创新创业背景下“发酵工程”课程的教学改革探索

关倩倩，彭飞，彭珍，熊涛

1.南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室 （南昌 330031）；2.南昌大学食品学院 （南昌330047）

近年来，生物技术革命浪潮席卷全球并加速融入经济社会发展。“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确提出：加快发展生物医药、生物育种、生物材料、生物能源等产业，做大做强生物经济。2022年5月，我国印发首部生物经济五年规划——《“十四五”生物经济发展规划》，明确提出打造国家生物技术战略科技力量，加快突破生物经济发展瓶颈，实现科技自立自强。发酵工程技术作为生物经济发展的重要推动力，尚存在原始创新能力不强、关键核心技术受制于人等问题，亟须培养一批创新能力强、具备国际视野的高层次人才，为生物经济领域关键核心技术攻关提供学科基础与人才支撑。将创新创业教育融入专业课程教学，切实提升学生创新实践能力，是培养创新型高素质人才的重要途径[1-2]。

发酵工程是将生物技术研究成果转化为生产力的关键学科和重要环节，代表先进制造的重要发展方向。“发酵工程”课程是生物技术、生物工程、生物制药等专业的核心课程，内容紧扣前沿和生物产业需求，具有很强的实践性、综合性和创新性[3-4]。课程主要涵盖生物技术的上、中、下游技术集成，包括发酵工业微生物菌种的选育与保藏，菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等，内容涉及微生物学、生物化学等生物学知识和化工原理、工程制图等工程学技术。目的在于培养学生解决复杂生物工程能力及发酵工程技术研究与开发能力，培养具有开发创新发酵产品能力的工程科技人才。然而，由于各种因素限制，当前高校该课程教学中普遍存在“重理论、轻实践”的状况，难以激发学生创新创业思维，学生在精神层面尚不能意识到创新创业的重要性。此外，现有教学内容较为抽象，教学效果较差，这导致学生不能较好掌握专业知识，缺乏运用工程原理和方法解决实际问题的能力，甚至缺乏对工程概念的基本了解和掌握，人才培养不能适应企业的现实需求。现代发酵工业飞速发展对发酵工程专业人才培养提出更高要求，为国家培养创新创业型发酵工程卓越人才已成为当前发酵工程专业的迫切任务。因此，开展创新创业教育是“发酵工程”课程改革的必然趋势。

为解决传统食品工科人才培养中存在的重理论轻实践、与社会需求脱节等问题，确立“厚基础、重创新、强能力、高素质”的人才培养思路，设定“需求导向、思维创新、素质拓展”的人才培养方向。从教学内容、教学方法、教学模式等方面，对融入创新创业思维的“发酵工程”课程教学内容的教学模式进行探索，回答在新工科背景下如何培养适应现代发酵行业需求的发酵工程科技人才。

1 重构教学内容，将创新创业教育与专业教育内容高度融合

在课程设置方面，明确高素质拔尖发酵工程创新人才培养与企业需求的对应，以创新创业培养为导向，精选教学内容，将创新创业教育和技能训练落实到学生的日常教育和培养中。将发酵工程学科前沿技术、进展和困境与企业所需的知识、能力、素质进行分析、提炼和归纳，针对性地对课程进行调整，将典型问题落实到教学中，实现学生专业素质与生产实践的无缝对接。

在授课过程中，围绕发酵工程的1条主线（发酵工艺的典型过程）、2个重点（过程优化与放大）、3个层次（分子、细胞和发酵罐）和4个目标（高产量、高转化率、高效率、低成本），根据“菌种选育→培养基配制→培养基灭菌→种子扩培→发酵过程控制”这条发酵工艺主线，在课程教学中添加最新生物技术研究进展、合成生物学最新进展等，引导学生跟踪国际前沿学术发展，结合国内外在发酵工程方向上取得的最新研究成果，夯实创新创业的知识基础。同时，将“发酵工程”的教学内容进行知识模块化分割。每个模块都采用基本理论和典型工艺讲授相结合、理论与生产实际密切结合、理论与学科前沿相结合的模式，由典型到一般，再由一般到应用。这样安排有利于各个章节的衔接，使学生更清楚、更完整地掌握发酵工艺的全过程，从整体上理解和掌握发酵工程涉及的基本理论及发酵工艺流程。同时，根据不同知识模块的特点，确定与该知识模块相匹配的教学设计与教学模式，结合现有发酵工业生产实例进行讲授，充分激发和调动学生的学习热情，教学效果得到大幅提升。

2 以创新创业能力培养为导向，优化教学方法和教学模式

传统“发酵工程”课程以课本为导向，以知识传授为主，学生对知识的理解不深，掌握不够系统，难以达到激发学生创新意识和创业热情的要求。因此，传统的教学方法和教学模式亟需改革，可通过案例式教学、科研引导式教学等多种课堂教学方式，引导学生自主探究和体验知识的发生过程，学生的学习积极性和主动性明显提升。同时，通过构建产教融合的教学新模式，为学生提供更加全面和实践性的创业教育。

2.1 开展案例式教学，拓展课堂知识

根据发酵工程的课程特点，教师根据所学内容和进度，将自身在科研和生产实践中遇到的具体案例作为课堂素材，构建案例教学法，把课堂教学从传统的单向教师讲授变为师生双向互动的教学过程。基于生产案例提出案例中存在的主要科学问题，针对学生要掌握的问题作出提示，让学生运用学过的专业基础理论知识独立思考，让学生带着问题听课，加深学生对理论知识的理解，进而培养学生创新意识和思维，提高实践创新能力。

如在“新技术育种原理”章节的讲授中，引入“青霉素从发现到最终实现规模化生产经历了一个漫长过程”案例，引导学生思考：自然界中筛选到的野生型菌株的产量一般都很低，不适合工业化应用，通过哪些手段可以提高野生型菌株的产量？学生答出诱变育种后可进一步提问，经过诱变育种微生物发生突变是随机的，如何定向筛选所需要的目的高产菌株？引导学生带着问题开启这个章节的学习。再如，在“发酵工业染菌及防治”章节，讲授时根据染菌原因、染菌后如何处理及工业生产中如何预防染菌的发生等必须掌握的知识点设计一系列主题和综合性的实践应用案例，通过引入“某发酵企业染菌”的真实案例进行任务设计，对学生进行分组，让学生查阅文献后准备演示文稿进行课堂展示，并开展课堂讨论。在课堂讨论中以学生为中心，教师为辅助，教师承担引导思路和概括总结的作用。不仅激发学生的主动学习意识，使学生能够独立思考、分析研判和互相学习，还提升学生在分析总结、学术展示、语言组织与表达及团队协作等方面的综合能力。

2.2 开展科研引导式教学，培养学生创新思维和文化自信

培养创新型人才，其核心在于思想意识的创新和科研思维的创新。当前课堂教学采用的教材内容往往滞后于生产实际，尤其是滞后于科研实际，如何在教学中突破教材限制，使学生获得前沿知识的同时，培养学生的创新思维能力，是当前工科专业本科生教育面临的一个重要问题。作为工科教师，高水平的科学研究使教师始终处于科学技术研究的前沿。在课堂教学过程中，教师可将自身或所在团队在科研工作中取得的科研成果作为案例引入教学中，将科研的经历和创新的思维传授给学生，将科研成果转化为优质教学资源，用科研反哺教学，使学生通过实实在在的科研项目、科研成果，加深对课本理论的理解和实际应用，从而带动教学改革和课程建设。

如在讲解发酵工业微生物菌种的选育、鉴定、保藏这部分内容时，可以介绍菌种是发酵工业的“芯片”，而我国发酵产业起步较为落后，长期以来，我国市场上大型发酵企业、乳制品企业使用的发酵菌种供应主要被国外巨头公司垄断和控制[5]。对我国发酵企业来说，优良的发酵菌种一直以来都是一个被外国企业“卡脖子”的工程。以国家科技进步二等奖项目“果蔬益生菌发酵关键技术及其产业化应用”作为典型案例，从研究背景、实验思路的设计、研究方法及相关成果等方面，以专题报告的形式为学生介绍项目如何打破系列技术瓶颈，创建果蔬发酵专用益生菌种高通量筛选体系，详细讲解从传统发酵蔬菜样本的采集、果蔬发酵菌种的筛选、鉴定、保藏到最后构建拥有自主知识产权的果蔬发酵专用益生菌种资源库、掌握该领域“芯片技术”的全过程，并对其中涉及的创新创业经验进行总结和归纳，引导学生将工业微生物菌种的重要性、菌种的来源、菌种的分离筛选过程及菌种的保藏等抽象的理论知识运用到具体的创新创业实践中，让学生对菌种的筛选过程获得更为深刻和直观的认识，对工业微生物的重要性也形成更深层次的理解。同时，通过从传统发酵食品中进行工业微生物菌种选育案例的介绍，让学生认识到泡菜、酸菜、腊肠、腐乳、豆豉等我国传统发酵食品是富含珍贵微生物资源的宝库，有助于激发学生弘扬我国传统食品文化的使命感和责任担当意识，增加学生的文化自信。此外，通过将科研项目成果融入到教学中，还有助于建立学生的科研意识，培养学生严谨求实的科学精神。

2.3 构建产教融合的教学新模式，形成良性创新创业氛围

“发酵工程”是一门实践性很强的应用型课程，学生动手能力和创新能力的培养不仅有利于加深对理论知识的理解，更关系到人才培养质量和社会竞争力。因此，在长期的实践教学中，围绕应用型人才培养模式的确立，针对当今“发酵工程”课程体系存在的问题，积极探索“产学研用”一体化培养相结合的应用型人才培养新模式，具有十分重要的现实意义。

一方面，以教师承担的科研项目为载体，建立教学实训平台，鼓励学生参与到科研项目尤其是与企业合作开发的横向科研项目或课题的研发中，使学生的科研技能得到系统训练，提高学生的创新创业能力。另一方面，鼓励学生积极参加“互联网+创新创业”大赛、“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛、“希望杯”科技创新大赛等各类创新创业大赛，使学生在竞赛中熟悉创新创业模式，实现以赛促教、以赛促学，通过以赛促教、以赛促学的方式强化学生创新创业能力，为学生双创实践成果落地及未来创业就业打好坚实基础。

此外，依托高校食品学院、食品科学与资源挖掘全国重点实验室、国际食品创新研究院和众多成果转化企业作为教学平台、科研训练平台、实践研究平台和工业实训平台，构建具有发酵工程特色的产教融合教学体系。通过实验技能培养、工程能力培训和创新能力培养3个体系构成的实践教学环节的改革和完善，夯实学生对基本实验原理、实验方法和实验技能掌握的基础上，确保理论教学和实验教学的统筹协调。通过组织学生去成果转化企业参观实习，让学生零距离接触先进的发酵工业智能制造的车间，开拓智能制造的思路和眼界，进一步强化对学生创新精神、综合能力、工程实践能力、科研能力和科学素养的培养。

3 改变课程考评机制，促进学生创业能力的培养

传统“发酵工程”课程考评是平时作业成绩（30%）+期末考试成绩（70%），无法全方位考察学生课程知识掌握及应用的情况，难以全面反映学生的创新创业能力与思维，因此不适用于创新创业背景下的教学模式。基于此，在传统考核方式基础上提出期末考试成绩（50%）+开放性评价（50%）的创新考评方法。其中：期末考试成绩（50%）用于考察学生对发酵工程专业基础知识的掌握程度；开放性评价（50%）是一种多方式、多维度的过程性考核评价方式，可将出勤率、平时课外作业、实践调查报告、课堂表现、“挑战者”杯、“互联网+”创新创业项目的参与度以及学生发表论文、申请专利等内容列入考评体系，用于考察学生的创新创业素养。重点评价学生运用知识分析问题、解决问题的能力，对学生创新创业的能力与思维进行全方位检验。

4 结语

发酵工程是生物技术实现产业化的重要支撑，做好“发酵工程”课程的建设，是生物工程专业人才培养质量的关键。基于创新创业背景下“发酵工程”课程教学改革与实践，旨在培养学生的创新意识、实践能力和创业素质。通过优化教学内容、创新教学方法和完善评价体系等方面的改革，可以提高学生的创新创业能力，培养学生的创业思维，为我国生物工程领域高质量人才培养提供重要的教学模式。同时，也为其他工科专业课程的教学改革与实践提供借鉴和参考。