釀酒工程專(zhuān)業(yè)“發(fā)酵工藝與設(shè)備”教學(xué)改革探索與實(shí)踐

李銀鳳，劉曉柱，韓銘海，劉曉輝，于志海，唐維媛

貴州理工學(xué)院食品藥品制造工程學(xué)院（貴陽(yáng) 550003）

發(fā)酵工程涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域，如醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)及冶金工業(yè)等[1-2]?！鞍l(fā)酵工程”作為生物工程、生物技術(shù)、釀酒工程、食品科學(xué)與工程、制藥工程等生物、食品、醫(yī)藥等多種專(zhuān)業(yè)的必修課程，培養(yǎng)學(xué)生從工程角度去思考技術(shù)問(wèn)題，逐步實(shí)現(xiàn)有學(xué)生向工程師的轉(zhuǎn)變。

貴州省有著悠久的釀酒歷史和豐富的釀酒文化，在中國(guó)釀酒行業(yè)中有著特殊重要的地位。2022年1月26日，《國(guó)務(wù)院關(guān)于支持貴州在新時(shí)代西部大開(kāi)發(fā)上闖新路的意見(jiàn)》（簡(jiǎn)稱(chēng)新國(guó)發(fā)2號(hào)文件）發(fā)布，支持貴州在新時(shí)代西部大開(kāi)發(fā)上闖新路，指出貴州省要發(fā)揮赤水河流域醬香型白酒原產(chǎn)地和主產(chǎn)區(qū)的優(yōu)勢(shì)，建成全國(guó)重要的白酒生產(chǎn)基地[3]?！笆奈濉卑l(fā)展的新階段，貴州省各大酒企響應(yīng)新國(guó)發(fā)2號(hào)文件精神，紛紛大幅擴(kuò)產(chǎn)擴(kuò)能，因而對(duì)釀酒工程專(zhuān)業(yè)人才需要較大。釀酒工程專(zhuān)業(yè)是貴州理工學(xué)院特色發(fā)展的專(zhuān)業(yè)之一，肩負(fù)為貴州省培養(yǎng)“強(qiáng)責(zé)任、精技術(shù)、善管理、重實(shí)踐、求創(chuàng)新”的高素質(zhì)釀酒專(zhuān)業(yè)人才重任?！鞍l(fā)酵工藝與設(shè)備”作為釀酒工程專(zhuān)業(yè)必修專(zhuān)業(yè)課程和基石課程，也是學(xué)習(xí)酒類(lèi)釀造、工藝、檢測(cè)等專(zhuān)業(yè)核心課程的基礎(chǔ)。因此，對(duì)于“發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程改革探索與實(shí)施應(yīng)結(jié)合貴州省情和學(xué)生知識(shí)背景進(jìn)行。通過(guò)將新型“四化”內(nèi)容、思政內(nèi)容、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)內(nèi)容融入“發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程授課環(huán)節(jié)，將趣味性教學(xué)、問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)、案例教學(xué)、虛擬仿真教學(xué)等多種教學(xué)方法引入課程教學(xué)實(shí)踐中，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。

1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與探索

通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與改革，可拓展授課內(nèi)容的寬度和深度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣，更能激勵(lì)授課教師不斷提升自身的業(yè)務(wù)水平和素養(yǎng)[4-5]。

1.1 甄選教材

各大高校食品、生物、制藥等專(zhuān)業(yè)所開(kāi)設(shè)的“發(fā)酵工程”課程選用的教材差異較大，如：農(nóng)林類(lèi)高校多選用如韋革宏、史鵬主編，科學(xué)出版社出版的《發(fā)酵工程》（第二版）；或宋淵主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社出版的《發(fā)酵工程》；理工類(lèi)院校較多的選擇陳堅(jiān)、堵國(guó)成主編化學(xué)工業(yè)出版社出版的《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》；或余龍江主編高等教育出版社出版的《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》。這些教材均側(cè)重于對(duì)發(fā)酵的工藝的描述，但對(duì)發(fā)酵設(shè)備的介紹偏少。發(fā)酵工藝、發(fā)酵設(shè)備密不可分，優(yōu)異的產(chǎn)品性能離不開(kāi)良好的工藝條件，而較低的生產(chǎn)成本則離不開(kāi)好的設(shè)備[2]。作為工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，既要掌握產(chǎn)品的發(fā)酵工藝流程、工藝參數(shù)的調(diào)控，更要熟悉發(fā)酵設(shè)備的工作原理、操控要點(diǎn)。將發(fā)酵工藝與發(fā)酵設(shè)備結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生系統(tǒng)性、深入性地掌握發(fā)酵工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)。因而，甄選并采用陶興無(wú)主編的化學(xué)工業(yè)出版社出版的《發(fā)酵工藝與設(shè)備》作為教材。教材既有對(duì)發(fā)酵工藝的重點(diǎn)描述，也有對(duì)發(fā)酵設(shè)備的詳細(xì)介紹。

1.2 優(yōu)化課程體系

根據(jù)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備和各專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)之間的聯(lián)系，對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行增補(bǔ)和刪除?；趯W(xué)生對(duì)分子生物學(xué)知識(shí)較為欠缺的實(shí)際情況，在“生產(chǎn)菌種的選育方法”章節(jié)中，增加基因工程育種內(nèi)容，詳細(xì)介紹基因工程的工具、操作方法、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，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(xué)周世水老師課題組通過(guò)敲除釀酒酵母ADH2和THI3基因從而降低糯米酒中高級(jí)醇的含量[6]；天津科技大學(xué)董健老師的研究成果“TOR1基因缺失對(duì)釀酒酵母耐受性的影響”[7]；“釀造酒工藝學(xué)”“白酒生產(chǎn)技術(shù)”課程中學(xué)生詳細(xì)學(xué)習(xí)白酒固態(tài)發(fā)酵工藝和啤酒發(fā)酵工藝，但相關(guān)設(shè)備較少涉及。因而在課程“厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備”章節(jié)中刪減白酒和啤酒工藝部分內(nèi)容，重點(diǎn)講解白酒和啤酒生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備。

1.3 整合新型“四化”內(nèi)容

貴州省以謀“四新”抓“四化”作為切入點(diǎn)，緊緊圍繞“四新”主目標(biāo)，主攻新型工業(yè)化、新型城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、旅游產(chǎn)業(yè)化“四化”建設(shè)。課程組根據(jù)課程各章節(jié)內(nèi)容的內(nèi)在邏輯聯(lián)系對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整合，從發(fā)酵過(guò)程的工程學(xué)角度將課程知識(shí)體系分成菌種（第1~第2章）、發(fā)酵（第3~第7章）和提煉（第8章）3個(gè)模塊，課程各模塊授課內(nèi)容積極融入新型“四化”內(nèi)容（表1）。

表1 “發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程中新型“四化”內(nèi)容設(shè)計(jì)

1.4 融入“課程思政”元素

在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書(shū)記要求各高校教師要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，各類(lèi)課程都要守好一段渠、種好責(zé)任田，與思想政治理論課同向同行，實(shí)現(xiàn)協(xié)同育人和全方位育人[8]。“發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程蘊(yùn)含豐富的思政元素，集中大量的科學(xué)精神、人文精神及愛(ài)國(guó)情操等思政內(nèi)容。對(duì)各章節(jié)知識(shí)要點(diǎn)的課程思政融入方式、實(shí)施路徑與育人元素均進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)（表2）。在發(fā)酵技術(shù)發(fā)展史知識(shí)點(diǎn)中融入對(duì)發(fā)酵技術(shù)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家巴斯德的故事，通過(guò)曲頸瓶實(shí)驗(yàn)推翻“自然發(fā)生說(shuō)”，證明食物腐敗是由微生物引起的，推動(dòng)人類(lèi)對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)上升到生理代謝途徑，開(kāi)啟微生物學(xué)歷史新進(jìn)程，體現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新精神和辯證思想；非釀酒酵母菌一直以來(lái)被認(rèn)為是一類(lèi)腐敗微生物，但隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的不斷深入，研究發(fā)現(xiàn)一些非釀酒酒母菌對(duì)發(fā)酵酒的風(fēng)味特性具有積極的作用，且并被越來(lái)越多地應(yīng)用于各類(lèi)酒類(lèi)的生產(chǎn)，這體現(xiàn)出發(fā)展的眼光，辯證的思想，在“生產(chǎn)菌種的選育方法”知識(shí)內(nèi)容中得到很好的體現(xiàn)。

表2 “發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程中“思政元素”設(shè)計(jì)

1.5 植入“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”元素

深入挖掘課程蘊(yùn)含的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（簡(jiǎn)稱(chēng)“雙創(chuàng)”）元素，以“雙創(chuàng)”項(xiàng)目和“雙創(chuàng)”學(xué)科競(jìng)賽為切入點(diǎn)，將“雙創(chuàng)”內(nèi)容全面植入課程授課環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識(shí)[9]。結(jié)合課程內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)背景，在“生產(chǎn)菌種的選育培養(yǎng)”“厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備”“發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)及控制”等章節(jié)較好融入“雙創(chuàng)”項(xiàng)目和“雙創(chuàng)”學(xué)科競(jìng)賽（表3）。以“新菌種的分離與篩選”知識(shí)點(diǎn)為例，指導(dǎo)學(xué)生以“乙醇耐受性刺梨野生酵母菌的選育及其釀造學(xué)性能分析”為選題，獲省級(jí)“雙創(chuàng)”項(xiàng)目立項(xiàng)，項(xiàng)目取得的科研成果參加全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽，獲國(guó)家一等獎(jiǎng)和省級(jí)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)的好成績(jī)。

表3 “發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程中“雙創(chuàng)”內(nèi)容設(shè)計(jì)

2 教學(xué)方法的改革與探索

合適的教學(xué)方法可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性，更能使授課達(dá)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(xué)

借助趣味性教學(xué)方法，可使抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)，變得淺顯化和趣味化，大幅提升教學(xué)效果。如：在講解“發(fā)酵工業(yè)中常用微生物”時(shí)，將美國(guó)和中國(guó)舉辦的歷屆微生物培養(yǎng)皿藝術(shù)大賽引入課堂，極大地吸引學(xué)生興趣，在欣賞高雅藝術(shù)作品的同時(shí)，也掌握課程內(nèi)容；將生活中喝牛奶拉肚子現(xiàn)象（乳糖不耐受癥）融入“微生物的代謝與調(diào)控”知識(shí)點(diǎn)講授中，既引起學(xué)生興趣，傳授課程知識(shí)，又提高學(xué)生的健康意識(shí)；在“無(wú)菌空氣制備”空氣壓縮機(jī)知識(shí)點(diǎn)的講解中，穿插視頻短片《啥是佩奇》，學(xué)生在笑聲中又滿(mǎn)含淚光，感受到濃濃的親情，達(dá)到課程講授和課程思政的雙重效果。

2.2 問(wèn)題導(dǎo)向性教學(xué)

課程組積極開(kāi)展了問(wèn)題導(dǎo)向性教學(xué)方式的探索，如在講授“新菌種的分離與篩選”知識(shí)點(diǎn)前，以問(wèn)題“發(fā)酵工業(yè)中生產(chǎn)菌種最初來(lái)源自哪里？”為課程導(dǎo)入方式，引發(fā)學(xué)生的思考。一些學(xué)生回答道：“從菌種保藏中心購(gòu)買(mǎi)”，或“從科研院所索取”。接著繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考菌種保藏中心或科研院所菌種最初哪里來(lái)的？進(jìn)而學(xué)生回答：“從自然界分離得到”，從而切入到知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的講授。以問(wèn)題“設(shè)計(jì)一種高糖耐受性和高產(chǎn)乙酸的微生物篩選方案”作為課程作業(yè)。通過(guò)課前先導(dǎo)問(wèn)題，自然過(guò)渡到課程知識(shí)講授環(huán)節(jié)，以課后總結(jié)問(wèn)題為課程作業(yè)，既督促學(xué)生課后認(rèn)真總結(jié)復(fù)習(xí)課程所學(xué)知識(shí)，又促使學(xué)生積極查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，拓展課外知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2.3 案例型教學(xué)

探索案例法教學(xué)，在課程授課環(huán)節(jié)中引入生活案例、科研案例、雙創(chuàng)案例及企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐案例。如在講解“發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，將科研案例“海洋細(xì)菌多糖EPS-1發(fā)酵培養(yǎng)基的正交優(yōu)化及多糖發(fā)酵過(guò)程研究”融入課堂[11]，以實(shí)際案例講解，讓學(xué)生真正掌握單因素法和多因素正交法在發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2.4 虛擬仿真教學(xué)

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于“發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)虛擬演示讓學(xué)生直觀(guān)地理解、分析、控制工藝過(guò)程，參數(shù)調(diào)節(jié)、發(fā)酵過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方案。有效激發(fā)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)的積極性和興趣，鍛煉學(xué)生的自主意識(shí)與自主創(chuàng)造能力。如在講解原位清洗技術(shù)時(shí)，通過(guò)虛擬演示牛奶加工廠(chǎng)清洗各生產(chǎn)罐體和管道流程，從而讓學(xué)生更加直觀(guān)、更加真實(shí)地了解該技術(shù)原理。

2.5 多媒介教學(xué)方式

充分利用網(wǎng)絡(luò)課程資源，如中國(guó)大學(xué)MOOC、智慧樹(shù)、學(xué)堂在線(xiàn)等，結(jié)合雨課堂、QQ群、微信群等現(xiàn)代化信息媒介，并組合趣味教學(xué)法、問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)法、案例教學(xué)法及虛擬仿真教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)融入到課程學(xué)習(xí)中。

3 課程教學(xué)改革效果

3.1 課程建設(shè)成效

課程組已連續(xù)為6屆釀酒工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生講授“發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程，初步構(gòu)建適合貴州理工學(xué)院釀酒工程專(zhuān)業(yè)“發(fā)酵工藝與設(shè)備”課程體系，并結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色與學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備情況，較好實(shí)現(xiàn)課程育人的目的。在不懈努力探索下，2019年課程獲校級(jí)一流課程認(rèn)定，成為學(xué)校首批建設(shè)的48門(mén)一流課程之一。2021年，課程獲校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目立項(xiàng)建設(shè)。

3.2 育人成效

對(duì)課程授課滿(mǎn)意度進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)學(xué)生較好地接受課程教學(xué)體系和教學(xué)方法，接受率超過(guò)90%。全部學(xué)生均認(rèn)為課程教學(xué)效果較好，對(duì)知識(shí)掌握較為牢固，拓寬知識(shí)視野，培養(yǎng)分析和解決問(wèn)題能力，提升創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

以課程為載體，授課班級(jí)學(xué)生熱情高漲地參與“雙創(chuàng)”工作中，響應(yīng)李克強(qiáng)總理提出的“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的號(hào)召。絕大多數(shù)學(xué)生畢業(yè)后入職全國(guó)各大酒企，如貴州茅臺(tái)集團(tuán)、四川郎酒股份有限公司、四川五糧液集團(tuán)等；部分學(xué)生赴國(guó)內(nèi)外各大高校攻讀研究生學(xué)位，如南開(kāi)大學(xué)、湖南大學(xué)、泰國(guó)皇太后大學(xué)等。

3.3 師資力量提升

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，知識(shí)迭代速度不斷加快，新技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，同時(shí)也對(duì)授課教師也提出更高要求。一方面，授課教師主動(dòng)提升企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐技能，承擔(dān)學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、綜合實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，參與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中；同時(shí)，教師積極參加職業(yè)技能培訓(xùn)，4名教師獲國(guó)家級(jí)品酒師職業(yè)證書(shū)，成為學(xué)?！半p師型”教師。另一方面，課程組教師積極參加各種學(xué)術(shù)會(huì)議、學(xué)術(shù)論壇，努力提升科研素養(yǎng)，以科研反補(bǔ)教學(xué)。課程組共承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)、省級(jí)自然科學(xué)基金項(xiàng)目7項(xiàng)，科研成果主動(dòng)融入課程授課環(huán)節(jié)，致力于科研服務(wù)教學(xué)。

4 課程反思

經(jīng)過(guò)6年不斷探索與實(shí)踐，課程教學(xué)體系和教學(xué)方法較好地滿(mǎn)足貴州理工學(xué)院釀酒工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)需求，課程改革實(shí)踐效果明顯。但教育是一個(gè)不斷探索、不斷發(fā)展、不斷完善的過(guò)程，因而教學(xué)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(yè)，在以后的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中更需不斷探索和改進(jìn)。（1）課程思政。課程思政而非思政課程，授課教師應(yīng)平衡知識(shí)講解與課程思政之間的關(guān)系，不能本末倒置。此外，課程思政融入方式應(yīng)自然、協(xié)調(diào)，達(dá)到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”、知微見(jiàn)著、鹽溶于湯的育人目的；（2）與時(shí)俱進(jìn)、創(chuàng)新發(fā)展。知識(shí)不斷更新迭代，時(shí)政熱點(diǎn)不斷涌現(xiàn)。授課教師應(yīng)保持終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，才能更好地把握課程前沿動(dòng)態(tài)，適應(yīng)教書(shū)育人的職責(zé)。