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生物工程发酵综合实验的改革建议

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摘要:根据生物工程发酵综合实验具有周期长、综合性强、对学生能力培养要求更高等特点,提出集中安排实验、研究生担任助教、参考科研论文格式撰写实验报告的教学改革建议,有利于培养学生严谨的科研思维、提高教学效果。

关键词:生物工程发酵;教学改革;教学效果;研究生助教;实验报告

生物工程发酵综合实验是生物工程专业后期开展的综合性实验,比较先前做的专业实验(如生化实验、微生物实验、生物工程分析实验等),有其不同特点:实验周期长、综合性更强、对学生能力要求更高、对学生培养更全面。下面结合我校开展该实验的情况提几点教学改革建议。我校生物工程专业的生物工程发酵综合实验安排在第七学期第11—16周,每周8学时(安排8学时/次,或4学时/次*2次),共48学时,开展4个综合性实验,分别为葡萄酒发酵实验、酵母菌液体培养及生长曲线绘制、产淀粉酶菌株的筛选及发酵实验、乳酸菌的分离纯化及酸乳制作。其中葡萄酒发酵实验和乳酸菌的分离纯化及酸乳制作两个实验结合新疆地区特色设置,学生做实验能直观比较,增加学生实验兴趣。学时安排为:前两个实验安排8学时,后两个实验安排16学时。

一、实验程中发现的问题

1.学生在实验方案的设计上能动性发挥不够。生物工程发酵综合实验每周安排8学时,但由于微生物的培养、发酵过程的动态检测等特点,使实验需要间断而连续[1]的操作,必须根据具体情况来判断是否进行下一实验步骤。如葡萄酒的发酵实验,要连续每天同一时间检测葡萄汁的糖度,当糖度降到5—8g/L结束主酵,倒罐后再进行后酵,至残糖含量降至4g/L时结束后酵。学生实验过程中,利用4学时完成葡萄的破碎、葡萄浆成分调整(调糖、调酸)、SO2处理(加偏重亚硫酸钾),灌装发酵,以后每天测糖,主发酵结束进入后酵,后酵结束,再利用4学时测葡萄酒的酒精度,以及对葡萄酒的感官进行评定,完成实验报告。实验周期根据室温、葡萄汁的初始糖度、酵母菌活力等多因素决定,时间为一周到两周。为了高效利用有限学时穿插进行好各个实验,任课教师因为对实验进程和时间把握比较有经验,自然替学生进行了更多提前思考、实验计划和准备。一般情况下,全班按照统一的实验方案进行,这样便于每周实验员对实验器材等的准备,但却使学生对任课教师的依赖性大,很多学生还是老师如何指导,他们就怎么做,学生自主设计实验方案、发挥主观能动性受到经验的制约。

2.学生不能全心投入实验,科研思维训练受到影响。科研工作需要投入一定专注力,要用严谨的态度指导实验全过程,用严密的逻辑结合实验结果得出结论。实验课程安排在第七学期的第11—16周,跨度6周,每周8学时,学生很难将心思全部放到实验上,形成整体思维。其他专业课的学习与考试、考研准备、就业招聘会以及同学的签约情况都在不断影响学生的学习状态。因为生物工程发酵综合实验的综合性特点,其不再是学习一些简单的操作技术或是验证实验,而是要通过一系列的实验结果、数据得出结论或产品(葡萄酒、淀粉酶的高产菌株、酸奶制品等)。实验过程环环相扣,上一步的结果情况影响后面实验的进行。学生本身对实验课精力投入少,对实验过程总体把握不清,实验前后持续进行6周,每周在规定时间进行8学时实验,不论实验的进展如何,都要等到规定课堂时间进行,还由于要高效利用课堂时间而穿插进行不同实验内容,学生容易糊涂,情绪容易懈怠,那种为做科研废寝忘食、根据实验结果好坏变化心情的科研之乐,他们难以体会。

3.任课老师难以兼顾所有学生。每一个生物工程发酵综合实验都涉及多个实验操作,还要通过分析前一次实验结果来指导后续实验的进行。实验用到的操作技能较多,如称量(包括恒重)、配制试剂、标定、配制培养基、湿热灭菌、滴定、蒸馏、接种以及分光光度计、pH计、移液枪的正确使用等,虽说这些技能都已经在先前的专业实验课学习过,但还是会出现不规范、甚至错误的操作。每个操作步骤都可能影响到实验结果和进度,任课老师尽可能地提醒、监督,同时任课教师还要帮助学生分析各种“新奇”的实验结果,引导他们思考,做出合理解释,指导后续实验进行,课堂上难以兼顾所有学生与操作。

二、对生物工程发酵综合实验的教改建议

1.集中安排实验,建议在第六学期期末最后两周或第七学期开学的第1—2周。目前我校开展的4个实验,按照正常的操作经验,各实验适当穿插进行,两周时间(按14天计算)可以做完全部实验内容。集中安排实验,没有其他课程学习,学生能对实验投入全部精力,对实验全过程把控更清楚。学生学习目标明确、思路清晰,有利于端正态度,科研训练更扎实[2]。每个小组可以自行计划实验进度,有利于调动学生积极性和主动性,当学生作为整个实验主体,按照计划完成实验,获得最终结果,他们必定能够体会到科研的乐趣与成功的喜悦;在学期开始或学期末集中排课,能为学生提供更充分实验室设备、耗材、场地资源(可同时开放多个实验室),实验时间自由度大。学生如果实验操作有误或阶段性实验结果不理想,可以根据自己小组的实验进度重新做,以培养科学严谨的作风;最后,集中安排实验,让学生从先前的4—8学时/课过渡到适应连续进行2周实验,为今后做毕业论文(连续10—12周)做好心理上和科研能力上的准备。

2.安排本校研究生作为助教,提高教学效果。每个班配6名左右研究生,由任课教师在实验开始前一周对其进行培训,包括熟悉实验室、实验教学总体安排、实验完成内容、具体管理和指导学生的内容,学生课堂表现分数的评定规则等。实验过程中,每个研究生负责指导一个小组(4—5名学生),包括指导小组制定各自实验进度安排、规范本科生实验操作、帮助分析实验结果与改进实验、给小组成员打课堂操作分等。配合学校研究生培养,研究生担任助教作为其必修课之一,由实验课任课教师和其指导的本科生对其上课情况做出评价(可采用本科生的网上评教),计入成绩,研究生院授予相应学分。教学中,学生作为实验的主体,任课教师和研究生助教作为辅助者与指导者,既调动了学生的自主能动性、培养了学生积极思考、分析问题和解决问题的能力,提高教学效果,又减轻了任课教师的工作量,还培养了研究生的指导实验能力和提高了研究生的科研能力,是一项“一举三得”的好办法,一些大学已经在实施研究生担任本科生实验教学助教并取得很好效果。

3.实验报告在内容要求、形式、篇幅上做适当改进,可参考科研论文的撰写格式。我校统一的实验报告格式,主要包括:实验题目、实验时间、实验目的、实验原理、仪器和试剂、实验步骤、实验结果与分析、思考题、实验体会。对于先前所上的专业实验课,学生根据教师的讲解课件或实验教材总是能很容易完成实验报告要求的项目信息。但每个生物工程发酵综合实验都包括几个不同小实验,多个实验原理、多个实验步骤和多个实验结果,按照以前实验报告填写显得很乱且逻辑性差,如果参考科研论文的撰写,前言部分可以介绍本实验背景知识、目的与意义、实验的技术路线等,这些内容有助于学生对实验进行总体把握;材料与方法部分可以包括实验材料、实验仪器和试剂、每个小实验的实验步骤等,清楚指导实验;结果与分析部分按照先后逻辑顺序列出每个小实验的结果,并进行分析。结论部分由学生对实验结果进行总结,得出说服力强的结论,开拓学生思维、增强学生科研兴趣与自信。实验报告从以前的手写,此时也可以过渡为电子版,并规范国际单位的使用、规范制图制表等,试剂的配方、中英文缩写对照表等可以用附录补充,甚至可试试以摘要的形式缩写整个实验过程,为今后毕业论文撰写打下一定基础。

三、结语

生物工程发酵综合实验是生物工程专业学生重要的实践学习训练,综合性、实践性和应用性都很强。实验设置可根据地区特点、学校传统、时代发展设计,但目的都是培养学生扎实的基本操作功底、提高其分析问题和解决问题的能力,培养其创新的科研思维等。在实验进行过程中,应随时与学生、同行教师交流,听取他们的建议,不断改进教学方法,提高教学效果,适应时代对综合型、创新型人才的需求。

参考文献:

[1]赵丽华,付璐璐,邢翔.对发酵工程实验教学改革的心得[J].高校实验室工作研究,2014,(1):19-21.

[2]张翼,冯妍,董学伟,阎松.发酵工程实验“研究型+趣味”教学方式探索[J].广州化工,2015,43(6):162-163,199.

作者:普燕;樊永红 单位:新疆大学生命科学与技术学院

生物工程发酵综合实验的改革建议责任编辑:张雨    阅读:人次

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