酿酒工程专业“发酵工艺与设备”教学改革探索与实践

李银凤，刘晓柱，韩铭海，刘晓辉，于志海，唐维媛

贵州理工学院食品药品制造工程学院（贵阳 550003）

发酵工程涉及国民经济的诸多领域，如医药工业、食品工业、化学工业、农业及冶金工业等[1-2]。“发酵工程”作为生物工程、生物技术、酿酒工程、食品科学与工程、制药工程等生物、食品、医药等多种专业的必修课程，培养学生从工程角度去思考技术问题，逐步实现有学生向工程师的转变。

贵州省有着悠久的酿酒历史和丰富的酿酒文化，在中国酿酒行业中有着特殊重要的地位。2022年1月26日，《国务院关于支持贵州在新时代西部大开发上闯新路的意见》（简称新国发2号文件）发布，支持贵州在新时代西部大开发上闯新路，指出贵州省要发挥赤水河流域酱香型白酒原产地和主产区的优势，建成全国重要的白酒生产基地[3]。“十四五”发展的新阶段，贵州省各大酒企响应新国发2号文件精神，纷纷大幅扩产扩能，因而对酿酒工程专业人才需要较大。酿酒工程专业是贵州理工学院特色发展的专业之一，肩负为贵州省培养“强责任、精技术、善管理、重实践、求创新”的高素质酿酒专业人才重任。“发酵工艺与设备”作为酿酒工程专业必修专业课程和基石课程，也是学习酒类酿造、工艺、检测等专业核心课程的基础。因此，对于“发酵工艺与设备”课程改革探索与实施应结合贵州省情和学生知识背景进行。通过将新型“四化”内容、思政内容、创新创业内容融入“发酵工艺与设备”课程授课环节，将趣味性教学、问题导向教学、案例教学、虚拟仿真教学等多种教学方法引入课程教学实践中，以期激发学生学习的积极性，培养学生的学习能力、工程实践能力及创新精神。

1 教学内容的设计与探索

通过对教学内容的优化与改革，可拓展授课内容的宽度和深度，激发学生学习的热情和兴趣，更能激励授课教师不断提升自身的业务水平和素养[4-5]。

1.1 甄选教材

各大高校食品、生物、制药等专业所开设的“发酵工程”课程选用的教材差异较大，如：农林类高校多选用如韦革宏、史鹏主编，科学出版社出版的《发酵工程》（第二版）；或宋渊主编，中国农业大学出版社出版的《发酵工程》；理工类院校较多的选择陈坚、堵国成主编化学工业出版社出版的《发酵工程原理与技术》；或余龙江主编高等教育出版社出版的《发酵工程原理与技术》。这些教材均侧重于对发酵的工艺的描述，但对发酵设备的介绍偏少。发酵工艺、发酵设备密不可分，优异的产品性能离不开良好的工艺条件，而较低的生产成本则离不开好的设备[2]。作为工科类专业学生，既要掌握产品的发酵工艺流程、工艺参数的调控，更要熟悉发酵设备的工作原理、操控要点。将发酵工艺与发酵设备结合起来学习，有利于学生系统性、深入性地掌握发酵工程专业知识。因而，甄选并采用陶兴无主编的化学工业出版社出版的《发酵工艺与设备》作为教材。教材既有对发酵工艺的重点描述，也有对发酵设备的详细介绍。

1.2 优化课程体系

根据学生知识储备和各专业课程知识之间的联系，对授课内容进行增补和删除。基于学生对分子生物学知识较为欠缺的实际情况，在“生产菌种的选育方法”章节中，增加基因工程育种内容，详细介绍基因工程的工具、操作方法、应用领域及发展趋势。同时，列举基因工程在酿酒微生物选育中的具体案例，如：华南理工大学周世水老师课题组通过敲除酿酒酵母ADH2和THI3基因从而降低糯米酒中高级醇的含量[6]；天津科技大学董健老师的研究成果“TOR1基因缺失对酿酒酵母耐受性的影响”[7]；“酿造酒工艺学”“白酒生产技术”课程中学生详细学习白酒固态发酵工艺和啤酒发酵工艺，但相关设备较少涉及。因而在课程“厌氧发酵工艺及设备”章节中删减白酒和啤酒工艺部分内容，重点讲解白酒和啤酒生产相关设备。

1.3 整合新型“四化”内容

贵州省以谋“四新”抓“四化”作为切入点，紧紧围绕“四新”主目标，主攻新型工业化、新型城镇化、农业现代化、旅游产业化“四化”建设。课程组根据课程各章节内容的内在逻辑联系对课程内容进行整合，从发酵过程的工程学角度将课程知识体系分成菌种（第1~第2章）、发酵（第3~第7章）和提炼（第8章）3个模块，课程各模块授课内容积极融入新型“四化”内容（表1）。

表1 “发酵工艺与设备”课程中新型“四化”内容设计

1.4 融入“课程思政”元素

在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记要求各高校教师要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要守好一段渠、种好责任田，与思想政治理论课同向同行，实现协同育人和全方位育人[8]。“发酵工艺与设备”课程蕴含丰富的思政元素，集中大量的科学精神、人文精神及爱国情操等思政内容。对各章节知识要点的课程思政融入方式、实施路径与育人元素均进行细致设计（表2）。在发酵技术发展史知识点中融入对发酵技术发展做出巨大贡献的科学家巴斯德的故事，通过曲颈瓶实验推翻“自然发生说”，证明食物腐败是由微生物引起的，推动人类对微生物的认识上升到生理代谢途径，开启微生物学历史新进程，体现科学创新精神和辩证思想；非酿酒酵母菌一直以来被认为是一类腐败微生物，但随着技术的发展和研究的不断深入，研究发现一些非酿酒酒母菌对发酵酒的风味特性具有积极的作用，且并被越来越多地应用于各类酒类的生产，这体现出发展的眼光，辩证的思想，在“生产菌种的选育方法”知识内容中得到很好的体现。

表2 “发酵工艺与设备”课程中“思政元素”设计

1.5 植入“创新创业”元素

深入挖掘课程蕴含的创新创业（简称“双创”）元素，以“双创”项目和“双创”学科竞赛为切入点，将“双创”内容全面植入课程授课环节中，培养学生的创新精神和创业意识[9]。结合课程内容与专业背景，在“生产菌种的选育培养”“厌氧发酵工艺及设备”“发酵过程参数检测及控制”等章节较好融入“双创”项目和“双创”学科竞赛（表3）。以“新菌种的分离与筛选”知识点为例，指导学生以“乙醇耐受性刺梨野生酵母菌的选育及其酿造学性能分析”为选题，获省级“双创”项目立项，项目取得的科研成果参加全国大学生生命科学竞赛，获国家一等奖和省级一等奖各1项的好成绩。

表3 “发酵工艺与设备”课程中“双创”内容设计

2 教学方法的改革与探索

合适的教学方法可激发学生学习的热情，调动其学习的积极性，更能使授课达到事半功倍的效果，从而提升授课教师的成就感[10]。

2.1 趣味性教学

借助趣味性教学方法，可使抽象难懂的知识点，变得浅显化和趣味化，大幅提升教学效果。如：在讲解“发酵工业中常用微生物”时，将美国和中国举办的历届微生物培养皿艺术大赛引入课堂，极大地吸引学生兴趣，在欣赏高雅艺术作品的同时，也掌握课程内容；将生活中喝牛奶拉肚子现象（乳糖不耐受症）融入“微生物的代谢与调控”知识点讲授中，既引起学生兴趣，传授课程知识，又提高学生的健康意识；在“无菌空气制备”空气压缩机知识点的讲解中，穿插视频短片《啥是佩奇》，学生在笑声中又满含泪光，感受到浓浓的亲情，达到课程讲授和课程思政的双重效果。

2.2 问题导向性教学

课程组积极开展了问题导向性教学方式的探索，如在讲授“新菌种的分离与筛选”知识点前，以问题“发酵工业中生产菌种最初来源自哪里？”为课程导入方式，引发学生的思考。一些学生回答道：“从菌种保藏中心购买”，或“从科研院所索取”。接着继续引导学生思考菌种保藏中心或科研院所菌种最初哪里来的？进而学生回答：“从自然界分离得到”，从而切入到知识点内容的讲授。以问题“设计一种高糖耐受性和高产乙酸的微生物筛选方案”作为课程作业。通过课前先导问题，自然过渡到课程知识讲授环节，以课后总结问题为课程作业，既督促学生课后认真总结复习课程所学知识，又促使学生积极查阅相关文献资料，拓展课外知识的学习。

2.3 案例型教学

探索案例法教学，在课程授课环节中引入生活案例、科研案例、双创案例及企业生产实践案例。如在讲解“发酵培养基的优化”知识点时，将科研案例“海洋细菌多糖EPS-1发酵培养基的正交优化及多糖发酵过程研究”融入课堂[11]，以实际案例讲解，让学生真正掌握单因素法和多因素正交法在发酵培养基设计中的应用。

2.4 虚拟仿真教学

将虚拟仿真技术应用于“发酵工艺与设备”课程的教学过程中，通过虚拟演示让学生直观地理解、分析、控制工艺过程，参数调节、发酵过程中存在的问题及解决方案。有效激发学生的课堂学习的积极性和兴趣，锻炼学生的自主意识与自主创造能力。如在讲解原位清洗技术时，通过虚拟演示牛奶加工厂清洗各生产罐体和管道流程，从而让学生更加直观、更加真实地了解该技术原理。

2.5 多媒介教学方式

充分利用网络课程资源，如中国大学MOOC、智慧树、学堂在线等，结合雨课堂、QQ群、微信群等现代化信息媒介，并组合趣味教学法、问题导向教学法、案例教学法及虚拟仿真教学法，引导学生积极主动融入到课程学习中。

3 课程教学改革效果

3.1 课程建设成效

课程组已连续为6届酿酒工程专业学生讲授“发酵工艺与设备”课程，初步构建适合贵州理工学院酿酒工程专业“发酵工艺与设备”课程体系，并结合专业特色与学生知识储备情况，较好实现课程育人的目的。在不懈努力探索下，2019年课程获校级一流课程认定，成为学校首批建设的48门一流课程之一。2021年，课程获校级教育教学改革研究项目立项建设。

3.2 育人成效

对课程授课满意度进行调查，结果发现绝大多数学生较好地接受课程教学体系和教学方法，接受率超过90%。全部学生均认为课程教学效果较好，对知识掌握较为牢固，拓宽知识视野，培养分析和解决问题能力，提升创新意识和团队协作精神。

以课程为载体，授课班级学生热情高涨地参与“双创”工作中，响应李克强总理提出的“大众创业、万众创新”的号召。绝大多数学生毕业后入职全国各大酒企，如贵州茅台集团、四川郎酒股份有限公司、四川五粮液集团等；部分学生赴国内外各大高校攻读研究生学位，如南开大学、湖南大学、泰国皇太后大学等。

3.3 师资力量提升

随着科学技术日新月异，知识迭代速度不断加快，新技术、新设备不断涌现，同时也对授课教师也提出更高要求。一方面，授课教师主动提升企业生产实践技能，承担学生认识实习、综合实践、生产实习、毕业实习、毕业设计等实习实践环节，参与企业生产实践中；同时，教师积极参加职业技能培训，4名教师获国家级品酒师职业证书，成为学校“双师型”教师。另一方面，课程组教师积极参加各种学术会议、学术论坛，努力提升科研素养，以科研反补教学。课程组共承担国家自然科学基金项目4项、省级自然科学基金项目7项，科研成果主动融入课程授课环节，致力于科研服务教学。

4 课程反思

经过6年不断探索与实践，课程教学体系和教学方法较好地满足贵州理工学院酿酒工程专业的人才培养需求，课程改革实践效果明显。但教育是一个不断探索、不断发展、不断完善的过程，因而教学改革不是一朝一夕就可以完成的事情，而是一件终身性的事业，在以后的教学实践活动中更需不断探索和改进。（1）课程思政。课程思政而非思政课程，授课教师应平衡知识讲解与课程思政之间的关系，不能本末倒置。此外，课程思政融入方式应自然、协调，达到“润物细无声”、知微见著、盐溶于汤的育人目的；（2）与时俱进、创新发展。知识不断更新迭代，时政热点不断涌现。授课教师应保持终身学习的习惯，才能更好地把握课程前沿动态，适应教书育人的职责。