工程教育認證背景下釀酒工程專業微生物學課程教學改革

曾祥勇 陳莉 陳星奕

摘? 要：微生物學是一門理論性和應用性很強的基礎學科。作為釀酒工程專業必修的核心課程，該課程學習的好壞直接決定今后專業課程的學習成效，最終影響畢業生的培養質量。如何上好微生物學課就變得十分重要。然而，目前微生物學課程的教學改革大多偏向于食品、發酵工程、環境和醫學等領域，具體針對釀酒工程專業的微生物學課程的教學改革還十分缺乏。因此，該文以貴州大學國家一流專業和通過工程教育認證的釀酒工程專業176名學生為例，首先，簡要介紹微生物學課程的教學過程中存在的常見問題，深入分析其形成原因。其次，基于工程教育專業認證以“以學生為中心、產出導向、持續改進”三大基本理念，從重構知識體系、優化教學方法、完善考核體系和自主學習強化等方面提出改進措施，以期為釀酒工程專業在工程教育認證背景下微生物學課程教學模式改革提供參考和思路。

關鍵詞：微生物學；工程教育認證；問題導向教學；線上線下混合式教學；教學改革

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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：貴州省科技廳基礎研究“基于高通量測序及ichip原位培養醬香白酒核心微生物菌群構建及功能評價研究”（黔科合基-ZK[2021]一般180）

第一作者簡介：曾祥勇（1986-），男，漢族，四川達州人，博士，講師。研究方向為食品微生物。

《華盛頓協議》是一項工程教育本科專業認證的國際互認協議，旨在建立共同認可的工程教育認證體系，實現各成員的工程教育水準的實質等效，為工程師資格國際互認奠定基礎。我國于2016年加入《華盛頓協議》，成為第18個正式成員，這表明我國工程教育的質量得到了國際社會的認可，同時也表明我國已經正式采用國際工程教育人才培養的評價體系[1]。工程教育認證包括以學生為中心、產出導向（Outcome Based Education，OBE）、持續改進三大核心理念[2]。以學生為中心，就是要求教學內容更加注重學生學習能力的培養，由側重“老師講授”傳統教學模式向“學生自主學習”轉變；以培養目標和畢業要求為導向，需要對教學內容進行反向設計，從“分數”向“能力”轉變；通過對培養目標、課程目標、畢業要求等方面的達成情況進行主觀+客觀/內部+外部的綜合評價，發現問題，對培養目標、課程目標、畢業要求等方面提出改進措施，做到持續改進。工程教育認證的最終目的是為國家培養綜合素質過硬、具有國際視野的卓越工程師。加強學生工程知識、分析問題、設計/解決開發方案、科學研究、環境與可持續發展、溝通交流、項目管理和終身學習等12種能力培養貫穿于教學全過程中。

課程是專業實施人才培養的主要載體，課程教學質量對人才培養質量起到決定性的作用[3]。微生物學作為一門理論性和應用性很強的基礎學科，一方面，對以大腸桿菌和釀酒酵母等為代表的模式微生物深入研究，極大推動了分子生物學、遺傳學、微生物生理學等學科快速發展。另一方面，微生物的應用十分廣泛，涉及醫療保健、新型食品開發、工業發酵、污染治理和農業生產等領域。可以說，微生物跟人類生產生活之間的關系密不可分。深入學習微生物結構與功能、新陳代謝、遺傳變異、生態作用及分類鑒定等內容，可更好地發掘利用豐富的微生物資源，同時，消滅或控制有害微生物[4]。因此，對微生物高效、科學地開發利用，在解決當前人類面臨的糧食危機、能源安全、氣候變化和環境污染等全球性問題方面具有重要意義。

對于釀酒工程專業，微生物學作為學科大類必修課程，體現了其在釀酒工程課程中的重要性。對其學習的好壞，直接影響微生物生態學、微生物遺傳學、發酵工程原理、白酒工藝學、葡萄酒工藝學和酒精工藝學等后續專業課程的學習。另外，微生物學對本專業的畢業要求中的分析問題、設計/解決開發方案、科學研究和環境與可持續發展等多項能力培養上起著強支撐作用。正因為微生物本身的專業特點及對本專業多項畢業要求的強支撐作用，探索工程教育認證背景下釀酒工程專業的微生物學教學新模式顯得十分迫切。目前，大多微生物學課程教學改革偏向于食品科學與工程、發酵工程、環境工程及醫學等專業，具體針對釀酒工程專業的微生物學課程教學的改革范例還十分缺乏。貴州大學釀酒工程專業于2019年和2021年先后入選國家一流專業建設名單和順利通過工程教育認證專家入場評審。任職期間，筆者一直承擔微生物學課程教學任務，在4年的教學工作中積累了豐富經驗，同時，具有較強的工科背景并長期從事食品、環境等微生物相關領域研究。因此，本文以釀酒工程專業2017—2019級3屆學生（2017級50人，2018級49人，2019級77人）為例，首先簡要介紹微生物學課程教學過程中存在的常見問題。然后，深刻分析其成因。最后，從重構知識體系、優化教學方法、完善考核體系和自主學習強化等方面提出相應的改進措施。本文可為釀酒工程專業學生的知識學習和能力培養提供參考，為在工程教育認證背景下的微生物學課程教學改革探索提供思路。

一? 微生物學傳統教學過程中存在的常見問題

（一）? 學習積極性不高

在課程教學過程中部分學生的主要表現為：精力不集中現象突出；老師提問時學生答非所問，甚至不知所云；布置課后作業時，大多同學也往往是為了應付，并不去查閱權威書籍或實驗指導書，也不利用中國知網、Web of science等中英文專業學術數據庫進行檢索，尋找答案，而是直接采用瀏覽器或學術論壇去搜索答案，答案的正確性自然存疑。學生以上的種種表現，表明學習壓力非常缺乏，積極思考和主動學習意識明顯不足。

（二）? 知識點多，課時少

復旦大學周德慶教授編寫的《微生物學教程》（第四版）教材總共有十章內容，涵蓋微生物結構與功能、營養素和新陳代謝、微生物生長繁殖、遺傳變異、微生物生態學及微生物分類鑒定等幾大板塊內容。每個章節涉及的基本概念、基本理論、研究方法等知識點繁多。然而，微生物學課時數僅為48學時。如何保證在有限的學時內既要完成大量理論信息的講授以確定課程知識體系的系統完整性，又在基本理論知識基礎上選取經典的學習科研和生產實踐過程中常見的案例和問題工程讓學生參與討論，這是任課教師所面臨的難題。即使有少數主動思考、思想活躍的學生參與課堂討論，也依然難以做到在工程認證中覆蓋全體學生的要求。

（三）? 重知識記憶，輕分析應用

面對微生物學中繁多的知識點，一些學生在課堂上并沒有認真聽講，對老師反復強調的重點內容并未引起足夠重視；對于難點內容思考也較少，不求甚解；課后也不愿意花時間去消化和復習課堂上所學的基本概念和理論、重難點內容。僅希望在臨近期末很短的時間死記硬背，應付考試。這種對知識點簡單、機械的記憶，時間一長，就非常容易遺忘，究其原因，是沒有吃透基本理論，沒有真正內化成自己的知識。更為普遍的是，一旦讓學生就科研和生產實踐過程中某一現象分析其成因并提出解決方案，或某個主題設計實驗方案時，絕大部分同學都束手無策。對學生而言，雖然課本上的知識點是最簡單最基礎的，卻是分析/解決問題、方案設計等能力培養所必備的。如果沒在腦海里構建完備的知識體系，具備分析/解決問題和方案設計等能力就無從談起。

（四）? 對當今的前沿科學知識了解甚少

當今科技發展日新月異，新技術、新理論、新思想層出不窮，甚至許多顛覆教材或諾貝爾獎級別的研究成果不斷涌現。例如，中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和團隊2020年創造性地聯合利用化學法和生物法采用“搭積木”的形式，從頭設計、構建了11步反應人工合成淀粉。人工合成淀粉是中國科學家在人工合成淀粉方面取得的重大顛覆性、原創性突破[5]。又如，2020年深圳大學李猛教授團隊首次發現并證實了產甲烷古菌能直接利用石油長鏈烷基烴合成甲烷，打破了需要互營代謝才能完成甲烷合成這一傳統認知[6]。通常情況下，教材中的知識點往往落后于前沿科學研究十多年，實時跟蹤前沿科學動態，對學生知識的更新和加深課本知識的理解具有非常重要的意義。然而，學生對本領域的前沿科學研究缺乏好奇心和濃厚興趣，或者因為英語基礎較差，閱讀權威英文文獻吃力，導致對前沿科研動態基本上不關注。這樣，對今后專業課的學習及科研興趣的培養大大不利。

二? 原因分析

（一）? 對課程學習缺乏興趣，動力不足

部分學生面對微生物學課程中紛繁復雜的知識點，不是主動去熟悉、理解、消化這些知識點，將其轉化成自己的知識。遇到難題首先想到的是應付，以畏難情緒、被動學習的態度去面對，而不是主動去解決，高質量完成。不注重平時知識的學習和積累，僅僅寄希望于在最后一小段時間里突擊，死記硬背，以求考試拿高分，甚至及格即可。興趣是最好的老師。如果對課程學習缺乏興趣，缺乏對未知知識的探索欲，會使內生動力明顯不足。

（二）? 教學方法陳舊，缺乏新的教學方法

在前期的教學過程中，因為經驗不足，主要采用的是“教師講授”傳統教學模式。若只是單純地傳授知識，進行“填鴨式”教學，一方面，很難激發學生的興趣，直接導致學生在課程學習中的參與感大大降低。另一方面，任課老師很難保證在規定的學時中高質量地完成教學任務。如果沒有熟練掌握并靈活應用OBE結果導向教學、BOPPPS教學法、線上線下混合式、微課慕課、雨課堂/學習通和問題導向教學等新型的現代教學方法，會直接影響到課程目標的達成，導致畢業要求難以達成，最終使培養目標難以實現。

（三）? 考核體系不合理，過程考核形式單一，無法做到給學生加壓

之前的課程考核體系包括期末成績和平時成績，平時成績包括出勤、作業等。該體系中期末考試的比重過大，達到70%甚至更高，平時成績占比較低。同時，期末試卷過多地注重對學生對知識點掌握情況的考查，而現象分析題、方案設計題等真正體現學生對知識靈活應用的題型較少，很難體現對學生工程知識、分析問題、設計/解決開發方案、科學研究和環境與可持續發展等12大工程能力的培養效果。另外，平時考核僅僅局限于出勤、作業等，過于簡單，針對性差，考核時又不嚴格，流于形式。常常出現一些學生平時不努力學習，考前臨時抱佛腳臨時突擊復習下也會獲得好成績這一畸形局面。究其原因，還是因為考核體系不合理。對學生課前預習、課堂表現、課后作業完成等過程評價機制較為缺乏，評價標準不明確。平時綜合表現評價的弱化，無法給學生施加更多的學習壓力，進而不能引起學生在思想上的重視，造成思想散漫。

（四）? 英文基礎差，對微生物學的專業詞匯感到陌生、恐懼

大多學生的英語基礎較差，主要體現在英語四級通過率較高，但英語六級通過率很低，只有個別優秀同學在畢業時通過英語六級。另外，在上課期間，對老師要求熟悉并掌握的微生物領域中專有名詞和常見微生物名稱未引起足夠重視。如果平時沒有積累，對這些專業詞匯感到陌生，一看到英語科技論文就害怕、畏難和恐懼，導致很少去追蹤國際科技前沿研究成果，如此會影響對微生物學課程學習興趣的培養及今后科研所必備的學術思維的養成。

三? 改進措施

（一）? 采用思維導圖形式，重構學生知識體系

“思維導圖”是英國學者Tony Buzan在20世紀60年代提出的思維工具，符合大腦思維規律，充分發揮了左腦的理解、記憶、邏輯推理等理性思維，以及右腦的想象、空間、創造等感性思維的優點，進而通過形成分支樹狀結構圖來對主題加以歸納概括[7]。思維導圖的核心是把形象思維與抽象思維有機地結合起來。微生物學涵蓋細胞結構功能、新陳代謝、生長繁殖、遺傳變異、生態分布及分類鑒定六大板塊內容，知識點繁多，知識點之間關系錯綜復雜，應用范圍非常廣泛，增加了學生記憶負擔。單純依靠“教師—學生講授”這種單向教學模式不太符合注意力曲線和發散思維模式，導致對內容學習的關注度不高，積極性下降。采用思維導圖形式，有助于學生更好地理解知識點間的關系，把握其邏輯脈絡，從而有效建立起微生物學知識體系[6]。此方法的好處在于不用拘泥于某個知識點，從而避免一葉障目不見泰山。從宏觀的角度來把握本課程的知識結構，學生記得更牢，不容易忘記，即使畢業多年在生產實踐中遇到問題也能夠快速回憶、定位、查閱到相關知識，順利解決問題。思維導圖的應用，能夠大大提高學生學習的興趣和學習熱情，同時其歸納總結能力和思維發散能力也能大大提升。因此，將思維導圖應用到微生物學教學過程中，有利于促進學生的系統整體觀和創新思維等能力的培養，非常符合工程認證中“以學生為中心”的核心理念。

（二）? 采用線上線下混合式教學，合理分配線上線下教學內容，提高教學效率

根據釀酒工程專業2021版培養方案，微生物學共48學時。要想在有限的學時里高質量完成指定的教學任務，可采用線上線下混合式教學模式[8]。首先，通過思維導圖幫助其建立微生物學的知識體系，然后，對知識點依據重要性和難易程度進行認真梳理、分類。對于容易理解或不太重要的知識點及背景知識，教師通過上傳包括PPT課件、微課慕課、視頻和圖書等學習資源到學習通或雨課堂等線上學習平臺，學生利用課余時間自學，培養學生自主學習的習慣，盡量避免占用更多的課堂時間。同時，利用線上學習平臺強大的數據分析能力對學生的學習情況進行實時評價，老師根據學生的掌握情況在線上或線下進行答疑解惑，并為及時調整教學內容和進度提供依據；另一方面，對于課程中的重難點、與實踐聯系緊密的知識點，主要采用線下課堂教學，教師對重難點進行深入講解。同時，采用現場提問和隨堂測驗等環節來檢驗學生對知識的掌握程度。課后認真復習消化課堂上講解的重難點內容，通過完成作業，進一步加深理解，并抓住實驗實踐或參與科研項目的機會，將所學知識用于分析問題和解決問題，真正做到學以致用（圖1）。

（三）? 采用問題導向教學法和案例教學法激發學生興趣，增強內生學習動力

問題/項目導向型教學（Problem/project Based Learning，PBL）是1969年由美國的神經病學教授Barrows創立。PBL教學法是在教師的引導下，以學生為主體，以問題為主軸， 使學生進行主動學習的一種教學法。其通過設計問題，調動學生學習隱藏在問題背后的科學知識；學生通過自主觀察、查閱和分析資料及分工合作來解決問題，培養了他們解決問題和自主學習的能力[9]。從生產實踐和熟悉的生活場景中出發，提出常見的生產問題，更容易引起同學們的共鳴。比如，新冠病毒SARS-CoV-2與全球大流行、米酒制作、污水凈化、酸奶發酵、農業堆肥和農村沼氣生產等。然后，利用課本上所學的理論知識來分析生產實踐中的問題并提出解決方案，這樣既能將知識記得牢固、不易忘記，又能做到融會貫通，舉一反三。同時，又能針對性地培養分析問題解決問題的能力。在課堂上列舉生產實踐和日常生活中的實際問題和生動案例，并采用提問式、案例式、討論式等方式激發學生深度參與課堂討論。只有對課本上的知識點活學活用，才能真正內化為知識。培養學生自主學習、團隊協作、分析解決問題的能力。

（四）? 改進考核方式，加大過程考核比重

過去微生物學總成績由平時成績和期末成績組成，期末成績的占比為70%。為引導學生更加重視學習過程，可將期末成績占比降至60%甚至55%，以此提高平時成績占比。另外，期末試卷除了包括名詞解釋、選擇題、填空題和判斷題等常規題型，檢驗學生對基本知識點掌握外，還需要設置分析類和設計類題型，以考查學生應用知識的能力，可直觀反映對學生工程知識、分析問題、設計/解決開發方案、科學研究和環境與可持續發展等綜合能力的培養效果。對于平時成績，考核方式應多樣化，除了常規的出勤、作業外，借助學習通或雨課堂等線上教學平臺對課前資料學習、教學視頻觀看、習題作業完成、課堂討論及問答和PPT制作及匯報等方面來進行科學、綜合評判，給出平時成績。

（五）? 科研服務教學，結合科研方向，有針對性地介紹前沿進展

由于筆者當前從事釀造環境微生物資源挖掘利用、綜合利用多組學技術基于生物膜或群體感應系統對微生物風味物質代謝合成及微生物群落變化調控機制等研究，在微生物學教學過程中，有針對性地介紹微生物新型培養法、固態發酵、生物膜、群體感應、污水處理、基因組與轉錄組等多組學相關理論知識和技術流程，進一步拓寬學生的知識面和視野。微生物學任課教師可根據自身研究方向，并結合微生物學的課程特點，為學生介紹本領域的最新研究成果和技術。加深學生對課本知識的深入理解，吃透消化，最后轉化成自己的知識。

（六）? 課堂上積極引導學生掌握常用專業詞匯，敦促學生課后自主自學

微生物領域中涉及非常多的專業詞匯，教師在課堂上要著重引導學生對專業詞匯進行學習，要求理解并掌握其涵義，在平時專業知識的學習過程中就開始積累專業詞匯，為后期閱讀權威英文學術文獻打好良好基礎。同時，微生物領域有許多頂級學術期刊網站，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等優秀期刊上的綜述及研究性論文。也可關注微生物相關公眾號，及時跟蹤微生物學的前沿研究成果。因此，學術期刊網站和公眾號的持續關注，有利于拓展學生的知識面，使微生物學的知識體系更加飽滿。同時，培養學生對科研的濃厚興趣，為今后在本領域深入學習研究打下良好基礎。

四? 結束語

本文以貴州大學釀酒工程專業2017—2019屆學生普遍存在的問題為切入點，深刻剖析其原因。結合自身教學經驗，提出了在工程教育認證的大背景下，綜合采用思維導圖和線上線下混合式教學、問題式教學及案例式教學和實踐教學等先進教學方法對課程內容、教學方式、考核方式等方面進行優化改革，著力培養學生工程知識、分析問題、設計/解決開發方案、科學研究和環境與可持續發展等12大能力，以符合“以學生為中心，結果導向，持續改進”工程教育認證的核心理念。

參考文獻：

[1] 栗俊廣，白艷紅，張華.工程教育專業認證背景下食品工藝學實習課程教學改革的探索[J].輕工科技，2017（5）：140-141.

[2] 李正軍，劉軍鋒，曹輝，等.工程教育專業認證背景下的微生物學教學改革[J].化工設計通訊，2020，46（10）：109-110.

[3] 施曉秋.遵循專業認證OBE理念的課程教學設計與實施[J].高等工程教育研究，2018（5）：154-160.

[4] 周德慶.微生物學教程[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．思維導圖：放射性思維[M]．李斯，譯.北京：作家出版社，1999．

[8] 毛淑紅，郭艷，劉逸寒，等.微生物學“線上線下”混合教學模式構建探討[J].中國輕工教育，2020（6）：61-65.

[9] 佟曉麗，劉紅，李紀周.問題導向教學模式的探索與實踐[J].科教導刊，2019（8）：41-42.