食品學科人才培養中發酵工程課程的改革與實踐

魏超昆 潘琳 田曉菊 張惠玲

摘要 發酵工程作為食品科學與工程專業的一門選修課，在教學過程中存在教學內容滯后、教學方法與手段單一、考核方式落后等問題。針對這些問題，從教學內容優化、教學方法改進、考核方式創新等方面對教學改革的探索和實踐做了有益的實踐，并對發酵工程課程教學的思政設計與實踐進行了探索，以期提高發酵工程課程教學質量，激發學生的積極主動性，提高學生的實踐水平，最終使學生的終身學習能力得以提升。

關鍵詞 應用型人才培養；教學改革；發酵工程

中圖分類號 S-01? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）06-0278-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.063

開放科學（資源服務）標識碼（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

將發酵工程課程內容與食品科學與工程專業的人才培育計劃相結合，以發展學生在發酵工程和工業領域的專業技能為最終目的，需要他們掌握在實踐中培養微生物的專業技能，對發酵工業中的發酵原理和流程有一定了解，利用發酵工程專業知識，為該領域專業技能的發展成熟奠定技術基礎，能綜合運用所學的知識發現并解決生產中的實際難題。結合實際生產上的問題，發酵工程課程實行理論與實踐相結合的教學改革，具有較強的適用性和實用性［1］。在理論環節，綜合內容主要基于案例分析方法和問題驅動方法，輔以多樣化教學手段。在實驗環節，以項目教學為主，并結合翻轉課堂進行教學。在教學中教師將多種教學方法相結合，使學生在課堂上能更好地感受課堂教學的樂趣。該課程的教學設計以學生培養原則為中心，將分散抽象的知識點合并為特定的任務，引導學生完成學習任務、學習反饋和學習評價，將學習和實踐學習實踐與掌握教育理論和實踐統一起來，讓學生在綜合實踐中不斷提升自己的學習能力［2］。發酵工程課程作為

該校食品科學與工程專業學生的一門選修課程，課程組教師不斷改革和完善課程教學體系［3］。他們深入研究了課程線上線下相結合的教學手段，然而在此背景下面對如此大規模的課程選擇，學生嘗試在線學習尚屬首次。在發酵工程課程體系構建的初期階段，課程組教師對學習者的可承受性、學習地點的改變、課程內容、思維能力、上網便利程度等問題進行了全面評價，并對選擇方法進行了深入討論［4］。教研組教師堅持高水平、創新、有意義的網絡課程設計理念，以進一步提高學生的自主學習、知識應用以及創新能力［5］。遵循以學生自習為中心，將教學理念定位為教師輔助引導學生學習［6］。在全球能源危機日益嚴重、環保意識日益增強的情況下，利用生物技術可持續生產是目前國內外研究的熱點。發酵工程指的是通過現代工程學手段，將微生物的特殊功能轉化為有益于人類的成分，或者是將其直接投入工業領域的一種新型技術。發酵工程與生物學和工程學密切相關，涉及生物化學、微生物學、化學工程學、過程控制、信息科學等領域。這是通過基因工程、代謝工程、合成生物學等生物技術手段生產產品的一種方法。我國發酵工程領域的確立，可以追溯到1955年華東化工學院創建抗生素制造工程專業［7］。歷經60余年的發展與革新，該領域建立了一個師資強大的教研小組。發酵工程是一門理論性、應用性、實用性極強的課程［8］。隨著科學技術的飛速發展，通過發酵工程技術指導進一步培育擁有創新精神、團隊合作精神以及應用實踐能力的食品科技人才是目前面臨的重要課題［9］。筆者經過大量的調查與實踐，從建立知識框架、創新教學方法、優化教學內容等角度對課程進行了改革，構建了一個有效的教學平臺，并取得了突出的教學成果［10］。

1 發酵工程課程教學改革思路和目標

隨著我國食品工業的快速發展，需要培養具有創造性的高素質人才，這給發酵工程課程教學帶來了新的機遇，采用傳統的教學方法很難培養生物制造產業所需的高質量應用型人才?？紤]到發酵工程的功能特點，必須理解和學習成果導向教學理念（OBE），將理論和實踐、技術和工程、教育和思考相結合，讓學生掌握完整的發酵工程理論和工程學專業基礎知識，能解決復雜的生物工程學問題，培養發酵工程技術研究開發能力［11］。要以構建一套全面的發酵工程知識框架為基礎，從原來的理論性教學轉變為理論性與實踐性相結合的教學模式，教學向學生自主學習轉變，改變傳統以教材為基礎的教學方式，轉變為以動態的科研內容為基礎的教學方式，從傳統的面對面教學轉變為虛擬仿真等新的教學方法，為我國食品生物制造行業的人才培養提供強有力的保障。

2 發酵工程課程教學改革內容

2.1 構建知識體系，保障教學效果

發酵工程是一門應用與實踐并重的學科，因此在鞏固學生理論知識的同時，在教學過程中還要對學生的創新能力進行培養，培養適應現代生物產業發展需要的高素質人才。為進一步轉變“重理論、輕實踐”的傳統教學理念，充分利用學校食品工程方面的應用和實踐優勢，在建立知識體系的過程中對此展開了積極探討，并將寧夏大學優質課程——發酵工程作為其核心，并結合一些實用和創造性課程（比如發酵工程實驗、 iGEM和合成生物學），共同打造一個完整的知識課程體系。同時，還開發了一套以食品生物工藝為核心、理論聯系實際的高級研究生學習課程。這一套全新課程從基礎理論、工程設計以及實驗實踐3個方面進行了探索，這3個方面既有各自的獨立性，又有相互聯系［12］。

2.2 豐富教學方式，提高學生的學習興趣

慕課（MOOC），即大規模開放式在線課程，是一種與傳統線下教學截然不同的教學方式，可為師生提供一個網上溝通的平臺。它是在高等教育體制改革進程中的一項重大變革。慕課教學中，最重要的環節就是如何制作高質量的慕課教學視頻，每段視頻只有10～15 min。近幾年，該校把建立一套全面的發酵工程知識框架提上日程，積極實施 MOOC教學，并對其他高質量 MOOC資源進行整合，構建了既獨立又互為補充的教學模式，這樣既提高了學生學習的主動性，又鞏固了教學成果［13］。作為一門實驗性和實踐性較強的課程，發酵工程在培養學生創新實踐才能方面發揮著重要作用。但是，由于環保要求的提高，很多發酵工廠都遷到比較偏僻的中西部地區，對發酵工程課程的創新實踐造成極大的負面影響［14］。此外，傳統的動手操作實驗不能滿足學生學習最新發酵工程技術的要求［15］。因此，適時制定對策，與企業長期緊密接觸，并運用虛擬仿真教學，加強學生對實際發酵工藝操作和理論知識的理解和實際操作能力。

2.3 整合教學資源，優化教學內容

教學資源的廣泛性、教學內容的科學性和合理性是決定該課程教學成敗的根本因素。伴隨著生物合成、生物信息感知以及各種智能制造技術的不斷成熟，隨著發酵工程領域先進理論、方法、技術的實踐應用，急需探索一種新的教學模式，進一步培養學生的創新精神與創造能力。發酵工程課程教師主要是寧夏食品微生物應用技術與安全控制重點實驗室科研人員，這些教師擁有豐富的研究經歷，具有創造性思維，善于跟蹤前沿科學技術，可以將研究成果轉換成教學資源。

3 發酵工程課程教學改革實踐

3.1 課程教學改革實踐

針對發酵工程課程的特點，從理論教學到工程設計，再到實驗和實踐應用，在此基礎上建立了一套完整的知識體系架構。以食品科學與工程專業的同學為研究對象，在大學二、三年級設置食品生物化學、食品機械與設備等理論課程，又設置了發酵工程理論、發酵工程實驗、iGEM和合成生物學的創新實踐課程。通過對這些課程的系統研究，讓學生掌握從菌株代謝到過程調節，再到分離和純化整個過程。后續的綜合性實驗和實踐結合相關的理論，在完全理解的基礎上掌握發酵前的準備、發酵工藝的控制、發酵生成物的分離以及實驗結果統計等技能。該課程的教學團隊以線下為基礎，線下和線上相結合，使用多樣化知識框架開展發酵工程課程的實踐。同時，傳統的動手操作實驗已不能滿足培養學生學習最新發酵工程技術的要求。適時制定對策，與企業長期緊密接觸，并運用虛擬仿真教學方法加強學生對實際發酵工藝操作和理論知識的理解和實際操作能力。該專業師資力量雄厚，具有較強的科研能力，這些教師的研究成果都刊登在相關領域的一類期刊中，多人獲得全國性獎項，多次獲省級科學技術獎。教學過程中，很多教師將最新的科學研究成果和應用實例作為教學內容，可使學生及時接觸到前沿技術。

3.2 發酵工程課程教學體系的構建

針對發酵工程課程的特點，從理論教學到工程設計，再到實驗和創新實踐，構建了完整的知識體系。本著“依托線下，線下線上相結合”的原則，發酵工程課程教學團隊采用多渠道知識體系整合，實行線上、線下相結合的教學。這樣可以切實拓寬學生的知識面，提高了學生的學習效果。慕課與虛擬仿真教學是高校新教學模式的重要組成部分。它們取代了傳統的課堂教學方式，同時實現了對知識要點的講解，在教學中可以幫助學生更好地理解某些知識點，從而提高他們的學習積極性。該校以寧夏大學“糖化酶催化劑啤酒發酵過程的虛擬模擬實驗”為例，介紹發酵具體流程和生產過程中應注意的問題。但是，線下課堂教學在人才培養和科學研究過程中依然發揮著不可替代的作用。通過面對面的教師指導，可以讓學生更好地掌握相關知識和技能。針對教學內容改革，該專業課程師資力量雄厚，具有較強的科研能力。在教學中，很多教師都將最前沿的科學研究成果以及實例轉變成教學分鏡，加強了學生實踐應用能力的培養。但是，在線平臺的應用也有特定的限制條件，比如因為需要使用硬體裝置或網絡問題，無法按時完成預覽，導致影響學生的學習進度。此外，當學生通過視頻、其他方式在線完成聽力和學習時，他們可能會安靜地玩?；蛟谡n后復印筆記，這是教師無法監督的。此外，由于網絡時代的便利性，部分在線評價結果的可信度小幅度下降。

3.3 混合式教學中存在的問題

使用線上線下相結合的教學方法具有許多優勢，例如可以讓學生自主學習、教學大綱系統化、教學內容多樣化、教學模式靈活多變、公平科學的考核方式、卓越的教學成果等。然而，網絡平臺的使用也存在一些局限，比如因為硬件設備的要求以及網絡問題，可能會導致學生無法在規定的時間內完成學習、同步課堂卡頓等，從而影響學習進度。

4 混合式教學模式的設計及實施

“輸出導向”的辦學思想對當代高校辦學具有重大的指導意義。在針對發酵工程課程展開混合教學的過程中，要始終以學生為中心，對教學內容進行優化，進一步強化教學設計。

4.1 教學內容的設計 為了最大限度地利用網絡平臺的優勢，首先要梳理發酵工程課程大綱中的知識要點。針對發酵工程課程的教學特點，按照發酵流程將知識點分解并重構。新課程大綱由11章組成，覆蓋了整個發酵工程的上、中、下游環節。然而，僅僅依靠40課時的授課要把全部的知識點都講解清楚是非常困難的，而這種線上與線下相結合的教學模式可以很好地解決這個問題。網絡教學的內容安排主要是根據學生的自主學習能力以及學習時間、教學內容的難點、自學和自測問題，設置熱門的、易于理解的專業概念。簡要介紹發酵工程的發展、應用領域以及發酵菌株的來源和類型。學生們可以在學習平臺上下載與教學有關的幻燈片、照片、視頻或參考文獻。將無菌原理與技術、發酵工藝優化與控制等難點內容作為主要的線下課堂教學內容。對于難懂的重要內容，通過記錄畫面制作成PPT文件進行同步說明，并上傳平臺。

4.2 線上教學平臺的建設

發酵工程線上教學平臺的建設需要滿足一系列要求，給學生提供高效、便捷、有效的在線學習體驗。首先，內容豐富、互動性強。平臺應包含豐富的發酵工程相關課程內容，包括基礎知識、專業技能、實踐操作等方面的內容，覆蓋不同層次和不同專業需求的學生。平臺應設計多樣化的互動教學模式，如在線討論、實驗模擬、虛擬實驗室等，促進學生與教師之間、學生之間的互動與合作，提升學習效果。第二，支持個性化學習。平臺應支持個性化學習路徑和教學資源推薦，根據學生的學習興趣、能力水平和學習進度，提供個性化的學習計劃和內容推送。此外，平臺應支持多媒體教學資源的展示和應用，比如視頻教學、動畫演示、實驗視頻等，豐富教學內容，提升學習效果。在線平臺應提供實踐操作的機會，如虛擬實驗室、模擬工程設計等，讓學生在線上也能進行實踐性學習，加強學生對理論知識的理解和應用能力。第三，支持教學評估與反饋功能。平臺應設有多樣化的評估方式，如在線測驗、作業提交、實踐報告等，及時對學生學習情況進行評估和反饋，指導學生調整學習策略。平臺還需要具備穩定可靠的技術支持，包括高速網絡、云服務器、在線客服等，確保學生和教師能夠順利地進行在線學習和教學活動。同時，平臺應加強數據安全保護措施，確保學生和教師的個人信息和學習數據安全，避免數據泄露和不當使用。

綜合考慮以上要求，建設發酵工程課程線上教學平臺要綜合利用教育技術手段和線上教學資源，為學生和教師提供一個安全、便捷、高效的在線學習環境。在具體線上教學平臺建設中，根據功能的不同，學習平臺分為教學資源區、教學交互區以及教學數據統計區。教學資源區包括課程大綱、視頻預覽、PPT、參考資料、擴展資料、練習、課題等。教學交互區包括簽到、同步教室、課程通知、問卷調查、投票、教室討論、章節測試、終評考試等。教學數據統計區包括課程訪問、作業統計、考試統計、課程點、討論點、分數管理等。

4.3 線上線下相結合教學方法的實施

實施在線教育，首先是超星學習通平臺，通過制定路線并導入班級領域和賽道的特性，根據數據收集、PPT開放式課程相關錄像、微型課程等整合學習資源。動畫、自測問題等可將課程內容推送到平臺的同時發布預覽任務，學生可以調整自己的時間，在上課前結束預覽。每個班的預覽時間約10 min，每章設置引導學生在線和離線學習的學習課題。在預覽部分，設置了一個自我測試環節，鼓勵學生仔細預覽。同時，也可以讓教師更好地了解預覽情況以及數據統計情況，為線下教學內容與方式的適時調整奠定基礎。學生通過課前學習任務、視頻、PPT和背景知識，可以清楚地了解本章節知識結構和本班教學內容，也可以記錄在預覽過程中遇到的問題。線上教學可以通過實況轉播或同步上課得以實現，而線下課堂則在傳統課堂上進行。開展上述在線教學，再加上自習、現場直播，線下教學結束后在線討論和學習，可使學生更好地理解學習要點，追蹤問題、討論問題、回答問題。提供章節分配與測驗、推廣教材等，協助學生加深對課程內容的理解。對于未按時完成作業的學生，教師可以利用學習平臺進行催促。

線下教學仍然采用課堂授課的方式，采用提問和討論的方式，同時與線上預習自測相結合，對學生的學習情況進行全面了解，在線下授課時可以有目的地對重難點內容展開重點分析。線下和線上教學也可以同時進行，比如在課堂教學時，可以使用學習通等網絡平臺，通過二維碼、手勢等方式進行簽到，在檢驗學生到課率的同時，還能提升學生學習的主動性；此外，也可以在網上進行答題，還可以利用搖一搖的方式隨機挑選出一名學生回答自己的問題，對表現出色的學生給予相應的平時成績加分。在課堂教學中，要將學生的學習熱情發揮到最大，把學生放在第一位，以提高其專業水平，運用項目式、任務式以及啟發式等教學方法，在實踐中不斷總結，調整教學內容，更新教學方式。

4.4 考核評價體系的構建

線上和線下相結合的教學方法，充分體現了該模式相對于單一常規教學方式的優越性。該教學方式更加多樣化，師生交流也更加方便，課堂上教師的授課內容更為豐富，學生的自主學習能力得到了極大提升。此外，評價方法也有了相應改進，注重過程評價、能力評價和全面質量評價，對學生學習情況進行科學、合理的評價。其中，考試成績占70%，平時成績占30%。平時成績包括完成任務、出席簽名、作業分數、課堂討論積極性評分以及章節考試分數等。發酵工程課程體系的評價主要采用過程評價法。理論課程的評價包括常規問答、PBL任務、模擬、作業和最終的考試，平時和最終的考試結果都需要得到認可。這些主要是為了評價學生的知識掌握情況，培養學生的團隊合作能力。實驗課程的評價主要是過程評價，包括操作過程、實驗報告，其宗旨是使學生養成良好的學習習慣，培養學生的科學素養，提高學生的實踐和思考能力。實習評價包括考勤記錄、工作記錄、小組交流會議記錄、實習單位評價和學校評價等。畢業論文設計是學生綜合能力的綜合體現。通過上述課程體系的構建過程和最終評價，可以全面評價學生，培養學生的專業品質、科學品質和實踐能力。

5 發酵工程課程思政的實施效果

5.1 落實立德樹人培養目標

在我國經濟發展加快新舊動能轉換、在加速產業結構轉型的形勢下，要大力發展包含生物在內的戰略性新興產業，這對高質量人才的要求進一步提升。在開展發酵工程教學時，應在不壓縮學生專業知識與技術學習時間的基礎上，對其進行全面挖掘（如表1所示），將其整合到課程介紹、課程知識點和歷史故事、社會熱點和實驗性訓練中。對學生開展問卷調查，發現大多數學生對課程的思政教育持積極的態度。課程思政包含的人生哲學對學生有很大的啟發作用，課程的思想政治發展也取得了一定的成果。

5.2 提升了發酵工程課程的教學效果

在教學內容上，深入挖掘與課程相關的思想政治要素，合理地整合到發酵工程課程的教學環節中，加深學生對相應知識點的理解。為了合理安排課堂教學時間，充分利用網絡手段和課外時間，為學生提供相關的思想政治學習資料。與平行班相比，實施意識形態政治課程的班級學生對相關知識點的把握能力更強，能夠綜合運用意識形態和政治的要素。課程的意識形態和政治教育對學生的影響是無形的、長期的。下一步研究應增加樣本數量，進一步挖掘更有價值的數據，為今后學生意識形態和政治教育提供參考。

5.3 實施課程思政應注意的問題

首先，將意識形態和政治內容融入專業課程教學要遵循教育法，強調專業課程的懲戒性特征。專業課程中對意識形態、政治要素的“完全挖掘”不能被片面地理解為“過度挖掘”。第二，必須與時俱進，緊跟潮流。在課程中開展意識形態和政治教育的難點在于把握機會。同一知識點在不同的教師或不同的課堂上講授時，機會整合的“程度”可能是不同的。課堂上應避免突然的“意識形態和政治教育”，要使學生在潛移默化中接受教育。第三，核心價值觀的引導，思想引導與馬克思主義理論融入。發酵工程課程的實施要積極引導學生樹立正確的核心價值觀，包括富強、民主、文明、和諧、自由、平等、公正、法治、愛國、敬業、誠信、友善等價值觀。這些價值觀不僅是中國特色社會主義核心價值觀的具體體現，而且能引導學生成為具有社會責任感和使命感的優秀公民。在課程中融入馬克思主義理論，引導學生正確認識社會主義的本質和優越性，培養他們正確的政治立場和思想觀念?？梢酝ㄟ^課堂講解、案例分析、討論等方式，引導學生深入思考社會主義核心價值觀在發酵工程領域的具體應用。第四，道德規范、職業操守和社會責任感的培養。強調課程中的道德規范和職業操守，培養學生良好的職業道德和行為規范。例如，在實驗操作中強調安全意識和團隊合作精神，在論文撰寫中強調學術誠信和尊重知識產權等。發酵工程作為一個重要的技術領域，需要學生具備強烈的社會責任感。通過課程設置相關的社會實踐環節或社會調研項目，讓學生深入了解社會需求，培養他們關注環境保護、節約資源、可持續發展等方面的意識。第五，培養學生的創新精神、國際視野與跨文化交流能力。發酵工程領域正處于不斷發展和變革之中，需要學生具備強烈的創新精神?？梢酝ㄟ^課程設計鼓勵學生參與創新項目或科研實踐，提升學生的解決問題能力和創新意識，培養他們成為未來發酵工程領域的領軍人才。發酵工程是一個國際化程度較高的領域，學生需要具備較強的國際視野和跨文化交流能力?？梢酝ㄟ^國際學術交流、海外實習項目、外籍教師授課等方式，拓寬學生的視野，培養學生跨文化溝通和合作的能力。最后，課程內容要與實踐相結合，促進學生的個性發展與全面素質培養。課程思政要與課程內容緊密結合，通過實踐環節加強學生的思政教育效果。例如，結合發酵工程的實際案例進行教學，讓學生通過實踐理解理論，加深學生對思政內容的認識和體會。尊重學生的個體差異，鼓勵他們發展自己的興趣和特長，培養全面發展的人才。可以通過個性化的教學方式和針對性輔導，幫助學生在學業、興趣愛好等方面發展，實現個性化發展和整體素質培養的統一。建立良好的師生關系，加強師生之間的溝通和交流，促進學生全面發展和健康成長。通過師生互動課堂、個性化輔導、學生社團活動等方式，營造積極向上的學習氛圍，促進學生與師生之間的良好互動和關系建立。

綜上所述，發酵工程課程的實施需要注重課程思政，從核心價值觀引導、思想引導、道德規范、社會責任感、創新精神、國際視野、課程內容與實踐相結合、個性發展和師生互動等多方面全面培養學生的思想品質和社會責任感，使其成為具有高素質、創新能力和國際競爭力的發酵工程專業人才。

6 結論

結合線上與線下的互動教學，充分發揮了這一新型教學模式的優越性。這不僅提高了學生自習、積極思考、數據訪問和判斷的能力，而且大大提高了教師的專業素質。此外，還總結出很多亟待改進的地方，比如更新教學資源，完善教學過程設計。通過課程的全面規劃，促使學生深入思考，培養學生的分析問題能力與突破困境的技能，促進他們學以致用。目前，通過對教學內容的不斷充實和改進，并在教學方式上開展創新，提高該課程的教學效果。食品發酵工程是一個發展迅速、應用廣泛的新興產業，所以這門課程的教學也是一個持續改善的過程。同時，食品發酵工程專業既能滿足眾多食品公司對培養食品發酵工程人才的迫切需要，又有助于食品專業學生將來的應用實踐，使其盡快走上生產崗位。發酵工學課程構建了系統框架結構形式，但尚未形成針對發酵工程的實踐培訓課程體系，課程體系的實習內容還不夠豐富，校企合作的深度也不夠。針對上述問題，提出要深入探討課程目的、畢業要求、訓練要求之間的關系，實施教育內容的聯動思考設計。加強穩定的實習課程體系和教學團隊建設，不斷豐富培訓內容，提高學生的實踐能力。應加強校企合作，使學生能夠深入到實際工作中。筆者在教育知識的廣泛性、教學方法的靈活性和評價方法的多樣化等方面進行了一些嘗試，為其他本地應用導向本科院校提供了參考。此外，課程思政融入發酵工程課程旨在通過發酵工程課程內容和教學活動，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，提高學生的思想道德素質和綜合素養，為他們未來的成長和發展奠定良好的基礎。

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