發酵工程原理課程教學探索與思考

摘" 要：發酵工程原理課程是生物工程、發酵工程和釀酒工程等專業的核心課程，為提高該課程教學質量和提升生物制造領域儲備人才的綜合能力，采取多元策略（包括打造“輸出型”課堂、交互式反饋、思政元素與知識點有機融合、加強課程過程考核評價）激發學生學習熱情，提高學生參與度，夯實學生理論基礎，以及啟發學生樹立崇高理想。調查問卷和考試測評結果表明，該教學改革措施受到多數學生認可，整學期無學生缺勤，課堂參與度高，全員通過考核，其中69.45%的學生在期末測試中取得優良成績，但教學方法仍需要不斷地調整和優化。

關鍵詞：發酵工程；教學改革；學生；能力培養；思政元素

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2024）25-0119-05

Abstract： Principles of Fermentation Engineering is a core course of some majors such as Bioengineering， Fermentation Engineering and Brewing Engineering. In order to enhance teaching quality of this course and comprehensive abilities of reserve talents in the field of biomanufacturing， multiple strategies including an \"output\" classroom， interactive feedback， the integration of ideological and political elements and knowledge points， and enhancement of course process assessment are utilized to stimulate students' learning enthusiasm， increase their participation， consolidate their theoretical foundation， and inspire them to have bigdreams. The results of questionnaire and final examination indicated that the teaching reform measures were accepted by most students. No students were absent throughout the semester， and the majority of students were actively involved in classroom activities. All students passed the exam， 69.45% of the students achieved excellent grades in the final exams. However， teaching methods still need to be constantly adjusted and optimized.

Keywords： fermentation engineering; teaching reform; student; ability development; ideological and political elements

制造業是立國之本、興國之器、強國之基。打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。面對當今新一輪科技革命和產業變革，培養適應國家工業化發展的高素質復合型工程科技人才，是高等教育的重要使命和挑戰[1]。

發酵工業產品豐富，涉及到人類生活生產的多個方面，如食品、醫藥、農藥、能源和環境保護等。發酵工程是實現生物制造的關鍵技術，代表先進制造和綠色制造的重要發展方向。發酵工程原理是培養生物制造領域人才的重要基礎理論課程，是生物工程、生物制藥、發酵工程和釀酒工程等專業的核心課程。發酵工程原理是以發酵產品典型生產過程為主軸，以菌種選育制備和過程優化放大為重點，在分子、細胞和發酵罐三個層次上，以高強度、高轉化率、低污染和低成本為目標，系統講授發酵工程原理與技術及應用[2]。

目前，國內大學生存在“躺平”和“擺爛”的消極狀態，以及豐富網絡資訊的誘惑，課堂上學生旁若無人地玩手機現象比比皆是，尤其是基礎理論課程的課堂，這當然也與理論課程的難度、教師的教學方式有關。發酵工程原理課程目前存在教學資源有限、實驗成本較高、授課課時縮減（目前32學時）、全程依賴教師課堂講授、學生參與度低、學生聽課不認真和與生產實踐結合不緊密等問題。針對課程、課堂現狀和新時代對高素質工程人才的要求，課程團隊奉行“以學生為中心，以產出為導向，持續改進”的教育理念[3]，以激發學生的學習熱情和主觀能動性、提升學生的綜合素質以及啟發學生樹立遠大理想為教學宗旨，積極改進教學方法，以改善課程質量。我們精心設計“學生為主體、教師為主導”的課堂；采用交互式反饋，促進學生對知識的理解和吸收；融入思政教育，引導學生塑造正確的價值觀、人生觀和世界觀，志存高遠；加強課程過程考核評價，實現從注重“考試結果”向注重“學習過程”的有效轉變，也為強化學生基礎知識理論。本文圍繞發酵工程原理課程上所實施的教學方法和實踐結果進行闡述和反思，以期為相關專業課程教學改革提供參考。

一" 教改基本理念與實施要點

（一）" “輸入型”轉變為“產出型”

基礎理論課程的教授大多仍采用教師滿堂講解，學生聽講的方式。這種教學模式下，因為理論知識的枯燥和難度，加之互動的缺乏，學生易出現注意力不集中、畏難、逃避甚至厭學等問題。《荀子·儒效》記載道：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。學至于行而止矣。”因而課程團隊以“產出”為導向，精心設計以學生為主體，教師為主導的高效課堂。在我們實施的教與學過程中，分為四個主要環節，依次為：①教師運用多媒體講授理論知識；②布置作業；③學生按要求完成作業和展示成果；④師生一起點評、交流和總結，以達到夯實學生基礎理論知識和提升學生綜合能力的目標。以“工業微生物菌種選育、制備和保藏”一章為例。若單純由教師系統講授工業生產中常用微生物，介紹菌種選育和保藏技術，這樣的課堂不僅枯燥乏味，而且教學目標難以實現。故在此部分教學中，有如下改進。首先，由教師圖文結合介紹常用微生物的種類、生長特性和應用，選用短視頻可視化介紹常規和新興的育種和保藏技術；其次，將學生隨機分組，各小組分別完成不同要求下的菌種選育和菌種保藏；最后，各小組展示成果，接受其他組別和老師的提問和評價。這種基于學習任務驅動型的生生互動和師生互動的教學方式可以讓學生在與他人合作、計劃制定、資源整合、成果展示和反饋的過程中鞏固知識、拓展知識、開闊思維、技能補缺，并且通過獲得學習成果激發學習的內部動機，讓學生體驗到收獲知識與解決問題的成就感。學生的學習興趣、課堂參與度和學習效果均顯著提升。此外，隨機分組的小組活動可以切實培養學生的溝通能力和團隊協作能力。

（二）nbsp; 交互式反饋創造課堂活力

低效的溝通是“對話、共享”，實質是信息的交流；高效的溝通是碰撞、啟迪和創造，實質是智慧共生。長久以來，學生的學習大多為“先教后學”的方式，并且在常規的課堂教學過程中，通常是教師就某個知識點提問，學生回答，而后教師反饋。這種溝通相對低效，學生整體參與度不高[4]。為進一步激發課堂活力和提高教學質量，我們安排學生通過慕課（MOOC）或網易公開課平臺提前學習課程內容和了解相關知識的外延；再將知識重點和難點以問題的形式呈現在學生面前，先讓學生根據自己的認知回答問題，再由教師由淺及深講解剖析，讓學生在此過程中逐步理解和掌握知識；以及創造性地設計學習競賽活動——“小組交叉問答，老師點評反饋”，使學生在思考與質疑中鞏固知識要點，同時訓練邏輯能力和語言表達能力；此外，通過引入案例分析，聯結理論與實際，強化對重點、難點內容的理解，同時通過師生共同復盤案例以加強學生的全盤考慮問題的能力。以“發酵過程原理”一章為例，針對發酵過程的影響因素如種子質量、培養基組成、滅菌和培養條件，我們設計了由教師主持，以小組為單位，小組之間交叉提問，組間競爭得分，當兩組一問一答時，其余組別可補充回答，回答有理有據可額外加分。此設計顯著提高了學生的課堂參與度，在好勝心的驅使下，學生們積極參與發問、思考、尋求答案并提出個人見解。

“多問”伴隨著“多學”，教師應當點燃學生的思維火把，而不是讓學生的思維火花沉寂。一方面，教師要善于利用問題幫助學生拓寬思維，最大限度地產出成果；另一方面，教師可以讓學生參與問題設計，或者鼓勵學生在學習過程中提出問題[5]。

（三）" 課程思政與知識傳授有機融合

2020年教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》（教高〔2020〕3號）指出，全面推進課程思政建設，就是要寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，這是人才培養的應有之義，更是必備內容。為實現全方位育人和提高高校人才培養質量，在授課過程中，我們將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，并注重思政元素的精準性和時效性，增強認同感和吸引力，盡可能做到潤物細無聲[6]。在教學設計中主要通過以下三條課程思政元素，貫穿整個課程教學。

1" 增強民族自信，激發科技報國的家國情懷

當代青年是同新時代共同前進的一代，正處于實現中華民族偉大復興的關鍵時代。為培養有信念、有紀律、有品行和有作為的新青年，精選與教學內容有關的典型案例，巧妙地將德育元素與授課內容相結合。例如，在講授發酵工程技術應用時，引入典型事跡——“中國農業科學院飼料研究所與北京首鋼朗澤新能源科技有限公司聯合實現全球首次從一氧化碳到蛋白質的一步生物合成，突破了制備乙醇梭菌蛋白的核心關鍵技術，能在僅僅22秒內實現蛋白質的合成，蛋白質獲得率高達85%，居世界最高，且達到了年產萬噸級的工業生產能力。”這一突破有助于降低我國在飼用蛋白原料上的對外貿易依存度，也能降低工業尾氣的排放量。通過分享諸如此類的實際案例讓學生知曉中國在科技領域的成就和貢獻，增強學生的民族自信，激發學生科技強國、科技報國的情懷。另外，設置學生參與環節，讓學生講解我國傳統發酵食品如白酒、黃酒、泡菜、腐乳等生產工藝，使學生詳盡了解中國傳統食品的工藝，增強文化認同，文化自信，實現文化傳承。

2" 培養科學求索和創新精神

創新是21世紀工作中不可或缺的能力。培養更具創新能力的人才是一個國家的重要戰略，因為創新驅動社會進步并能讓一個國家在日益激烈的全球競爭時代占據領先地位[7]。為提高工科學生的創新能力，課程內容保持與時俱進，在課堂教學中，引入領域相關的前沿資訊包括最新的研究和應用成果與相應知識點有機融合，并和學生分析、討論科學家的研究思路、方法和實踐成果，鼓勵學生大膽創新。例如，在講授微生物菌種選育時，從傳統育種循序漸進到現代生物技術如利用基因工程改造甚至設計新菌種，引入最新研究成果——“科學家使用高度工程化的酵母首次從頭合成抗癌藥物長春堿和長春新堿”。在講授發酵過程控制時，引導學生除了從發酵基本原理優化工藝之外，同時鼓勵他們從學科交叉如大數據、人工智能角度來創新。為進一步培養學生的科學探索和創新精神，教師鼓勵學生在課后進一步查閱文獻、深入思考、展開討論以及撰寫課程論文。

3" 根植工程、經濟、安全和環保意識

隨著第四次工業革命的發展和全球變暖帶來的“雙碳”挑戰，現代工業面臨著智能制造和綠色制造的轉型升級。為培養經濟社會發展亟需的工程科技人才，課程講授過程中著力培養學生的工程、經濟、安全和環保意識。通過課程中發酵方式、發酵轉化過程動力學與數學建模、發酵過程控制和發酵工藝優化內容進行詳細講解，從原料的選擇、配制，工藝條件的優化與控制等環節對如何降低生產成本，降低能耗、減少排放，提高生產效率，避免生物安全等問題進行全面分析，將工程、經濟、安全和環保理念根植于學生頭腦中。此外，為了讓學生了解行業動態和發展趨勢，課堂教學中插入頭部企業貴州茅臺集團最新發展戰略“數字賦能、綠色發展”，結合相關知識點，激勵學生打好基本功、鍛煉能力，成為符合企業發展需要的復合型工程科技人才。

（四）" 加大課程過程考核評價

為鼓勵學生積極參與課程學習，變被動學習為自主學習，充分激發學生的主觀能動性，也為實現從注重“考試結果”向注重“學習過程”的有效轉變，從注重“學習成績”向注重“學習成效”的有效轉變，我們調整了該課程考核評價方案，實現考核評價方式的多元化和多維度，并將考核評價嵌入到教學的全過程中，全面、合理地對學生學習效果進行評估。首先，將課程成績評定中平時考核成績和期末考試成績占課程總成績比例由原來的30%和70%調整為50%和50%。其次，為注重學生能力培養，取消“出勤率”作為平時成績考核項，平時成績考核由課堂表現（包括課堂討論、課堂提問和回答問題）、課后作業、小組任務和階段性測驗四項組成，各項占平時成績的比例分別為20%、30%、25%和25%；為建立更客觀、更科學的考核機制，教師不再作為唯一的評價主體，改為教師評價與學生互評結合。最后，為督促學生踏實學習和鞏固學習成效，規定凡期末考試成績低于50分者，期末考試成績不計入總評成績，課程考核不達標。

二" 教學效果評價

（一）" 學生的學習積極性和主動性

在此教學模式下，該課程學生出勤率整學期一直保持在100%。課堂上，學生參與度高，積極思考，主動表達觀點和闡述個人見解，體現出較高的積極性和主動性。小組討論活躍，小組競爭激烈，課堂充滿活力，學習氛圍濃郁。通過這些措施，學生成為課堂核心，深度參與到教學全過程，我們實現了課堂生命活力與教學質量的雙提升。

（二）" 學生滿意度

課程結束后對學生展開了教學滿意度調查。學生主要依據授課方式喜歡度、學習的主動性、知識掌握情況、能力培養和學習成就感等多方面綜合評價對該課程教學模式的滿意程度。滿意度劃分四個等級：非常滿意、滿意、一般和不滿意，學生根據自身學習狀況和偏向性進行選擇。結果見表1，“非常滿意”和“滿意”占比分別是25.00%和52.78%，共占調查人數的77.78%。評價“一般”的占比是22.22%，評價“不滿意”為0。該結果表明，多數學生認可該教學模式。此外，調查問卷結果顯示86.11%的學生認為通過該課程的學習自身表達能力、溝通能力、分析和解決問題能力、協作能力得到較大的提升，并獲得學習成就感。

（三）" 考試測評

采用期末考試成績來評估學生知識掌握情況。期末考試滿分為100分。90～100分評為優秀，說明被測試者對該課程的知識點掌握良好，具備良好的分析問題和解決問題能力；80～89分為良好，說明被測試者對該課程的知識點掌握較好，全面分析問題能力存在欠缺；70～79分為中等，說明被測試者對該課程的大部分知識點已掌握，知識遷移能力存在不足；60～69分為及格，說明被測試者對該課程的部分知識點掌握欠缺；60分以下為不及格，說明被測試者對該課程的知識點大多未掌握。經對比分析教學改革前后兩級學生期末考試成績，分布情況如圖1所示，教學改革后學生成績優秀段、良好段、中等段和及格段分別是13.89%、55.56%、30.55%和0.00%，對比改革前的數據11.43%、45.71%、25.72%和17.14%，由此可知改良后的教學模式能顯著提升學生的知識掌握程度，使大部分學生成績分布在中等和良好區間段。也就是說，只有讓學生深度參與到教學過程，學生對課程知識才會有更深的理解，掌握得更好和更全面。

三" 教學反思

雖然大部分學生認可該課程的教學方式，但仍然有部分學生持保留態度。通過與學生交流以及學生反饋得知，少部分學生更習慣于傳統的灌輸型授課方式，也不習慣在公開場合表達自己想法；小部分學生還顧慮如果課程作業過多，會給他們帶來壓力，也會縮減他們的課余時間。由此可見，以教師為中心的本科教育到以學生為中心的本科教育轉變依然任重而道遠。首先，當務之急是引導和幫助大學生從中學到大學的學習模式的平穩過渡，轉變大學生學習理念，激發他們自主學習，并且鼓勵他們自由探索；其次，若全面實施以學生為中心的本科教育，專業課程體系設置要能保證大多數學生可以平衡好學習和業余時間，以支持學生積極參與每門課程的主動學習以及保證學生身心健康發展，而不至于疲累厭倦。

同時，通過學生階段性測試和期末考試答題情況分析，我們發現部分學生的短板，即對重點理論理解不透徹、知識整合能力不足和創新能力欠缺。為應對學生對重點、難點理論知識理解不到位的問題，在之后的教學中將做出如下改進：一方面，在講授重點和難點部分前先進行摸底，了解學生對此部分內容的先備知識，以便調整后續教學內容的深度和進度，在講述重點和難點時糅合深入分析、邏輯推理以及實例論證，盡可能將知識重點和難點講得清晰、易懂和引人入勝，并在講解過程中適當停頓和重復以引起學生注意、思考和理解。在課后針對重、難點部分增設相應的作業，加強學生對這部分內容的理解，也利于學生對內容掌握度進行客觀的自我評判。另一方面，為深化理論與實踐結合，對于與實踐緊密相關的課程知識點將采用虛擬仿真實驗教學，讓抽象的工藝環節具象化，讓學生了解得更全面和透徹，使學生對此的印象更深刻；此外，將在班級成立課程學習互助小組，并且設置在線答疑的渠道，減少因時空距離而讓學生的疑點擱淺，同時也讓內向的學生有適合自己交流的機會。為解決學生知識整合能力和創新能力不足的問題，我們將在后續教學設計中添加“項目式學習（Project-Based Learning）”，項目式學習開展流程如圖2所示。讓學生自由探索，頭腦風暴，深入探究和合力解決問題。學生在收集信息過程中拓寬知識，在認知加工過程中融會貫通、建構知識體系和提升信息整合能力，在和同伴協作交流過程中因碰撞和啟發以提高創新能力。

教學是一門精深的科學，具有豐富內涵，需要不斷探究、革新、創新和完善。美國著名現代教育家歐內斯特·博耶（Ernest L. Boyer）指出教學也是一種學術活動，因為教學同樣需要探索、分析、調整和創造，讓知識以一種更有效的方式傳播。他提倡教師應樹立教學學術理念，以學術的思維和方法看待和處理教學問題，不斷深化對教學規律的認識，不斷地提高教學水平。大學教師除了要具備本學科領域扎實的專業知識外，還要具備對教學內容的理解轉化和詮釋能力，以及教學方式的選擇和運用等教學能力[8]。因此，教師首先需要把握高教改革發展的正確方向，還要不斷研習先進的教育理論和心理學知識，精準把握學生的心理特征、認知能力、學習需求和學習困難，及時調整教學設計，爭取做到因時制宜、因材施教和因勢利導；其次，要對教學探索進行階段反思、總結和再實踐、再反思、再學習，與此同時向優秀同行交流、取經，增長教學智慧，以逐漸、持續地提升教學質量，使教學躍上一個新臺階，實現更高層次的教學，讓學生受益，也讓學生滿意。

四" 結束語

每個時代的學生不同，社會發展對人才的要求在變化，這就要求我們的教學方法和考核評價方法都需要不斷調整、革新和優化。在未來的教學中，我們將持續更新和完善課程內容，建設案例素材，豐富課前預習和課后拓展的學習資源；充分利用網絡教學平臺和智慧教室，探索基于BOPPPS設計+線上與線下融合的適合學生的有效教學模式；以及適當增加課程實踐活動，以充分調動學生的學習熱情、強化學生的主體性和積極性，最大程度地提升學生綜合能力。

參考文獻：

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[3] 張滿，喬為峰，王孫禺.引領工程教育創新發展，培養一流工程科技人才[J].高等工程教育研究，2019（2）：117-123.

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[7] BRITO C R， CIAMPI M M， FEIDGEN M， et al. Plenary： The challenges of education in engineering， computing and technology without exclusions： Innovation in the era of the industrial revolution 4.0. IEEE world conference on engineering education （EDUNINE），Bogota， Colombia，2020：1-3.

[8] 巨鵬.基于個人層面的高校青年教師教學學術能力提升路徑探索[J].中國地質教育，2023，32（1）：1-4.

基金項目：國家級一流工科專業釀酒工程專業建設經費（無編號）；貴州省科技計劃項目“副干酪乳桿菌發酵對刺梨多糖結構與降血糖作用的影響及其機制研究”（黔科合基礎-ZK[2022]一般086）

第一作者簡介：羅游（1992-），女，漢族，湖南益陽人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為食品發酵。