建設啤酒生產實訓課程，提高理科高校本科生綜合實踐能力

梅艷珍+魏華+戴亦軍+戴傳超+袁生

[摘 要]啤酒生產實訓課程可提高理科高校生物技術專業本科生的綜合實踐能力。模擬工廠化的啤酒生產實訓教學內容由“實訓場地設備衛生、安全、設備簡介”“啤酒生產工藝”“啤酒主發酵及參數監測”三個模塊組成。教學內容的設計原則是：強化生產實訓的安全教育;建立小型實驗與工廠化實訓的聯系與區別，加強單元操作間的銜接，保證實訓的系統性和連貫性;重視學生實踐能力、崗位責任意識和團隊協作能力的培養;加強啤酒生產實訓課程與微生物學、微生物學實驗、發酵工程、分析化學等課程的相互聯系;建立多樣化考核體系，包括專業基礎知識評價、操作過程評價、團隊協作能力評價等。課程實訓效果調查和分析表明本課程的實施可有效地培養理科高校生物技術專業人才的實踐能力，提高綜合素質、責任意識和團隊合作意識。

[關鍵詞]理科高校;啤酒生產實訓;教學體系;綜合實踐能力;考核體系

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）11-0136-04

一、引言

根據教育部《生物技術專業本科教學質量國家標準》的定義，生物技術是生物學領域一個新興的、綜合性的本科專業，是以理為主，以工為輔，理工復合型專業，培養應用型人才，同時在本標準中，強調了生物技術專業的實踐性特點。[1]生物技術是一門承上啟下的專業，上接生物科學、下連生物工程，是將基礎理論成果轉化為具有應用價值的技術和產品的樞紐和橋梁。教育部在《生物技術專業規范》中指出，生物技術專業教育的發展與生物技術產業的發展密不可分，人才培養目標與規格具有突出的實踐性特點，在該課程體系的設置中，將生產實踐列為綜合實踐教育課程的首要內容。[2]當前，大多數理科高校的生物技術專業是從生物科學理科專業演變而來的，在教學上沿襲了生物科學專業的教學體系和教學思路，使得理科高校開設的生物技術專業存在重理論、輕實踐的特點，培養出來的學生存在三方面的不足：（1）相關學科知識的拓展和運用不足，學生理論聯系實踐的能力欠缺;（2）理科高校的學生普遍缺乏項目化的組織能力和合作能力，因為學生實驗大多數是個體操作實驗，如微生物學、生化等實驗均是個體獨立操作的實驗，學生的崗位意識和團隊合作意識淡薄;（3）傳統的單元實驗操作相對簡單，涉及的危害因素較少或危害面較小，導致在實際生產中，學生安全生產意識淡薄。從而理科高校生物技術專業培養出來的學生與工業化生產對實踐人才的需求還存在一定的差距。[3] [4] [5]此外，由于理科高校生物技術專業學生生產實踐經驗欠缺，大多數生產企業不愿意提供給學生親自上崗實踐的機會，學生到企業的學習主要是以“見習”或“參觀”的方式開展，這種方式不利于學生綜合實踐能力的培養?！镀【粕a實訓課程》是針對理科高校生物技術專業本科人才培養存在實踐性不足這一特點開設的一門新課，涉及微生物學、生物化學、發酵工程與設備的一門交叉學科，它既與生物學、工程學密切相關，又涉及自動控制等理論。筆者之所以選擇啤酒作為實訓的典型代表，是因為啤酒的生產工藝涵蓋了大部分生物制品生產的基本要素，使學生能夠觸類旁通，培養與本校人才定位相吻合的精英人才。本校微生物學教學團隊經過多年的努力，建立了完善的微生物學模塊化實驗教學體系[7] [8] [9]，本實訓課程亦是微生物學實驗教學改革的延伸與拓展，是使理論研究成果走向產業化的一個重要實踐環節。該課程由傳統的“單元實驗”課程轉變為工廠化模擬的“實訓”課程，可有效克服理科高校學生重理論、輕實踐的問題。

二、啤酒生產實訓課程教學內容的構建

（一）教學對象、教學目標、教學隊伍

《啤酒生產實訓課程》是生物技術專業的專業主干課，總學分54課時，共3學分。課程安排在第三學年的第二學期（大三下學期）。學生已修完微生物學、微生物學實驗、生物化學和發酵工程等基礎課程，掌握了微生物發酵產品生產所需的基礎理論知識和基本實驗操作技能。該課程的教學形式為：講授與實踐相結合，其教學目標在于：（1）加強學生對微生物學知識的拓展和運用，提升學生將理論知識應用于生產實踐的能力;（2）培養學生的崗位意識和團隊合作意識;（3）強化安全生產教育。每批實訓班人數為15人左右，每個工段安排1-2個責任人，每學期可容納60-80人，每個學生跟蹤實訓全程。教學隊伍由5名教師和4名二年級生物技術專業碩士研究生組成。研究生的主要職責是協調實驗準備教師開展準備實訓工作和擔任指導教師的教學助手。

（二）教學設備

啤酒實訓共配備一臺粉碎機（用于麥芽粉碎）、1只200L糖化鍋（用于麥芽糖化）、1只200L糊化鍋（用于原料糊化）、1只200L過濾槽（用于麥汁過濾）、1個200L煮沸鍋（用于麥汁滅菌）、1只200L回旋沉淀槽（用于去除麥汁中的沉淀）、4個200L錐形發酵罐（用于啤酒前發酵和后發酵）及制冷機（制備冷卻水）、蒸汽發生器（制備蒸汽，用于滅菌或消毒）、消毒車（雙氧水或氫氧化鈉）等。實訓用原料麥芽和啤酒花購自青島啤酒股份有限公司，啤酒酵母購自安琪酵母股份有限公司。

（三）教學內容

1.強化生產實踐的安全教育

啤酒生產實訓工藝過程如圖1所示，分別為：①啤酒從原料到產品的生產線，②高溫蒸汽設備線路，③消毒設備線路，④制冷設備線路，⑤動力柜控制線路。此課程涉及粉碎機的使用，高溫蒸汽、高壓氧氣和二氧化碳鋼瓶、雙氧水和較濃氫氧化鈉等消毒試劑的大量使用等，因而安全生產顯得尤為重要，而在微生物學實驗教學中，學生僅在涉及酒精燈、染色時用到二甲苯等易燃、有毒物品。本實訓課程模擬工業化啤酒生產過程，使用高溫蒸汽進行麥芽的糖化、麥汁的煮沸，學生對高溫蒸汽控制不當，可能導致麥汁溢出或人員燙傷;回旋沉淀槽、種子罐、發酵罐及它們之間的連接管道，采用高溫水、3%-5%的氫氧化鈉或3%的雙氧水進行消毒或滅菌。氫氧化鈉和雙氧水具有一定的強腐蝕性或氧化性，操作時需認真檢查各個線路連接是否到位，管道及接口的連接是否有泄漏等。制冷機在工作時注意防銹、防堵等。使用氧氣罐時注意防明火。因此，啤酒生產實訓必須首選對學生進行安全生產教育，要求學生熟練掌握設備工作原理及使用規范，確保實訓過程中的人身安全和設備安全，促使學生從“不傷害自己，不傷害他人，不被他人傷害”做起，養成安全文明生產的良好習慣。在正式生產前，以水試車使學生理解各設備的原理及安全注意事項，便于學生在正式進入生產后能有效地將基礎理論知識應用于實踐，達到“工欲善其事，必先利其器”的目的。安全生產教育的另一個重要方面是產品質量安全，本實訓課程要求學生依據國家標準進行原料檢查及產品質量檢測，防止使用發霉原料或不合格原料，規范實訓操作以避免染菌，嚴格控制各類參數，以防因原料不合格、操作不規范或參數控制不穩定而導致產品不合格的問題?？傊?，安全生產教育對培養學生的科研素養和科研規范具有重要作用。

2.教學內容安排

啤酒生產實訓教學體系分為三個部分：第一部分，“實訓場地設備衛生、安全、設備簡介”;第二部分，“啤酒生產工藝”;第三部分，“啤酒主發酵及參數監測”。各部分又分設3個、6個、8個項目，共計17個項目。與不連續的周次單元實驗相比，啤酒生產一旦開車運行，需連續生產約1個月。

第一部分和第二部分教學內容如表1所示。此部分內容的教學目標是：培養學生基本實驗操作能力，綜合拓展能力和應用實踐能力，團隊合作、交流、組織協調能力等。此部分內容需要連續3-4天，教師學生全天在崗，從早七點半到晚八點半左右，主要涉及啤酒生產設備及各部件的連接，發酵設備的滅菌與消毒，啤酒生產的基礎理論知識和原料的準備，麥芽的粉碎、糖化，麥汁的過濾、煮沸和冷卻，釀酒酵母種子的培養和進罐。所有過程由學生親自操作，突出體現以學生為主體的特點，反哺了學生的基礎理論知識，加強了學生對微生物學知識的拓展和運用，培養了學生將理論應用于實踐的能力。如：在微生物學實驗中，沒有涉及酵母兼性厭氧發酵、高壓蒸汽原位滅菌、發酵罐原位消毒及大型制冷設備的使用;在傳統的發酵單元實驗中，也很少涉及從原材料到產品、從設備檢查到工藝過程控制的理論技術及方法。啤酒生產實訓課程模擬工廠化生產，很好地彌補了這一缺陷，使學生在典型性案例實踐中充分認識到發酵產業化過程中的共性與個性問題，具備初步解決生物技術產業化過程中關鍵問題的能力，有效地培養了學生的綜合拓展能力和應用實踐能力。此外還培養了學生團隊合作、交流、組織協調能力。筆者認為，團隊合作、交流和組織協調能力是學生將來走向社會相當重要的內在素質。理科高校大多數實驗課都是學生獨立操作能力的訓練，但是對于一項工作或一個產品而言，遠非一兩個人所能完成，多數情況下需要多人團結協作，通過合作、溝通，營造團結協作的良好氛圍來共同完成。本部分內容很好地體現了這一點。

第三部分：啤酒主發酵及參數監測設置了8個小項目，如表1所示。此部分內容進一步強化了學生的實驗操作能力、綜合拓展能力和應用實踐能力。進罐后的前發酵和后發酵需每天安排學生進行數據監測與控制，包括溫度控制、壓力控制、糖度控制，產品質量檢測與控制等。學生在實訓中，充分體會到一個合格產品的生產，其檢測指標和控制手段是多維的。通過對主發酵參數的控制，學生可掌握發酵過程中一些指標的分析操作技能，加深了微生物學知識的拓展和應用，如：釀酒酵母兼性厭氧發酵機理及封罐時機的選擇。同時在質量評價中，采用了微生物學、化學、物理學等多學科理論和方法，如：酵母質量檢查采用了微生物學實驗的方法;雙乙酰的測定采用了蒸餾法和分光光度法，屬于分析化學的方法;酒精度的測定采用了密度法，屬于物理學方法。這些方法進一步加強了學生對所學理論知識的拓展和應用，提高了學生的綜合實踐能力和應用能力。

3.重視學生實踐能力、崗位責任意識和團隊協作能力的培養

本課程每一批次（約15人）即為一個團隊合作小組，在指導教師的系統引導下，每個小組明確自己的人員構成、實訓目的與內容、團隊合作的必要性等問題。本實訓課程持續的時間長，特別是前3-4天，工作量大，任務集中，有些操作需要同時控制，如：進罐時需要同時準備好種子液、控制好冷卻設備、麥芽汁進罐等操作。針對本實訓課程，教師講授、學生跟蹤實訓全過程，此外，為強化學生的實踐能力、崗位意識和責任意識，在教學內容上還做了以下安排：（1）實行學生值班制，安排學生定時觀察設備運行是否正常，每天檢測糖度，觀察和記錄壓力、溫度等各種發酵參數的變化。記錄實施簽名制，指導教師檢查學生記錄情況并將其作為成績評定的依據之一，平均每位學生約值班兩天。（2）設置崗位制度，對于時間長、較復雜的工段設置兩位負責人，分主任和工段長，對于較容易控制的工段僅設置一位工段負責人。需要說明的是，由于學校使用的動力與蒸汽系統與工廠差別較大，通常采用的是電蒸汽發生器，而工廠實際用的是鍋爐或外購蒸汽，且動力與蒸汽的工廠實際操作專業性強（有專門的專業），對生物專業的學生我們未將其設置為主要崗位。啤酒生產實訓崗位名稱與責任如表2所示，以此實現提高理科高校學生實踐能力、崗位意識和團隊協作能力的目的。（3）實施產品評價，每個合作團隊展示自己的成果，包括團隊合作過程的實訓記錄和產品。研究實踐表明，實訓的團隊工作方法比傳統教學模式更能鍛煉學生的合作、協調、主動學習的能力。通過實訓，學生體會到了崗位責任意識、團隊協作工作理念，調動了學生學的習積極性。

4.加強啤酒生產實訓課程與微生物學、微生物學實驗、發酵工程、分析化學等課程的融會貫通

本課程教學體系注重生產實踐與相關理論知識的融會貫通，充分體現學科交叉的重要性，要求學生具備較扎實的微生物學和微生物學實驗、發酵工程、分析化學等相關課程的基礎理論知識。如：酵母積累乙醇代謝途徑、雙乙酰還原、釀酒酵母的搖瓶培養到種子罐培養等用到了微生物學及實驗的相關知識。培養基的配制在微生物學實驗中，采用的是從市面上購買的瓶裝試劑，如酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等，而本實訓采用的主要原料是非主糧作物麥芽（大麥經發芽烘干后），糖化是利用麥芽中所含的酶，α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、麥芽糖酶等將麥芽原料中的不溶性高分子物質，逐步分解為可溶性低分子物質的過程，加強學生對生化基礎知識酶的理解。本實訓應用了液體深層發酵，而在微生物學實驗課中，通常只用到100mL的三角瓶和接種針接種，學生無法建立工業生產規模的發酵概念。發酵工程課程講到種子擴大培養，但不開設實驗，本課程的實踐讓學生切身體會到了生產發酵過程。發酵罐的設計原理，麥芽汁的過濾、旋沉原理等，體現了發酵工程、生化工程下游技術等應用基礎理論在本課程中的運用，具有典型的工程應用特色。還對原料及過程的生產成本進行核算，而在其他課程中，缺少成本核算這一環節。如，麥芽在粉碎時需調節合適的輥間距，以使麥芽表皮達到“破而不碎”的要求，以利于麥芽汁的過濾，過濾介質為麥芽表皮，節省了生產成本。產品質量控制采用了微生物學實驗、分析化學、儀器分析等分析檢測手段，體現了化學與生物學兩者的緊密聯系，促進了學科交叉。通過啤酒生產實踐使學生達到理論與實踐相結合，基礎知識與應用的融會貫通，從而培養了學生的綜合實踐能力。

三、建立與啤酒生產實訓教學體系相對應的多樣化考核體系

啤酒生產實訓課程是團隊合作課程，考核的目的在于培養學生的知識應用能力、實踐能力和團隊合作能力，注重實訓過程考核，即學生在生產實踐中的表現?？己隧椖亢蛢热葜饕譃閷I理論知識評價（20分）、操作過程評價（40分）、實訓報告（20分）、團隊協作能力評價（20分），評價方法參見表3。專業知識部分主要包含啤酒基礎知識、啤酒工藝原理、設備構造及運行原理等基礎理論知識。操作過程評價含原料處理、麥汁制備、發酵設備操作、啤酒品評及實訓報告等，以及學生操作評價和數據結果評價。團隊協作能力評價主要針對工作態度和團隊協作精神。本考核體系的目的與教學體系目標一致，突出體現學生的科研素養和科研規范，基本實驗操作能力，綜合拓展能力和應用實踐能力，團隊合作、交流、組織協調能力等，從而培養與本校人才定位相應的應用實踐型的精英人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 教育部高等學校生物技術、生物工程類專業教學指導委員會.生物技術專業本科教學質量國家標準（征求意見稿）[J].高校生物學教學研究（電子版），2014（4）：3-7.

[2] 教育部高等學校生物科學與工程教學指導委員會.生物技術專業規范[J].高校生物學教學研究（電子版），2012（1）：3-10.

[3] 安登第，曾獻春，張瑞，等.發酵工程課程的立體化教學探索與實踐[J].微生物學通報，2014（7）：1443-1447.

[4] 賈彩鳳，常忠義，葉希韻，等.發酵工程實驗的改革與實踐[J].微生物學通報，2009（3）：453-457.

[5] 許波，唐湘華，王重力，等.深化發酵工程實驗教學改革適應基礎教育新課改[J].微生物學通報，2009（5）：758-761.

[6] 何偉，徐旭士.微生物模塊化實驗教程[M].北京：高等教育出版社，2014：1-117.

[7] 袁生，徐旭士，戴傳超，等.微生物學實驗課程的改革與實踐[J].高等理科教育，2012（2）：138-140.

[8] 戴亦軍，何偉，袁生，等.模塊化微生物學實驗課教學體系的探索與實踐[J].微生物學通報，2015（9）：1809-1816.

[9] 戴亦軍，何偉，袁生，等.水質微生物學檢驗實驗模塊的教學探索與實踐[J].微生物學通報，2016（1）：211-216

[責任編輯：羅 艷]