1. 课程的性质、任务和目的
随着世界范围内能源、粮食、环境等危机的到来,发酵工程已经日益成为生物工程领域的重要分支之一,是生命科学应用领域最有前景的前沿学科之一,对生物工程和生物技术本科人才的培养质量也提出新的要求。发酵工艺综合实验是生物工程专业的专业必修课和生物技术专业的选修课,学时共48个或39个,主要在三年级下学期或四年级上学期开展。
发酵工艺综合实验是一门实践性很强的课程,通过实验操作和加强实践环节,使巩固学生所学理论知识,加深对发酵原理的理解、熟练掌握发酵用种子制作、发酵生产、产品纯化的基本工序和技术,掌握发酵工程的基本操作和相关技术,对于提高生物类专业本科毕业生的动手能力和专业技能,提高就业和考研竞争力,为今年的工作和深造打下良好基础,具有重要意义。
2. 课程的教学方式和手段
发酵工程实验课在我校自2011年开始正式开始,刚开始没有专门的实验室,没有配套的教材,没有专任教师,一切从无到有进行。授课方式主要采用分组授课、培训骨干、讲解示范、集体演练的方式。
合理的教学方法是教学质量的重要保证。在进行实验教学时,为了保证教学质量,事先将讲义提供给学生,供学生自学。每个教学班分为6组,各任命组长1名,实验前一天由组长或组员代表过来整理实验室,准备实验,参与实验准备,促使学生更加珍惜实验机会,培养严谨、认真的实验态度。
实验教学的组织实施如下:
实验课开始前,教师给学生公开教学计划,设必做实验和选做实验。允许学生选择选做实验,并组织学生自行进行必要的准备。第一周一般不上课,用于检修仪器、采购实验所需试剂耗材、准备实验材料等。
(1) 全班分为6组,根据学习目的和专业兴趣对学生进行分类,以做到因材施教。选择专业兴趣浓厚、基础较好的学生做课代表和组长,课代表负责传达信息、收发实验报告等,组长负责组织实验准备、传达信息、设计实验方案等。建立课程QQ群,以便师生互动。
(2) 如学生计算机基础较为薄弱,应在实验课开始前对学生代表进行必要的科研软件辅导,尤其是与发酵工程实验密切相关的统计软件(方差分析等)、作图软件(Excel和Origin)、正交设计助手和响应面设计软件(Minitab 或Design Expert)等。如文献检索尚未开课,还应辅导学生如何调研文献、查阅资料等。
(3) 实验前一周,教师根据教学计划通知学生的实验内容,布置预习任务,必要时组织学生代表进行预备实验。组长提交实验方案,教师阅后返修,组长必须提交修改稿,未提交修改稿的视为未提交。实验课时,按原定计划分为6个实验小组,各用一个实验台或超净工作台,小型实验仪器(如天平、磁力搅拌器等)、器皿(如培养皿、三角瓶、玻棒、药匙等)等一组一套,发酵罐、纯水机等较大型仪器轮流使用,灭菌锅、干燥箱等共同使用。
(4) 实验课上,时间分配大体如下(按每次实验3节课,约180min):教师简略讲解实验原理、实验过程和注意事项(30min),教师示范操作(30min),学生操作(90min),学生打扫卫生,关电源锁门下课(30min)。
(5) 学生在课下进行后续操作,如观察实验现象,测定相关指标,记录、整理实验数据,结合查阅资料,分析实验现象,完成实验报告。小组共同完成的实验报告由组长完成提交。
(6) 教师批改实验报告,对雷同实验报告提出批评,并责令重新完成提交,并在QQ中及时反馈学生的实验报告中的问题,对认真的同学提出表扬。实验报告得分记入平时成绩。
(7) 积极鼓励学有余力的学生在课余参加学生课题研究,培养独立研究的能力。
(8) 必要时进行学期末考核,主要考核基本操作,发布考核题目,学生轮流抽取题目,参加考核。
(9) 连续性的实验及时督促学生进行观察并记录实验结果,清洗实验器皿。
3. 师资队伍
课程负责人张祥胜,具有博士学位,副教授职称,自2011年以来一起承担发酵工艺综合实验的教学工作。教学水平较高,实践经验丰富,授课有特色。主持并完成校级教改项目2项。
其他成员有王栋和薛菲等。在课程建设的教师队伍中,知识结构合理,专业配置合理,职称上副教授1名,讲师2名,学历层次高,2名博士,1名硕士。35岁以上1人,35岁以下2名,年龄构成合理。均为生物工程或相关专业背景。1人毕业于中国科学院合肥物质科学研究院,1人毕业于江南大学,1人就读于扬州大学,具有良好的互补性,学缘结构合理,互补性强。
自2011年开设发酵工艺综合实验课以来,先后有2项发酵工程实验相关的校级教研课题立项。2012年有1名教师受CSC资助,赴国外做访问学者。
目前已经发表教学论文4篇,并出版实验教材1部。
教师信箱:yctu_shengwu@163.com
课程QQ群:25799315
4.教学条件
原来选用的教材为陈长华主编的发酵工程实验(高等教育出版社,2009)。结合几年的教学经验,自己编写了发酵工程实验教材,并于2014年10月由南京大学出版社出版,并获得校级重点教材立项。从2014年秋学期开始,生科院所有发酵工艺综合实验课开始使用自己编写的教材,以取得更好的实验结果。
4.2 实验室建设
2011年开设本实验课之初,生科院没有设置专门的发酵工程实验室,只能利用微生物实验室和食品工艺实验室进行,也没有适用的教材。讲授教师克服困难,用科研经费购置实验耗材和仪器设备,努力改善实验条件,结合实际,尽量让学生获得动手机会。对多年不用的固体发酵罐和液体发酵罐进行了维修,使其恢复了生机,重新投入了使用,避免了不用直接报废的命运,大大节省了教学设备采购经费。
目前发酵工艺综合实验课已经具有开展菌种筛选、摇瓶发酵工艺优化、发酵产物提取和鉴定、液体发酵罐操作、固体发酵罐操作、啤酒发酵罐操作等实验,覆盖发酵工程上、中、下游技术,可供6个实验小组同时开展实验。
发酵工艺综合实验
(IntegratedExperiments of Fermentation)
(供四年制生物工程专业2012级试用)
课程编号:
面向专业:生物工程
实验类别:专业课实验
实验时数:54
考核方式:考查
实验总的目的与要求:(100字左右)
发酵工艺综合实验是生物工程专业的专业必修课。发酵工艺综合实验是一门实践性很强的课程,通过实验操作和加强实践环节,使巩固学生所学理论知识,加深对发酵原理的理解、熟练掌握发酵用种子制作、发酵生产、产品纯化的基本工序和技术,为以后从事相关的研究和工作奠定基础。
序号 | 实验项目名称 | 时数 | 必做 选做 | 每套仪器人数 | 实验目的要求 |
实验类型 | ||
验证 | 综合 | 设计 | ||||||
1 | 紫外线诱变实验 | 10 | 必做 | 4 | 掌握诱变的原理和筛选的方法 |
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√ |
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2 | 种子和发酵培养工艺优化实验 | 10 | 必做 | 4 | 掌握种子、发酵培养配制原理和培养基成分和培养条件优化 |
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√ |
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3 | 生物反应器的使用 | 4 | 必做 | 8 | 掌握发酵罐的使用方法及相关注意事项 |
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√ |
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4 | 发酵工艺优化 | 10 | 必做 | 4 | 掌握发酵原理和工艺优化 |
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√ |
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5 | 液相色谱柱的制备和柱效的测定 | 10 | 必做 | 4 | 掌握装柱方法和柱效的测定方法 |
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√ |
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6 | 分子筛交换色谱 | 10 | 必做 | 8 | 掌握分子筛交换色谱的原理、纯化工艺与鉴定 |
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√ |
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7 | 离子交换色谱 | 10 | 选做 | 8 | 掌握离子交换色谱的原理、纯化工艺与鉴定 |
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√ |
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8 | 啤酒的发酵 | 10 | 选做 | 4 | 掌握啤酒发酵工艺原理和技术 |
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√
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9 | 酸奶的制作 | 10 | 选做 | 4 | 掌握酸奶的制作技术 |
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√
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10 | 发酵控制 | 4 | 选做 | 8 | 掌握发酵控制的原理和有关设备操作 |
|
√
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其中:验证性实验 0 %,设计性实验 0 %,综合性实验 100 %
教材及参考书目:
[1] 曹军卫,马辉文. 微生物工程. 北京:科学出版社,2002
[2] 王福源主编.现代食品发酵技术. 北京:中国轻工业出版社,1998
[3] 吴松刚主编.微生物工程. 北京:科学出版社,2004
执笔人:许德军 审核人: 专业负责人:
新修订大纲(2014版)
(IntegratedExperiments of Fermentation)
(供四年制生物技术专业2014级试用)
课程编号:24211810
面向专业:生物技术
实验类别:基础课实验
实验时数:32
考核方式:考查
实验总的目的与要求:
发酵工艺综合实验是生物技术专业的专业必修课。发酵工艺综合实验是一门实践性很强的课程,通过实验操作和加强实践环节,巩固学生所学理论知识,加深对发酵原理的理解、熟练掌握培养基配制、发酵菌株的筛选、生长曲线和诱变改良、培养基配方优化、发酵产物提取和鉴定等发酵工程上中下游的操作技术,并初步掌握液体发酵罐、固体发酵罐和啤酒发酵设备的操作,以及常用食品的发酵,为以后从事相关的研究和工作奠定基础。
序号 | 实验项目名称 | 时数 | 必做 选做 | 每套仪器人数 | 实验目的要求 | 实验类型 | ||
验证 | 综合 | 设计 | ||||||
1 | 种子培养基和发酵培养基配制 | 2 | 必做 | 4 | 掌握种子培养基和发酵培养基的配制方法 | √ |
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2 | 发酵菌株的分离和筛选 | 2 | 必做 | 4 | 掌握工业发酵菌株分离和筛选的原理和方法 |
|
| √ |
3 | 发酵菌生长曲线的绘制 | 4 | 必做 | 4 | 掌握发酵菌株生长曲线的制作方法 |
| √ |
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4 | 紫外线诱变实验 | 2 | 必做 | 4 | 掌握发酵菌株的紫外诱变方法 |
| √ |
|
5 | 发酵培养基优化-单因素实验 | 4 | 必做 | 4 | 掌握优化培养基配方的单因素实验设计方法 |
|
| √ |
6 | 发酵培养基优化-正交实验 | 2 | 必做 | 4 | 掌握优化培养基配方的正交实验设计方法 |
|
| √ |
7 | 发酵培养基优化-响应面实验 | 4 | 选做 | 4 | 掌握优化培养基配方的PB设计、最陡爬坡实验和BBD或CCD设计方法 |
|
| √ |
8 | 发酵产物的提取和纯化 | 2 | 必做 | 4 | 掌握由发酵液中提取有效成份的方法 |
| √ |
|
9 | 发酵产物的鉴定-薄层色谱和红外光谱法 | 4 | 选做 | 4 | 掌握用薄层色谱法和红外光谱法初步鉴定发酵产物分子结构的方法 | √ |
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10 | 微型啤酒发酵设备的操作 | 6 | 必做 | 6 | 掌握微型啤酒发酵设备的操作方法 |
| √ |
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11 | 液体发酵罐的操作 | 2 | 必做 | 6 | 掌握液体发酵罐的操作方法 |
| √ |
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12 | 固体发酵罐的操作 | 2 | 必做 | 6 | 掌握固体发酵罐的操作方法 |
| √ |
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13 | 酸奶和泡菜发酵 | 4 | 选做 | 4 | 掌握乳酸菌食品发酵的方法 |
| √ |
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注:必做实验课时28个课时,学生根据兴趣再选一个4课时的选做实验。
其中:验证性实验 15 %,设计性实验 30 %,综合性实验 55 %
教材及参考书目:
[1] 张祥胜,薛菲,胡化广. 发酵工程实验简明教程.南京大学出版社,2014年
[2] 陈长华主编.发酵工程实验. 高等教育出版社. 2009年
执笔人:张祥胜 审核人: 胡化广 教学院长:汤新慧