2.试验环节 试验内容的编排。依据新的人才培育目的，将整个发酵试验的内容进行系列化、规范化的编排，以利于学生对发酵工程学问及试验技能的系统化驾驭，更利于培育动手实力、综合运用学问的实力和创新实力。主要分为： 系列一：厌氧发酵试验苹果酒的酿造及品评：主要包括果实的清洗、分选，原料的破裂、榨汁，果汁的成分的调整后澄清，果酒酵母的活化并接种，主发酵并检测过程，倒酒及后发酵，下胶、过滤、澄清，理化检验及品评。通过这个试验，使学生对典型的厌氧液体发酵生产过程有一个直观全面的相识和驾驭，熬炼了学生综合运用学问的实力，加强了团队协作精神。 系列二：机械搅拌发酵罐系统的运用、操作与限制：好氧发酵过程最常用的生物反应器是机械搅拌式发酵罐，本试验主要要求学生相识该类反应器的结构与功能、安装、拆卸及清洗等，驾驭pH电极和溶氧电极的校正方法，发酵罐系统的灭菌方法和规程，接种方法和操作，pH调整剂及消泡剂的连接方法，定时取样的方法，反应器的操作与限制。在此基础上，能够进行好氧发酵培育，进行综合性、设计性试验酵母流加培育与分批培育试验和黑曲霉发酵生产柠檬酸试验。 系列三：固态发酵米曲霉培育及蛋白酶的分析。通过固态三角瓶培育米曲霉，使学生驾驭固态培育微生物的原理和技术，并驾驭蛋白酶活性的分析方法。本试验给出试验操作的基本过程及步骤、两种固体培育基配方及蛋白酶活的分析方法。要求学生通过培育过程检测来比较两种培育基米曲霉培育过程中蛋白酶活性改变规律。 系列四：单元性试验：微生物细胞的固定化和发酵液的预处理与滤饼质量比阻的测定。 以上的试验系列，将整个发酵工程的学问系列化。通过这些试验，学生能对整个发酵工程课程体系的学问及试验技能有一个全面的相识和驾驭。 系列五：综合性、设计性试验酵母流加培育与分批培育试验和黑曲霉发酵生产柠檬酸试验。两个试验所用的原料分别为糖蜜和玉米粉，经处理后用机械搅拌发酵罐培育。酵母采纳分批培育和分批补料培育两种方式测定酵母浓度，详细培育方案由学生设计提出。黑曲霉经扩大培育接入反应器中进行培育，培育过程中监测总糖、还原糖、柠檬酸、pH和溶氧随时间改变的曲线。此类试验连贯性较强，要求学生能够综合利用所学专业学问和试验技能完成该试验，利于培育学生独立思索、分析问题及解决问题的实力，使学生实力得到熬炼和提高。 编写试验指导书。指导书编写的主要思路是：系列一至系列四无须编写具体的指导书，主要体现在试验过程、试验检测方法和原始数据记录表格上。系列五给出试验原理和试验流程，而详细试验过程由学生提出、原始数据记录等由学生自己试验前编写表格。通过系列试验，培育学生综合运用学问的实力、分析问题、解决问题的实力以及科学探讨的实力，使其综合实力全方位提高。 运用先进的管理模式，提高试验管理水平。有了一个合理的试验内容和体系，还要有效地贯彻实施，为此我校引进先进的管理模式，如“八项管理原则”的过程方法和管理的系统方法，戴明环-PDCA原理以及GMP管理模型，对试验过程进行管理分析。经实践得到良好的效果，规范了试验过程。通过运用以上的管理模式，明显感受到学生在做试验时更加主动主动，试验报告质量明显提高，试验成果的考核方法能真实反映学生的实际水平。 通过对发酵工程课题体系进行改革，学生表现出对本门课程的极大爱好和主动性，增加了对专业的信念。从教学实践及学生期末考试成果分析来看，以上教学改革和实践对提高教学质量是非常有益的。发酵工程是一门飞速发展的学科，其教学更是一个不断完善、不断改进的过程。笔者希望通过课程体系的改革与实践，对提高教学质量、提高学生的综合素养起到主动的促进作用。 参考文献： 1冯慧勇等.发酵工程教学的体会与设想J.微生物学通报,2002,29(6). 2张建国等.发酵工程实践课程体系改革初探J.现代农业科技,2022,22(11). 3赵丰丽等.发酵工程试验课课程体系的改革与实践J.微生物学通报,2022,34(5). 4纪蓓,艾春雨.通用管理模型在高校试验过程管理中的应用J.齐齐哈尔高校学报,2022,25(2). 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页