食品学科人才培养中发酵工程课程的改革与实践

摘要 发酵工程作为食品科学与工程专业的一门选修课，在教学过程中存在教学内容滞后、教学方法与手段单一、考核方式落后等问题。针对这些问题，从教学内容优化、教学方法改进、考核方式创新等方面对教学改革的探索和实践做了有益的实践，并对发酵工程课程教学的思政设计与实践进行了探索，以期提高发酵工程课程教学质量，激发学生的积极主动性，提高学生的实践水平，最终使学生的终身学习能力得以提升。

关键词 应用型人才培养；教学改革；发酵工程

中图分类号 S-01  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）06-0278-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.063

开放科学（资源服务）标识码（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

将发酵工程课程内容与食品科学与工程专业的人才培育计划相结合，以发展学生在发酵工程和工业领域的专业技能为最终目的，需要他们掌握在实践中培养微生物的专业技能，对发酵工业中的发酵原理和流程有一定了解，利用发酵工程专业知识，为该领域专业技能的发展成熟奠定技术基础，能综合运用所学的知识发现并解决生产中的实际难题。结合实际生产上的问题，发酵工程课程实行理论与实践相结合的教学改革，具有较强的适用性和实用性［1］。在理论环节，综合内容主要基于案例分析方法和问题驱动方法，辅以多样化教学手段。在实验环节，以项目教学为主，并结合翻转课堂进行教学。在教学中教师将多种教学方法相结合，使学生在课堂上能更好地感受课堂教学的乐趣。该课程的教学设计以学生培养原则为中心，将分散抽象的知识点合并为特定的任务，引导学生完成学习任务、学习反馈和学习评价，将学习和实践学习实践与掌握教育理论和实践统一起来，让学生在综合实践中不断提升自己的学习能力［2］。发酵工程课程作为

该校食品科学与工程专业学生的一门选修课程，课程组教师不断改革和完善课程教学体系［3］。他们深入研究了课程线上线下相结合的教学手段，然而在此背景下面对如此大规模的课程选择，学生尝试在线学习尚属首次。在发酵工程课程体系构建的初期阶段，课程组教师对学习者的可承受性、学习地点的改变、课程内容、思维能力、上网便利程度等问题进行了全面评价，并对选择方法进行了深入讨论［4］。教研组教师坚持高水平、创新、有意义的网络课程设计理念，以进一步提高学生的自主学习、知识应用以及创新能力［5］。遵循以学生自习为中心，将教学理念定位为教师辅助引导学生学习［6］。在全球能源危机日益严重、环保意识日益增强的情况下，利用生物技术可持续生产是目前国内外研究的热点。发酵工程指的是通过现代工程学手段，将微生物的特殊功能转化为有益于人类的成分，或者是将其直接投入工业领域的一种新型技术。发酵工程与生物学和工程学密切相关，涉及生物化学、微生物学、化学工程学、过程控制、信息科学等领域。这是通过基因工程、代谢工程、合成生物学等生物技术手段生产产品的一种方法。我国发酵工程领域的确立，可以追溯到1955年华东化工学院创建抗生素制造工程专业［7］。历经60余年的发展与革新，该领域建立了一个师资强大的教研小组。发酵工程是一门理论性、应用性、实用性极强的课程［8］。随着科学技术的飞速发展，通过发酵工程技术指导进一步培育拥有创新精神、团队合作精神以及应用实践能力的食品科技人才是目前面临的重要课题［9］。笔者经过大量的调查与实践，从建立知识框架、创新教学方法、优化教学内容等角度对课程进行了改革，构建了一个有效的教学平台，并取得了突出的教学成果［10］。

1 发酵工程课程教学改革思路和目标

随着我国食品工业的快速发展，需要培养具有创造性的高素质人才，这给发酵工程课程教学带来了新的机遇，采用传统的教学方法很难培养生物制造产业所需的高质量应用型人才。考虑到发酵工程的功能特点，必须理解和学习成果导向教学理念（OBE），将理论和实践、技术和工程、教育和思考相结合，让学生掌握完整的发酵工程理论和工程学专业基础知识，能解决复杂的生物工程学问题，培养发酵工程技术研究开发能力［11］。要以构建一套全面的发酵工程知识框架为基础，从原来的理论性教学转变为理论性与实践性相结合的教学模式，教学向学生自主学习转变，改变传统以教材为基础的教学方式，转变为以动态的科研内容为基础的教学方式，从传统的面对面教学转变为虚拟仿真等新的教学方法，为我国食品生物制造行业的人才培养提供强有力的保障。

2 发酵工程课程教学改革内容

2.1 构建知识体系，保障教学效果

发酵工程是一门应用与实践并重的学科，因此在巩固学生理论知识的同时，在教学过程中还要对学生的创新能力进行培养，培养适应现代生物产业发展需要的高素质人才。为进一步转变“重理论、轻实践”的传统教学理念，充分利用学校食品工程方面的应用和实践优势，在建立知识体系的过程中对此展开了积极探讨，并将宁夏大学优质课程——发酵工程作为其核心，并结合一些实用和创造性课程（比如发酵工程实验、 iGEM和合成生物学），共同打造一个完整的知识课程体系。同时，还开发了一套以食品生物工艺为核心、理论联系实际的高级研究生学习课程。这一套全新课程从基础理论、工程设计以及实验实践3个方面进行了探索，这3个方面既有各自的独立性，又有相互联系［12］。

2.2 丰富教学方式，提高学生的学习兴趣

慕课（MOOC），即大规模开放式在线课程，是一种与传统线下教学截然不同的教学方式，可为师生提供一个网上沟通的平台。它是在高等教育体制改革进程中的一项重大变革。慕课教学中，最重要的环节就是如何制作高质量的慕课教学视频，每段视频只有10～15 min。近几年，该校把建立一套全面的发酵工程知识框架提上日程，积极实施 MOOC教学，并对其他高质量 MOOC资源进行整合，构建了既独立又互为补充的教学模式，这样既提高了学生学习的主动性，又巩固了教学成果［13］。作为一门实验性和实践性较强的课程，发酵工程在培养学生创新实践才能方面发挥着重要作用。但是，由于环保要求的提高，很多发酵工厂都迁到比较偏僻的中西部地区，对发酵工程课程的创新实践造成极大的负面影响［14］。此外，传统的动手操作实验不能满足学生学习最新发酵工程技术的要求［15］。因此，适时制定对策，与企业长期紧密接触，并运用虚拟仿真教学，加强学生对实际发酵工艺操作和理论知识的理解和实际操作能力。

2.3 整合教学资源，优化教学内容

教学资源的广泛性、教学内容的科学性和合理性是决定该课程教学成败的根本因素。伴随着生物合成、生物信息感知以及各种智能制造技术的不断成熟，随着发酵工程领域先进理论、方法、技术的实践应用，急需探索一种新的教学模式，进一步培养学生的创新精神与创造能力。发酵工程课程教师主要是宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室科研人员，这些教师拥有丰富的研究经历，具有创造性思维，善于跟踪前沿科学技术，可以将研究成果转换成教学资源。

3 发酵工程课程教学改革实践

3.1 课程教学改革实践

针对发酵工程课程的特点，从理论教学到工程设计，再到实验和实践应用，在此基础上建立了一套完整的知识体系架构。以食品科学与工程专业的同学为研究对象，在大学二、三年级设置食品生物化学、食品机械与设备等理论课程，又设置了发酵工程理论、发酵工程实验、iGEM和合成生物学的创新实践课程。通过对这些课程的系统研究，让学生掌握从菌株代谢到过程调节，再到分离和纯化整个过程。后续的综合性实验和实践结合相关的理论，在完全理解的基础上掌握发酵前的准备、发酵工艺的控制、发酵生成物的分离以及实验结果统计等技能。该课程的教学团队以线下为基础，线下和线上相结合，使用多样化知识框架开展发酵工程课程的实践。同时，传统的动手操作实验已不能满足培养学生学习最新发酵工程技术的要求。适时制定对策，与企业长期紧密接触，并运用虚拟仿真教学方法加强学生对实际发酵工艺操作和理论知识的理解和实际操作能力。该专业师资力量雄厚，具有较强的科研能力，这些教师的研究成果都刊登在相关领域的一类期刊中，多人获得全国性奖项，多次获省级科学技术奖。教学过程中，很多教师将最新的科学研究成果和应用实例作为教学内容，可使学生及时接触到前沿技术。

3.2 发酵工程课程教学体系的构建

针对发酵工程课程的特点，从理论教学到工程设计，再到实验和创新实践，构建了完整的知识体系。本着“依托线下，线下线上相结合”的原则，发酵工程课程教学团队采用多渠道知识体系整合，实行线上、线下相结合的教学。这样可以切实拓宽学生的知识面，提高了学生的学习效果。慕课与虚拟仿真教学是高校新教学模式的重要组成部分。它们取代了传统的课堂教学方式，同时实现了对知识要点的讲解，在教学中可以帮助学生更好地理解某些知识点，从而提高他们的学习积极性。该校以宁夏大学“糖化酶催化剂啤酒发酵过程的虚拟模拟实验”为例，介绍发酵具体流程和生产过程中应注意的问题。但是，线下课堂教学在人才培养和科学研究过程中依然发挥着不可替代的作用。通过面对面的教师指导，可以让学生更好地掌握相关知识和技能。针对教学内容改革，该专业课程师资力量雄厚，具有较强的科研能力。在教学中，很多教师都将最前沿的科学研究成果以及实例转变成教学分镜，加强了学生实践应用能力的培养。但是，在线平台的应用也有特定的限制条件，比如因为需要使用硬体装置或网络问题，无法按时完成预览，导致影响学生的学习进度。此外，当学生通过视频、其他方式在线完成听力和学习时，他们可能会安静地玩耍或在课后复印笔记，这是教师无法监督的。此外，由于网络时代的便利性，部分在线评价结果的可信度小幅度下降。