应用层级立体化教学模式培养本科生创新创业能力的探讨

张少颖 于有伟 张秀红 徐建国 卢向阳 武晋海 崔美林 王佳丽 李艳

近年来，为有效培养大学生的创新创业能力，国家级、省级和校级等各层面推出了一系列创新创业计划的相关项目，如挑战杯、“创青春”大赛等。新工科、新医科、新农科和新文科等专业在实施创新创业项目过程中，有效提升了本科生的实践能力、创新能力和创业意识，适应了新时代对大学生的高素质要求。

食品微生物实验技术课程是食品类专业的一门专业基础课，主要讲授食品微生物的实验知识和操作技能。随着新工科和“金课”的“两性一度”标准对工科学生能力要求的提高，许多高校相继加强了食品微生物学实验教学。山西师范大学食品科学学院的食品微生物实验技术课程独立设课，在层级立体化教学模式中，按照由简单到复杂的原则，把整体实验教学内容整合成4个层次模块。第一层次模块，让学生初步熟悉基本知识和操作技能，给学生营造一个学习食品微生物实验技术的氛围；第二层次模块，进行较为复杂的知识和技能训练；第三层次模块，进行综合性知识和操作能力训练；第四个层次模块，培养学生解决产业实际问题的创新能力。这四个层次模块的内容环环相扣，可以使学生循序渐进地逐步提高实验的操作技能和解决问题的能力。本文探讨了在食品微生物实验技术课程实施层级立体化教学模式过程中，如何更好地培养学生的创新创业能力，更好地为食品行业培养适应现代化要求的德才兼备的高素质科技人才。

一、教学案例项目遴选

（一）乡村产业振兴——果蔬贮藏与加工

食品产业是第一产业和第三产业的桥梁和纽带，在三产融合和乡村产业振兴过程中都发挥着非常大的作用。近年来，为响应乡村振兴的号召，许多地方都把果蔬贮藏与加工作为一个重要的产业来发展。果蔬的贮藏与加工是果蔬产业发展中的两个重要内容，在果蔬贮藏中，如何控制病原菌导致的采后果蔬腐烂，最大限度减少损失，增加经济效益，是非常重要的研究内容；在果蔬加工中，果酒的酿造是非常重要的组成部分，通过筛选适宜的发酵菌种、优化发酵工艺条件，可以生产高品质的果酒，另外，泡菜、酸菜和纳豆等传统果蔬发酵产品的加工也都离不开微生物的参与。因此，将果蔬的贮藏与加工融入食品微生物实验的层级立体化教学模式中，有助于培养学生的实践能力和创新创业能力。

（二）传统食品酿造——制醋酿酒

中国饮食文化源远流长，我们的祖先发挥聪明才智，形成了特色的酿酒、酿醋、酿造酱油和制酱等一些独特的微生物发酵工艺，这些工艺是祖先智慧的体现，凝聚着劳动人民辛勤的汗水。当前，食品产业蓬勃发展，传统酿造食品也迎来了更好的发展机遇，如何采用现代科技提升传统酿造食品的生产效益，是现代食品研究的热点之一。把这些内容融入课堂教学中，可以让大学生感受到中华酿造文化的博大精深，使他们明白自己的使命和担当，勇于探索和解决传统酿造食品加工中的问题，将传统酿造食品生产技艺发扬光大。

（三）科技前沿——生物制造

当今时代，生物科技取得了突飞猛进的发展，基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工程等都与微生物有关联，食品加工中所用的氨基酸、黄原胶、维生素等作为配料的组分也是通过生物技术制造而成的。将这些前沿科技知识融入食品微生物实验课堂教学，不仅能提高学生学习微生物操作技能的兴趣，还能启发学生思考如何用科技前沿知识有效解决生产实际问题。与国际先进的尖端科技接轨，也有利于拓宽学生解决问题的思路，促进学生创新能力的培养。

（四）食品安全——有害菌控制

党和政府非常重视食品安全工作，千方百计确保人民群众“舌尖上的安全”。食品致病菌控制和检测是食品微生物实验教学中的重要内容，要求学生掌握基本操作技能。同时，要结合检测的准确和高效等要求，研发和采用新颖的检测方法，如多重PCR检测、机器学习等。当然，也许限于条件，无法全部开展相关实验，但是把这些知识适当引入课堂之后，可以启发学生向着更高层次的实验知识迈进，加深对于科技创新涵义的理解，靠科技创新提升食品安全管理水平。

（五）勤俭节约——爱惜实验物资

食品微生物实验技术操作中会用到大量的器皿和试剂耗材等，其中的包扎纸、棉线、培养皿等材料可以回收并重复使用，最大限度地节约资源。微生物实验操作完成后，要按照实验室的相关规定进行灭菌以及清洗烧杯、试管和培养皿等工作，确保学生的人身安全，杜绝污染。以上这些内容在实验课堂教学中多次重复实施，潜移默化地熏陶了学生，使他们在创新创业方面逐渐养成爱惜资源、关注操作安全、整洁有序进行实验的好习惯，有助于实现最佳的投入产出比，达到最好的综合收益。

二、基于本科生创新创业能力培养

的层级立体化教学模式的实施过程

（一）实验课前引题导入

在上实验课之前，教师通过课程微信群或超星网络课程平台推送一些与本节实验内容有关的创新创业案例，如精酿啤酒、益生菌制品、果蔬采后病原菌控制和食品致病菌控制等，启发学生思考，提高学生的学习兴趣。

在上实验课时，通常有约15分钟的PPT讲解，教师要在PPT上简要点出本节课的实验内容以及与此相关的创新创业案例，让学生知晓所学知识或技能的价值，由“要我学”变成“我要学”，带着浓厚的兴趣和非常高的积极性完成本节课的实验内容学习。

（二）基本实验过程

在具体实施实验教学的过程中，要求学生进行严格、规范的操作，认真审视实验结果，总结实验中好的经验，思考实验过程中出现的相关问题的解决方法。这样不仅能培养学生严谨的态度，还能使学生熟练掌握微生物实验所需要的一些基本技能，包括显微镜的使用、器皿的洗涤和包装等。比如，教师示范讲授斜面接种时划“之”字形的动作后，学生要反复进行练习操作，使手法标准熟练；使用光学显微镜时，要养成一个好的习惯，按照从低倍镜到高倍镜的顺序观察微生物；使用油镜时，香柏油的用量要严格控制，油镜使用完毕后要把镜头和载玻片按照规范的顺序擦干净；显微镜使用完毕后，镜头要转至“倒八字”位置，最大限度地延长显微镜的使用寿命；做完实验后，清理好实验台面，打扫卫生，再在本子上做好登记，方可离开实验室。通过遵守这些规范，能够培养学生养成严谨的态度，熟练掌握食品微生物操作所需要的基本技能。

（三）拓展实验实施

在实验实施过程中，融入部分与生产实践联系紧密的拔高性实验，如采后果蔬病原菌的控制、果酒酿酒酵母的选育优化等。在进行细菌的生理生化实验时，采用一些源于天然食品原料的组分控制病原菌，这些组分包括但不限于植物精油、多糖等，如采用花椒精油抑制常见的导致果蔬腐烂的病原细菌和真菌，以及从梨园、葡萄园等果园土壤中分离选育性状优良的酿酒酵母等。这些实验有利于启发学生去解决一些生产实践问题，潜移默化地巩固基本微生物实验知识和操作技能，同时强化对食品微生物理论知识的认知。学生在解决问题的过程中，还增加了勇于攻坚克难的胆量和信心，培养了实践能力和创新能力，增强了责任感和使命感。

（四）实验课后思考题启发

实验课的课后思考题可引导学生对整个实验过程进行回顾、巩固和改进，让学生通过思考，温故而知新，考虑这一步为什么要这样操作、那一步为什么要那样进行。

比如，高压蒸汽灭菌锅灭完菌后，要求压力表指针到0且温度在95℃以下时打开高压灭菌锅，同时原则上不低于85℃。说明书上是100℃打开，为什么实验室里要求95℃以下呢？其实这是为了更好地确保安全，因为即使指针到0，温度也是100℃，但由于是数显，仪表指示可能会有误差，或者说锅内有更大压力，所以在95℃以下时操作更安全。那么，为什么要求在85℃以上呢？这是因为如果温度过低，拿出来时包扎纸上的水分比较多，不容易蒸发掉，而如果不能及时干燥，湿度比较高，就容易滋生微生物。所以取出灭菌的器皿时，保留一定的热量是为了使表面的水分迅速蒸发，减少污染，确保灭菌效果。

再如，在做滤纸片抑菌实验时，浸泡之后都要抖掉多余的液滴，然后放到平板上进行抑菌测定。为什么要加上这一步操作呢？这是因为一个平板上要放置4-6个滤纸片，如果滤纸片上的液滴直接往外渗流，多个滤纸片在一起，就难以证明所使用的浸泡液是否抑菌，实验效果也难以界定。

又如，在进行微生物的分离纯化实验时，要筛选一株用于柿子果酒酿造的酵母菌，为什么要到柿果园里去采集土壤样品然后进行分离？这是为了使学生在实验过程中不仅知其然，更要析其然，然后大胆求证，细心分工协作。

总之，完成食品微生物实验技术课程的课后思考题，不仅是学生的技能操作回顾和知识的实际应用训练，更是教会学生利用所学知识解决生产实践问题的有效方法。

（五）生产实习

食品类专业的实习教学包括课程实习、认知实习和生产实践等，可以让学生进一步思考课堂所学的知识如何在生产实践中得到具体的应用。以山西老陈醋的生产为例，老陈醋制作过程复杂，包括蒸、酵、熏、淋、陈五道工序，其中的发酵环节包括酵母菌进行乙醇发酵、醋酸杆菌进行醋酸发酵，都需要在微生物的参与下完成。在乙醇发酵阶段，刚开始时翻动原料，增加氧气含量，使酵母菌在有氧条件下进行大量繁殖，随后尽量减少翻动，使酵母菌在厌氧条件下生成乙醇。在醋酸杆菌发酵过程中，要经常翻动曲料，促进物料中融入更多的氧气，使醋酸杆菌最大程度地把乙醇转化为乙酸。就微生物发酵酿醋而言，通过以上两种菌的参与就得到了食用醋酸。老陈醋还有一个特有的工序是熏，通过美拉德反应形成许多特有的营养或风味物质。在陈酿阶段，夏晒三伏冬捞冰，醇和酸期间也会发生酯化反应，进一步丰富和完善老陈醋的风味，最终达到绵、酸、香、甜、鲜的特点。学生在实习过程中要进一步结合实验课所学的相关知识和技能，有效思考如何创造最佳条件进行酿造。

（六）第二课堂实训

第二课堂给学生提供了一个展示自我的好机会，让学生把掌握的操作技能和知识融入课外活动中，也锻炼了学生解决问题的能力，从而达到学以致用的效果。在此过程中，学生不仅在应用知识和技能，也在创造知识和发展技能，通过小组分工协作，面对产业实际问题出谋划策，通过实践来检验自己的设计构思是否合理。食品微生物实验技术课程与产业实践相关的内容特别多，学生逐步掌握食品微生物实验技术的知识和技能之后，踊跃参与挑战杯、创新创业大赛、“创青春”大赛等活动，共同协作，施展抱负，解决生产实践问题。近年来，山西师范大学学生在白酒酿造、果酒酿造、益生菌发酵、采后果蔬病原菌控制等方面获批了多项省级或者国家级创新创业项目，在课外比赛中也多次获奖。

三、实施效果

（一）学生解决问题的能力和信心提高

在食品微生物实验技术课程实施层级立体化教学模式之后，本科生参与实验课堂的学习积极性大为提高。从基本操作实验开始做起，实验操作技能逐步拔高，直到开展较为复杂的实验，学生得到层级的训练，解决问题的能力和信心也逐渐增强。这些问题主要是与食品企业相关的一些现实问题，如酿酒过程中如何在确保产量的同时更好地提高酒的品质、如何采用绿色有效的防控方法延长食品的货架期等。学生也可以运用所学知识模拟解决现实中面对的一些问题，如针对梨滞销问题，探索加工成梨酒、益生菌梨汁或者其他一些梨制品。

（二）学生的创新思维和创新能力得到有效训练

在层级立体化教学模式实施过程中，学生既掌握了食品微生物实验技术的操作技能，又运用技能和知识去解决食品生产实践中的现实问题。这些问题有的采用传统的方法加以解决，有的则是用新的方法创造性加以解决。以采后果蔬防霉保鲜为例，传统方法大多是采用熏蒸果蔬、涂膜果蔬或薄膜技术控制果蔬腐烂。学生们发挥想象力，经过调研，探索在保鲜纸上增加一层具有挥发性的抑菌物质，可实现对葡萄、樱桃番茄和樱桃等果蔬的有效防腐保鲜。可见，层级立体化教学模式可以引导学生勇于探索实践，非常有利于培养学生的创新思维。

（三）学生的创业意识增强且勇于创业

当前，为响应“大众创业、万众创新”的号召和发展新质生产力的倡导，各级政府相关部门和高校都鼓励大学生创新创业，施展才能抱负。食品专业作为工科专业，食品产业链的生产实践问题就是师生们要研究解决的课题。在乡村产业振兴大背景下，传统食品生产中的许多问题可以尝试采用新的方法加以解决，许多地方特色食品也可以作为创新创业项目进行有效开发。当学生掌握了一定的知识技能之后，再经过层级立体化教学模式的拔高训练，创新性思维也日臻完善。他们会努力探索解决食品产业链中存在的生产实践问题，然后把解决问题的成功方法进行创业推广，转化为现实的生产力。这样不仅施展了学生作为当代有为青年的才能抱负，也达成了非常好的经济效益和社会效益。

综上所述，食品微生物实验技术课程层级立体化教学模式是培养食品类本科生创新创业能力的有效途径之一。通过合理遴选生产实践项目并将这些项目内容融入相关的实验教学中，再结合有效的训练，能够增强学生解决实际问题的意愿和能力，有效培养学生的创新创业思维。

基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目（J2021274、J20220465）；山西师范大学课程思政示范课程项目（2022KCSZ-13）。

作者简介：张少颖（1977-），女，陕西鄠邑人，教授、硕士生导师，博士，研究方向为果蔬贮藏与加工。