医学院校生物技术发酵工程初探

前言

当今生物技术成为解决人类面临能源、资源、疾病等持续性发展课题的关键技术。发酵技术正是生物产业化的重要手段之一。发酵工程实验课作为生物技术的一门核心课程，在培养生物技术应用型人才过程中的地位举足轻重[1,2]。发酵工程涉及的范围广，内容多，需要学生掌握的实验技能也多种多样。该课程的实验教学利用现有资源突出医学院特色，不仅从生物学的角度，更从医药领域的应用的角度展开，构建科学合理的实验项目，增强实验项目之间的联系[3-9]。本文总结了近年我专业发酵工程实验教学体系的构建与实践成果。

1自编实验讲义，精心安排实验项目

实验教材是保障实验教学质量的重要因素。根据我校的实际实验条件和专业特色人才培养的需要，通过教研组老师和学生共同讨论确定实验项目内容，自编发酵工程实验讲义。秉着以学生为中心的教学原则，首先由教师采访学过这门课的学生，了解他们的所需所想。再选择10个学生代表主动参与实验设计讨论，着重选择小型青霉素发酵和青霉素的分离纯化两个综合性实验的目标和策略，使学生积极参确定实验各要素、学时等重要内容。最后通过问卷调查的方式进行统计分析对实验内容进行完善。在实验设计过程中，让学生自主参与实设计，从被动的接受转变成主动参与知识构建，使得学生更加关注自己未来的课程和学习内容。为了帮助学生形成一个完整的概念，放弃了传统单个小实验，改为相互紧密联系的、系统的大实验。构建设计性实验，增强学生的设计性和主动性，培养学生的创新能力[10-12]。实验教学体系以青霉素发酵综合性大实验为主线，将菌种的活化、发酵条件优化、扩大培养、小型发酵、产物的分离纯化及测定等环节连接起来[13,14]。本体系精心安排了5个实验项目，以综合性实验为主（见表1）。

2教学方法多样化

2.1自主设计实验，培养综合能力和创新能力

学生自己设计完成产黄青霉菌培养基的确定及培养条件的优化实验。实验前2周指导老师将学生进行分组，2-4人/组。然后将温度、pH、转速、培养基等不同参数的优化确定选题。学生根据自己的实验要求查阅有关文献，结合自己所学的理论知识和小组讨论后初步拟定实验方案。指导老师认真审阅学生的实验方案，并与学生进行讨论后最终制定可行的实验方案。在设计性实验过程中，学生能充分发挥主观能动性，强化自主性思考，从而提高学生的综合能力和创新能力[15,16]。

2.2多媒体教学

为保证教学质量，充分地利用多媒体教学，将文字、图片、视频有机的结合起来，使实验操作更具体、更形象、更直观。如关于发酵罐结构的认知和操作使用、青霉素的分离等录像已经制作完成。并在互联网上找到相关的精美图片和小动画，在课堂上将这些全部通过多媒体展现出来，使实验变得生动而有趣，有利于提高教学效果。

2.3实验与科研相结合

将教师的相关科学研究作为实验教学案例，使得教学内容更深入更先进。如将枯草芽孢杆菌和灵芝的发酵引入到教学中，更能激发学生的学习兴趣。同时在实验的等待过程中教师穿插几篇相关研究领域的文献，重点介绍实验方法和实验结果，让学生了解发酵的研究动态，使得教学内容具有前沿性。

2.4重视生产实践

通过几年的努力，已经建立起湖南农产品加工研究所、湖南福来格生物技术有限公司、湖南亚华乳业有限公司3个稳定的发酵工程课程见习基地。在实验教学过程中辅以实践环节，实验结束之后，组织学生在省内参观1-2个不同类型发酵工厂，并分组到车间，详细地熟悉各个工艺单元的操作，了解实际生产过程的工艺流程。这样学生可以巩固实验室所学的理论和操作技术，同时自己在实验中碰到的部分疑虑可以得到解决，对发酵大规模生产提高对现代化大生产的感性认识[17]。

3实验教学效果及评价

3.1实验考核

学生成绩主要由三部分构成：平时表现、实验设计、实验数据与报告。在10级、11级生物技术教学过程中发现学生实验设计表现更突出，从实验结果和实验分析当中看出学生的解决问题分析问题的能力大大的提高[18]。

3.2教学效果评价

通过问卷调查方式，搜集10级、11级生物技术专业学生及教师同行的意见，对新构建的发酵工程实验体系进行反馈评价。经过两年的实践，我们发现该体系已初见成效，结果见表2。通过调查结果表明该实验体系对学生发酵大规模生产的了解还有待改革完善，其他各项目的满意度和基本满意度都达到了95%以上。从以下三个方面反应出新体系实践后学生的理论知识水平有所提高，知识水平得到优化。一、调查结果显示优化知识结构的满意度达到了94.2%。二、对09级、10级、11级发酵工程卷面成绩进行统计分析结果显示10级、11级卷面成绩平均分比09级分别高5.6分、7.8分。三、在整个理论教学和实验教学中学生回答思考题情况大有提高，这也是学生知识结构优化，理论水平有所提高的体现。

4讨论

4.1取得的成果

4.1.1有助于我校生物技术特色专业建设我校生物技术专业的建设目标是形成医药与高新技术特色专业的强势，提升社会竞争能力和可持续发展能力。为体现专业特色和兼顾医学院现有资源，发酵工程实验体系构建采用生物制药发酵实验。该门课程与医药有机结合体现有较强的实用价值，实践证明我们的学生得到很大的实践空间，能更好的适应生物技术公司和科研工作的需要[19]。4.1.2增强学生的责任感这样环环相扣的连续实验，有利于提高学生的责任感，因为失败的实验结果会影响到下一次实验，使得学生在每个环节都特别认真，同时帮助学生家搭起了微生物学、发酵工程、生物分离工程等课程桥梁，有利于帮助学生建立系统的知识树。4.1.3培养团队合作意识和创新型能力设计性实验以小组团队为单位，要求组员分工合作，加强团队合作精神。集体讨论的环境使学生逻辑思维和辩证思维能力显著提高。分工查找资料使学生个人综合能力有所提升。共同完成实验和报告任务，极大地提高了学生团队协作的意识。设计性实验有利于提高学生的创新能力和主观能动性，参与实验的学生在很大程度上对开放性实验设计有着极大的兴趣。发酵工程实验课开设以来，共有3个小组，13位学生自行撰写了相关实验课题，并获得省级大学生创新性项目资助，发表了4篇论文。4.1.4优化知识结构通过该体系实践后，学生的理论课成绩显著提高，实验结果和实验分析更趋完善。以学生为中心，将学生作为实验课程设计的一支重要力量用于实验目标和方案的设计，从根本上改变了学生知识产生模型，优化知识结构，有助于学生巩固理论知识和解决实际问题，迸发出创新思想和理念。

4.2存在的问题

教学与科研、生产脱节。在工作中和问卷调查我们发现，虽然我们让学生参与教师科研，参观实习发酵工厂，但是学生对大规模生产及科研理解不够深刻，不会灵活变通与应用。这是不足之处，新办专业的实习基地建设还不是很完善。现酵工程已进入以基因工程为中心的时代，该课程的实践也需跟上时代的步伐，逐步走向生物技术制药。我们将进一步优化教学体系，建立产学研三结合型医药实践基地，为学生提供锻炼的平台，努力为社会培养应用型、创新型生物科学人才[20]。

作者：贺气志 唐亮 夏俊 熊进超 刘佳 单位：长沙医学院