專業集群建設視角下發酵工程課程建設的探索與實踐

◎ 張 甜，王繼蓮，李明源

（喀什大學生命與地理科學學院，新疆 喀什 844000）

發酵工程是生物技術的核心，是利用微生物和有活性的離體酶的某些功能，為人類大規模生產有用的生物產品，或直接用微生物參與控制某些工業生產過程的技術。發酵工程課程也相應成為生物工程、生物技術、食品科學與工程等專業的必修課程[1]。發酵工程是一個由多學科交叉、融合而形成的技術性和應用性較強的開放性學科，其作為現代生物技術產業化的支撐技術體系，與分子生物學、微生物學、蛋白質組學、生物信息學及基因工程等多種前沿學科密切交融[2]。

1 專業集群現狀

喀什大學作為我國最西部的多科性本科學校，既要堅持承擔為南疆地區大力培養教育師資的任務，又要根據南疆地區經濟社會發展需要，培養留得住、用得上的應用型、技術技能型人才。基于此，喀什大學積極進行專業改造和結構調整，逐步形成向專業集群發展的態勢，最終確立了特色食品專業集群。該集群是學校緊扣南疆產業結構調整與發展方向，以南疆地方經濟發展、產業和企業需求為導向，結合學校長期的專業建設規劃，以及相關專業與食品產業的關聯度、互動度、適應度，確定的以食品科學與工程為核心專業構建的特色專業集群[3]，涵蓋了食品科學與工程、食品質量與安全、生物技術和應用化學4個本科專業。

根據特色食品專業集群課程體系建設思路和路徑，其課程體系設置由學科基礎類課程、專業基礎類課程、安全素養類課程和工程素養類課程4大模塊組成。其中，用于支撐專業基礎類課程的是生物技術專業相關課程，如發酵工程、微生物學、生物化學等。發酵工程作為喀什大學生物技術和食品科學與工程兩個專業必修的專業基礎課程，其教學質量直接影響到學生的專業素質培養和今后的就業導向[4]。

在當前喀什大學專業集群建設背景下，發酵工程課程教學中暴露出一些問題。①生物技術和食品科學與工程兩個專業創辦時間較短，基礎較為薄弱。②教師普遍年輕化，雖富有朝氣但經驗和深度不足。③生源方面，少數民族學生居多，涵蓋維吾爾族、塔吉克族、哈薩克族和柯爾克孜族等，占到生源比例的50%左右，該類學生母語非漢語，理工類基礎普遍較弱。傳統的以教師主導講授，學生被動接受的模式在兩個專業有些不適用。因此，在教學方法上需要有新的突破。本文主要對發酵工程課程的教學內容改革、教學方法改革和考核體系的改革3個方面作出分析，以期通過課程改革培養出集創新能力和應用能力于一身，能夠從事發酵工程的技能型人才[5]。

2 教學內容和方法

2.1 課堂教學

發酵工程是生物技術本科專業的核心課程，設置在微生物學課程之后，開設在第四學期，微生物學主要學習微生物理論方面的研究，如微生物分類、培養、代謝和遺傳等；發酵工程主要是微生物學產業化方面的研究，涉及菌種選育、工業發酵、設備及產品的下游分離技術等。發酵工程是食品科學與工程本科專業的重點建設課程，設置在第七學期，同樣開設在食品微生物學之后，課程內容根據專業特色進行了調整和優化。

兩個專業發酵工程課程學習的內容均包括工業微生物菌種的選育與保藏、發酵原料的制備、發酵工藝條件的優化、微生物代謝與發酵控制、發酵生產設備、發酵工藝的控制和放大、發酵產物的分離和精制以及工業發酵產物的案例過程分析。生物技術專業側重于上游理論基礎教學和生物產品發酵的生產，如在教學中引入氨基酸和抗生素的生產案例；食品科學與工程專業側重于食品的發酵生產，如在教學中引入酒類釀造生產案例。課堂教學中引入的案例，為教師提前準備或是學生準備的自己感興趣的發酵產品的生產[6]。此前教師的授課過程遵循教師主導，學生被動聽講的“填鴨式”教育，雖然教學手段以多媒體課件為主，但僅靠課件上簡單的文字和圖片，無法使學生直觀和感性地認識發酵工程生產過程。因此，在課件中加入發酵生產設備的動畫教學，尤其在講課過程中注意導入案例教學，結合視頻，使學生能夠更直觀地了解發酵的整個過程以及各生產環節中的注意事項，不僅可以增加課堂學習的真實感，也可以激發學生的學習興趣[7]。如在講發酵生產設備章節之前，可導入南疆特色的慕薩萊思酒的發酵生產，率先讓學生認識到發酵罐的直觀構造和特點，包括幾個關鍵環節，如菌種的選育、培養基的制備、發酵過程中染菌的控制及解決方法以及下游的分離純化工藝等。

2.2 實踐教學

2.2.1 基本理論實驗

生物技術專業的實驗課涵蓋了驗證性試驗和綜合性試驗，均在微生物與發酵工程實驗室進行；食品科學與工程專業未設置發酵工程實驗，但在食品微生物學實驗學習過淀粉酶產生菌株的分離和發酵條件優化，也是發酵工程的上游技術。驗證性實驗設置了小型發酵罐的結構原理與使用方法，綜合性試驗設置了工業微生物菌種的分離篩選、菌種的搖瓶發酵工藝優化、工業菌株的發酵中試以及乳酸菌發酵相關參數測定，實現了逐漸由基礎到重難點、由上游到中游的延伸。在此之前，總是實驗員將實驗所需的培養基、各種試劑都提前配制好，教師在實驗課時講解基本的實驗原理和操作過程、注意事項等，學生的參與感并不強，對實驗的掌握程度也不盡如人意。經過近年來的教學改革，現階段綜合性實驗從準備到操作的全過程均由學生自己完成，教師進行過程指導和結果確認，加強了學生的學習主觀能動性，實驗參與度提高，避免了部分學生參與度不高的現象，有助于學生對實驗原理和操作技能的理解與掌握[8]。

2.2.2 實踐基地實地教學

實驗室完成的只是理論課的初小實踐，與實際生產相比還有很大差距[9]。生物技術專業課程開設時學生還未進入企業進行頂崗實習，因此對發酵生產車間的概念僅僅停留在書本和講課視頻中。為了加深學生對生產車間布局、生產設備的構造和生產流程的掌握，在基本理論實驗結束后，在校期間將食品專業工程訓練中心的發酵果蔬汁生產車間作為學生的第一個見習基地，親身體驗從消毒、更衣到生產各環節，體現了專業集群建設的優勢，實現了資源共享。通過與實習基地溝通，組織學生赴實習基地進行專業見習，如新疆南達乳業有限公司、新疆玉昆侖天然食品有限公司、新疆張裕巴保男爵酒莊和新疆金胡楊藥業有限公司等基地進行見習，參觀過程中，首先由企業人員介紹企業文化和理念，接著介紹企業的工廠布局（包括工廠總平面布局和車間布局）、主要產品的生產工藝流程和生產過程中需重點注意的部分，再詳加講解，如不同級別的種子罐和發酵罐有何區別、如何防止和控制發酵過程的染菌等問題[10]。兩個專業的學生在第六和第七學期分別進入上述企業進行頂崗實習。見習和實習結束后，學生總結在整個參與過程中遇到的問題或感興趣的問題，進行深入交流，談心得和收獲，返校后分別撰寫見習和實習報告。通過實踐，學生們能夠將在校所學的理論知識應用于實際生產中，并且為今后進入相關企業工作或從事相關發酵行業奠定基礎。

2.3 教學方法

喀什大學地處南疆，生源中近50%的學生是少數民族（維吾爾族居多），母語非漢語，理工類基礎較弱，對課程中難點理解尚需強化。例如，2016級和2017級學生，同一個專業的平行班，一個班為雙語班，另一個班為漢班（包括民考漢學生），但是教師授課為合班授課，以往的考試中，雙語班的學生較漢班的學生總體來說對知識的理解和掌握差異度較大。導致以上結果的因素主要有2個：①專業教師大多較年輕，理論功底不強，知識面拓展不夠，學生對上課興趣不足。②學生自身的自制力和理解力的差異性。因此，傳統的以教師主導講授，學生被動接受的模式在兩個專業合班授課的狀況下并不適用，急需探索新的教學方法。

近幾年，優秀的網課平臺不斷涌現，如中國大學慕課、智慧樹、超星平臺等。傳統的線上線下混合式教學，其中線上和線下授課占比一定學時，線上課程是基于學生的自主學習，不限制學習時間和學習地點，自由度增大，但學習質量無法保障，適合自控能力好的學生。

發酵工程課程改革后采取了兩種線上方式。①在網課平臺挑選一門優秀課程，學生自主學習并做好課堂測驗和單元練習，如在中國大學慕課平臺選擇余龍江教授的課程，將課程內容和學生名單以班級為單位導入微信小程序慕課堂中，在規定時間內要求學生學習相應章節并測驗，教師可以監測到學生的學習動態（如學生每段課程視頻的觀看時長、觀看次數）和測驗成績，但并不將其計入理論課學習的學時中。②學院邀請在行業領域經驗豐富的教授在線上平臺進行實時授課，過程如下：通過釘釘直播、雨課堂等線上方式，將學生組織到課堂學習，校內配備專業對口的輔導教師全程跟蹤。輔導教師線下負責課堂考勤和關注學習狀態，提前收集上節課學生反饋的問題，在下節課開講之前在線解答，輔導教師負責批改作業和線下輔導。釘釘和雨課堂等線上教學均有回放功能，學生對不明白的知識點可以隨時回顧復習。在講課過程中，教師開啟彈幕，學生可以將問題編輯成文字直接發送，也可以通過釘釘連麥功能和教師直接線上對話。

線上線下相結合的模式，不僅解決了學院師資短缺和結構配比的問題，又為年輕教師提供了一個良好的學習教學經驗的平臺，提升專業教師的教學水平，促進教師的快速成長，提高學生的學習效果，同時也拓寬了知識面，使未來年輕教師能夠在講臺上面對學生更加自信、從容。

3 考核方法

發酵工程作為考試課，在傳統的理論課考核體系中，平時考核以考勤和作業為主，共占比30%，其中考勤和課堂表現占比10%，作業占比20%；期末考試占70%。這種考核方式重結果輕過程，很可能出現學生平時不認真學習，考試臨近時突擊復習而過關的現象[11]。為了讓學生們注重課程的過程學習，對該課程的考核體系做出改進。之前的平時考核能體現學生學習的態度和直觀效果，占比30%依然延續，但在平時考核時加入學生和教師互動部分，如線上授課時學生主動提出問題或解決其他學生提出的問題，說明學生有在學習中主動思考，此類學生在平時表現中予以一定傾斜；期中考試占比10%；線上網課的學習占比20%；期末考試占比40%。

傳統的實驗課考核方式以考查為主，平時考核以考勤、實驗結果和實驗報告為主，共占比40%；期末考試占比60%。實驗課上，通常4～5人一組，每班4～5組，這種考核體系偏重實驗結果和實驗報告，組員之間往往是其中一人做完實驗，全組共享實驗數據和結果，平時考核的區分度并不大，也增加了個別學生的惰性依靠心理，導致最終成績都比較相似，雷同的實驗報告較多。為了改善以上問題，對實驗課的考核體系做出調整，平時考核中把實驗預習部分也歸納其中，課前學生們撰寫預習報告，預習報告占比10%；考勤占比10%；實驗結果和實驗報告各占比20%；期末考試占比40%。在進行實驗結果的考核時，如工業微生物的分離篩選中，要求每位學生獨立操作試管斜面轉接和平板純化過程，教師對實驗結果單獨打分。以往學生對于考查課重視度不夠，認為開卷考試不會掛科，無論如何都能通過，因此，考核體系的改變也讓學生對實驗課程有了新的定位[12]。

4 結語

在喀什大學推進轉型發展，打造特色食品專業集群背景下，急需整合現有師資組建發酵工程課程組，以加強應用實踐為目的，改革、創新課程內容和教學體系，切實形成具有工程教育特色的發酵工程課程教育新體系。在發酵工程課程建設中，不僅采用現代教學手段對優秀網絡課程借鑒學習，而且聘請經驗豐富的行業教授在線講解理論內容。前者主要依靠壓力導向學習和學生自學為主，學生若不認真學習網課內容，總評中將會缺失20%的成績；后者將網課中零散的知識點串聯起來，補充了形象的案例，使學習內容更加充實完整。實驗課程教學中，應更加注重過程教學，打破學生考查課蒙混過關的思維定式，樹立實驗課程是理論課的延續和實際應用的理念，使學生從思想上重視起來。

以喀什大學生命與地理科學學院生物技術專業的發酵工程及實驗課程和食品科學與工程專業的發酵工程課程為例，分析在專業集群建設中發酵工程課程存在的問題和改進方法，通過優化理論課和實驗課的內容、調整課程的教學方式、改革考核方式等措施，使教學內容更適于專業學習，激發學生的學習興趣，使發酵工程能更好地應用于專業并服務于社會[13]。