食品学科人才培养中发酵工程课程的改革与实践

2024-04-03魏超昆潘琳田晓菊张惠玲

安徽农业科学 2024年6期

魏超昆潘琳田晓菊张惠玲

摘要发酵工程作为食品科学与工程专业的一门选修课，在教学过程中存在教学内容滞后、教学方法与手段单一、考核方式落后等问题。针对这些问题，从教学内容优化、教学方法改进、考核方式创新等方面对教学改革的探索和实践做了有益的实践，并对发酵工程课程教学的思政设计与实践进行了探索，以期提高发酵工程课程教学质量，激发学生的积极主动性，提高学生的实践水平，最终使学生的终身学习能力得以提升。

关键词应用型人才培养；教学改革；发酵工程

中图分类号 S-01 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）06-0278-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.063

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Reform and Practice of Fermentation Engineering Course in the Talent Cultivation of Food Science

WEI Chao-kun， PAN Lin， TIAN Xiao-ju et al

（School of Food Science and Engineering， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021）

Abstract Fermentation engineering is an elective course for food science and engineering specialty.There are some problems in the teaching process， such as lagging teaching content， single teaching methods and means， backward assessment methods and so on.In view of these problems， this paper explored and practiced the teaching reform from the aspects of optimizing the teaching contents， improving the teaching methods and innovating the examination methods.This paper explored the ideological and political design and practice of fermentation engineering course teaching， so as to improve the teaching quality of fermentation engineering continuously， mobilize students learning enthusiasm and practical level， and enhance the lifelong learning ability.

Key words Applied talent training;Teaching reform;Fermentation engineering

將发酵工程课程内容与食品科学与工程专业的人才培育计划相结合，以发展学生在发酵工程和工业领域的专业技能为最终目的，需要他们掌握在实践中培养微生物的专业技能，对发酵工业中的发酵原理和流程有一定了解，利用发酵工程专业知识，为该领域专业技能的发展成熟奠定技术基础，能综合运用所学的知识发现并解决生产中的实际难题。结合实际生产上的问题，发酵工程课程实行理论与实践相结合的教学改革，具有较强的适用性和实用性［1］。在理论环节，综合内容主要基于案例分析方法和问题驱动方法，辅以多样化教学手段。在实验环节，以项目教学为主，并结合翻转课堂进行教学。在教学中教师将多种教学方法相结合，使学生在课堂上能更好地感受课堂教学的乐趣。该课程的教学设计以学生培养原则为中心，将分散抽象的知识点合并为特定的任务，引导学生完成学习任务、学习反馈和学习评价，将学习和实践学习实践与掌握教育理论和实践统一起来，让学生在综合实践中不断提升自己的学习能力［2］。发酵工程课程作为

该校食品科学与工程专业学生的一门选修课程，课程组教师不断改革和完善课程教学体系［3］。他们深入研究了课程线上线下相结合的教学手段，然而在此背景下面对如此大规模的课程选择，学生尝试在线学习尚属首次。在发酵工程课程体系构建的初期阶段，课程组教师对学习者的可承受性、学习地点的改变、课程内容、思维能力、上网便利程度等问题进行了全面评价，并对选择方法进行了深入讨论［4］。教研组教师坚持高水平、创新、有意义的网络课程设计理念，以进一步提高学生的自主学习、知识应用以及创新能力［5］。遵循以学生自习为中心，将教学理念定位为教师辅助引导学生学习［6］。在全球能源危机日益严重、环保意识日益增强的情况下，利用生物技术可持续生产是目前国内外研究的热点。发酵工程指的是通过现代工程学手段，将微生物的特殊功能转化为有益于人类的成分，或者是将其直接投入工业领域的一种新型技术。发酵工程与生物学和工程学密切相关，涉及生物化学、微生物学、化学工程学、过程控制、信息科学等领域。这是通过基因工程、代谢工程、合成生物学等生物技术手段生产产品的一种方法。我国发酵工程领域的确立，可以追溯到1955年华东化工学院创建抗生素制造工程专业［7］。历经60余年的发展与革新，该领域建立了一个师资强大的教研小组。发酵工程是一门理论性、应用性、实用性极强的课程［8］。随着科学技术的飞速发展，通过发酵工程技术指导进一步培育拥有创新精神、团队合作精神以及应用实践能力的食品科技人才是目前面临的重要课题［9］。笔者经过大量的调查与实践，从建立知识框架、创新教学方法、优化教学内容等角度对课程进行了改革，构建了一个有效的教学平台，并取得了突出的教学成果［10］。

1 发酵工程课程教学改革思路和目标

随着我国食品工业的快速发展，需要培养具有创造性的高素质人才，这给发酵工程课程教学带来了新的机遇，采用传统的教学方法很难培养生物制造产业所需的高质量应用型人才。考虑到发酵工程的功能特点，必须理解和学习成果导向教学理念（OBE），将理论和实践、技术和工程、教育和思考相结合，让学生掌握完整的发酵工程理论和工程学专业基础知识，能解决复杂的生物工程学问题，培养发酵工程技术研究开发能力［11］。要以构建一套全面的发酵工程知识框架为基础，从原来的理论性教学转变为理论性与实践性相结合的教学模式，教学向学生自主学习转变，改变传统以教材为基础的教学方式，转变为以动态的科研内容为基础的教学方式，从传统的面对面教学转变为虚拟仿真等新的教学方法，为我国食品生物制造行业的人才培养提供强有力的保障。

2 发酵工程课程教学改革内容

2.1 构建知识体系，保障教学效果

发酵工程是一门应用与实践并重的学科，因此在巩固学生理论知识的同时，在教学过程中还要对学生的创新能力进行培养，培养适应现代生物产业发展需要的高素质人才。为进一步转变“重理論、轻实践”的传统教学理念，充分利用学校食品工程方面的应用和实践优势，在建立知识体系的过程中对此展开了积极探讨，并将宁夏大学优质课程——发酵工程作为其核心，并结合一些实用和创造性课程（比如发酵工程实验、 iGEM和合成生物学），共同打造一个完整的知识课程体系。同时，还开发了一套以食品生物工艺为核心、理论联系实际的高级研究生学习课程。这一套全新课程从基础理论、工程设计以及实验实践3个方面进行了探索，这3个方面既有各自的独立性，又有相互联系［12］。

2.2 丰富教学方式，提高学生的学习兴趣

慕课（MOOC），即大规模开放式在线课程，是一种与传统线下教学截然不同的教学方式，可为师生提供一个网上沟通的平台。它是在高等教育体制改革进程中的一项重大变革。慕课教学中，最重要的环节就是如何制作高质量的慕课教学视频，每段视频只有10～15 min。近几年，该校把建立一套全面的发酵工程知识框架提上日程，积极实施 MOOC教学，并对其他高质量 MOOC资源进行整合，构建了既独立又互为补充的教学模式，这样既提高了学生学习的主动性，又巩固了教学成果［13］。作为一门实验性和实践性较强的课程，发酵工程在培养学生创新实践才能方面发挥着重要作用。但是，由于环保要求的提高，很多发酵工厂都迁到比较偏僻的中西部地区，对发酵工程课程的创新实践造成极大的负面影响［14］。此外，传统的动手操作实验不能满足学生学习最新发酵工程技术的要求［15］。因此，适时制定对策，与企业长期紧密接触，并运用虚拟仿真教学，加强学生对实际发酵工艺操作和理论知识的理解和实际操作能力。

2.3 整合教学资源，优化教学内容

教学资源的广泛性、教学内容的科学性和合理性是决定该课程教学成败的根本因素。伴随着生物合成、生物信息感知以及各种智能制造技术的不断成熟，随着发酵工程领域先进理论、方法、技术的实践应用，急需探索一种新的教学模式，进一步培养学生的创新精神与创造能力。发酵工程课程教师主要是宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室科研人员，这些教师拥有丰富的研究经历，具有创造性思维，善于跟踪前沿科学技术，可以将研究成果转换成教学资源。

3 发酵工程课程教学改革实践

3.1 课程教学改革实践

针对发酵工程课程的特点，从理论教学到工程设计，再到实验和实践应用，在此基础上建立了一套完整的知识体系架构。以食品科学与工程专业的同学为研究对象，在大学二、三年级设置食品生物化学、食品机械与设备等理论课程，又设置了发酵工程理论、发酵工程实验、iGEM和合成生物学的创新实践课程。通过对这些课程的系统研究，让学生掌握从菌株代谢到过程调节，再到分离和纯化整个过程。后续的综合性实验和实践结合相关的理论，在完全理解的基础上掌握发酵前的准备、发酵工艺的控制、发酵生成物的分离以及实验结果统计等技能。该课程的教学团队以线下为基础，线下和线上相结合，使用多样化知识框架开展发酵工程课程的实践。同时，传统的动手操作实验已不能满足培养学生学习最新发酵工程技术的要求。适时制定对策，与企业长期紧密接触，并运用虚拟仿真教学方法加强学生对实际发酵工艺操作和理论知识的理解和实际操作能力。该专业师资力量雄厚，具有较强的科研能力，这些教师的研究成果都刊登在相关领域的一类期刊中，多人获得全国性奖项，多次获省级科学技术奖。教学过程中，很多教师将最新的科学研究成果和应用实例作为教学内容，可使学生及时接触到前沿技术。

3.2 发酵工程课程教学体系的构建

针对发酵工程课程的特点，从理论教学到工程设计，再到实验和创新实践，构建了完整的知识体系。本着“依托线下，线下线上相结合”的原则，发酵工程课程教学团队采用多渠道知识体系整合，实行线上、线下相结合的教学。这样可以切实拓宽学生的知识面，提高了学生的学习效果。慕课与虚拟仿真教学是高校新教学模式的重要组成部分。它们取代了传统的课堂教学方式，同时实现了对知识要点的讲解，在教学中可以帮助学生更好地理解某些知识点，从而提高他们的学习积极性。该校以宁夏大学“糖化酶催化剂啤酒发酵过程的虚拟模拟实验”为例，介绍发酵具体流程和生产过程中应注意的问题。但是，线下课堂教学在人才培养和科学研究过程中依然发挥着不可替代的作用。通过面对面的教师指导，可以让学生更好地掌握相关知识和技能。针对教学内容改革，该专业课程师资力量雄厚，具有较强的科研能力。在教学中，很多教师都将最前沿的科学研究成果以及实例转变成教学分镜，加强了学生实践应用能力的培养。但是，在线平台的应用也有特定的限制条件，比如因为需要使用硬体装置或网络问题，无法按时完成预览，导致影响学生的学习进度。此外，当学生通过视频、其他方式在线完成听力和学习时，他们可能会安静地玩耍或在课后复印笔记，这是教师无法监督的。此外，由于网络时代的便利性，部分在线评价结果的可信度小幅度下降。

3.3 混合式教学中存在的问题

使用线上线下相结合的教学方法具有许多优势，例如可以让学生自主学习、教学大纲系统化、教学内容多样化、教学模式灵活多变、公平科学的考核方式、卓越的教学成果等。然而，网络平台的使用也存在一些局限，比如因为硬件设备的要求以及网络问题，可能会导致学生无法在规定的时间内完成学习、同步课堂卡顿等，从而影响学习进度。

4 混合式教学模式的设计及实施

“输出导向”的办学思想对当代高校办学具有重大的指导意义。在针对发酵工程课程展开混合教学的过程中，要始终以学生为中心，对教学内容进行优化，进一步强化教学设计。

4.1 教学内容的设计为了最大限度地利用网络平台的优势，首先要梳理发酵工程课程大纲中的知识要点。针对发酵工程课程的教学特点，按照发酵流程将知识点分解并重构。新课程大纲由11章组成，覆盖了整个发酵工程的上、中、下游环节。然而，仅仅依靠40课时的授课要把全部的知识点都讲解清楚是非常困难的，而这种线上与线下相结合的教学模式可以很好地解决这个问题。网络教学的内容安排主要是根据学生的自主学习能力以及学习时间、教学内容的难点、自学和自测问题，设置热门的、易于理解的专业概念。简要介绍发酵工程的发展、应用领域以及发酵菌株的来源和类型。学生们可以在学习平台上下载与教学有关的幻灯片、照片、视频或参考文献。将无菌原理与技术、发酵工艺优化与控制等难点内容作为主要的线下课堂教学内容。对于难懂的重要内容，通过记录画面制作成PPT文件进行同步说明，并上传平台。

4.2 线上教学平台的建设

发酵工程线上教学平台的建设需要满足一系列要求，给学生提供高效、便捷、有效的在线学习体验。首先，内容丰富、互动性强。平台应包含丰富的发酵工程相关课程内容，包括基础知识、专业技能、实践操作等方面的内容，覆盖不同层次和不同专业需求的学生。平台应设计多样化的互动教学模式，如在线讨论、实验模拟、虚拟实验室等，促进学生与教师之间、学生之间的互动与合作，提升学习效果。第二，支持个性化学习。平台应支持个性化学习路径和教学资源推荐，根据学生的学习兴趣、能力水平和学习进度，提供个性化的学习计划和内容推送。此外，平台应支持多媒体教学资源的展示和应用，比如视频教学、动画演示、实验视频等，丰富教学内容，提升学习效果。在线平台应提供实践操作的机会，如虚拟实验室、模拟工程设计等，让学生在线上也能进行实践性学习，加强学生对理论知识的理解和应用能力。第三，支持教学评估与反馈功能。平台应设有多样化的评估方式，如在线测验、作业提交、实践报告等，及时对学生学习情况进行评估和反馈，指导学生调整学习策略。平台还需要具备稳定可靠的技术支持，包括高速网络、云服务器、在线客服等，确保学生和教师能够顺利地进行在线学习和教学活动。同时，平台应加强数据安全保护措施，确保学生和教师的个人信息和学习数据安全，避免数据泄露和不当使用。

综合考虑以上要求，建设发酵工程课程线上教学平台要综合利用教育技术手段和线上教学资源，为学生和教师提供一个安全、便捷、高效的在线学习环境。在具体线上教学平台建设中，根据功能的不同，学习平台分为教学资源区、教学交互区以及教学数据统计区。教学资源区包括课程大纲、视频预览、PPT、参考资料、扩展资料、练习、课题等。教学交互区包括签到、同步教室、课程通知、问卷调查、投票、教室讨论、章节测试、终评考试等。教学数据统计区包括课程访问、作业统计、考试统计、课程点、讨论点、分数管理等。

4.3 线上线下相结合教学方法的实施

实施在线教育，首先是超星学习通平台，通过制定路线并导入班级领域和赛道的特性，根據数据收集、PPT开放式课程相关录像、微型课程等整合学习资源。动画、自测问题等可将课程内容推送到平台的同时发布预览任务，学生可以调整自己的时间，在上课前结束预览。每个班的预览时间约10 min，每章设置引导学生在线和离线学习的学习课题。在预览部分，设置了一个自我测试环节，鼓励学生仔细预览。同时，也可以让教师更好地了解预览情况以及数据统计情况，为线下教学内容与方式的适时调整奠定基础。学生通过课前学习任务、视频、PPT和背景知识，可以清楚地了解本章节知识结构和本班教学内容，也可以记录在预览过程中遇到的问题。线上教学可以通过实况转播或同步上课得以实现，而线下课堂则在传统课堂上进行。开展上述在线教学，再加上自习、现场直播，线下教学结束后在线讨论和学习，可使学生更好地理解学习要点，追踪问题、讨论问题、回答问题。提供章节分配与测验、推广教材等，协助学生加深对课程内容的理解。对于未按时完成作业的学生，教师可以利用学习平台进行催促。

线下教学仍然采用课堂授课的方式，采用提问和讨论的方式，同时与线上预习自测相结合，对学生的学习情况进行全面了解，在线下授课时可以有目的地对重难点内容展开重点分析。线下和线上教学也可以同时进行，比如在课堂教学时，可以使用学习通等网络平台，通过二维码、手势等方式进行签到，在检验学生到课率的同时，还能提升学生学习的主动性；此外，也可以在网上进行答题，还可以利用摇一摇的方式随机挑选出一名学生回答自己的问题，对表现出色的学生给予相应的平时成绩加分。在课堂教学中，要将学生的学习热情发挥到最大，把学生放在第一位，以提高其专业水平，运用项目式、任务式以及启发式等教学方法，在实践中不断总结，调整教学内容，更新教学方式。

4.4 考核评价体系的构建

线上和线下相结合的教学方法，充分体现了该模式相对于单一常规教学方式的优越性。该教学方式更加多样化，师生交流也更加方便，课堂上教师的授课内容更为丰富，学生的自主学习能力得到了极大提升。此外，评价方法也有了相应改进，注重过程评价、能力评价和全面质量评价，对学生学习情况进行科学、合理的评价。其中，考试成绩占70%，平时成绩占30%。平时成绩包括完成任务、出席签名、作业分数、课堂讨论积极性评分以及章节考试分数等。发酵工程课程体系的评价主要采用过程评价法。理论课程的评价包括常规问答、PBL任务、模拟、作业和最终的考试，平时和最终的考试结果都需要得到认可。这些主要是为了评价学生的知识掌握情况，培养学生的团队合作能力。实验课程的评价主要是过程评价，包括操作过程、实验报告，其宗旨是使学生养成良好的学习习惯，培养学生的科学素养，提高学生的实践和思考能力。实习评价包括考勤记录、工作记录、小组交流会议记录、实习单位评价和学校评价等。毕业论文设计是学生综合能力的综合体现。通过上述课程体系的构建过程和最终评价，可以全面评价学生，培养学生的专业品质、科学品质和实践能力。

5 发酵工程课程思政的实施效果

5.1 落实立德树人培养目标

在我国经济发展加快新旧动能转换、在加速产业结构转型的形势下，要大力发展包含生物在内的战略性新兴产业，这对高质量人才的要求进一步提升。在开展发酵工程教学时，应在不压缩学生专业知识与技术学习时间的基础上，对其进行全面挖掘（如表1所示），将其整合到课程介绍、课程知识点和历史故事、社会热点和实验性训练中。对学生开展问卷调查，发现大多数学生对课程的思政教育持积极的态度。课程思政包含的人生哲学对学生有很大的启发作用，课程的思想政治发展也取得了一定的成果。

5.2 提升了发酵工程课程的教学效果

在教学内容上，深入挖掘与课程相关的思想政治要素，合理地整合到发酵工程课程的教学环节中，加深学生对相应知识点的理解。为了合理安排课堂教学时间，充分利用网络手段和课外时间，为学生提供相关的思想政治学习资料。与平行班相比，实施意识形态政治课程的班级学生对相关知识点的把握能力更强，能够综合运用意识形态和政治的要素。课程的意识形态和政治教育对学生的影响是无形的、长期的。下一步研究应增加样本数量，进一步挖掘更有价值的数据，为今后学生意识形态和政治教育提供参考。

5.3 实施课程思政应注意的问题

首先，将意识形态和政治内容融入专业课程教学要遵循教育法，强调专业课程的惩戒性特征。专业课程中对意识形态、政治要素的“完全挖掘”不能被片面地理解为“过度挖掘”。第二，必须与时俱进，紧跟潮流。在课程中开展意识形态和政治教育的难点在于把握机会。同一知识点在不同的教师或不同的课堂上讲授时，机会整合的“程度”可能是不同的。课堂上应避免突然的“意识形态和政治教育”，要使学生在潜移默化中接受教育。第三，核心价值观的引导，思想引导与马克思主义理论融入。发酵工程课程的实施要积极引导学生树立正确的核心价值观，包括富强、民主、文明、和谐、自由、平等、公正、法治、爱国、敬业、诚信、友善等价值观。这些价值观不仅是中国特色社会主义核心价值观的具体体现，而且能引导学生成为具有社会责任感和使命感的优秀公民。在课程中融入马克思主义理论，引导学生正确认识社会主义的本质和优越性，培养他们正确的政治立场和思想观念。可以通过课堂讲解、案例分析、讨论等方式，引导学生深入思考社會主义核心价值观在发酵工程领域的具体应用。第四，道德规范、职业操守和社会责任感的培养。强调课程中的道德规范和职业操守，培养学生良好的职业道德和行为规范。例如，在实验操作中强调安全意识和团队合作精神，在论文撰写中强调学术诚信和尊重知识产权等。发酵工程作为一个重要的技术领域，需要学生具备强烈的社会责任感。通过课程设置相关的社会实践环节或社会调研项目，让学生深入了解社会需求，培养他们关注环境保护、节约资源、可持续发展等方面的意识。第五，培养学生的创新精神、国际视野与跨文化交流能力。发酵工程领域正处于不断发展和变革之中，需要学生具备强烈的创新精神。可以通过课程设计鼓励学生参与创新项目或科研实践，提升学生的解决问题能力和创新意识，培养他们成为未来发酵工程领域的领军人才。发酵工程是一个国际化程度较高的领域，学生需要具备较强的国际视野和跨文化交流能力。可以通过国际学术交流、海外实习项目、外籍教师授课等方式，拓宽学生的视野，培养学生跨文化沟通和合作的能力。最后，课程内容要与实践相结合，促进学生的个性发展与全面素质培养。课程思政要与课程内容紧密结合，通过实践环节加强学生的思政教育效果。例如，结合发酵工程的实际案例进行教学，让学生通过实践理解理论，加深学生对思政内容的认识和体会。尊重学生的个体差异，鼓励他们发展自己的兴趣和特长，培养全面发展的人才。可以通过个性化的教学方式和针对性辅导，帮助学生在学业、兴趣爱好等方面发展，实现个性化发展和整体素质培养的统一。建立良好的师生关系，加强师生之间的沟通和交流，促进学生全面发展和健康成长。通过师生互动课堂、个性化辅导、学生社团活动等方式，营造积极向上的学习氛围，促进学生与师生之间的良好互动和关系建立。

综上所述，发酵工程课程的实施需要注重课程思政，从核心价值观引导、思想引导、道德规范、社会责任感、创新精神、国际视野、课程内容与实践相结合、个性发展和师生互动等多方面全面培养学生的思想品质和社会责任感，使其成为具有高素质、创新能力和国际竞争力的发酵工程专业人才。

6 结论

结合线上与线下的互动教学，充分发挥了这一新型教学模式的优越性。这不仅提高了学生自习、积极思考、数据访问和判断的能力，而且大大提高了教师的专业素质。此外，还总结出很多亟待改进的地方，比如更新教学资源，完善教学过程设计。通过课程的全面规划，促使学生深入思考，培养学生的分析问题能力与突破困境的技能，促进他们学以致用。目前，通过对教学内容的不断充实和改进，并在教学方式上开展创新，提高该课程的教学效果。食品发酵工程是一个发展迅速、应用广泛的新兴产业，所以这门课程的教学也是一个持续改善的过程。同时，食品发酵工程专业既能满足众多食品公司对培养食品发酵工程人才的迫切需要，又有助于食品专业学生将来的应用实践，使其尽快走上生产岗位。发酵工学课程构建了系统框架结构形式，但尚未形成针对发酵工程的实践培训课程体系，课程体系的实习内容还不够丰富，校企合作的深度也不够。针对上述问题，提出要深入探讨课程目的、毕业要求、训练要求之间的关系，实施教育内容的联动思考设计。加强稳定的实习课程体系和教学团队建设，不断丰富培训内容，提高学生的实践能力。应加强校企合作，使学生能够深入到实际工作中。笔者在教育知识的广泛性、教学方法的灵活性和评价方法的多样化等方面进行了一些尝试，为其他本地应用导向本科院校提供了参考。此外，课程思政融入发酵工程课程旨在通过发酵工程课程内容和教学活动，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，提高学生的思想道德素质和综合素养，为他们未来的成长和发展奠定良好的基础。

参考文献

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