工程教育认证背景下酿酒工程专业微生物学课程教学改革

曾祥勇 陈莉 陈星奕

摘  要：微生物学是一门理论性和应用性很强的基础学科。作为酿酒工程专业必修的核心课程，该课程学习的好坏直接决定今后专业课程的学习成效，最终影响毕业生的培养质量。如何上好微生物学课就变得十分重要。然而，目前微生物学课程的教学改革大多偏向于食品、发酵工程、环境和医学等领域，具体针对酿酒工程专业的微生物学课程的教学改革还十分缺乏。因此，该文以贵州大学国家一流专业和通过工程教育认证的酿酒工程专业176名学生为例，首先，简要介绍微生物学课程的教学过程中存在的常见问题，深入分析其形成原因。其次，基于工程教育专业认证以“以学生为中心、产出导向、持续改进”三大基本理念，从重构知识体系、优化教学方法、完善考核体系和自主学习强化等方面提出改进措施，以期为酿酒工程专业在工程教育认证背景下微生物学课程教学模式改革提供参考和思路。

关键词：微生物学；工程教育认证；问题导向教学；线上线下混合式教学；教学改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）20-0117-05

Abstract： Microbiology is a robust theoretic and application course. As a core course for liquor engineering major， its studying effect will directly influence the quality of subsequent professional course study， finally determining the training quality of graduates. At present， most teaching model reformation of course microbiology have only focused on the food science and engineering， fermentation engineering， environment and medicine fields， the reformation specific to liquor engineering major is greatly limited. Therefore， a total of 176 students from liquor engineering major of Guizhou University， as the national first-class major and major authorized by engineering education accreditation association， are chosen to analyzed in this study. The common problems during the studying process were firstly introduced and subsequently the causes to the above problems were deeply analyzed in the present study. Finally， based on "students-centralization， outcome-orientation and sustainable improvement" three core conceptions of engineering education accreditation， the measurements were referred from teaching contents， teaching methods， evaluation system and independent learning aspects. It is hopefully to provide references and ideas for the teaching model reformation of course microbiology of the major liquor engineering.

Keywords： essential microbiology; engineering education accreditation; problem-based learning; online and offline blended teaching; teaching reformation

基金項目：贵州省科技厅基础研究“基于高通量测序及ichip原位培养酱香白酒核心微生物菌群构建及功能评价研究”（黔科合基-ZK[2021]一般180）

第一作者简介：曾祥勇（1986-），男，汉族，四川达州人，博士，讲师。研究方向为食品微生物。

《华盛顿协议》是一项工程教育本科专业认证的国际互认协议，旨在建立共同认可的工程教育认证体系，实现各成员的工程教育水准的实质等效，为工程师资格国际互认奠定基础。我国于2016年加入《华盛顿协议》，成为第18个正式成员，这表明我国工程教育的质量得到了国际社会的认可，同时也表明我国已经正式采用国际工程教育人才培养的评价体系[1]。工程教育认证包括以学生为中心、产出导向（Outcome Based Education，OBE）、持续改进三大核心理念[2]。以学生为中心，就是要求教学内容更加注重学生学习能力的培养，由侧重“老师讲授”传统教学模式向“学生自主学习”转变；以培养目标和毕业要求为导向，需要对教学内容进行反向设计，从“分数”向“能力”转变；通过对培养目标、课程目标、毕业要求等方面的达成情况进行主观+客观/内部+外部的综合评价，发现问题，对培养目标、课程目标、毕业要求等方面提出改进措施，做到持续改进。工程教育认证的最终目的是为国家培养综合素质过硬、具有国际视野的卓越工程师。加强学生工程知识、分析问题、设计/解决开发方案、科学研究、环境与可持续发展、沟通交流、项目管理和终身学习等12种能力培养贯穿于教学全过程中。

课程是专业实施人才培养的主要载体，课程教学质量对人才培养质量起到决定性的作用[3]。微生物学作为一门理论性和应用性很强的基础学科，一方面，对以大肠杆菌和酿酒酵母等为代表的模式微生物深入研究，极大推动了分子生物学、遗传学、微生物生理学等学科快速发展。另一方面，微生物的应用十分广泛，涉及医疗保健、新型食品开发、工业发酵、污染治理和农业生产等领域。可以说，微生物跟人类生产生活之间的关系密不可分。深入学习微生物结构与功能、新陈代谢、遗传变异、生态作用及分类鉴定等内容，可更好地发掘利用丰富的微生物资源，同时，消灭或控制有害微生物[4]。因此，对微生物高效、科学地开发利用，在解决当前人类面临的粮食危机、能源安全、气候变化和环境污染等全球性问题方面具有重要意义。

对于酿酒工程专业，微生物学作为学科大类必修课程，体现了其在酿酒工程课程中的重要性。对其学习的好坏，直接影响微生物生态学、微生物遗传学、发酵工程原理、白酒工艺学、葡萄酒工艺学和酒精工艺学等后续专业课程的学习。另外，微生物学对本专业的毕业要求中的分析问题、设计/解决开发方案、科学研究和环境与可持续发展等多项能力培养上起着强支撑作用。正因为微生物本身的专业特点及对本专业多项毕业要求的强支撑作用，探索工程教育认证背景下酿酒工程专业的微生物学教学新模式显得十分迫切。目前，大多微生物学课程教学改革偏向于食品科学与工程、发酵工程、环境工程及医学等专业，具体针对酿酒工程专业的微生物学课程教学的改革范例还十分缺乏。贵州大学酿酒工程专业于2019年和2021年先后入选国家一流专业建设名单和顺利通过工程教育认证专家入场评审。任职期间，笔者一直承担微生物学课程教学任务，在4年的教学工作中积累了丰富经验，同时，具有较强的工科背景并长期从事食品、环境等微生物相关领域研究。因此，本文以酿酒工程专业2017—2019级3届学生（2017级50人，2018级49人，2019级77人）为例，首先简要介绍微生物学课程教学过程中存在的常见问题。然后，深刻分析其成因。最后，从重构知识体系、优化教学方法、完善考核体系和自主学习强化等方面提出相应的改进措施。本文可为酿酒工程专业学生的知识学习和能力培养提供参考，为在工程教育认证背景下的微生物学课程教学改革探索提供思路。

一  微生物学传统教学过程中存在的常见问题

（一）  学习积极性不高

在课程教学过程中部分学生的主要表现为：精力不集中现象突出；老师提问时学生答非所问，甚至不知所云；布置课后作业时，大多同学也往往是为了应付，并不去查阅权威书籍或实验指导书，也不利用中国知网、Web of science等中英文专业学术数据库进行检索，寻找答案，而是直接采用浏览器或学术论坛去搜索答案，答案的正确性自然存疑。学生以上的种种表现，表明学习压力非常缺乏，积极思考和主动学习意识明显不足。

（二）  知识点多，课时少

复旦大学周德庆教授编写的《微生物学教程》（第四版）教材总共有十章内容，涵盖微生物結构与功能、营养素和新陈代谢、微生物生长繁殖、遗传变异、微生物生态学及微生物分类鉴定等几大板块内容。每个章节涉及的基本概念、基本理论、研究方法等知识点繁多。然而，微生物学课时数仅为48学时。如何保证在有限的学时内既要完成大量理论信息的讲授以确定课程知识体系的系统完整性，又在基本理论知识基础上选取经典的学习科研和生产实践过程中常见的案例和问题工程让学生参与讨论，这是任课教师所面临的难题。即使有少数主动思考、思想活跃的学生参与课堂讨论，也依然难以做到在工程认证中覆盖全体学生的要求。

（三）  重知识记忆，轻分析应用

面对微生物学中繁多的知识点，一些学生在课堂上并没有认真听讲，对老师反复强调的重点内容并未引起足够重视；对于难点内容思考也较少，不求甚解；课后也不愿意花时间去消化和复习课堂上所学的基本概念和理论、重难点内容。仅希望在临近期末很短的时间死记硬背，应付考试。这种对知识点简单、机械的记忆，时间一长，就非常容易遗忘，究其原因，是没有吃透基本理论，没有真正内化成自己的知识。更为普遍的是，一旦让学生就科研和生产实践过程中某一现象分析其成因并提出解决方案，或某个主题设计实验方案时，绝大部分同学都束手无策。对学生而言，虽然课本上的知识点是最简单最基础的，却是分析/解决问题、方案设计等能力培养所必备的。如果没在脑海里构建完备的知识体系，具备分析/解决问题和方案设计等能力就无从谈起。

（四）  对当今的前沿科学知识了解甚少

当今科技发展日新月异，新技术、新理论、新思想层出不穷，甚至许多颠覆教材或诺贝尔奖级别的研究成果不断涌现。例如，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和团队2020年创造性地联合利用化学法和生物法采用“搭积木”的形式，从头设计、构建了11步反应人工合成淀粉。人工合成淀粉是中国科学家在人工合成淀粉方面取得的重大颠覆性、原创性突破[5]。又如，2020年深圳大学李猛教授团队首次发现并证实了产甲烷古菌能直接利用石油长链烷基烃合成甲烷，打破了需要互营代谢才能完成甲烷合成这一传统认知[6]。通常情况下，教材中的知识点往往落后于前沿科学研究十多年，实时跟踪前沿科学动态，对学生知识的更新和加深课本知识的理解具有非常重要的意义。然而，学生对本领域的前沿科学研究缺乏好奇心和浓厚兴趣，或者因为英语基础较差，阅读权威英文文献吃力，导致对前沿科研动态基本上不关注。这样，对今后专业课的学习及科研兴趣的培养大大不利。

二  原因分析

（一）  对课程学习缺乏兴趣，动力不足

部分学生面对微生物学课程中纷繁复杂的知识点，不是主动去熟悉、理解、消化这些知识点，将其转化成自己的知识。遇到难题首先想到的是应付，以畏难情绪、被动学习的态度去面对，而不是主动去解决，高质量完成。不注重平时知识的学习和积累，仅仅寄希望于在最后一小段时间里突击，死记硬背，以求考试拿高分，甚至及格即可。兴趣是最好的老师。如果对课程学习缺乏兴趣，缺乏对未知知识的探索欲，会使内生动力明显不足。

（二）  教学方法陈旧，缺乏新的教学方法

在前期的教学过程中，因为经验不足，主要采用的是“教师讲授”传统教学模式。若只是单纯地传授知识，进行“填鸭式”教学，一方面，很难激发学生的兴趣，直接导致学生在课程学习中的参与感大大降低。另一方面，任课老师很难保证在规定的学时中高质量地完成教学任务。如果没有熟练掌握并灵活应用OBE结果导向教学、BOPPPS教学法、线上线下混合式、微课慕课、雨课堂/学习通和问题导向教学等新型的现代教学方法，会直接影响到课程目标的达成，导致毕业要求难以达成，最终使培养目标难以实现。

（三）  考核体系不合理，过程考核形式单一，无法做到给学生加压

之前的课程考核体系包括期末成绩和平时成绩，平时成绩包括出勤、作业等。该体系中期末考试的比重过大，达到70%甚至更高，平时成绩占比较低。同时，期末试卷过多地注重对学生对知识点掌握情况的考查，而现象分析题、方案设计题等真正体现学生对知识灵活应用的题型较少，很难体现对学生工程知识、分析问题、设计/解决开发方案、科学研究和环境与可持续发展等12大工程能力的培养效果。另外，平时考核仅仅局限于出勤、作业等，过于简单，针对性差，考核时又不严格，流于形式。常常出现一些学生平时不努力学习，考前临时抱佛脚临时突击复习下也会获得好成绩这一畸形局面。究其原因，还是因为考核体系不合理。对学生课前预习、课堂表现、课后作业完成等过程评价机制较为缺乏，评价标准不明确。平时综合表现评价的弱化，无法给学生施加更多的学习压力，进而不能引起学生在思想上的重视，造成思想散漫。

（四）  英文基础差，对微生物学的专业词汇感到陌生、恐惧

大多学生的英语基础较差，主要体现在英语四级通过率较高，但英语六级通过率很低，只有个别优秀同学在毕业时通过英语六级。另外，在上课期间，对老师要求熟悉并掌握的微生物领域中专有名词和常见微生物名称未引起足够重视。如果平时没有积累，对这些专业词汇感到陌生，一看到英语科技论文就害怕、畏难和恐惧，导致很少去追踪国际科技前沿研究成果，如此会影响对微生物学课程学习兴趣的培养及今后科研所必备的学术思维的养成。

三  改进措施

（一）  采用思维导图形式，重构学生知识体系

“思维导图”是英国学者Tony Buzan在20世纪60年代提出的思维工具，符合大脑思维规律，充分发挥了左脑的理解、记忆、逻辑推理等理性思维，以及右脑的想象、空间、创造等感性思维的优点，进而通过形成分支树状结构图来对主题加以归纳概括[7]。思维导图的核心是把形象思维与抽象思维有机地结合起来。微生物学涵盖细胞结构功能、新陈代谢、生长繁殖、遗传变异、生态分布及分类鉴定六大板块内容，知识点繁多，知识点之间关系错综复杂，应用范围非常广泛，增加了学生记忆负担。单纯依靠“教师—学生讲授”这种单向教学模式不太符合注意力曲线和发散思维模式，导致对内容学习的关注度不高，积极性下降。采用思维导图形式，有助于学生更好地理解知識点间的关系，把握其逻辑脉络，从而有效建立起微生物学知识体系[6]。此方法的好处在于不用拘泥于某个知识点，从而避免一叶障目不见泰山。从宏观的角度来把握本课程的知识结构，学生记得更牢，不容易忘记，即使毕业多年在生产实践中遇到问题也能够快速回忆、定位、查阅到相关知识，顺利解决问题。思维导图的应用，能够大大提高学生学习的兴趣和学习热情，同时其归纳总结能力和思维发散能力也能大大提升。因此，将思维导图应用到微生物学教学过程中，有利于促进学生的系统整体观和创新思维等能力的培养，非常符合工程认证中“以学生为中心”的核心理念。

（二）  采用线上线下混合式教学，合理分配线上线下教学内容，提高教学效率

根据酿酒工程专业2021版培养方案，微生物学共48学时。要想在有限的学时里高质量完成指定的教学任务，可采用线上线下混合式教学模式[8]。首先，通过思维导图帮助其建立微生物学的知识体系，然后，对知识点依据重要性和难易程度进行认真梳理、分类。对于容易理解或不太重要的知识点及背景知识，教师通过上传包括PPT课件、微课慕课、视频和图书等学习资源到学习通或雨课堂等线上学习平台，学生利用课余时间自学，培养学生自主学习的习惯，尽量避免占用更多的课堂时间。同时，利用线上学习平台强大的数据分析能力对学生的学习情况进行实时评价，老师根据学生的掌握情况在线上或线下进行答疑解惑，并为及时调整教学内容和进度提供依据；另一方面，对于课程中的重难点、与实践联系紧密的知识点，主要采用线下课堂教学，教师对重难点进行深入讲解。同时，采用现场提问和随堂测验等环节来检验学生对知识的掌握程度。课后认真复习消化课堂上讲解的重难点内容，通过完成作业，进一步加深理解，并抓住实验实践或参与科研项目的机会，将所学知识用于分析问题和解决问题，真正做到学以致用（图1）。

（三）  采用问题导向教学法和案例教学法激发学生兴趣，增强内生学习动力

问题/项目导向型教学（Problem/project Based Learning，PBL）是1969年由美国的神经病学教授Barrows创立。PBL教学法是在教师的引导下，以学生为主体，以问题为主轴， 使学生进行主动学习的一种教学法。其通过设计问题，调动学生学习隐藏在问题背后的科学知识；学生通过自主观察、查阅和分析资料及分工合作来解决问题，培养了他们解决问题和自主学习的能力[9]。从生产实践和熟悉的生活场景中出发，提出常见的生产问题，更容易引起同学们的共鸣。比如，新冠病毒SARS-CoV-2与全球大流行、米酒制作、污水净化、酸奶发酵、农业堆肥和农村沼气生产等。然后，利用课本上所学的理论知识来分析生产实践中的问题并提出解决方案，这样既能将知识记得牢固、不易忘记，又能做到融会贯通，举一反三。同时，又能针对性地培养分析问题解决问题的能力。在课堂上列举生产实践和日常生活中的实际问题和生动案例，并采用提问式、案例式、讨论式等方式激发学生深度参与课堂讨论。只有对课本上的知识点活学活用，才能真正内化为知识。培养学生自主学习、团队协作、分析解决问题的能力。

（四）  改进考核方式，加大过程考核比重

过去微生物学总成绩由平时成绩和期末成绩组成，期末成绩的占比为70%。为引导学生更加重视学习过程，可将期末成绩占比降至60%甚至55%，以此提高平时成绩占比。另外，期末试卷除了包括名词解释、选择题、填空题和判断题等常规题型，检验学生对基本知识点掌握外，还需要设置分析类和设计类题型，以考查学生应用知识的能力，可直观反映对学生工程知识、分析问题、设计/解决开发方案、科学研究和环境与可持续发展等综合能力的培养效果。对于平时成绩，考核方式应多样化，除了常规的出勤、作业外，借助学习通或雨课堂等线上教学平台对课前资料学习、教学视频观看、习题作业完成、课堂讨论及问答和PPT制作及汇报等方面来进行科学、综合评判，给出平时成绩。

（五）  科研服务教学，结合科研方向，有针对性地介绍前沿进展

由于笔者当前从事酿造环境微生物资源挖掘利用、综合利用多组学技术基于生物膜或群体感应系统对微生物风味物质代谢合成及微生物群落变化调控机制等研究，在微生物学教学过程中，有针对性地介绍微生物新型培养法、固态发酵、生物膜、群体感应、污水处理、基因组与转录组等多组学相关理论知识和技术流程，进一步拓宽学生的知识面和视野。微生物学任课教师可根据自身研究方向，并结合微生物学的课程特点，为学生介绍本领域的最新研究成果和技术。加深学生对课本知识的深入理解，吃透消化，最后转化成自己的知识。

（六）  课堂上积极引导学生掌握常用专业词汇，敦促学生课后自主自学

微生物领域中涉及非常多的专业词汇，教师在课堂上要着重引导学生对专业词汇进行学习，要求理解并掌握其涵义，在平时专业知识的学习过程中就开始积累专业词汇，为后期阅读权威英文学术文献打好良好基础。同时，微生物领域有许多顶级学术期刊网站，例如，Nature，Nature microbiology，Nature review microbiology，FEMS review microbiology，Microbiome，Trends in microbiology，Annual review of microbiology，Current opinion in microbiology和ISME等优秀期刊上的综述及研究性论文。也可关注微生物相关公众号，及时跟踪微生物学的前沿研究成果。因此，学术期刊网站和公众号的持续关注，有利于拓展学生的知识面，使微生物学的知识体系更加饱满。同时，培养学生对科研的浓厚兴趣，为今后在本领域深入学习研究打下良好基础。

四  结束语

本文以贵州大学酿酒工程专业2017—2019届学生普遍存在的问题为切入点，深刻剖析其原因。结合自身教学经验，提出了在工程教育认证的大背景下，综合采用思维导图和线上线下混合式教学、问题式教学及案例式教学和实践教学等先进教学方法对课程内容、教学方式、考核方式等方面进行优化改革，着力培养学生工程知识、分析问题、设计/解决开发方案、科学研究和环境与可持续发展等12大能力，以符合“以学生为中心，结果导向，持续改进”工程教育认证的核心理念。

参考文献：

[1] 栗俊广，白艳红，张华.工程教育专业认证背景下食品工艺学实习课程教学改革的探索[J].轻工科技，2017（5）：140-141.

[2] 李正军，刘军锋，曹辉，等.工程教育专业认证背景下的微生物学教学改革[J].化工设计通讯，2020，46（10）：109-110.

[3] 施晓秋.遵循专业认证OBE理念的课程教学设计与实施[J].高等工程教育研究，2018（5）：154-160.

[4] 周德庆.微生物学教程[M].4版.北京：高等教育出版社，2020.

[5] CAI T， SUN H， QIAO J. et al. Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide[J]. Science，2021，373（6562）：1523-1527.

[6] ZHOU Z， ZHANG C， LIU P， et al. Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species[J]. Nature， 2022（601）：257-262.

[7] [英]托尼·巴贊．思维导图：放射性思维[M]．李斯，译.北京：作家出版社，1999．

[8] 毛淑红，郭艳，刘逸寒，等.微生物学“线上线下”混合教学模式构建探讨[J].中国轻工教育，2020（6）：61-65.

[9] 佟晓丽，刘红，李纪周.问题导向教学模式的探索与实践[J].科教导刊，2019（8）：41-42.