专业集群建设视角下发酵工程课程建设的探索与实践

◎ 张 甜，王继莲，李明源

（喀什大学生命与地理科学学院，新疆 喀什 844000）

发酵工程是生物技术的核心，是利用微生物和有活性的离体酶的某些功能，为人类大规模生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的技术。发酵工程课程也相应成为生物工程、生物技术、食品科学与工程等专业的必修课程[1]。发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性学科，其作为现代生物技术产业化的支撑技术体系，与分子生物学、微生物学、蛋白质组学、生物信息学及基因工程等多种前沿学科密切交融[2]。

1 专业集群现状

喀什大学作为我国最西部的多科性本科学校，既要坚持承担为南疆地区大力培养教育师资的任务，又要根据南疆地区经济社会发展需要，培养留得住、用得上的应用型、技术技能型人才。基于此，喀什大学积极进行专业改造和结构调整，逐步形成向专业集群发展的态势，最终确立了特色食品专业集群。该集群是学校紧扣南疆产业结构调整与发展方向，以南疆地方经济发展、产业和企业需求为导向，结合学校长期的专业建设规划，以及相关专业与食品产业的关联度、互动度、适应度，确定的以食品科学与工程为核心专业构建的特色专业集群[3]，涵盖了食品科学与工程、食品质量与安全、生物技术和应用化学4个本科专业。

根据特色食品专业集群课程体系建设思路和路径，其课程体系设置由学科基础类课程、专业基础类课程、安全素养类课程和工程素养类课程4大模块组成。其中，用于支撑专业基础类课程的是生物技术专业相关课程，如发酵工程、微生物学、生物化学等。发酵工程作为喀什大学生物技术和食品科学与工程两个专业必修的专业基础课程，其教学质量直接影响到学生的专业素质培养和今后的就业导向[4]。

在当前喀什大学专业集群建设背景下，发酵工程课程教学中暴露出一些问题。①生物技术和食品科学与工程两个专业创办时间较短，基础较为薄弱。②教师普遍年轻化，虽富有朝气但经验和深度不足。③生源方面，少数民族学生居多，涵盖维吾尔族、塔吉克族、哈萨克族和柯尔克孜族等，占到生源比例的50%左右，该类学生母语非汉语，理工类基础普遍较弱。传统的以教师主导讲授，学生被动接受的模式在两个专业有些不适用。因此，在教学方法上需要有新的突破。本文主要对发酵工程课程的教学内容改革、教学方法改革和考核体系的改革3个方面作出分析，以期通过课程改革培养出集创新能力和应用能力于一身，能够从事发酵工程的技能型人才[5]。

2 教学内容和方法

2.1 课堂教学

发酵工程是生物技术本科专业的核心课程，设置在微生物学课程之后，开设在第四学期，微生物学主要学习微生物理论方面的研究，如微生物分类、培养、代谢和遗传等；发酵工程主要是微生物学产业化方面的研究，涉及菌种选育、工业发酵、设备及产品的下游分离技术等。发酵工程是食品科学与工程本科专业的重点建设课程，设置在第七学期，同样开设在食品微生物学之后，课程内容根据专业特色进行了调整和优化。

两个专业发酵工程课程学习的内容均包括工业微生物菌种的选育与保藏、发酵原料的制备、发酵工艺条件的优化、微生物代谢与发酵控制、发酵生产设备、发酵工艺的控制和放大、发酵产物的分离和精制以及工业发酵产物的案例过程分析。生物技术专业侧重于上游理论基础教学和生物产品发酵的生产，如在教学中引入氨基酸和抗生素的生产案例；食品科学与工程专业侧重于食品的发酵生产，如在教学中引入酒类酿造生产案例。课堂教学中引入的案例，为教师提前准备或是学生准备的自己感兴趣的发酵产品的生产[6]。此前教师的授课过程遵循教师主导，学生被动听讲的“填鸭式”教育，虽然教学手段以多媒体课件为主，但仅靠课件上简单的文字和图片，无法使学生直观和感性地认识发酵工程生产过程。因此，在课件中加入发酵生产设备的动画教学，尤其在讲课过程中注意导入案例教学，结合视频，使学生能够更直观地了解发酵的整个过程以及各生产环节中的注意事项，不仅可以增加课堂学习的真实感，也可以激发学生的学习兴趣[7]。如在讲发酵生产设备章节之前，可导入南疆特色的慕萨莱思酒的发酵生产，率先让学生认识到发酵罐的直观构造和特点，包括几个关键环节，如菌种的选育、培养基的制备、发酵过程中染菌的控制及解决方法以及下游的分离纯化工艺等。

2.2 实践教学

2.2.1 基本理论实验

生物技术专业的实验课涵盖了验证性试验和综合性试验，均在微生物与发酵工程实验室进行；食品科学与工程专业未设置发酵工程实验，但在食品微生物学实验学习过淀粉酶产生菌株的分离和发酵条件优化，也是发酵工程的上游技术。验证性实验设置了小型发酵罐的结构原理与使用方法，综合性试验设置了工业微生物菌种的分离筛选、菌种的摇瓶发酵工艺优化、工业菌株的发酵中试以及乳酸菌发酵相关参数测定，实现了逐渐由基础到重难点、由上游到中游的延伸。在此之前，总是实验员将实验所需的培养基、各种试剂都提前配制好，教师在实验课时讲解基本的实验原理和操作过程、注意事项等，学生的参与感并不强，对实验的掌握程度也不尽如人意。经过近年来的教学改革，现阶段综合性实验从准备到操作的全过程均由学生自己完成，教师进行过程指导和结果确认，加强了学生的学习主观能动性，实验参与度提高，避免了部分学生参与度不高的现象，有助于学生对实验原理和操作技能的理解与掌握[8]。

2.2.2 实践基地实地教学

实验室完成的只是理论课的初小实践，与实际生产相比还有很大差距[9]。生物技术专业课程开设时学生还未进入企业进行顶岗实习，因此对发酵生产车间的概念仅仅停留在书本和讲课视频中。为了加深学生对生产车间布局、生产设备的构造和生产流程的掌握，在基本理论实验结束后，在校期间将食品专业工程训练中心的发酵果蔬汁生产车间作为学生的第一个见习基地，亲身体验从消毒、更衣到生产各环节，体现了专业集群建设的优势，实现了资源共享。通过与实习基地沟通，组织学生赴实习基地进行专业见习，如新疆南达乳业有限公司、新疆玉昆仑天然食品有限公司、新疆张裕巴保男爵酒庄和新疆金胡杨药业有限公司等基地进行见习，参观过程中，首先由企业人员介绍企业文化和理念，接着介绍企业的工厂布局（包括工厂总平面布局和车间布局）、主要产品的生产工艺流程和生产过程中需重点注意的部分，再详加讲解，如不同级别的种子罐和发酵罐有何区别、如何防止和控制发酵过程的染菌等问题[10]。两个专业的学生在第六和第七学期分别进入上述企业进行顶岗实习。见习和实习结束后，学生总结在整个参与过程中遇到的问题或感兴趣的问题，进行深入交流，谈心得和收获，返校后分别撰写见习和实习报告。通过实践，学生们能够将在校所学的理论知识应用于实际生产中，并且为今后进入相关企业工作或从事相关发酵行业奠定基础。

2.3 教学方法

喀什大学地处南疆，生源中近50%的学生是少数民族（维吾尔族居多），母语非汉语，理工类基础较弱，对课程中难点理解尚需强化。例如，2016级和2017级学生，同一个专业的平行班，一个班为双语班，另一个班为汉班（包括民考汉学生），但是教师授课为合班授课，以往的考试中，双语班的学生较汉班的学生总体来说对知识的理解和掌握差异度较大。导致以上结果的因素主要有2个：①专业教师大多较年轻，理论功底不强，知识面拓展不够，学生对上课兴趣不足。②学生自身的自制力和理解力的差异性。因此，传统的以教师主导讲授，学生被动接受的模式在两个专业合班授课的状况下并不适用，急需探索新的教学方法。

近几年，优秀的网课平台不断涌现，如中国大学慕课、智慧树、超星平台等。传统的线上线下混合式教学，其中线上和线下授课占比一定学时，线上课程是基于学生的自主学习，不限制学习时间和学习地点，自由度增大，但学习质量无法保障，适合自控能力好的学生。

发酵工程课程改革后采取了两种线上方式。①在网课平台挑选一门优秀课程，学生自主学习并做好课堂测验和单元练习，如在中国大学慕课平台选择余龙江教授的课程，将课程内容和学生名单以班级为单位导入微信小程序慕课堂中，在规定时间内要求学生学习相应章节并测验，教师可以监测到学生的学习动态（如学生每段课程视频的观看时长、观看次数）和测验成绩，但并不将其计入理论课学习的学时中。②学院邀请在行业领域经验丰富的教授在线上平台进行实时授课，过程如下：通过钉钉直播、雨课堂等线上方式，将学生组织到课堂学习，校内配备专业对口的辅导教师全程跟踪。辅导教师线下负责课堂考勤和关注学习状态，提前收集上节课学生反馈的问题，在下节课开讲之前在线解答，辅导教师负责批改作业和线下辅导。钉钉和雨课堂等线上教学均有回放功能，学生对不明白的知识点可以随时回顾复习。在讲课过程中，教师开启弹幕，学生可以将问题编辑成文字直接发送，也可以通过钉钉连麦功能和教师直接线上对话。

线上线下相结合的模式，不仅解决了学院师资短缺和结构配比的问题，又为年轻教师提供了一个良好的学习教学经验的平台，提升专业教师的教学水平，促进教师的快速成长，提高学生的学习效果，同时也拓宽了知识面，使未来年轻教师能够在讲台上面对学生更加自信、从容。

3 考核方法

发酵工程作为考试课，在传统的理论课考核体系中，平时考核以考勤和作业为主，共占比30%，其中考勤和课堂表现占比10%，作业占比20%；期末考试占70%。这种考核方式重结果轻过程，很可能出现学生平时不认真学习，考试临近时突击复习而过关的现象[11]。为了让学生们注重课程的过程学习，对该课程的考核体系做出改进。之前的平时考核能体现学生学习的态度和直观效果，占比30%依然延续，但在平时考核时加入学生和教师互动部分，如线上授课时学生主动提出问题或解决其他学生提出的问题，说明学生有在学习中主动思考，此类学生在平时表现中予以一定倾斜；期中考试占比10%；线上网课的学习占比20%；期末考试占比40%。

传统的实验课考核方式以考查为主，平时考核以考勤、实验结果和实验报告为主，共占比40%；期末考试占比60%。实验课上，通常4～5人一组，每班4～5组，这种考核体系偏重实验结果和实验报告，组员之间往往是其中一人做完实验，全组共享实验数据和结果，平时考核的区分度并不大，也增加了个别学生的惰性依靠心理，导致最终成绩都比较相似，雷同的实验报告较多。为了改善以上问题，对实验课的考核体系做出调整，平时考核中把实验预习部分也归纳其中，课前学生们撰写预习报告，预习报告占比10%；考勤占比10%；实验结果和实验报告各占比20%；期末考试占比40%。在进行实验结果的考核时，如工业微生物的分离筛选中，要求每位学生独立操作试管斜面转接和平板纯化过程，教师对实验结果单独打分。以往学生对于考查课重视度不够，认为开卷考试不会挂科，无论如何都能通过，因此，考核体系的改变也让学生对实验课程有了新的定位[12]。

4 结语

在喀什大学推进转型发展，打造特色食品专业集群背景下，急需整合现有师资组建发酵工程课程组，以加强应用实践为目的，改革、创新课程内容和教学体系，切实形成具有工程教育特色的发酵工程课程教育新体系。在发酵工程课程建设中，不仅采用现代教学手段对优秀网络课程借鉴学习，而且聘请经验丰富的行业教授在线讲解理论内容。前者主要依靠压力导向学习和学生自学为主，学生若不认真学习网课内容，总评中将会缺失20%的成绩；后者将网课中零散的知识点串联起来，补充了形象的案例，使学习内容更加充实完整。实验课程教学中，应更加注重过程教学，打破学生考查课蒙混过关的思维定式，树立实验课程是理论课的延续和实际应用的理念，使学生从思想上重视起来。

以喀什大学生命与地理科学学院生物技术专业的发酵工程及实验课程和食品科学与工程专业的发酵工程课程为例，分析在专业集群建设中发酵工程课程存在的问题和改进方法，通过优化理论课和实验课的内容、调整课程的教学方式、改革考核方式等措施，使教学内容更适于专业学习，激发学生的学习兴趣，使发酵工程能更好地应用于专业并服务于社会[13]。