創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下“發(fā)酵工程”課程的教學(xué)改革探索

關(guān)倩倩，彭飛，彭珍，熊濤

1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與資源挖掘全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （南昌 330031）；2.南昌大學(xué)食品學(xué)院 （南昌330047）

近年來，生物技術(shù)革命浪潮席卷全球并加速融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要明確提出：加快發(fā)展生物醫(yī)藥、生物育種、生物材料、生物能源等產(chǎn)業(yè)，做大做強(qiáng)生物經(jīng)濟(jì)。2022年5月，我國(guó)印發(fā)首部生物經(jīng)濟(jì)五年規(guī)劃——《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，明確提出打造國(guó)家生物技術(shù)戰(zhàn)略科技力量，加快突破生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)。發(fā)酵工程技術(shù)作為生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力，尚存在原始創(chuàng)新能力不強(qiáng)、關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人等問題，亟須培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際視野的高層次人才，為生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供學(xué)科基礎(chǔ)與人才支撐。將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)課程教學(xué)，切實(shí)提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，是培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的重要途徑[1-2]。

發(fā)酵工程是將生物技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的關(guān)鍵學(xué)科和重要環(huán)節(jié)，代表先進(jìn)制造的重要發(fā)展方向。“發(fā)酵工程”課程是生物技術(shù)、生物工程、生物制藥等專業(yè)的核心課程，內(nèi)容緊扣前沿和生物產(chǎn)業(yè)需求，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng)新性[3-4]。課程主要涵蓋生物技術(shù)的上、中、下游技術(shù)集成，包括發(fā)酵工業(yè)微生物菌種的選育與保藏，菌種擴(kuò)大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等，內(nèi)容涉及微生物學(xué)、生物化學(xué)等生物學(xué)知識(shí)和化工原理、工程制圖等工程學(xué)技術(shù)。目的在于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜生物工程能力及發(fā)酵工程技術(shù)研究與開發(fā)能力，培養(yǎng)具有開發(fā)創(chuàng)新發(fā)酵產(chǎn)品能力的工程科技人才。然而，由于各種因素限制，當(dāng)前高校該課程教學(xué)中普遍存在“重理論、輕實(shí)踐”的狀況，難以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維，學(xué)生在精神層面尚不能意識(shí)到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要性。此外，現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容較為抽象，教學(xué)效果較差，這導(dǎo)致學(xué)生不能較好掌握專業(yè)知識(shí)，缺乏運(yùn)用工程原理和方法解決實(shí)際問題的能力，甚至缺乏對(duì)工程概念的基本了解和掌握，人才培養(yǎng)不能適應(yīng)企業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求。現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)飛速發(fā)展對(duì)發(fā)酵工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出更高要求，為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型發(fā)酵工程卓越人才已成為當(dāng)前發(fā)酵工程專業(yè)的迫切任務(wù)。因此，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是“發(fā)酵工程”課程改革的必然趨勢(shì)。

為解決傳統(tǒng)食品工科人才培養(yǎng)中存在的重理論輕實(shí)踐、與社會(huì)需求脫節(jié)等問題，確立“厚基礎(chǔ)、重創(chuàng)新、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)思路，設(shè)定“需求導(dǎo)向、思維創(chuàng)新、素質(zhì)拓展”的人才培養(yǎng)方向。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式等方面，對(duì)融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的“發(fā)酵工程”課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)模式進(jìn)行探索，回答在新工科背景下如何培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)酵行業(yè)需求的發(fā)酵工程科技人才。

1 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育內(nèi)容高度融合

在課程設(shè)置方面，明確高素質(zhì)拔尖發(fā)酵工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的對(duì)應(yīng)，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)為導(dǎo)向，精選教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和技能訓(xùn)練落實(shí)到學(xué)生的日常教育和培養(yǎng)中。將發(fā)酵工程學(xué)科前沿技術(shù)、進(jìn)展和困境與企業(yè)所需的知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行分析、提煉和歸納，針對(duì)性地對(duì)課程進(jìn)行調(diào)整，將典型問題落實(shí)到教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)與生產(chǎn)實(shí)踐的無縫對(duì)接。

在授課過程中，圍繞發(fā)酵工程的1條主線（發(fā)酵工藝的典型過程）、2個(gè)重點(diǎn)（過程優(yōu)化與放大）、3個(gè)層次（分子、細(xì)胞和發(fā)酵罐）和4個(gè)目標(biāo)（高產(chǎn)量、高轉(zhuǎn)化率、高效率、低成本），根據(jù)“菌種選育→培養(yǎng)基配制→培養(yǎng)基滅菌→種子擴(kuò)培→發(fā)酵過程控制”這條發(fā)酵工藝主線，在課程教學(xué)中添加最新生物技術(shù)研究進(jìn)展、合成生物學(xué)最新進(jìn)展等，引導(dǎo)學(xué)生跟蹤國(guó)際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展，結(jié)合國(guó)內(nèi)外在發(fā)酵工程方向上取得的最新研究成果，夯實(shí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的知識(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，將“發(fā)酵工程”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)模塊化分割。每個(gè)模塊都采用基本理論和典型工藝講授相結(jié)合、理論與生產(chǎn)實(shí)際密切結(jié)合、理論與學(xué)科前沿相結(jié)合的模式，由典型到一般，再由一般到應(yīng)用。這樣安排有利于各個(gè)章節(jié)的銜接，使學(xué)生更清楚、更完整地掌握發(fā)酵工藝的全過程，從整體上理解和掌握發(fā)酵工程涉及的基本理論及發(fā)酵工藝流程。同時(shí)，根據(jù)不同知識(shí)模塊的特點(diǎn)，確定與該知識(shí)模塊相匹配的教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)模式，結(jié)合現(xiàn)有發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)實(shí)例進(jìn)行講授，充分激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果得到大幅提升。

2 以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)模式

傳統(tǒng)“發(fā)酵工程”課程以課本為導(dǎo)向，以知識(shí)傳授為主，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解不深，掌握不夠系統(tǒng)，難以達(dá)到激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)業(yè)熱情的要求。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)模式亟需改革，可通過案例式教學(xué)、科研引導(dǎo)式教學(xué)等多種課堂教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生自主探究和體驗(yàn)知識(shí)的發(fā)生過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性明顯提升。同時(shí)，通過構(gòu)建產(chǎn)教融合的教學(xué)新模式，為學(xué)生提供更加全面和實(shí)踐性的創(chuàng)業(yè)教育。

2.1 開展案例式教學(xué)，拓展課堂知識(shí)

根據(jù)發(fā)酵工程的課程特點(diǎn)，教師根據(jù)所學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，將自身在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的具體案例作為課堂素材，構(gòu)建案例教學(xué)法，把課堂教學(xué)從傳統(tǒng)的單向教師講授變?yōu)閹熒p向互動(dòng)的教學(xué)過程。基于生產(chǎn)案例提出案例中存在的主要科學(xué)問題，針對(duì)學(xué)生要掌握的問題作出提示，讓學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)獨(dú)立思考，讓學(xué)生帶著問題聽課，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和思維，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力。

如在“新技術(shù)育種原理”章節(jié)的講授中，引入“青霉素從發(fā)現(xiàn)到最終實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)過程”案例，引導(dǎo)學(xué)生思考：自然界中篩選到的野生型菌株的產(chǎn)量一般都很低，不適合工業(yè)化應(yīng)用，通過哪些手段可以提高野生型菌株的產(chǎn)量？學(xué)生答出誘變育種后可進(jìn)一步提問，經(jīng)過誘變育種微生物發(fā)生突變是隨機(jī)的，如何定向篩選所需要的目的高產(chǎn)菌株？引導(dǎo)學(xué)生帶著問題開啟這個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)。再如，在“發(fā)酵工業(yè)染菌及防治”章節(jié)，講授時(shí)根據(jù)染菌原因、染菌后如何處理及工業(yè)生產(chǎn)中如何預(yù)防染菌的發(fā)生等必須掌握的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)一系列主題和綜合性的實(shí)踐應(yīng)用案例，通過引入“某發(fā)酵企業(yè)染菌”的真實(shí)案例進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)后準(zhǔn)備演示文稿進(jìn)行課堂展示，并開展課堂討論。在課堂討論中以學(xué)生為中心，教師為輔助，教師承擔(dān)引導(dǎo)思路和概括總結(jié)的作用。不僅激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，使學(xué)生能夠獨(dú)立思考、分析研判和互相學(xué)習(xí)，還提升學(xué)生在分析總結(jié)、學(xué)術(shù)展示、語言組織與表達(dá)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的綜合能力。

2.2 開展科研引導(dǎo)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和文化自信

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，其核心在于思想意識(shí)的創(chuàng)新和科研思維的創(chuàng)新。當(dāng)前課堂教學(xué)采用的教材內(nèi)容往往滯后于生產(chǎn)實(shí)際，尤其是滯后于科研實(shí)際，如何在教學(xué)中突破教材限制，使學(xué)生獲得前沿知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，是當(dāng)前工科專業(yè)本科生教育面臨的一個(gè)重要問題。作為工科教師，高水平的科學(xué)研究使教師始終處于科學(xué)技術(shù)研究的前沿。在課堂教學(xué)過程中，教師可將自身或所在團(tuán)隊(duì)在科研工作中取得的科研成果作為案例引入教學(xué)中，將科研的經(jīng)歷和創(chuàng)新的思維傳授給學(xué)生，將科研成果轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，用科研反哺教學(xué)，使學(xué)生通過實(shí)實(shí)在在的科研項(xiàng)目、科研成果，加深對(duì)課本理論的理解和實(shí)際應(yīng)用，從而帶動(dòng)教學(xué)改革和課程建設(shè)。

如在講解發(fā)酵工業(yè)微生物菌種的選育、鑒定、保藏這部分內(nèi)容時(shí)，可以介紹菌種是發(fā)酵工業(yè)的“芯片”，而我國(guó)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)起步較為落后，長(zhǎng)期以來，我國(guó)市場(chǎng)上大型發(fā)酵企業(yè)、乳制品企業(yè)使用的發(fā)酵菌種供應(yīng)主要被國(guó)外巨頭公司壟斷和控制[5]。對(duì)我國(guó)發(fā)酵企業(yè)來說，優(yōu)良的發(fā)酵菌種一直以來都是一個(gè)被外國(guó)企業(yè)“卡脖子”的工程。以國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)項(xiàng)目“果蔬益生菌發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”作為典型案例，從研究背景、實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)、研究方法及相關(guān)成果等方面，以專題報(bào)告的形式為學(xué)生介紹項(xiàng)目如何打破系列技術(shù)瓶頸，創(chuàng)建果蔬發(fā)酵專用益生菌種高通量篩選體系，詳細(xì)講解從傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜樣本的采集、果蔬發(fā)酵菌種的篩選、鑒定、保藏到最后構(gòu)建擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的果蔬發(fā)酵專用益生菌種資源庫(kù)、掌握該領(lǐng)域“芯片技術(shù)”的全過程，并對(duì)其中涉及的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和歸納，引導(dǎo)學(xué)生將工業(yè)微生物菌種的重要性、菌種的來源、菌種的分離篩選過程及菌種的保藏等抽象的理論知識(shí)運(yùn)用到具體的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐中，讓學(xué)生對(duì)菌種的篩選過程獲得更為深刻和直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)工業(yè)微生物的重要性也形成更深層次的理解。同時(shí)，通過從傳統(tǒng)發(fā)酵食品中進(jìn)行工業(yè)微生物菌種選育案例的介紹，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到泡菜、酸菜、臘腸、腐乳、豆豉等我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵食品是富含珍貴微生物資源的寶庫(kù)，有助于激發(fā)學(xué)生弘揚(yáng)我國(guó)傳統(tǒng)食品文化的使命感和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)，增加學(xué)生的文化自信。此外，通過將科研項(xiàng)目成果融入到教學(xué)中，還有助于建立學(xué)生的科研意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。

2.3 構(gòu)建產(chǎn)教融合的教學(xué)新模式，形成良性創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍

“發(fā)酵工程”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用型課程，學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅有利于加深對(duì)理論知識(shí)的理解，更關(guān)系到人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在長(zhǎng)期的實(shí)踐教學(xué)中，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的確立，針對(duì)當(dāng)今“發(fā)酵工程”課程體系存在的問題，積極探索“產(chǎn)學(xué)研用”一體化培養(yǎng)相結(jié)合的應(yīng)用型人才培養(yǎng)新模式，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一方面，以教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目為載體，建立教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生參與到科研項(xiàng)目尤其是與企業(yè)合作開發(fā)的橫向科研項(xiàng)目或課題的研發(fā)中，使學(xué)生的科研技能得到系統(tǒng)訓(xùn)練，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加“互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”大賽、“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽、“希望杯”科技創(chuàng)新大賽等各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，使學(xué)生在競(jìng)賽中熟悉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)以賽促教、以賽促學(xué)，通過以賽促教、以賽促學(xué)的方式強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為學(xué)生雙創(chuàng)實(shí)踐成果落地及未來創(chuàng)業(yè)就業(yè)打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

此外，依托高校食品學(xué)院、食品科學(xué)與資源挖掘全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)際食品創(chuàng)新研究院和眾多成果轉(zhuǎn)化企業(yè)作為教學(xué)平臺(tái)、科研訓(xùn)練平臺(tái)、實(shí)踐研究平臺(tái)和工業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，構(gòu)建具有發(fā)酵工程特色的產(chǎn)教融合教學(xué)體系。通過實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)、工程能力培訓(xùn)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)3個(gè)體系構(gòu)成的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革和完善，夯實(shí)學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能掌握的基礎(chǔ)上，確保理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。通過組織學(xué)生去成果轉(zhuǎn)化企業(yè)參觀實(shí)習(xí)，讓學(xué)生零距離接觸先進(jìn)的發(fā)酵工業(yè)智能制造的車間，開拓智能制造的思路和眼界，進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神、綜合能力、工程實(shí)踐能力、科研能力和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3 改變課程考評(píng)機(jī)制，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)“發(fā)酵工程”課程考評(píng)是平時(shí)作業(yè)成績(jī)（30%）+期末考試成績(jī)（70%），無法全方位考察學(xué)生課程知識(shí)掌握及應(yīng)用的情況，難以全面反映學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與思維，因此不適用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下的教學(xué)模式。基于此，在傳統(tǒng)考核方式基礎(chǔ)上提出期末考試成績(jī)（50%）+開放性評(píng)價(jià)（50%）的創(chuàng)新考評(píng)方法。其中：期末考試成績(jī)（50%）用于考察學(xué)生對(duì)發(fā)酵工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度；開放性評(píng)價(jià)（50%）是一種多方式、多維度的過程性考核評(píng)價(jià)方式，可將出勤率、平時(shí)課外作業(yè)、實(shí)踐調(diào)查報(bào)告、課堂表現(xiàn)、“挑戰(zhàn)者”杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的參與度以及學(xué)生發(fā)表論文、申請(qǐng)專利等內(nèi)容列入考評(píng)體系，用于考察學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)。重點(diǎn)評(píng)價(jià)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力與思維進(jìn)行全方位檢驗(yàn)。

4 結(jié)語

發(fā)酵工程是生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要支撐，做好“發(fā)酵工程”課程的建設(shè)，是生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下“發(fā)酵工程”課程教學(xué)改革與實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法和完善評(píng)價(jià)體系等方面的改革，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)思維，為我國(guó)生物工程領(lǐng)域高質(zhì)量人才培養(yǎng)提供重要的教學(xué)模式。同時(shí)，也為其他工科專業(yè)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐提供借鑒和參考。