建设啤酒生产实训课程，提高理科高校本科生综合实践能力

梅艳珍+魏华+戴亦军+戴传超+袁生

[摘 要]啤酒生产实训课程可提高理科高校生物技术专业本科生的综合实践能力。模拟工厂化的啤酒生产实训教学内容由“实训场地设备卫生、安全、设备简介”“啤酒生产工艺”“啤酒主发酵及参数监测”三个模块组成。教学内容的设计原则是：强化生产实训的安全教育;建立小型实验与工厂化实训的联系与区别，加强单元操作间的衔接，保证实训的系统性和连贯性;重视学生实践能力、岗位责任意识和团队协作能力的培养;加强啤酒生产实训课程与微生物学、微生物学实验、发酵工程、分析化学等课程的相互联系;建立多样化考核体系，包括专业基础知识评价、操作过程评价、团队协作能力评价等。课程实训效果调查和分析表明本课程的实施可有效地培养理科高校生物技术专业人才的实践能力，提高综合素质、责任意识和团队合作意识。

[关键词]理科高校;啤酒生产实训;教学体系;综合实践能力;考核体系

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0136-04

一、引言

根据教育部《生物技术专业本科教学质量国家标准》的定义，生物技术是生物学领域一个新兴的、综合性的本科专业，是以理为主，以工为辅，理工复合型专业，培养应用型人才，同时在本标准中，强调了生物技术专业的实践性特点。[1]生物技术是一门承上启下的专业，上接生物科学、下连生物工程，是将基础理论成果转化为具有应用价值的技术和产品的枢纽和桥梁。教育部在《生物技术专业规范》中指出，生物技术专业教育的发展与生物技术产业的发展密不可分，人才培养目标与规格具有突出的实践性特点，在该课程体系的设置中，将生产实践列为综合实践教育课程的首要内容。[2]当前，大多数理科高校的生物技术专业是从生物科学理科专业演变而来的，在教学上沿袭了生物科学专业的教学体系和教学思路，使得理科高校开设的生物技术专业存在重理论、轻实践的特点，培养出来的学生存在三方面的不足：（1）相关学科知识的拓展和运用不足，学生理论联系实践的能力欠缺;（2）理科高校的学生普遍缺乏项目化的组织能力和合作能力，因为学生实验大多数是个体操作实验，如微生物学、生化等实验均是个体独立操作的实验，学生的岗位意识和团队合作意识淡薄;（3）传统的单元实验操作相对简单，涉及的危害因素较少或危害面较小，导致在实际生产中，学生安全生产意识淡薄。从而理科高校生物技术专业培养出来的学生与工业化生产对实践人才的需求还存在一定的差距。[3] [4] [5]此外，由于理科高校生物技术专业学生生产实践经验欠缺，大多数生产企业不愿意提供给学生亲自上岗实践的机会，学生到企业的学习主要是以“见习”或“参观”的方式开展，这种方式不利于学生综合实践能力的培养。《啤酒生产实训课程》是针对理科高校生物技术专业本科人才培养存在实践性不足这一特点开设的一门新课，涉及微生物学、生物化学、发酵工程与设备的一门交叉学科，它既与生物学、工程学密切相关，又涉及自动控制等理论。笔者之所以选择啤酒作为实训的典型代表，是因为啤酒的生产工艺涵盖了大部分生物制品生产的基本要素，使学生能够触类旁通，培养与本校人才定位相吻合的精英人才。本校微生物学教学团队经过多年的努力，建立了完善的微生物学模块化实验教学体系[7] [8] [9]，本实训课程亦是微生物学实验教学改革的延伸与拓展，是使理论研究成果走向产业化的一个重要实践环节。该课程由传统的“单元实验”课程转变为工厂化模拟的“实训”课程，可有效克服理科高校学生重理论、轻实践的问题。

二、啤酒生产实训课程教学内容的构建

（一）教学对象、教学目标、教学队伍

《啤酒生产实训课程》是生物技术专业的专业主干课，总学分54课时，共3学分。课程安排在第三学年的第二学期（大三下学期）。学生已修完微生物学、微生物学实验、生物化学和发酵工程等基础课程，掌握了微生物发酵产品生产所需的基础理论知识和基本实验操作技能。该课程的教学形式为：讲授与实践相结合，其教学目标在于：（1）加强学生对微生物学知识的拓展和运用，提升学生将理论知识应用于生产实践的能力;（2）培养学生的岗位意识和团队合作意识;（3）强化安全生产教育。每批实训班人数为15人左右，每个工段安排1-2个责任人，每学期可容纳60-80人，每个学生跟踪实训全程。教学队伍由5名教师和4名二年级生物技术专业硕士研究生组成。研究生的主要职责是协调实验准备教师开展准备实训工作和担任指导教师的教学助手。

（二）教学设备

啤酒实训共配备一台粉碎机（用于麦芽粉碎）、1只200L糖化锅（用于麦芽糖化）、1只200L糊化锅（用于原料糊化）、1只200L过滤槽（用于麦汁过滤）、1个200L煮沸锅（用于麦汁灭菌）、1只200L回旋沉淀槽（用于去除麦汁中的沉淀）、4个200L锥形发酵罐（用于啤酒前发酵和后发酵）及制冷机（制备冷却水）、蒸汽发生器（制备蒸汽，用于灭菌或消毒）、消毒车（双氧水或氢氧化钠）等。实训用原料麦芽和啤酒花购自青岛啤酒股份有限公司，啤酒酵母购自安琪酵母股份有限公司。

（三）教学内容

1.强化生产实践的安全教育

啤酒生产实训工艺过程如图1所示，分别为：①啤酒从原料到产品的生产线，②高温蒸汽设备线路，③消毒设备线路，④制冷设备线路，⑤动力柜控制线路。此课程涉及粉碎机的使用，高温蒸汽、高压氧气和二氧化碳钢瓶、双氧水和较浓氢氧化钠等消毒试剂的大量使用等，因而安全生产显得尤为重要，而在微生物学实验教学中，学生仅在涉及酒精灯、染色时用到二甲苯等易燃、有毒物品。本实训课程模拟工业化啤酒生产过程，使用高温蒸汽进行麦芽的糖化、麦汁的煮沸，学生对高温蒸汽控制不当，可能导致麦汁溢出或人员烫伤;回旋沉淀槽、种子罐、发酵罐及它们之间的连接管道，采用高温水、3%-5%的氢氧化钠或3%的双氧水进行消毒或灭菌。氢氧化钠和双氧水具有一定的强腐蚀性或氧化性，操作时需认真检查各个线路连接是否到位，管道及接口的连接是否有泄漏等。制冷机在工作时注意防锈、防堵等。使用氧气罐时注意防明火。因此，啤酒生产实训必须首选对学生进行安全生产教育，要求学生熟练掌握设备工作原理及使用规范，确保实训过程中的人身安全和设备安全，促使学生从“不伤害自己，不伤害他人，不被他人伤害”做起，养成安全文明生产的良好习惯。在正式生产前，以水试车使学生理解各设备的原理及安全注意事项，便于学生在正式进入生产后能有效地将基础理论知识应用于实践，达到“工欲善其事，必先利其器”的目的。安全生产教育的另一个重要方面是产品质量安全，本实训课程要求学生依据国家标准进行原料检查及产品质量检测，防止使用发霉原料或不合格原料，规范实训操作以避免染菌，严格控制各类参数，以防因原料不合格、操作不规范或参数控制不稳定而导致产品不合格的问题。总之，安全生产教育对培养学生的科研素养和科研规范具有重要作用。

2.教学内容安排

啤酒生产实训教学体系分为三个部分：第一部分，“实训场地设备卫生、安全、设备简介”;第二部分，“啤酒生产工艺”;第三部分，“啤酒主发酵及参数监测”。各部分又分设3个、6个、8个项目，共计17个项目。与不连续的周次单元实验相比，啤酒生产一旦开车运行，需连续生产约1个月。

第一部分和第二部分教学内容如表1所示。此部分内容的教学目标是：培养学生基本实验操作能力，综合拓展能力和应用实践能力，团队合作、交流、组织协调能力等。此部分内容需要连续3-4天，教师学生全天在岗，从早七点半到晚八点半左右，主要涉及啤酒生产设备及各部件的连接，发酵设备的灭菌与消毒，啤酒生产的基础理论知识和原料的准备，麦芽的粉碎、糖化，麦汁的过滤、煮沸和冷却，酿酒酵母种子的培养和进罐。所有过程由学生亲自操作，突出体现以学生为主体的特点，反哺了学生的基础理论知识，加强了学生对微生物学知识的拓展和运用，培养了学生将理论应用于实践的能力。如：在微生物学实验中，没有涉及酵母兼性厌氧发酵、高压蒸汽原位灭菌、发酵罐原位消毒及大型制冷设备的使用;在传统的发酵单元实验中，也很少涉及从原材料到产品、从设备检查到工艺过程控制的理论技术及方法。啤酒生产实训课程模拟工厂化生产，很好地弥补了这一缺陷，使学生在典型性案例实践中充分认识到发酵产业化过程中的共性与个性问题，具备初步解决生物技术产业化过程中关键问题的能力，有效地培养了学生的综合拓展能力和应用实践能力。此外还培养了学生团队合作、交流、组织协调能力。笔者认为，团队合作、交流和组织协调能力是学生将来走向社会相当重要的内在素质。理科高校大多数实验课都是学生独立操作能力的训练，但是对于一项工作或一个产品而言，远非一两个人所能完成，多数情况下需要多人团结协作，通过合作、沟通，营造团结协作的良好氛围来共同完成。本部分内容很好地体现了这一点。

第三部分：啤酒主发酵及参数监测设置了8个小项目，如表1所示。此部分内容进一步强化了学生的实验操作能力、综合拓展能力和应用实践能力。进罐后的前发酵和后发酵需每天安排学生进行数据监测与控制，包括温度控制、压力控制、糖度控制，产品质量检测与控制等。学生在实训中，充分体会到一个合格产品的生产，其检测指标和控制手段是多维的。通过对主发酵参数的控制，学生可掌握发酵过程中一些指标的分析操作技能，加深了微生物学知识的拓展和应用，如：酿酒酵母兼性厌氧发酵机理及封罐时机的选择。同时在质量评价中，采用了微生物学、化学、物理学等多学科理论和方法，如：酵母质量检查采用了微生物学实验的方法;双乙酰的测定采用了蒸馏法和分光光度法，属于分析化学的方法;酒精度的测定采用了密度法，属于物理学方法。这些方法进一步加强了学生对所学理论知识的拓展和应用，提高了学生的综合实践能力和应用能力。

3.重视学生实践能力、岗位责任意识和团队协作能力的培养

本课程每一批次（约15人）即为一个团队合作小组，在指导教师的系统引导下，每个小组明确自己的人员构成、实训目的与内容、团队合作的必要性等问题。本实训课程持续的时间长，特别是前3-4天，工作量大，任务集中，有些操作需要同时控制，如：进罐时需要同时准备好种子液、控制好冷却设备、麦芽汁进罐等操作。针对本实训课程，教师讲授、学生跟踪实训全过程，此外，为强化学生的实践能力、岗位意识和责任意识，在教学内容上还做了以下安排：（1）实行学生值班制，安排学生定时观察设备运行是否正常，每天检测糖度，观察和记录压力、温度等各种发酵参数的变化。记录实施签名制，指导教师检查学生记录情况并将其作为成绩评定的依据之一，平均每位学生约值班两天。（2）设置岗位制度，对于时间长、较复杂的工段设置两位负责人，分主任和工段长，对于较容易控制的工段仅设置一位工段负责人。需要说明的是，由于学校使用的动力与蒸汽系统与工厂差别较大，通常采用的是电蒸汽发生器，而工厂实际用的是锅炉或外购蒸汽，且动力与蒸汽的工厂实际操作专业性强（有专门的专业），对生物专业的学生我们未将其设置为主要岗位。啤酒生产实训岗位名称与责任如表2所示，以此实现提高理科高校学生实践能力、岗位意识和团队协作能力的目的。（3）实施产品评价，每个合作团队展示自己的成果，包括团队合作过程的实训记录和产品。研究实践表明，实训的团队工作方法比传统教学模式更能锻炼学生的合作、协调、主动学习的能力。通过实训，学生体会到了岗位责任意识、团队协作工作理念，调动了学生学的习积极性。

4.加强啤酒生产实训课程与微生物学、微生物学实验、发酵工程、分析化学等课程的融会贯通

本课程教学体系注重生产实践与相关理论知识的融会贯通，充分体现学科交叉的重要性，要求学生具备较扎实的微生物学和微生物学实验、发酵工程、分析化学等相关课程的基础理论知识。如：酵母积累乙醇代谢途径、双乙酰还原、酿酒酵母的摇瓶培养到种子罐培养等用到了微生物学及实验的相关知识。培养基的配制在微生物学实验中，采用的是从市面上购买的瓶装试剂，如酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等，而本实训采用的主要原料是非主粮作物麦芽（大麦经发芽烘干后），糖化是利用麦芽中所含的酶，α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、麦芽糖酶等将麦芽原料中的不溶性高分子物质，逐步分解为可溶性低分子物质的过程，加强学生对生化基础知识酶的理解。本实训应用了液体深层发酵，而在微生物学实验课中，通常只用到100mL的三角瓶和接种针接种，学生无法建立工业生产规模的发酵概念。发酵工程课程讲到种子扩大培养，但不开设实验，本课程的实践让学生切身体会到了生产发酵过程。发酵罐的设计原理，麦芽汁的过滤、旋沉原理等，体现了发酵工程、生化工程下游技术等应用基础理论在本课程中的运用，具有典型的工程应用特色。还对原料及过程的生产成本进行核算，而在其他课程中，缺少成本核算这一环节。如，麦芽在粉碎时需调节合适的辊间距，以使麦芽表皮达到“破而不碎”的要求，以利于麦芽汁的过滤，过滤介质为麦芽表皮，节省了生产成本。产品质量控制采用了微生物学实验、分析化学、仪器分析等分析检测手段，体现了化学与生物学两者的紧密联系，促进了学科交叉。通过啤酒生产实践使学生达到理论与实践相结合，基础知识与应用的融会贯通，从而培养了学生的综合实践能力。

三、建立与啤酒生产实训教学体系相对应的多样化考核体系

啤酒生产实训课程是团队合作课程，考核的目的在于培养学生的知识应用能力、实践能力和团队合作能力，注重实训过程考核，即学生在生产实践中的表现。考核项目和内容主要分为专业理论知识评价（20分）、操作过程评价（40分）、实训报告（20分）、团队协作能力评价（20分），评价方法参见表3。专业知识部分主要包含啤酒基础知识、啤酒工艺原理、设备构造及运行原理等基础理论知识。操作过程评价含原料处理、麦汁制备、发酵设备操作、啤酒品评及实训报告等，以及学生操作评价和数据结果评价。团队协作能力评价主要针对工作态度和团队协作精神。本考核体系的目的与教学体系目标一致，突出体现学生的科研素养和科研规范，基本实验操作能力，综合拓展能力和应用实践能力，团队合作、交流、组织协调能力等，从而培养与本校人才定位相应的应用实践型的精英人才。

[ 参 考 文 献 ]

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[9] 戴亦军，何伟，袁生，等.水质微生物学检验实验模块的教学探索与实践[J].微生物学通报，2016（1）：211-216

[责任编辑：罗 艳]