釀酒工程專業“發酵工藝與設備”教學改革探索與實踐

李銀鳳，劉曉柱，韓銘海，劉曉輝，于志海，唐維媛

貴州理工學院食品藥品制造工程學院（貴陽 550003）

發酵工程涉及國民經濟的諸多領域，如醫藥工業、食品工業、化學工業、農業及冶金工業等[1-2]。“發酵工程”作為生物工程、生物技術、釀酒工程、食品科學與工程、制藥工程等生物、食品、醫藥等多種專業的必修課程，培養學生從工程角度去思考技術問題，逐步實現有學生向工程師的轉變。

貴州省有著悠久的釀酒歷史和豐富的釀酒文化，在中國釀酒行業中有著特殊重要的地位。2022年1月26日，《國務院關于支持貴州在新時代西部大開發上闖新路的意見》（簡稱新國發2號文件）發布，支持貴州在新時代西部大開發上闖新路，指出貴州省要發揮赤水河流域醬香型白酒原產地和主產區的優勢，建成全國重要的白酒生產基地[3]。“十四五”發展的新階段，貴州省各大酒企響應新國發2號文件精神，紛紛大幅擴產擴能，因而對釀酒工程專業人才需要較大。釀酒工程專業是貴州理工學院特色發展的專業之一，肩負為貴州省培養“強責任、精技術、善管理、重實踐、求創新”的高素質釀酒專業人才重任。“發酵工藝與設備”作為釀酒工程專業必修專業課程和基石課程，也是學習酒類釀造、工藝、檢測等專業核心課程的基礎。因此，對于“發酵工藝與設備”課程改革探索與實施應結合貴州省情和學生知識背景進行。通過將新型“四化”內容、思政內容、創新創業內容融入“發酵工藝與設備”課程授課環節，將趣味性教學、問題導向教學、案例教學、虛擬仿真教學等多種教學方法引入課程教學實踐中，以期激發學生學習的積極性，培養學生的學習能力、工程實踐能力及創新精神。

1 教學內容的設計與探索

通過對教學內容的優化與改革，可拓展授課內容的寬度和深度，激發學生學習的熱情和興趣，更能激勵授課教師不斷提升自身的業務水平和素養[4-5]。

1.1 甄選教材

各大高校食品、生物、制藥等專業所開設的“發酵工程”課程選用的教材差異較大，如：農林類高校多選用如韋革宏、史鵬主編，科學出版社出版的《發酵工程》（第二版）；或宋淵主編，中國農業大學出版社出版的《發酵工程》；理工類院校較多的選擇陳堅、堵國成主編化學工業出版社出版的《發酵工程原理與技術》；或余龍江主編高等教育出版社出版的《發酵工程原理與技術》。這些教材均側重于對發酵的工藝的描述，但對發酵設備的介紹偏少。發酵工藝、發酵設備密不可分，優異的產品性能離不開良好的工藝條件，而較低的生產成本則離不開好的設備[2]。作為工科類專業學生，既要掌握產品的發酵工藝流程、工藝參數的調控，更要熟悉發酵設備的工作原理、操控要點。將發酵工藝與發酵設備結合起來學習，有利于學生系統性、深入性地掌握發酵工程專業知識。因而，甄選并采用陶興無主編的化學工業出版社出版的《發酵工藝與設備》作為教材。教材既有對發酵工藝的重點描述，也有對發酵設備的詳細介紹。

1.2 優化課程體系

根據學生知識儲備和各專業課程知識之間的聯系，對授課內容進行增補和刪除。基于學生對分子生物學知識較為欠缺的實際情況，在“生產菌種的選育方法”章節中，增加基因工程育種內容，詳細介紹基因工程的工具、操作方法、應用領域及發展趨勢。同時，列舉基因工程在釀酒微生物選育中的具體案例，如：華南理工大學周世水老師課題組通過敲除釀酒酵母ADH2和THI3基因從而降低糯米酒中高級醇的含量[6]；天津科技大學董健老師的研究成果“TOR1基因缺失對釀酒酵母耐受性的影響”[7]；“釀造酒工藝學”“白酒生產技術”課程中學生詳細學習白酒固態發酵工藝和啤酒發酵工藝，但相關設備較少涉及。因而在課程“厭氧發酵工藝及設備”章節中刪減白酒和啤酒工藝部分內容，重點講解白酒和啤酒生產相關設備。

1.3 整合新型“四化”內容

貴州省以謀“四新”抓“四化”作為切入點，緊緊圍繞“四新”主目標，主攻新型工業化、新型城鎮化、農業現代化、旅游產業化“四化”建設。課程組根據課程各章節內容的內在邏輯聯系對課程內容進行整合，從發酵過程的工程學角度將課程知識體系分成菌種（第1~第2章）、發酵（第3~第7章）和提煉（第8章）3個模塊，課程各模塊授課內容積極融入新型“四化”內容（表1）。

表1 “發酵工藝與設備”課程中新型“四化”內容設計

1.4 融入“課程思政”元素

在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記要求各高校教師要用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要守好一段渠、種好責任田，與思想政治理論課同向同行，實現協同育人和全方位育人[8]。“發酵工藝與設備”課程蘊含豐富的思政元素，集中大量的科學精神、人文精神及愛國情操等思政內容。對各章節知識要點的課程思政融入方式、實施路徑與育人元素均進行細致設計（表2）。在發酵技術發展史知識點中融入對發酵技術發展做出巨大貢獻的科學家巴斯德的故事，通過曲頸瓶實驗推翻“自然發生說”，證明食物腐敗是由微生物引起的，推動人類對微生物的認識上升到生理代謝途徑，開啟微生物學歷史新進程，體現科學創新精神和辯證思想；非釀酒酵母菌一直以來被認為是一類腐敗微生物，但隨著技術的發展和研究的不斷深入，研究發現一些非釀酒酒母菌對發酵酒的風味特性具有積極的作用，且并被越來越多地應用于各類酒類的生產，這體現出發展的眼光，辯證的思想，在“生產菌種的選育方法”知識內容中得到很好的體現。

表2 “發酵工藝與設備”課程中“思政元素”設計

1.5 植入“創新創業”元素

深入挖掘課程蘊含的創新創業（簡稱“雙創”）元素，以“雙創”項目和“雙創”學科競賽為切入點，將“雙創”內容全面植入課程授課環節中，培養學生的創新精神和創業意識[9]。結合課程內容與專業背景，在“生產菌種的選育培養”“厭氧發酵工藝及設備”“發酵過程參數檢測及控制”等章節較好融入“雙創”項目和“雙創”學科競賽（表3）。以“新菌種的分離與篩選”知識點為例，指導學生以“乙醇耐受性刺梨野生酵母菌的選育及其釀造學性能分析”為選題，獲省級“雙創”項目立項，項目取得的科研成果參加全國大學生生命科學競賽，獲國家一等獎和省級一等獎各1項的好成績。

表3 “發酵工藝與設備”課程中“雙創”內容設計

2 教學方法的改革與探索

合適的教學方法可激發學生學習的熱情，調動其學習的積極性，更能使授課達到事半功倍的效果，從而提升授課教師的成就感[10]。

2.1 趣味性教學

借助趣味性教學方法，可使抽象難懂的知識點，變得淺顯化和趣味化，大幅提升教學效果。如：在講解“發酵工業中常用微生物”時，將美國和中國舉辦的歷屆微生物培養皿藝術大賽引入課堂，極大地吸引學生興趣，在欣賞高雅藝術作品的同時，也掌握課程內容；將生活中喝牛奶拉肚子現象（乳糖不耐受癥）融入“微生物的代謝與調控”知識點講授中，既引起學生興趣，傳授課程知識，又提高學生的健康意識；在“無菌空氣制備”空氣壓縮機知識點的講解中，穿插視頻短片《啥是佩奇》，學生在笑聲中又滿含淚光，感受到濃濃的親情，達到課程講授和課程思政的雙重效果。

2.2 問題導向性教學

課程組積極開展了問題導向性教學方式的探索，如在講授“新菌種的分離與篩選”知識點前，以問題“發酵工業中生產菌種最初來源自哪里？”為課程導入方式，引發學生的思考。一些學生回答道：“從菌種保藏中心購買”，或“從科研院所索取”。接著繼續引導學生思考菌種保藏中心或科研院所菌種最初哪里來的？進而學生回答：“從自然界分離得到”，從而切入到知識點內容的講授。以問題“設計一種高糖耐受性和高產乙酸的微生物篩選方案”作為課程作業。通過課前先導問題，自然過渡到課程知識講授環節，以課后總結問題為課程作業，既督促學生課后認真總結復習課程所學知識，又促使學生積極查閱相關文獻資料，拓展課外知識的學習。

2.3 案例型教學

探索案例法教學，在課程授課環節中引入生活案例、科研案例、雙創案例及企業生產實踐案例。如在講解“發酵培養基的優化”知識點時，將科研案例“海洋細菌多糖EPS-1發酵培養基的正交優化及多糖發酵過程研究”融入課堂[11]，以實際案例講解，讓學生真正掌握單因素法和多因素正交法在發酵培養基設計中的應用。

2.4 虛擬仿真教學

將虛擬仿真技術應用于“發酵工藝與設備”課程的教學過程中，通過虛擬演示讓學生直觀地理解、分析、控制工藝過程，參數調節、發酵過程中存在的問題及解決方案。有效激發學生的課堂學習的積極性和興趣，鍛煉學生的自主意識與自主創造能力。如在講解原位清洗技術時，通過虛擬演示牛奶加工廠清洗各生產罐體和管道流程，從而讓學生更加直觀、更加真實地了解該技術原理。

2.5 多媒介教學方式

充分利用網絡課程資源，如中國大學MOOC、智慧樹、學堂在線等，結合雨課堂、QQ群、微信群等現代化信息媒介，并組合趣味教學法、問題導向教學法、案例教學法及虛擬仿真教學法，引導學生積極主動融入到課程學習中。

3 課程教學改革效果

3.1 課程建設成效

課程組已連續為6屆釀酒工程專業學生講授“發酵工藝與設備”課程，初步構建適合貴州理工學院釀酒工程專業“發酵工藝與設備”課程體系，并結合專業特色與學生知識儲備情況，較好實現課程育人的目的。在不懈努力探索下，2019年課程獲校級一流課程認定，成為學校首批建設的48門一流課程之一。2021年，課程獲校級教育教學改革研究項目立項建設。

3.2 育人成效

對課程授課滿意度進行調查，結果發現絕大多數學生較好地接受課程教學體系和教學方法，接受率超過90%。全部學生均認為課程教學效果較好，對知識掌握較為牢固，拓寬知識視野，培養分析和解決問題能力，提升創新意識和團隊協作精神。

以課程為載體，授課班級學生熱情高漲地參與“雙創”工作中，響應李克強總理提出的“大眾創業、萬眾創新”的號召。絕大多數學生畢業后入職全國各大酒企，如貴州茅臺集團、四川郎酒股份有限公司、四川五糧液集團等；部分學生赴國內外各大高校攻讀研究生學位，如南開大學、湖南大學、泰國皇太后大學等。

3.3 師資力量提升

隨著科學技術日新月異，知識迭代速度不斷加快，新技術、新設備不斷涌現，同時也對授課教師也提出更高要求。一方面，授課教師主動提升企業生產實踐技能，承擔學生認識實習、綜合實踐、生產實習、畢業實習、畢業設計等實習實踐環節，參與企業生產實踐中；同時，教師積極參加職業技能培訓，4名教師獲國家級品酒師職業證書，成為學校“雙師型”教師。另一方面，課程組教師積極參加各種學術會議、學術論壇，努力提升科研素養，以科研反補教學。課程組共承擔國家自然科學基金項目4項、省級自然科學基金項目7項，科研成果主動融入課程授課環節，致力于科研服務教學。

4 課程反思

經過6年不斷探索與實踐，課程教學體系和教學方法較好地滿足貴州理工學院釀酒工程專業的人才培養需求，課程改革實踐效果明顯。但教育是一個不斷探索、不斷發展、不斷完善的過程，因而教學改革不是一朝一夕就可以完成的事情，而是一件終身性的事業，在以后的教學實踐活動中更需不斷探索和改進。（1）課程思政。課程思政而非思政課程，授課教師應平衡知識講解與課程思政之間的關系，不能本末倒置。此外，課程思政融入方式應自然、協調，達到“潤物細無聲”、知微見著、鹽溶于湯的育人目的；（2）與時俱進、創新發展。知識不斷更新迭代，時政熱點不斷涌現。授課教師應保持終身學習的習慣，才能更好地把握課程前沿動態，適應教書育人的職責。