創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下“發(fā)酵工程”課程的教學(xué)改革探索

關(guān)倩倩，彭飛，彭珍，熊濤

1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與資源挖掘全國重點實驗室 （南昌 330031）；2.南昌大學(xué)食品學(xué)院 （南昌330047）

近年來，生物技術(shù)革命浪潮席卷全球并加速融入經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?！笆奈濉币?guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要明確提出：加快發(fā)展生物醫(yī)藥、生物育種、生物材料、生物能源等產(chǎn)業(yè)，做大做強生物經(jīng)濟(jì)。2022年5月，我國印發(fā)首部生物經(jīng)濟(jì)五年規(guī)劃——《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，明確提出打造國家生物技術(shù)戰(zhàn)略科技力量，加快突破生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)科技自立自強。發(fā)酵工程技術(shù)作為生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動力，尚存在原始創(chuàng)新能力不強、關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人等問題，亟須培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強、具備國際視野的高層次人才，為生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供學(xué)科基礎(chǔ)與人才支撐。將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)課程教學(xué)，切實提升學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，是培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的重要途徑[1-2]。

發(fā)酵工程是將生物技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的關(guān)鍵學(xué)科和重要環(huán)節(jié)，代表先進(jìn)制造的重要發(fā)展方向?！鞍l(fā)酵工程”課程是生物技術(shù)、生物工程、生物制藥等專業(yè)的核心課程，內(nèi)容緊扣前沿和生物產(chǎn)業(yè)需求，具有很強的實踐性、綜合性和創(chuàng)新性[3-4]。課程主要涵蓋生物技術(shù)的上、中、下游技術(shù)集成，包括發(fā)酵工業(yè)微生物菌種的選育與保藏，菌種擴(kuò)大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等，內(nèi)容涉及微生物學(xué)、生物化學(xué)等生物學(xué)知識和化工原理、工程制圖等工程學(xué)技術(shù)。目的在于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜生物工程能力及發(fā)酵工程技術(shù)研究與開發(fā)能力，培養(yǎng)具有開發(fā)創(chuàng)新發(fā)酵產(chǎn)品能力的工程科技人才。然而，由于各種因素限制，當(dāng)前高校該課程教學(xué)中普遍存在“重理論、輕實踐”的狀況，難以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維，學(xué)生在精神層面尚不能意識到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要性。此外，現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容較為抽象，教學(xué)效果較差，這導(dǎo)致學(xué)生不能較好掌握專業(yè)知識，缺乏運用工程原理和方法解決實際問題的能力，甚至缺乏對工程概念的基本了解和掌握，人才培養(yǎng)不能適應(yīng)企業(yè)的現(xiàn)實需求?，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)飛速發(fā)展對發(fā)酵工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出更高要求，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型發(fā)酵工程卓越人才已成為當(dāng)前發(fā)酵工程專業(yè)的迫切任務(wù)。因此，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是“發(fā)酵工程”課程改革的必然趨勢。

為解決傳統(tǒng)食品工科人才培養(yǎng)中存在的重理論輕實踐、與社會需求脫節(jié)等問題，確立“厚基礎(chǔ)、重創(chuàng)新、強能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)思路，設(shè)定“需求導(dǎo)向、思維創(chuàng)新、素質(zhì)拓展”的人才培養(yǎng)方向。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式等方面，對融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的“發(fā)酵工程”課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)模式進(jìn)行探索，回答在新工科背景下如何培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)酵行業(yè)需求的發(fā)酵工程科技人才。

1 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育內(nèi)容高度融合

在課程設(shè)置方面，明確高素質(zhì)拔尖發(fā)酵工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的對應(yīng)，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)為導(dǎo)向，精選教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和技能訓(xùn)練落實到學(xué)生的日常教育和培養(yǎng)中。將發(fā)酵工程學(xué)科前沿技術(shù)、進(jìn)展和困境與企業(yè)所需的知識、能力、素質(zhì)進(jìn)行分析、提煉和歸納，針對性地對課程進(jìn)行調(diào)整，將典型問題落實到教學(xué)中，實現(xiàn)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)與生產(chǎn)實踐的無縫對接。

在授課過程中，圍繞發(fā)酵工程的1條主線（發(fā)酵工藝的典型過程）、2個重點（過程優(yōu)化與放大）、3個層次（分子、細(xì)胞和發(fā)酵罐）和4個目標(biāo)（高產(chǎn)量、高轉(zhuǎn)化率、高效率、低成本），根據(jù)“菌種選育→培養(yǎng)基配制→培養(yǎng)基滅菌→種子擴(kuò)培→發(fā)酵過程控制”這條發(fā)酵工藝主線，在課程教學(xué)中添加最新生物技術(shù)研究進(jìn)展、合成生物學(xué)最新進(jìn)展等，引導(dǎo)學(xué)生跟蹤國際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展，結(jié)合國內(nèi)外在發(fā)酵工程方向上取得的最新研究成果，夯實創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的知識基礎(chǔ)。同時，將“發(fā)酵工程”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行知識模塊化分割。每個模塊都采用基本理論和典型工藝講授相結(jié)合、理論與生產(chǎn)實際密切結(jié)合、理論與學(xué)科前沿相結(jié)合的模式，由典型到一般，再由一般到應(yīng)用。這樣安排有利于各個章節(jié)的銜接，使學(xué)生更清楚、更完整地掌握發(fā)酵工藝的全過程，從整體上理解和掌握發(fā)酵工程涉及的基本理論及發(fā)酵工藝流程。同時，根據(jù)不同知識模塊的特點，確定與該知識模塊相匹配的教學(xué)設(shè)計與教學(xué)模式，結(jié)合現(xiàn)有發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)實例進(jìn)行講授，充分激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果得到大幅提升。

2 以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)模式

傳統(tǒng)“發(fā)酵工程”課程以課本為導(dǎo)向，以知識傳授為主，學(xué)生對知識的理解不深，掌握不夠系統(tǒng)，難以達(dá)到激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)熱情的要求。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)模式亟需改革，可通過案例式教學(xué)、科研引導(dǎo)式教學(xué)等多種課堂教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生自主探究和體驗知識的發(fā)生過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性明顯提升。同時，通過構(gòu)建產(chǎn)教融合的教學(xué)新模式，為學(xué)生提供更加全面和實踐性的創(chuàng)業(yè)教育。

2.1 開展案例式教學(xué)，拓展課堂知識

根據(jù)發(fā)酵工程的課程特點，教師根據(jù)所學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，將自身在科研和生產(chǎn)實踐中遇到的具體案例作為課堂素材，構(gòu)建案例教學(xué)法，把課堂教學(xué)從傳統(tǒng)的單向教師講授變?yōu)閹熒p向互動的教學(xué)過程?；谏a(chǎn)案例提出案例中存在的主要科學(xué)問題，針對學(xué)生要掌握的問題作出提示，讓學(xué)生運用學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識獨立思考，讓學(xué)生帶著問題聽課，加深學(xué)生對理論知識的理解，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和思維，提高實踐創(chuàng)新能力。

如在“新技術(shù)育種原理”章節(jié)的講授中，引入“青霉素從發(fā)現(xiàn)到最終實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)經(jīng)歷了一個漫長過程”案例，引導(dǎo)學(xué)生思考：自然界中篩選到的野生型菌株的產(chǎn)量一般都很低，不適合工業(yè)化應(yīng)用，通過哪些手段可以提高野生型菌株的產(chǎn)量？學(xué)生答出誘變育種后可進(jìn)一步提問，經(jīng)過誘變育種微生物發(fā)生突變是隨機(jī)的，如何定向篩選所需要的目的高產(chǎn)菌株？引導(dǎo)學(xué)生帶著問題開啟這個章節(jié)的學(xué)習(xí)。再如，在“發(fā)酵工業(yè)染菌及防治”章節(jié)，講授時根據(jù)染菌原因、染菌后如何處理及工業(yè)生產(chǎn)中如何預(yù)防染菌的發(fā)生等必須掌握的知識點設(shè)計一系列主題和綜合性的實踐應(yīng)用案例，通過引入“某發(fā)酵企業(yè)染菌”的真實案例進(jìn)行任務(wù)設(shè)計，對學(xué)生進(jìn)行分組，讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)后準(zhǔn)備演示文稿進(jìn)行課堂展示，并開展課堂討論。在課堂討論中以學(xué)生為中心，教師為輔助，教師承擔(dān)引導(dǎo)思路和概括總結(jié)的作用。不僅激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識，使學(xué)生能夠獨立思考、分析研判和互相學(xué)習(xí)，還提升學(xué)生在分析總結(jié)、學(xué)術(shù)展示、語言組織與表達(dá)及團(tuán)隊協(xié)作等方面的綜合能力。

2.2 開展科研引導(dǎo)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和文化自信

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，其核心在于思想意識的創(chuàng)新和科研思維的創(chuàng)新。當(dāng)前課堂教學(xué)采用的教材內(nèi)容往往滯后于生產(chǎn)實際，尤其是滯后于科研實際，如何在教學(xué)中突破教材限制，使學(xué)生獲得前沿知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，是當(dāng)前工科專業(yè)本科生教育面臨的一個重要問題。作為工科教師，高水平的科學(xué)研究使教師始終處于科學(xué)技術(shù)研究的前沿。在課堂教學(xué)過程中，教師可將自身或所在團(tuán)隊在科研工作中取得的科研成果作為案例引入教學(xué)中，將科研的經(jīng)歷和創(chuàng)新的思維傳授給學(xué)生，將科研成果轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，用科研反哺教學(xué)，使學(xué)生通過實實在在的科研項目、科研成果，加深對課本理論的理解和實際應(yīng)用，從而帶動教學(xué)改革和課程建設(shè)。

如在講解發(fā)酵工業(yè)微生物菌種的選育、鑒定、保藏這部分內(nèi)容時，可以介紹菌種是發(fā)酵工業(yè)的“芯片”，而我國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)起步較為落后，長期以來，我國市場上大型發(fā)酵企業(yè)、乳制品企業(yè)使用的發(fā)酵菌種供應(yīng)主要被國外巨頭公司壟斷和控制[5]。對我國發(fā)酵企業(yè)來說，優(yōu)良的發(fā)酵菌種一直以來都是一個被外國企業(yè)“卡脖子”的工程。以國家科技進(jìn)步二等獎項目“果蔬益生菌發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”作為典型案例，從研究背景、實驗思路的設(shè)計、研究方法及相關(guān)成果等方面，以專題報告的形式為學(xué)生介紹項目如何打破系列技術(shù)瓶頸，創(chuàng)建果蔬發(fā)酵專用益生菌種高通量篩選體系，詳細(xì)講解從傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜樣本的采集、果蔬發(fā)酵菌種的篩選、鑒定、保藏到最后構(gòu)建擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的果蔬發(fā)酵專用益生菌種資源庫、掌握該領(lǐng)域“芯片技術(shù)”的全過程，并對其中涉及的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)和歸納，引導(dǎo)學(xué)生將工業(yè)微生物菌種的重要性、菌種的來源、菌種的分離篩選過程及菌種的保藏等抽象的理論知識運用到具體的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中，讓學(xué)生對菌種的篩選過程獲得更為深刻和直觀的認(rèn)識，對工業(yè)微生物的重要性也形成更深層次的理解。同時，通過從傳統(tǒng)發(fā)酵食品中進(jìn)行工業(yè)微生物菌種選育案例的介紹，讓學(xué)生認(rèn)識到泡菜、酸菜、臘腸、腐乳、豆豉等我國傳統(tǒng)發(fā)酵食品是富含珍貴微生物資源的寶庫，有助于激發(fā)學(xué)生弘揚我國傳統(tǒng)食品文化的使命感和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，增加學(xué)生的文化自信。此外，通過將科研項目成果融入到教學(xué)中，還有助于建立學(xué)生的科研意識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)精神。

2.3 構(gòu)建產(chǎn)教融合的教學(xué)新模式，形成良性創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍

“發(fā)酵工程”是一門實踐性很強的應(yīng)用型課程，學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅有利于加深對理論知識的理解，更關(guān)系到人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會競爭力。因此，在長期的實踐教學(xué)中，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的確立，針對當(dāng)今“發(fā)酵工程”課程體系存在的問題，積極探索“產(chǎn)學(xué)研用”一體化培養(yǎng)相結(jié)合的應(yīng)用型人才培養(yǎng)新模式，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一方面，以教師承擔(dān)的科研項目為載體，建立教學(xué)實訓(xùn)平臺，鼓勵學(xué)生參與到科研項目尤其是與企業(yè)合作開發(fā)的橫向科研項目或課題的研發(fā)中，使學(xué)生的科研技能得到系統(tǒng)訓(xùn)練，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。另一方面，鼓勵學(xué)生積極參加“互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”大賽、“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽、“希望杯”科技創(chuàng)新大賽等各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，使學(xué)生在競賽中熟悉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式，實現(xiàn)以賽促教、以賽促學(xué)，通過以賽促教、以賽促學(xué)的方式強化學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為學(xué)生雙創(chuàng)實踐成果落地及未來創(chuàng)業(yè)就業(yè)打好堅實基礎(chǔ)。

此外，依托高校食品學(xué)院、食品科學(xué)與資源挖掘全國重點實驗室、國際食品創(chuàng)新研究院和眾多成果轉(zhuǎn)化企業(yè)作為教學(xué)平臺、科研訓(xùn)練平臺、實踐研究平臺和工業(yè)實訓(xùn)平臺，構(gòu)建具有發(fā)酵工程特色的產(chǎn)教融合教學(xué)體系。通過實驗技能培養(yǎng)、工程能力培訓(xùn)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)3個體系構(gòu)成的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革和完善，夯實學(xué)生對基本實驗原理、實驗方法和實驗技能掌握的基礎(chǔ)上，確保理論教學(xué)和實驗教學(xué)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。通過組織學(xué)生去成果轉(zhuǎn)化企業(yè)參觀實習(xí)，讓學(xué)生零距離接觸先進(jìn)的發(fā)酵工業(yè)智能制造的車間，開拓智能制造的思路和眼界，進(jìn)一步強化對學(xué)生創(chuàng)新精神、綜合能力、工程實踐能力、科研能力和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3 改變課程考評機(jī)制，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)“發(fā)酵工程”課程考評是平時作業(yè)成績（30%）+期末考試成績（70%），無法全方位考察學(xué)生課程知識掌握及應(yīng)用的情況，難以全面反映學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與思維，因此不適用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下的教學(xué)模式?；诖?，在傳統(tǒng)考核方式基礎(chǔ)上提出期末考試成績（50%）+開放性評價（50%）的創(chuàng)新考評方法。其中：期末考試成績（50%）用于考察學(xué)生對發(fā)酵工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握程度；開放性評價（50%）是一種多方式、多維度的過程性考核評價方式，可將出勤率、平時課外作業(yè)、實踐調(diào)查報告、課堂表現(xiàn)、“挑戰(zhàn)者”杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的參與度以及學(xué)生發(fā)表論文、申請專利等內(nèi)容列入考評體系，用于考察學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)。重點評價學(xué)生運用知識分析問題、解決問題的能力，對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力與思維進(jìn)行全方位檢驗。

4 結(jié)語

發(fā)酵工程是生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要支撐，做好“發(fā)酵工程”課程的建設(shè)，是生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵?；趧?chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下“發(fā)酵工程”課程教學(xué)改革與實踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實踐能力和創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法和完善評價體系等方面的改革，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)思維，為我國生物工程領(lǐng)域高質(zhì)量人才培養(yǎng)提供重要的教學(xué)模式。同時，也為其他工科專業(yè)課程的教學(xué)改革與實踐提供借鑒和參考。