单位文秘网 2021-08-13 09:07:45 点击: 次
摘要:发酵工程作为高师生物教育专业学生的必修课程,是一门实践性极强的学科。为了在发酵工程实验教学中训练学生的科学思维方法,提高学生的职业技能,培养适合于当前基础教育需求的创新型、综合型人才,我们对发酵工程实验课程的结构体系、教学内容、教学模式、教学方法和考核方式等进行了改革,以期适应基础教育课程改革的新理念、新要求。
关键词:发酵工程实验改革;高中生物课程的需要;高师生的职业技能
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1002-0845(2008)12-0091-02
发酵工程又称微生物工程,是一门含有现代生物科学和工程的科学技术。课程内容涉及数学、物理、化学、微生物学化工原理和工程等理论,是实现基因工程、酶工程和细胞工程等其他生物技术的最终手段和方法作为一门实践性极强的学科,理论教学与实践教学相结合是使学生牢固掌握发酵工程基本知识的关键,因此发酵工程实验是实施发酵工程教育的一种最有效的教学形式。
对于准生物教师的生物教育专业的学生而言,发酵工程实验教学的重要功能在于其服务性,即服务于基础理论、科研实践及基础教育的实施。2003年,教育部颁布的《普通高中生物课程标准(实验)》中,将高中生物课程的内容划分为必修和选修两个部分,共6个模块。其中“选修1:生物技术实践”模块是实验课,内容包括微生物的利用、酶的应用、生物技术在食品加工中的应用和生物技术在其他方面的应用四部分。新课程标准中的这一模块重在培养高中学生设计实验、动手操作、收集证据等科学探究的能力,而发酵工程实验涵盖了该模块所涉及到的大部分内容。
《基础教育课程改革纲要(试行)》中指出:“师范院校和其他承担教育师资培养和培训任务的高等学校应根据基础教育课程改革的目标和内容,调整培养目标、专业设置、课程结构,改革教学方法。”这对高师院校发酵工程实验教学如何面向基础教育进行改革提出了明确的要求。在此背景下,自2006年起,我们对发酵工程实验教学的指导思想、课程结构、教学内容、教学方法和考核方式等进行了改革,并取得了良好的效果。
一、改革实验内容体系,以适应高中生物新课程标准的需要
为了使学生更好地理解发酵工程相关原理,培养学生运用相关技术方法的能力,以适应高中生物新课程标准的需要,我们对发酵工程实验内容体系进行了如下的改革:
1 扩充实验课课时,为综合性实验的开设提供时间保障
发酵工程实验课课程开设初期的课时仅为15学时。实验内容较少,均为验证性实验,且内容单一,相互孤立。2006年增加了实验内容,并开始开设综合性实验,为保障实验的顺利进行,课时增加到28学时;2008年综合性实验的开出率已达29%,课时已提高到34学时。
2 调整实验内容;建立新的课程体系
近年来,为了提高生物教育专业学生的基本实验技能、综合运用知识的能力和创新能力,我们根据高中生物新课程标准“选修1:生物技术实践”的要求,结合实验室具体条件、教学课时及学生实际情况,对发酵工程实验内容进行了多次调整,确定了发酵工程实验课的内容:1)根霉曲的制备和甜酒酿的制作;2)中西式泡菜的制作;3)乳酸菌的分离和酸奶的制作;4)果醋酿造与全自动生物反应器的使用(综合性实验);5)特定产物工业生产菌种的筛选、发酵及应用性质研究(综合性实验)。
以上发酵工程的实验均针对高中生物新课程标准“选修1:生物技术实践”四个方面的内容确定,其中既有验证性实验也有综合性实验,既有基本技术实验也有应用性实验,既有生物工程上游技术的实验也有下游技术的实验。通过这些实验,学生将对整个发酵工程课程体系的知识和实验技能有全面的认识,掌握发酵工程的基本原理和典型发酵产品的生产工艺,认识发酵的基本过程及常用的发酵设备,系统灵活掌握学科间相关知识综合运用的技术和方法,从而有利于培养和提高学生的科学素养和创新能力,为以后走上工作岗位打下扎实的基础。
3 强化基本技能训练
为了让学生有更多的实际操作锻炼的机会,在设计和安排实验内容时,我们增加了验证性实验中的实验技术练习的种类,将原有实验中由教师做的实验准备工作全部放手让学生自己完成。例如菌种的活化和扩培、材料的处理、培养基和试剂的配制等。这样做虽然实验所需的时间大大延长,但可以使学生进一步了解实验的原理、方法和步骤,使用到更多仪器设备,训练到更多实验技能。
4 提高实验的综合性
基础教育新课改的核心目标是培养学生的创新意识,作为即将走上中学教师岗位的师范生更应具有创新意识。在多年的发酵工程实验课教学中,我们深切感受到,在原有单一验证性实验的基础上,增加实验的综合性并拓展实验内容是培养高师生创新意识的最佳途径。具体做法有:
(1)将原有验证性实验“果醋酿造”改为综合性实验。原有“果醋酿造”实验的目的仅是验证微生物在适宜的环境中生长、繁殖,经过微生物细胞内一系列的生化反应后,最终能产生醋的过程,实验采用的是传统的摇瓶发酵教学实验模式。为解决学生实验与科研单位及工厂实际方式的脱节问题,增强学生对现代生物技术的了解,培养适应科技飞速发展需求的创新型人才,我们将实验室中的小型发酵罐引入高师发酵工程实验,并将该验证性实验改为综合性实验“果醋酿造与全自动生物反应器的使用”。实验过程中通过检测菌体的形态、数量、溶解氧、温度、pH、发酵还原糖和产品的变化情况,记录数据并绘制图表进行分析,以使学生掌握果醋两段式发酵的原理,了解发酵的不同时期各项指标的变化,并学会使用全自动发酵罐。
(2)增开大综合性实验“特定产物工业生,产菌种的筛选、发酵及应用性质研究”。该实验同时涉及微生物学、发酵工程和酶工程三门课程,并用到微生物的分离纯化、发酵条件优化和酶活的分光光度法测定等方法和技术。整个实验围绕一个特定的产物——果胶酶,从产酶菌的筛选、发酵条件优化直到获得发酵产物并进行实际操作,前一阶段的实验结果就是下一阶段实验的原料,各阶段实验之间具有很强的逻辑连贯性。通过从自然界中筛选一株能产生特定产物的菌株出发,直到最终利用该菌株所产生的特定产物的整个过程,培养了学生从事发酵工程研究的基本思路和方法;同时通过实验,学生可以全面了解某一发酵工程产品生产和应用的特点与关键环节,加深了对发酵工程原理与技术的理解。
二、优化教学组织形式,训练高师生的职业技能
一般来讲,人们认为生物实验教学能力主要包括实验准备能力、实验教学组织指导能力、实验技能三部分,其中实验技能被认为是最重要的实验教学能力。为更好地训练高师生将来从教的职业技能,我们从以下几个方面进行了教学组织形式的优化。
1 重视实验前的预习和实验的准备
实验预习是学生上好发酵工程实验课、按时正确地完
成实验任务的关键。每次实验前我们都要求学生仔细阅读实验指导或有关资料,弄清实验的基本原理与方法、实验的主要内容、实验需要进行那些准备工作以及实验应注意的事项等,并写出预习报告。这也就是说,在实验开始时,要由学生自己完成相关的实验准备工作。由于发酵工程实验过程中要用到的培养基及很多器具都需要无菌处理,学生必须根据实验内容整体把握实验所需的各项事宜,如果在预习或准备时有所遗漏,将会影响实验进程,因此学生要非常认真地对待。实验前的预习和实验准备将有助于学生加深对课内实验的理解及其相关的科学思维、科学态度、科学精神和实验准备能力的培养,为将来从教奠定基础。
2 开发多媒体教学资源
根据学科特点,在教学方法上我们采用录像、幻灯等方式将工厂设备、厂房、仪器等搬进课堂。例如在进行“乳酸菌的分离和酸奶的制作”这一实验时,为了使教学能吸引学生的注意力和兴趣,使学生对酸奶的生产过程有感性认识,我们结合牛奶厂实际拍摄了照片和录像,利用幻灯形象生动地讲解了酸奶制作的步骤。这不仅有效地提高了教学效果,而且还增进了学生对讲授知识的理解,拓宽了学生的知识面,强化了学生的专业意识。
3 建立以学生为主体的实验教学模式
以提高学生适应未来工作的能力为出发点,整套实验内容的设计重点在于培养学生的研究性思维和动手能力,因此实验教学的组织形式也就不能按照传统的以教师为主体的模式来进行,必须留给学生一定的自由度和独立的思维空间,让学生发挥其自主性,采用以自主式、合作式、研究式为主的学习方式。
实验过程中我们将3—4名学生编为一个小组,4个小组又编为一个大组。验证性实验以小组为单位进行;考虑到时间和实验设备材料的限制,综合性实验则以大组为单位进行。例如在进行果胶酶产生菌发酵条件优化的实验时,由每个小组优化一种条件。这样既节省时间,又培养了学生的团队合作精神,学生通过一种发酵条件的优化研究也掌握了其他条件优化的基本方法和操作。在此过程中,每个学生既要与小组内成员共同完成实验内容,也要和本大组的其他小组进行合作交流,因此其实验教学组织指导能力也得到了一定的锻炼。
4 实行开放式实验教学
在进行发酵工程实验教学改革的过程中,我们增设了部分综合性实验,或将原有验证性实验改为了综合性实验。但由于实验课程学时数的限制,学生学习基础的差异,在较短的实验课的时间内,有的学生并不能完成实验或是得到的实验数据不理想,需要继续或重复实验。为此我们实行了开放式实验教学,即实验随时对学生开放,学生可以根据自己的情况合理安排实验进度和时间。实验室对学生开放,能够最大限度地发挥实验室资源的效益,为学生提供自主发展和实践锻炼的空间,激发学生的创新观念和意识,全面培养学生的科学作风、创新思维、创业能力和实践动手能力。
5 指导实验报告或论文的撰写
实验过程中获得的大量数据需要学生进行统计和绘制图表,并结合发酵工程理论对实验数据进行分析。在实验报告的撰写过程中,针对一些异常的实验结果,指导学生查阅相关资料,结合实验过程进行分析,正确表达实验结论,能让学生发现实验过程中可能存在或已出现的问题,并提出改进的方法或措施,从而加深学生对实验原理及过程的理解,使其养成严谨的科学研究态度。
这种在教师的指导下,在给定的实验材料和目的及方案的基础上,通过学生独立思考、自行规划设计实验流程、自己制订实验计划、自己准备实验材料、自己动手操作并最后写出实验报告或论文的科研式教学设计,使高师学生的研究性思维、独立动手能力和职业技能得到了充分的锻炼和培养。
[责任编辑:杨唯真]
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