專業(yè)集群建設(shè)視角下發(fā)酵工程課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

◎ 張 甜，王繼蓮，李明源

（喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，新疆 喀什 844000）

發(fā)酵工程是生物技術(shù)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(guī)模生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)。發(fā)酵工程課程也相應(yīng)成為生物工程、生物技術(shù)、食品科學(xué)與工程等專業(yè)的必修課程[1]。發(fā)酵工程是一個(gè)由多學(xué)科交叉、融合而形成的技術(shù)性和應(yīng)用性較強(qiáng)的開放性學(xué)科，其作為現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的支撐技術(shù)體系，與分子生物學(xué)、微生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)及基因工程等多種前沿學(xué)科密切交融[2]。

1 專業(yè)集群現(xiàn)狀

喀什大學(xué)作為我國(guó)最西部的多科性本科學(xué)校，既要堅(jiān)持承擔(dān)為南疆地區(qū)大力培養(yǎng)教育師資的任務(wù)，又要根據(jù)南疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，培養(yǎng)留得住、用得上的應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才。基于此，喀什大學(xué)積極進(jìn)行專業(yè)改造和結(jié)構(gòu)調(diào)整，逐步形成向?qū)I(yè)集群發(fā)展的態(tài)勢(shì)，最終確立了特色食品專業(yè)集群。該集群是學(xué)校緊扣南疆產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與發(fā)展方向，以南疆地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)和企業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)校長(zhǎng)期的專業(yè)建設(shè)規(guī)劃，以及相關(guān)專業(yè)與食品產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度、互動(dòng)度、適應(yīng)度，確定的以食品科學(xué)與工程為核心專業(yè)構(gòu)建的特色專業(yè)集群[3]，涵蓋了食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、生物技術(shù)和應(yīng)用化學(xué)4個(gè)本科專業(yè)。

根據(jù)特色食品專業(yè)集群課程體系建設(shè)思路和路徑，其課程體系設(shè)置由學(xué)科基礎(chǔ)類課程、專業(yè)基礎(chǔ)類課程、安全素養(yǎng)類課程和工程素養(yǎng)類課程4大模塊組成。其中，用于支撐專業(yè)基礎(chǔ)類課程的是生物技術(shù)專業(yè)相關(guān)課程，如發(fā)酵工程、微生物學(xué)、生物化學(xué)等。發(fā)酵工程作為喀什大學(xué)生物技術(shù)和食品科學(xué)與工程兩個(gè)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)質(zhì)量直接影響到學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)和今后的就業(yè)導(dǎo)向[4]。

在當(dāng)前喀什大學(xué)專業(yè)集群建設(shè)背景下，發(fā)酵工程課程教學(xué)中暴露出一些問(wèn)題。①生物技術(shù)和食品科學(xué)與工程兩個(gè)專業(yè)創(chuàng)辦時(shí)間較短，基礎(chǔ)較為薄弱。②教師普遍年輕化，雖富有朝氣但經(jīng)驗(yàn)和深度不足。③生源方面，少數(shù)民族學(xué)生居多，涵蓋維吾爾族、塔吉克族、哈薩克族和柯?tīng)柨俗巫宓龋嫉缴幢壤?0%左右，該類學(xué)生母語(yǔ)非漢語(yǔ)，理工類基礎(chǔ)普遍較弱。傳統(tǒng)的以教師主導(dǎo)講授，學(xué)生被動(dòng)接受的模式在兩個(gè)專業(yè)有些不適用。因此，在教學(xué)方法上需要有新的突破。本文主要對(duì)發(fā)酵工程課程的教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革和考核體系的改革3個(gè)方面作出分析，以期通過(guò)課程改革培養(yǎng)出集創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力于一身，能夠從事發(fā)酵工程的技能型人才[5]。

2 教學(xué)內(nèi)容和方法

2.1 課堂教學(xué)

發(fā)酵工程是生物技術(shù)本科專業(yè)的核心課程，設(shè)置在微生物學(xué)課程之后，開設(shè)在第四學(xué)期，微生物學(xué)主要學(xué)習(xí)微生物理論方面的研究，如微生物分類、培養(yǎng)、代謝和遺傳等；發(fā)酵工程主要是微生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化方面的研究，涉及菌種選育、工業(yè)發(fā)酵、設(shè)備及產(chǎn)品的下游分離技術(shù)等。發(fā)酵工程是食品科學(xué)與工程本科專業(yè)的重點(diǎn)建設(shè)課程，設(shè)置在第七學(xué)期，同樣開設(shè)在食品微生物學(xué)之后，課程內(nèi)容根據(jù)專業(yè)特色進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。

兩個(gè)專業(yè)發(fā)酵工程課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容均包括工業(yè)微生物菌種的選育與保藏、發(fā)酵原料的制備、發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化、微生物代謝與發(fā)酵控制、發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備、發(fā)酵工藝的控制和放大、發(fā)酵產(chǎn)物的分離和精制以及工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)物的案例過(guò)程分析。生物技術(shù)專業(yè)側(cè)重于上游理論基礎(chǔ)教學(xué)和生物產(chǎn)品發(fā)酵的生產(chǎn)，如在教學(xué)中引入氨基酸和抗生素的生產(chǎn)案例；食品科學(xué)與工程專業(yè)側(cè)重于食品的發(fā)酵生產(chǎn)，如在教學(xué)中引入酒類釀造生產(chǎn)案例。課堂教學(xué)中引入的案例，為教師提前準(zhǔn)備或是學(xué)生準(zhǔn)備的自己感興趣的發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)[6]。此前教師的授課過(guò)程遵循教師主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)講的“填鴨式”教育，雖然教學(xué)手段以多媒體課件為主，但僅靠課件上簡(jiǎn)單的文字和圖片，無(wú)法使學(xué)生直觀和感性地認(rèn)識(shí)發(fā)酵工程生產(chǎn)過(guò)程。因此，在課件中加入發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)畫教學(xué)，尤其在講課過(guò)程中注意導(dǎo)入案例教學(xué)，結(jié)合視頻，使學(xué)生能夠更直觀地了解發(fā)酵的整個(gè)過(guò)程以及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的注意事項(xiàng)，不僅可以增加課堂學(xué)習(xí)的真實(shí)感，也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[7]。如在講發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備章節(jié)之前，可導(dǎo)入南疆特色的慕薩萊思酒的發(fā)酵生產(chǎn)，率先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到發(fā)酵罐的直觀構(gòu)造和特點(diǎn)，包括幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如菌種的選育、培養(yǎng)基的制備、發(fā)酵過(guò)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(shí)踐教學(xué)

2.2.1 基本理論實(shí)驗(yàn)

生物技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課涵蓋了驗(yàn)證性試驗(yàn)和綜合性試驗(yàn)，均在微生物與發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；食品科學(xué)與工程專業(yè)未設(shè)置發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)，但在食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)淀粉酶產(chǎn)生菌株的分離和發(fā)酵條件優(yōu)化，也是發(fā)酵工程的上游技術(shù)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)置了小型發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)原理與使用方法，綜合性試驗(yàn)設(shè)置了工業(yè)微生物菌種的分離篩選、菌種的搖瓶發(fā)酵工藝優(yōu)化、工業(yè)菌株的發(fā)酵中試以及乳酸菌發(fā)酵相關(guān)參數(shù)測(cè)定，實(shí)現(xiàn)了逐漸由基礎(chǔ)到重難點(diǎn)、由上游到中游的延伸。在此之前，總是實(shí)驗(yàn)員將實(shí)驗(yàn)所需的培養(yǎng)基、各種試劑都提前配制好，教師在實(shí)驗(yàn)課時(shí)講解基本的實(shí)驗(yàn)原理和操作過(guò)程、注意事項(xiàng)等，學(xué)生的參與感并不強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度也不盡如人意。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的教學(xué)改革，現(xiàn)階段綜合性實(shí)驗(yàn)從準(zhǔn)備到操作的全過(guò)程均由學(xué)生自己完成，教師進(jìn)行過(guò)程指導(dǎo)和結(jié)果確認(rèn)，加強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)參與度提高，避免了部分學(xué)生參與度不高的現(xiàn)象，有助于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作技能的理解與掌握[8]。

2.2.2 實(shí)踐基地實(shí)地教學(xué)

實(shí)驗(yàn)室完成的只是理論課的初小實(shí)踐，與實(shí)際生產(chǎn)相比還有很大差距[9]。生物技術(shù)專業(yè)課程開設(shè)時(shí)學(xué)生還未進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，因此對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)車間的概念僅僅停留在書本和講課視頻中。為了加深學(xué)生對(duì)生產(chǎn)車間布局、生產(chǎn)設(shè)備的構(gòu)造和生產(chǎn)流程的掌握，在基本理論實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在校期間將食品專業(yè)工程訓(xùn)練中心的發(fā)酵果蔬汁生產(chǎn)車間作為學(xué)生的第一個(gè)見(jiàn)習(xí)基地，親身體驗(yàn)從消毒、更衣到生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了專業(yè)集群建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了資源共享。通過(guò)與實(shí)習(xí)基地溝通，組織學(xué)生赴實(shí)習(xí)基地進(jìn)行專業(yè)見(jiàn)習(xí)，如新疆南達(dá)乳業(yè)有限公司、新疆玉昆侖天然食品有限公司、新疆張?jiān)０捅Ｄ芯艟魄f和新疆金胡楊藥業(yè)有限公司等基地進(jìn)行見(jiàn)習(xí)，參觀過(guò)程中，首先由企業(yè)人員介紹企業(yè)文化和理念，接著介紹企業(yè)的工廠布局（包括工廠總平面布局和車間布局）、主要產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)過(guò)程中需重點(diǎn)注意的部分，再詳加講解，如不同級(jí)別的種子罐和發(fā)酵罐有何區(qū)別、如何防止和控制發(fā)酵過(guò)程的染菌等問(wèn)題[10]。兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生在第六和第七學(xué)期分別進(jìn)入上述企業(yè)進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)。見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生總結(jié)在整個(gè)參與過(guò)程中遇到的問(wèn)題或感興趣的問(wèn)題，進(jìn)行深入交流，談心得和收獲，返校后分別撰寫見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)報(bào)告。通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生們能夠?qū)⒃谛Ｋ鶎W(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并且為今后進(jìn)入相關(guān)企業(yè)工作或從事相關(guān)發(fā)酵行業(yè)奠定基礎(chǔ)。

2.3 教學(xué)方法

喀什大學(xué)地處南疆，生源中近50%的學(xué)生是少數(shù)民族（維吾爾族居多），母語(yǔ)非漢語(yǔ)，理工類基礎(chǔ)較弱，對(duì)課程中難點(diǎn)理解尚需強(qiáng)化。例如，2016級(jí)和2017級(jí)學(xué)生，同一個(gè)專業(yè)的平行班，一個(gè)班為雙語(yǔ)班，另一個(gè)班為漢班（包括民考漢學(xué)生），但是教師授課為合班授課，以往的考試中，雙語(yǔ)班的學(xué)生較漢班的學(xué)生總體來(lái)說(shuō)對(duì)知識(shí)的理解和掌握差異度較大。導(dǎo)致以上結(jié)果的因素主要有2個(gè)：①專業(yè)教師大多較年輕，理論功底不強(qiáng)，知識(shí)面拓展不夠，學(xué)生對(duì)上課興趣不足。②學(xué)生自身的自制力和理解力的差異性。因此，傳統(tǒng)的以教師主導(dǎo)講授，學(xué)生被動(dòng)接受的模式在兩個(gè)專業(yè)合班授課的狀況下并不適用，急需探索新的教學(xué)方法。

近幾年，優(yōu)秀的網(wǎng)課平臺(tái)不斷涌現(xiàn)，如中國(guó)大學(xué)慕課、智慧樹、超星平臺(tái)等。傳統(tǒng)的線上線下混合式教學(xué)，其中線上和線下授課占比一定學(xué)時(shí)，線上課程是基于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，不限制學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)地點(diǎn)，自由度增大，但學(xué)習(xí)質(zhì)量無(wú)法保障，適合自控能力好的學(xué)生。

發(fā)酵工程課程改革后采取了兩種線上方式。①在網(wǎng)課平臺(tái)挑選一門優(yōu)秀課程，學(xué)生自主學(xué)習(xí)并做好課堂測(cè)驗(yàn)和單元練習(xí)，如在中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)選擇余龍江教授的課程，將課程內(nèi)容和學(xué)生名單以班級(jí)為單位導(dǎo)入微信小程序慕課堂中，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)要求學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)章節(jié)并測(cè)驗(yàn)，教師可以監(jiān)測(cè)到學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)（如學(xué)生每段課程視頻的觀看時(shí)長(zhǎng)、觀看次數(shù)）和測(cè)驗(yàn)成績(jī)，但并不將其計(jì)入理論課學(xué)習(xí)的學(xué)時(shí)中。②學(xué)院邀請(qǐng)?jiān)谛袠I(yè)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的教授在線上平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)授課，過(guò)程如下：通過(guò)釘釘直播、雨課堂等線上方式，將學(xué)生組織到課堂學(xué)習(xí)，校內(nèi)配備專業(yè)對(duì)口的輔導(dǎo)教師全程跟蹤。輔導(dǎo)教師線下負(fù)責(zé)課堂考勤和關(guān)注學(xué)習(xí)狀態(tài)，提前收集上節(jié)課學(xué)生反饋的問(wèn)題，在下節(jié)課開講之前在線解答，輔導(dǎo)教師負(fù)責(zé)批改作業(yè)和線下輔導(dǎo)。釘釘和雨課堂等線上教學(xué)均有回放功能，學(xué)生對(duì)不明白的知識(shí)點(diǎn)可以隨時(shí)回顧復(fù)習(xí)。在講課過(guò)程中，教師開啟彈幕，學(xué)生可以將問(wèn)題編輯成文字直接發(fā)送，也可以通過(guò)釘釘連麥功能和教師直接線上對(duì)話。

線上線下相結(jié)合的模式，不僅解決了學(xué)院師資短缺和結(jié)構(gòu)配比的問(wèn)題，又為年輕教師提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái)，提升專業(yè)教師的教學(xué)水平，促進(jìn)教師的快速成長(zhǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，同時(shí)也拓寬了知識(shí)面，使未來(lái)年輕教師能夠在講臺(tái)上面對(duì)學(xué)生更加自信、從容。

3 考核方法

發(fā)酵工程作為考試課，在傳統(tǒng)的理論課考核體系中，平時(shí)考核以考勤和作業(yè)為主，共占比30%，其中考勤和課堂表現(xiàn)占比10%，作業(yè)占比20%；期末考試占70%。這種考核方式重結(jié)果輕過(guò)程，很可能出現(xiàn)學(xué)生平時(shí)不認(rèn)真學(xué)習(xí)，考試臨近時(shí)突擊復(fù)習(xí)而過(guò)關(guān)的現(xiàn)象[11]。為了讓學(xué)生們注重課程的過(guò)程學(xué)習(xí)，對(duì)該課程的考核體系做出改進(jìn)。之前的平時(shí)考核能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度和直觀效果，占比30%依然延續(xù)，但在平時(shí)考核時(shí)加入學(xué)生和教師互動(dòng)部分，如線上授課時(shí)學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題或解決其他學(xué)生提出的問(wèn)題，說(shuō)明學(xué)生有在學(xué)習(xí)中主動(dòng)思考，此類學(xué)生在平時(shí)表現(xiàn)中予以一定傾斜；期中考試占比10%；線上網(wǎng)課的學(xué)習(xí)占比20%；期末考試占比40%。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課考核方式以考查為主，平時(shí)考核以考勤、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，共占比40%；期末考試占比60%。實(shí)驗(yàn)課上，通常4～5人一組，每班4～5組，這種考核體系偏重實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，組員之間往往是其中一人做完實(shí)驗(yàn)，全組共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，平時(shí)考核的區(qū)分度并不大，也增加了個(gè)別學(xué)生的惰性依靠心理，導(dǎo)致最終成績(jī)都比較相似，雷同的實(shí)驗(yàn)報(bào)告較多。為了改善以上問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)課的考核體系做出調(diào)整，平時(shí)考核中把實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分也歸納其中，課前學(xué)生們撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告，預(yù)習(xí)報(bào)告占比10%；考勤占比10%；實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告各占比20%；期末考試占比40%。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核時(shí)，如工業(yè)微生物的分離篩選中，要求每位學(xué)生獨(dú)立操作試管斜面轉(zhuǎn)接和平板純化過(guò)程，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果單獨(dú)打分。以往學(xué)生對(duì)于考查課重視度不夠，認(rèn)為開卷考試不會(huì)掛科，無(wú)論如何都能通過(guò)，因此，考核體系的改變也讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程有了新的定位[12]。

4 結(jié)語(yǔ)

在喀什大學(xué)推進(jìn)轉(zhuǎn)型發(fā)展，打造特色食品專業(yè)集群背景下，急需整合現(xiàn)有師資組建發(fā)酵工程課程組，以加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)踐為目的，改革、創(chuàng)新課程內(nèi)容和教學(xué)體系，切實(shí)形成具有工程教育特色的發(fā)酵工程課程教育新體系。在發(fā)酵工程課程建設(shè)中，不僅采用現(xiàn)代教學(xué)手段對(duì)優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程借鑒學(xué)習(xí)，而且聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的行業(yè)教授在線講解理論內(nèi)容。前者主要依靠壓力導(dǎo)向?qū)W習(xí)和學(xué)生自學(xué)為主，學(xué)生若不認(rèn)真學(xué)習(xí)網(wǎng)課內(nèi)容，總評(píng)中將會(huì)缺失20%的成績(jī)；后者將網(wǎng)課中零散的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，補(bǔ)充了形象的案例，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加充實(shí)完整。實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，應(yīng)更加注重過(guò)程教學(xué)，打破學(xué)生考查課蒙混過(guò)關(guān)的思維定式，樹立實(shí)驗(yàn)課程是理論課的延續(xù)和實(shí)際應(yīng)用的理念，使學(xué)生從思想上重視起來(lái)。

以喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)的發(fā)酵工程及實(shí)驗(yàn)課程和食品科學(xué)與工程專業(yè)的發(fā)酵工程課程為例，分析在專業(yè)集群建設(shè)中發(fā)酵工程課程存在的問(wèn)題和改進(jìn)方法，通過(guò)優(yōu)化理論課和實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容、調(diào)整課程的教學(xué)方式、改革考核方式等措施，使教學(xué)內(nèi)容更適于專業(yè)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使發(fā)酵工程能更好地應(yīng)用于專業(yè)并服務(wù)于社會(huì)[13]。