□天津科技大學(xué) 張健 王德培 劉浩

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與體會(huì)

□天津科技大學(xué) 張健 王德培 劉浩

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)是生物工程專業(yè)的一門重要的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，通過對(duì)生物工程工藝實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，提出了生物工程工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)踐中遇到的問題和相應(yīng)的解決策略，展望了該課程的發(fā)展方向。

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)；綜合實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

生物工程是運(yùn)用生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科相結(jié)合的方法，利用生物體制造人類所需產(chǎn)品、改造生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的屬于應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科。該專業(yè)主要是培養(yǎng)掌握現(xiàn)代生物工程及產(chǎn)業(yè)化科學(xué)原理，具有扎實(shí)的化學(xué)工程、生物化學(xué)、微生物學(xué)、發(fā)酵工程等學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，能夠在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事生產(chǎn)技術(shù)管理、品質(zhì)控制、產(chǎn)品開發(fā)、科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的高級(jí)工程技術(shù)人才。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物工程專業(yè)學(xué)習(xí)中有著十分重要的地位，學(xué)生動(dòng)手能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要依靠實(shí)驗(yàn)教學(xué)來完成。所以，在專業(yè)建設(shè)過程中，如何規(guī)劃與開設(shè)該專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程就成為一個(gè)非常重要的課題，尤其是如何建設(shè)能夠體現(xiàn)生物工程專業(yè)特點(diǎn)與培養(yǎng)方向的專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)課程就顯得更為迫切與關(guān)鍵[1]。在這樣的背景下，天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院早在20世紀(jì)90年代就為本專業(yè)學(xué)生開設(shè)了生物工程工藝實(shí)驗(yàn)課程，經(jīng)過多年的不斷探索與課程改革，該課程現(xiàn)已成為國(guó)家級(jí)精品課程“生物反應(yīng)工程”實(shí)踐教學(xué)中的重要組成部分，得到了廣大學(xué)生和業(yè)內(nèi)專家的好評(píng)。雖然該課程取得了一定的成績(jī)，但仍存在一些需要改進(jìn)的地方。

一、生物工程工藝實(shí)驗(yàn)的重要性

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)是生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課，是與基因工程、發(fā)酵工程、酶工程、抗體工程、細(xì)胞工程和蛋白質(zhì)工程理論教學(xué)相配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。很多專業(yè)選修課如釀酒工藝學(xué)、氨基酸工藝學(xué)、有機(jī)酸工藝學(xué)，酵母工藝學(xué)等專業(yè)選修課由于學(xué)時(shí)所限，只開設(shè)了理論課而沒有相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，生物工程工藝實(shí)驗(yàn)正是在這樣的背景下，整合了多門專業(yè)選修課的內(nèi)容而形成的一門獨(dú)立設(shè)課的實(shí)驗(yàn)課程。課程的目的是對(duì)學(xué)生進(jìn)行生物工程綜合性實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理與分析的能力，培養(yǎng)學(xué)生樂于合作、敢于創(chuàng)新的精神與堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)。在內(nèi)容設(shè)置上，既要求從本專業(yè)的實(shí)際要求出發(fā)，又要有一定的代表性、前沿性和綜合性。與傳統(tǒng)的課程配套實(shí)驗(yàn)相比，生物工程工藝實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及范圍廣、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、應(yīng)用性強(qiáng)，比如“5L罐發(fā)酵生產(chǎn)L乳酸”，“細(xì)菌素的生產(chǎn)與純化”等等，這些實(shí)驗(yàn)從種子制備到上罐發(fā)酵，再到分離純化，整個(gè)周期需要3周時(shí)間，涉及到微生物學(xué)、發(fā)酵工程設(shè)備、生物反應(yīng)過程、生物下游工程等多學(xué)科知識(shí)，其中的很多實(shí)驗(yàn)都是老師的科研課題，實(shí)用性很強(qiáng)。為此，要求學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，鼓勵(lì)他們思考與創(chuàng)新，能夠針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行可行性分析，而指導(dǎo)教師則負(fù)責(zé)提供所需實(shí)驗(yàn)藥品和器材，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修改和把關(guān)。因此，該課程對(duì)于挖掘?qū)W生的潛能、訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生思維和創(chuàng)新能力等方面都具有非常重要的意義[3]。

二、生物工程工藝實(shí)驗(yàn)存在的問題

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)課程在多年的探索與實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善，取得了一定的成績(jī)，但仍存在一些問題亟待解決。

1.排課時(shí)間引爭(zhēng)議

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)涉及多學(xué)科理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，因此，該課程在國(guó)內(nèi)各高校幾乎都安排在大三階段開設(shè)，我院生物工程工藝實(shí)驗(yàn)也不例外，依照目前的教學(xué)大綱，該課程被安排在第7學(xué)期進(jìn)行，教學(xué)時(shí)數(shù)為36學(xué)時(shí)。

從理論上說，將專業(yè)實(shí)驗(yàn)課安排在專業(yè)基礎(chǔ)課和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課之后開設(shè)是合理的，然而，由于大三的學(xué)生此間已經(jīng)開始對(duì)自己的將來做規(guī)劃，并為之實(shí)施，不大安心地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。比如，有些擬考研或申請(qǐng)出國(guó)的學(xué)生已經(jīng)開始著手準(zhǔn)備，而忙于找工作的學(xué)生則在努力地開展社會(huì)實(shí)踐，爭(zhēng)取擁有一定的工作經(jīng)驗(yàn)。這些實(shí)際的因素，往往導(dǎo)致很多同學(xué)缺少充裕的時(shí)間用于生物工程工藝實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，進(jìn)而導(dǎo)致畢業(yè)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能的匱乏。如果硬性規(guī)定學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，收到的效果往往差強(qiáng)人意，學(xué)生即使完成了實(shí)驗(yàn)，也只是蒙混過關(guān)，草草了事[4]。

2.教學(xué)效果難如意

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)的操作單元具有一定的連續(xù)性，前一步驟的操作往往會(huì)對(duì)后一步驟操作產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。對(duì)學(xué)生來說，這是一種壓力，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)新手，很難保證操作無誤，而任何一個(gè)操作環(huán)節(jié)的失誤，都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果，因而經(jīng)常發(fā)生達(dá)不到預(yù)期目的的情況。

3.硬件設(shè)施難保障

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)作為生物工程專業(yè)的綜合性大實(shí)驗(yàn)，占用學(xué)時(shí)較多，工作量較大，時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)3周。該實(shí)驗(yàn)不同于常規(guī)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，很多情況下都需要長(zhǎng)時(shí)間，甚至通宵不停歇地工作，期間必需定時(shí)取樣測(cè)定，以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了保證樣品的時(shí)效性，經(jīng)常出現(xiàn)多人同時(shí)需用同一臺(tái)儀器的情況，而普通的實(shí)驗(yàn)室不可能購置多臺(tái)同樣的設(shè)備，因此，必然造成短期內(nèi)硬件設(shè)施緊缺。

4.考核評(píng)分欠公正

實(shí)驗(yàn)課程的考核不同于理論課的考核，其考核指標(biāo)更多，對(duì)大部分實(shí)驗(yàn)課而言，考核都是采用平時(shí)成績(jī)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的評(píng)定方法。而對(duì)于生物工程工藝實(shí)驗(yàn)課程，由于其時(shí)間跨度長(zhǎng)，且實(shí)驗(yàn)多為分組進(jìn)行，這就讓指導(dǎo)教師很難恰如其分地評(píng)價(jià)每位同學(xué)的工作，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)考核評(píng)分欠公正。

三、問題的解決辦法

1.靈活選擇實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)效果

在現(xiàn)有教學(xué)大綱保持不變的條件下，我院生物工程工藝實(shí)驗(yàn)課程在多年的實(shí)踐中不斷探索、大膽改革，摒棄了原有的統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)單元，改為根據(jù)老師的特長(zhǎng)開設(shè)多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組的方式，項(xiàng)目組涉及不同實(shí)驗(yàn)技能和方向，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和需要選擇其中的一組[5]。實(shí)踐證明，學(xué)生有的放矢地選擇性學(xué)習(xí)，有利于增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，也符合個(gè)性發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)，同時(shí)，也有效解決了學(xué)生時(shí)間緊，忙于考研、出國(guó)復(fù)習(xí)等問題，因?yàn)閷W(xué)生往往會(huì)選擇與考研方向一致的或是與出國(guó)深造相關(guān)課題接近的實(shí)驗(yàn)組來學(xué)習(xí)，這樣，學(xué)生會(huì)非常重視該實(shí)驗(yàn)，其效果也非常好。

2.規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，避免實(shí)驗(yàn)失敗

我們的實(shí)驗(yàn)宗旨是允許學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗，但要強(qiáng)調(diào)總結(jié)失敗教訓(xùn)[6]。當(dāng)然，我們還有一些具體措施來力求避免失敗，例如，嚴(yán)格監(jiān)督實(shí)驗(yàn)過程、保障實(shí)驗(yàn)完成，多留意觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的操作細(xì)節(jié)，及時(shí)糾正不規(guī)范操作；對(duì)實(shí)驗(yàn)中反映出來的一些共性問題和錯(cuò)誤，重點(diǎn)講解，避免再犯；刻意訓(xùn)練學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的成因；培養(yǎng)學(xué)生合理記錄實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)的習(xí)慣，變填鴨式教學(xué)為引導(dǎo)式教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能去分析問題和解決問題等等。這樣，既提高了學(xué)生的思維創(chuàng)新能力，又讓學(xué)生體會(huì)到發(fā)酵產(chǎn)品的來之不易，克服了想當(dāng)然和急于求成的通病，鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和心理素質(zhì)。這種實(shí)驗(yàn)過程既是理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程，又是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的過程，可以使學(xué)生在思維方式、學(xué)習(xí)方法、動(dòng)手操作等多個(gè)層面上得到鍛煉。

3.統(tǒng)籌使用設(shè)備，加強(qiáng)協(xié)作精神

我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了合理的分組，要求他們分工合作，共同完成實(shí)驗(yàn)。這樣做，既可以增強(qiáng)學(xué)生的參與意識(shí)，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，又有利于統(tǒng)籌使用設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)小組人員的分配上，第一，注意男女同學(xué)搭配，因?yàn)槎⒐扌枰ㄏ?，女生不太方便，可以讓男生去做，而一些諸如記錄、分析之類的細(xì)活，女生往往做得更好；第二，注意要將計(jì)劃考研、出國(guó)和找工作的同學(xué)做到合理搭配與安排，這樣，不僅學(xué)生自己安排時(shí)間更為方便，也更好地保證了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)小組這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，每個(gè)人都要有強(qiáng)烈的責(zé)任心，因?yàn)閭€(gè)人的數(shù)據(jù)測(cè)定不準(zhǔn)確，很可能誤導(dǎo)同組下一位同學(xué)的分析及操作，即個(gè)人的操作正確與否關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題或突發(fā)事件，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中要相互關(guān)照、互相提醒，提高安全意識(shí)。對(duì)一些共用的大型分析檢測(cè)設(shè)備，組間的同學(xué)應(yīng)統(tǒng)籌安排時(shí)間，合理使用儀器。教師在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，要親自演示一次分析檢測(cè)操作，待以后的取樣測(cè)定時(shí)，學(xué)生之間可以相互請(qǐng)教，這樣，既可增強(qiáng)同學(xué)之間的友誼，又可在討論中不斷鞏固和提高所學(xué)的知識(shí)[7]。

4.全面考核，公正評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)

考核結(jié)果既要體現(xiàn)出不同小組的差異，也應(yīng)體現(xiàn)出組內(nèi)不同人員的差異?？己瞬捎猛ㄓ玫钠綍r(shí)成績(jī)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的評(píng)定方法，權(quán)重可以是3∶7、4∶6，或者5∶5。平時(shí)成績(jī)包括出勤，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作能力、思考和創(chuàng)新能力等；實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)不僅要看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且要看報(bào)告撰寫的規(guī)范性、內(nèi)容的完整性、分析的深度和水平。實(shí)踐證明，凡在做實(shí)驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)認(rèn)真的學(xué)生，其考試成績(jī)也高，從而有效地訓(xùn)練了學(xué)生踏實(shí)學(xué)理論以及在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真獨(dú)立完成的良好習(xí)慣。

生物工程工藝實(shí)驗(yàn)在生物工程專業(yè)課程體系中占據(jù)著舉足輕重的地位，對(duì)學(xué)科發(fā)展及畢業(yè)生的實(shí)驗(yàn)技能的提高起著重要作用。隨著學(xué)科的發(fā)展和社會(huì)需要的不斷深化和完善，該課程的改革應(yīng)該受到足夠的重視，使之成為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和思考問題、解決問題、獨(dú)立開展科學(xué)研究能力的大舞臺(tái)[8]。

[1]趙宏宇，季祥，張小利，等.生物工程專業(yè)綜合性大實(shí)驗(yàn)體系探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7（5）：105-107.

[2]周春麗，李玉萍，蘇偉，等.《生物工程綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)體系建設(shè)探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（31）：15271，15274.

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[8]曾超珍，吳耀輝，黎繼烈.生物工程大實(shí)驗(yàn)課程改革與探討[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2010，4（4）：148-150.

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