以激发学生创新能力为核心的食品微生物学实验课程改革

董丽 马晨 王红梅 韩淇安

［摘           要］  为满足未来食品发展形势下的人才培养需求，结合时代背景和行业方向，食品微生物实验课程进行改革。打破传统教学理念，结合现代化教学方式，升级课程体系，构建“以人为本”的实验教学模式。从课程内容、教学资源、教学方式等方面探讨改革的实施思路与方法，将学生能力与素质的培养贯穿在整个教学环节，有效培养学生解决复杂问题的能力和创新能力。

［关    键   词］  食品微生物学；实验教学；教学改革

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）06-0169-04

食品微生物学实验是食品科学专业的一门重要的核心实践课程[1]。食品行业中涉及的有害及有益微生物是本课程的主要研究对象，课题内容包括微生物的分离、培养与鉴定，有害菌的控制与检测，有益菌的应用与开发等，此外还包括微生物的特性、检测等内容，是食品科学与生物学的有效交叉。本课程为实验操作课程，并且所涉及的实验技能是食品工厂和市场等实际场景必需的，具有很强的应用性和实践性[2]。目前，我國甚至全球的食品安全问题极为严峻，而食源性致病菌所引起的食品安全问题占70%以上[3]，因此，对食品行业从业人员在微生物学的理解和实验技能的掌握方面的要求更高[4]。

食品微生物学实验是面向食品专业大三学生开设的，适用于食品科学与工程、食品质量与安全、食品生物工程、葡萄栽培与葡萄酒工程等专业，以培养学生全面掌握食品微生物学实验技能为目标。但原有的实验教学内容主要以基础验证性实验为主，缺少综合设计性实验、学生思考环节，不利于他们的综合应用性能力培养[5]。教学方式多是教师讲授和演示，学生重复实验，不能充分发挥学生的主观能动性，对他们的积极性和创新性有所影响。考核方式多以期末试卷为主，缺乏必要的实践操作考核环节，不利于评价学生对实践技能的掌握情况。因此，食品微生物学实验的课程内容及教学方式改革是必须的，这对培养食品专业技能型高端人才具有重要的意义。

一、 课程设置存在的问题

（一）课程内容不够新颖

回顾传统实验课程发现，教学模式多是教师设计好实验，学生按照实验指导书预习和展开实验操作，并且实验步骤在指导书中都已详细列出，操作过程不需要思考。此外，为了保证实验课程的教学效果，教师在课前已经对实验内容进行了多次验证，确定实验结果不会有问题。而学生几乎不参与课前的实验准备，且只要按部就班进行实验操作都会获得预期结果。这种情况下，学生在实验过程中没有太多的参与积极性，课堂氛围较为低沉，部分学生抱着敷衍的态度面对本课程，缺乏主观能动性，主体地位体现不够。此外，微生物实验课程不只包括课堂部分，还会涉及培养基的制备、玻璃器皿的灭菌、菌种的活化等课前准备情况，以及结果分析后的菌种和实验耗材处理等内容。由于学生课堂前后过程参与度较低，对完整实验操作过程不熟悉，部分实验内容只了解操作环节却没有实际动手操作，从而在之后的科研创新训练中不能自主分析和解决问题，甚至影响长期的科研素质培养。课程缺乏系统性和应用性，在一定程度上限制了学生的创新实践能力培养和科研思维训练。此外，验证性实验内容较多，不能很好地将各实验模块有机衔接起来，制约了学生综合解决问题能力的提高。

（二）教学方式不够丰富

实验操作缺乏实际的应用场景，学生只是了解实验的操作流程和步骤，但是对于其在食品产业中的具体应用没有概念，对内容的掌握不够系统和全面，不会学以致用，从而影响了实验教学的成果。比如，学生了解微生物的培养实验，清楚如何配制培养基以及微生物的培养环境等情况。但是，在食品类创新创业大赛过程中，还是不清楚如何去分析食品中的微生物安全问题，甚至在工厂实习阶段，不能熟练操作微生物的平板计数等内容。

另外，任课教师在演示部分仪器的实验操作时，不能满足学生的需求。如高压蒸汽灭菌锅是高温高压的特殊仪器，数量少，构造复杂，实验原理抽象难懂，因课时和客观条件的限制，教师只能简单讲解基本的安全注意事项和操作，整个班级的学生围在一台高压灭菌锅周围看教师讲解操作，教学效果较差。据国家市场监管总局统计结果显示，2022年全国共发生特种设备和相关事故108起，其中压力容器引起的安全事故有7起[6]。高压蒸汽灭菌锅是微生物实验课中必不可少的使用仪器，只靠教师的课堂演示实验，部分学生并不能清晰地看到具体的操作流程，无法注意细节问题，接收不到关键环节信息，进而使困惑越积越多，对课程产生消极态度。同时，由于没有实际操作，可能会存在操作不当，进而引起实验室安全的问题。因此，教学方式的改革是势在必行的，这也顺应当前社会和经济的发展形势。

（三）考核方式不够全面

食品微生物学实验不同于理论课程，其应注重学生实验态度、掌握知识能力、动手操作能力等，且单独考核实操训练的结果也有些片面。已有的考核方式多为实验报告+期末考试，偏重于理论知识的考查，不利于任课教师判断学生对课程知识的掌握情况和应用程度。本课程主要是实验操作为主，理论考试只能片面地反映学生对实验原理、操作步骤等内容的掌握情况，并不能体现学生实验操作技能熟练程度，尤其缺乏将所学知识和实验技能灵活应用到问题解决过程中的考核方式。此外，对于课堂知识的应用与拓展方面还没有合适的考核方式，这不符合新时期培养具有实践解决能力的专业人才理念。

二、教学改革的措施

针对以上提出的主要教学问题，本课程主要通过以下改进措施提升学生的微生物操作技能和应用能力。

（一）调整课程内容，实现以人为本

在实验课学时有限、教学内容多、学科不断发展的情况下，主要通过以下四个方面进行改革。

第一，调整课程类型的比例，增强课程的系统性和全面性。在原有基础上增加了综合性和设计性实验，减少了验证性实验。增加酸奶、泡菜等食品中菌种的分离培养和鉴定等综合性实验，需要运用到培养基制备、菌落的培养和保存、革兰氏染色及显微镜观察等基础实验，可以将这些实验串联起来，促使学生掌握整个实验环节。同时，增加设计性实验甜酒酿的制作，要求学生在设计实验时要包含但不限于前面的实验内容。并对课程内容进行了变动，包括查阅文献、设计实验、动手操作、结果分析等流程，发挥学生的思考和创新能力，实现自主学习。通过这两种类型实验的增加，有机衔接了各实验模块，充分融合了食品微生物学实验的专业知识，丰富了整个课程内容。

第二，选择实验材料，凸显学校和学科特色。本课程设置于农业院校中，课程学习应更加贴合农业领域的发展情况，体现食品与农业学科间的有机交叉和融合。比如，在食品中菌种的分离、培养和鉴定实验中，分别选择了酸奶和泡菜作为食物原料，经过分离和鉴定菌种，收集食品来源的微生物，并且其中的菌种又被用于发酵泡菜和甜酒酿的制作，保证了两个设计性实验的原创性。在泡菜和甜酒酿制作的设计性实验中，对于学生的选材也做了说明，可以选择家乡所在地或者特色地区的代表性农产品及菌种。另外，在食品中微生物的检测实验中，分别设置了针对果蔬、谷物、豆制品等農产品原料及其制品的微生物分析，既贴合实际生活，又反映了农业类院校的特色与优势。

第三，升级实验配套设备，满足学生的实践需求。显微镜是观察微生物形态与特征的重要仪器，在微生物实验教学中不可缺少。在传统课堂中，是两位或以上数量的学生共用，由于课堂时间有限，不能保证每位学生都能完全掌握显微镜的使用和操作，间接影响学生对各种微生物的直观印象，使得学生对微生物理论课程的学习不够深入。在建设实验平台时，充分考虑学生的参与度，升级显微镜等实验设备，增加其使用数量，提供充足的实验耗材，保证每位学生可以独立操作，提高了学生的动手能力。

第四，整合课程内容，增强学习的系统性。原本的课程设置，前面是基础的验证性实验，包括显微镜使用、四大类微生物形态观察、培养基制备等内容。由于课堂时间有限，大部分微生物标本片的制备、培养基所需的三角瓶等耗材都是由课程负责教师准备，学生只需要按照具体的流程按部就班操作即可，破坏了学生的自主创新能力。针对这种情况，根据教学育人大纲，对课程内容进行重新拆分和整合，将每节课程设置为一个大实验中的小环节，包含实验的前期准备、试剂的配制、微生物的培养、实验后的处理等。增加了前期准备内容，充分衔接各模块内容，培养学生的科研思维。

（二）整合教学资源，优化教学方式

为了打破传统食品微生物实验课单一的教学模式，采用翻转课堂、虚实结合、线上线下混合、教赛结合等方式，提升了教学水平，保证了学生的学习质量。

首先，线上线下混合式教学促进了学生专业技能的培养。本课程已在“中国农业教育在线”平台建立了视频观看系统，对每节课的实验目的、实验耗材、实验步骤、注意事项等内容都有详细的视频录制内容，可以让观看视频的学生有整体印象和直观的了解。结合线上平台，给学生布置了课前视频的观看任务，并结合实验指导教材进行课程预习。在学生初步了解课程内容后，教师对其中的细节和注意事项进行详细讲解，并对部分重要内容进行操作演示，加深了学生对课程和专业知识的理解。

其次，翻转课堂的教学手段激发了学生的主动性。在讲授甜酒酿的制作方法时，以“微生物在酒酿制作中的作用”为问题导向，引出酵母菌和霉菌在糯米发酵过程中的生理生化作用。再让学生以小组为单位，开展该问题的讨论，学生各抒己见，讨论热情高涨，也会提出“前期微生物起着发酵作用，长时间发酵会有什么影响，是否要对其进行杀灭”等问题，并主动查阅酵母菌和霉菌的代谢作用，深入挖掘其作用原理。并且在设计性实验中，教师提出问题后，学生以小组为单位开展文献查阅、方案设计、实际操作和结果分析等，教师主要起组织、引导和监督的作用。该教学方式使学生变成了课堂的主要实施者，有趣的问题设计促进了学生对知识的探索和吸收，也锻炼了学生发现、分析和解决问题的能力（图1）。

另外，虚拟仿真实验提升了学生的科研创新能力。在实验教学中，很难模拟实际生产过程，对于其出现的关键问题，简单描述并不能让学生有效获取知识。对于食品微生物实验中常涉及的致病菌检测，由于实验条件和安全问题，并不能进行实际操作。而虚拟仿真技术可以解决这些问题，通过建立专业的虚拟教学空间，辅以视频、音频等多媒体形式，能很好地触发学生的视觉、听觉和触觉，使学生可以进行沉浸式专业学习，有效激发学生的学习兴趣和创新意识。本课程在食品发酵设计实验这一教学内容中，结合“葡萄酒生物制造与微生物产香过程控制虚拟仿真实验”，学生了解了葡萄酒生产的整个工艺流程，加深了对酵母菌产香机制的认识，促进对工程实践环节的理解。而在食品中常见致病菌检测综合实验中，利用虚拟仿真实验，让学生掌握了肉毒梭菌等致病菌的检测方法。

最后，教赛结合的教学方式提高了学生的实践应用能力。近年来，随着食品创新创业大赛的开展，本课程实施阶段正好是大多数学生在准备创新创业大赛的产品。在开展微生物培养、鉴定和杀灭这部分实验教学时，为了加深学生对该知识的理解和应用，引入了往届比赛中常见的果汁、酱料和牛奶等产品的货架期评价部分，让学生思考该环节需要注意的重要指标，如何对这些指标进行检测和分析。通过实际案例，促进学生积极思考实验操作要点及注意事项等，并对正在参赛的学生提供了实际的帮助，解决了他们对本部分操作的疑虑，也促使学生更加积极主动地完成了本部分的实验内容。这种教赛结合的教学方式，拓宽了学生的专业视野，将实践与实际有机结合，改变了“填鸭式”的课堂教学模式。

（三）结合多元策略，升级考核方式

以教学成效为目标，更新实验课程的考核方式，设置平时课堂10%+课后回顾40%+期末考试50%相结合的方式，实现多元化、全方位的考核目的，有利于促进学生综合能力的提高和创新思维的养成，充分提升学生分析和解决问题的能力。

首先，课堂实践考核实操训练情况。 食品微生物学实验的内容覆盖面较广，操作要求严格，实验步骤多，需要学生课前做好预习，课上紧密配合教师。讲解实验步骤时，需要认真记住操作重点和难点；实验演示时，应对难点和重点进行着重观察，以便自己操作时出现错误。在以上环节中适当设置小问题，引导学生进行参与式学习，提升学生语言表达、思考问题和深度学习的能力。每堂课程初期都会有上节课的重难点回顾，通过提问、引导式问答等方式，帮助学生复习之前的课程学习，加深学生对实验流程和操作步骤的掌握。此外，在实操训练环节，根据课程内容按人或者组进行。学生为主要操作人员，全程把控实践操作。教师只作为实验进程的监控者，随时为学生答疑解惑，纠正错误操作，评价实验结果。

其次，课后回顾反映知识掌握和拓展能力。通过课堂实践后，学生需要进行课后的复习和测验，主要是通过实验报告、课后习题、虚拟仿真软件等内容进行深入学习和拓展思维。传统实验报告存在照书抄写、缺乏思考和实验结果抄袭等问题，在实验报告中适当加入科技报告的内容，增加学生查阅文献的环节，开拓了新思路。设计性实验所提交的科技报告，包含摘要、引言、实验材料和方法、实验结果、分析与讨论，既锻炼了学生的科技写作能力，也提高了他们对实践问题的解决能力。课后习题也不是直接在实验指导教材中找到答案，需要查阅相关文献或专业书籍来完成，具有一定的挑战性，以期提高学生的自主学习能力。

最后，结课考试评价理论与实践结合能力。平时成绩和课后检测的方式更多是考查实验技能，结课考试将更加重视理论内容。期末考试包括填空、选择、判断和问答题，囊括整个实验教材中几乎所有的知识点。问答题会以实验场景的形式出现，代入问题进行回答，考查学生对理论知识与实践操作的掌握情况。并且，期末考试可以作为总结性的评价，真实反映学生对知识目标的达成情况，可以作为学生对食品微生物学理论课掌握情况的补充反馈。

三、总结与展望

目前，食品专业学科正在向新的方向发展，除了传统的食品加工方向之外，还和医学、化学、生物学相结合，开展营养健康方面的教学和科研工作。以肠道微生物为代表的教学内容和科学研究正在增加，微生物学实验也将更多地贯穿于食品专业课程的教学中。当前食品微生物学实验课程的改革和升级，通过优化实验内容，引入先进理念，改革教学方式，將能更好地贴合新时代背景下食品科学专业人才的培养目标[7]。食品微生物学实验教学模式的改革与探索始终以学生为主体，将学生的综合能力培养与创新能力提升融入整个实验教学环节中，为培养具备创新精神和实践能力的专业人才提供强有力的支撑。

参考文献：

［1］毛丙永，田丰伟，翟齐啸，等.食品微生物学实验课程教学改革初探［J］.科教文汇（上旬刊），2018（16）：51-53.

［2］钟婷婷.食品微生物检测技术及其质量控制的重要性［J］.食品安全导刊，2023（30）：166-168.

［3］宋蕴奇，刁文丽，李绥晶，等.2010—2021年辽宁省食品中致病微生物多重污染情况分析［J］.中国预防医学杂志，2023，24（10）：1133-1136.

［4］朱玲.食品微生物学实验课程教学改革与尝试［J］.中国教育技术装备，2017（24）：142-144，149.

［5］朱江煜，燕志，杨正飞，等.国内外食品类院校食品微生物学课程教学对比及启示［J］.食品界，2023（10）：77-79.

［6］市场监管总局关于2022年全国特种设备安全状况的通告［J］.中国特种设备安全，2023，39（3）：1-3.

［7］兰晶，余承焰，肖帆.虚拟仿真技术在“食品微生物学”教学中的应用［J］.中国新通信，2023，25（17）：110-112.

◎编辑 张 慧