白酒酿造工程专业微生物生态学课程体系建设探索

赵亮 罗贞标 吴福勇 江璐 王相勇 王新叶

摘  要：微生物生态学是一门与人类活动紧密相关的学科，并在国内各生物类高校普遍开设该课程。因该门课涉及领域广、涵盖面宽，需要设计一套适应白酒酿造工程专业的微生物生态学课程体系。该文以白酒酿造专业培养目标为核心，基于实际生产需要掌握的微生物理论知识，设置该门课课程内容。此外，设计课后研修、汇报研讨、案例引导等与课程内容相匹配的教学方法，以及支撑课程目标的考核方式，旨在让学生在该门课的学习中，掌握与白酒生产相关的微生物生态理论知识体系，具备利用相关知识体系分析生产问题及提出解决方案的能力，并且能够在专业学习中得到正确价值观的提升。

关键词：生产实际问题；培养目标；教学方法；课程目标；考核方式

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）02-0066-06

Abstract： Microbial Ecology is a discipline in close association with human activities， and the course has been widely set up in biological major of domestic universities. It is need to design a set of curriculum system that is applicable to Chinese baijiu brewing engineering major， due to microbial ecology course covering a widely and broadly field. In this paper， we reformed the content of microbial ecology course based upon the talent training goal and microbial theories behind the practical production. We aimed to enable the students to grasp the theory system of microbial ecology， to analyze the production problem and propose the resolution scheme， and to build up the correct values and views on life during the learning of this course.

Keywords： practical problems of production; talent training goals; teaching methods; curricula objectives; examination methods

微生物生態学是研究微生物与周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学，由于微生物生态学与微生物学、生态学、发酵工艺学等多学科有密切的联系，所以越来越受到各领域的重视[1]。微生物生态学作为茅台学院白酒酿造工程专业的一门专业选修课，其教学内容需要根据专业背景需求，将微生物学、生物化学、白酒工艺学、分子生物学和生物统计学等学科知识有机融入。但是，目前现有的微生物生态学教材涵盖面宽、内容多样，无法适应白酒酿造专业教学要求。基于上述情况，需要探索并设计一套适合白酒酿造工程专业教学的微生物生态学课程体系，以及与此配套的教学方法。

一 课程体系设置及教学思路

（一）  课程教学目标

为更好地实施本门课教学育人过程，本门课共设定3个方面教学目标，分别是知识目标、能力目标、素养目标。

1  知识目标

主要围绕本门课概念、原理、知识性方面的内容来设定。使学生了解如下内容：①了解酿造的外部大环境，如水体、土壤、空气中微生物的分布、类型和基本变化规律，懂得白酒，特别是酱香型白酒酿造内环境随气候变化的特殊性；②熟悉某些嗜（耐）极端环境，如高热、低温、高酸、高盐和高碱中的微生物类型和生命适应机理，进而对酿造体系中一些嗜（耐）极端环境微生物的演变趋势有较为清晰地认识；③认识微生物之间相互作用的特性、机理、途径，理解白酒发酵体系中复杂的微生物群体间如何关联交织、功能互补。

2  能力目标

主要围绕本门课对学生以后成长成才、职业发展的功能和作用来设定。使学生具备如下能力：①独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解酿酒领域内科技文献和各类参考书，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构，且能够写出条理清晰的读书笔记或小结；②科学观察和思维的能力——运用微生物生态学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象和类比联想等方法培养学生发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性；③提出、分析并解决生产实际问题的能力——根据生产案例特征、性质及情况，抓住问题主要矛盾，进行合理地简化，并用微生物方面的语言和基本数学方法进行描述，运用所学的微生物研究方法、统计技术进行分析、研究[2]。

3  素养目标

通过微生物生态学的课程教学，应使学生获得以下情怀意识的提升：①从微生物生态学发展及微生物学家奋斗精神层面实现学生人生价值观的引领；②从微生物生态学内容层面树立学生正确的自然观和科学发展观；③从微生物生态学方法层面展示微生物学的科学之美、演绎人类文明，培养和发展学生的科学探索精神；④基于我国劳动人民千百年来总结传承的白酒酿造技艺，激发学生的工匠精神，激励学生的民族自信心和爱国主义情怀。

（二）  教学思路

本课程要以生产为导向，从实际生产中收集、整理工程问题案例。根据案例的理论支撑与教学内容的衔接性，将其安排在教学环节中。利用启发式教学法，充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的课堂参与度，将学生的主体地位落实到教学实践中[3]。每堂课结束后，要求学生围绕本堂课内容，查阅课外书籍，中国知网（CNKI）搜阅各类文献，并撰写读书笔记或小结，训练学生自主学习能力。此外，要求学生从本节课的知识内容中找到天然富含的思政元素，附在个人读书笔记或小结之后，使学生学习专业知识的同时，提升自己的思想政治修养。每章内容结束后，围绕本章知识体系，给出1～2个生产工程案例，要求学生针对案例提出、分析案例中存在的各类工程问题，并初步给出问题解决方案。学生以小组形式汇总每个成员的案例分析报告，并利用1～2个学时汇报本小组案例分析结果，老师针对汇报情况进行打分和评价，并在课堂展开讨论，以此提升学生对课程内容的理解应用能力。

二  课程内容设置

本门课根据白酒酿造工程专业领域范围和培养目标，基于池振明[4]主编的《现代微生物生态学》（第二版），陈声明等[5]主编的《微生物生态学导论》部分章节，融合生物化学、白酒工艺学、微生物学等课程衔接知识，引入生产实际问题，带入与课程内容有机融合的思政元素，形成本专业微生物生态学教学内容（表1）。

（一）  微生物生态学概念及研究领域

“绪论”章节，重点让学生清楚白酒发酵是在一个相对平衡的微生物生态系统中稳步推进的，期间存在多菌群相互协同、制约，并与其他环境因素相互影响的过程。因此，要从微生物群落，而不是单一微生物的角度理解白酒的发酵过程，只有掌握微生物生态的原理和过程機制，才能从微生物群落角度综合分析生产中的各类复杂工程问题。在对生态系统充分认识的基础上，思政方面引导学生理解社会也是一个生态系统，我们每个人及与我们相伴的各种环境都是社会这个生态系统的组成元素，我们不能只为自身发展过度开采、汲取社会资源，打破社会原有的稳态平衡。为了维持社会正常运作，必须坚守社会主义生态文明，树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念。在课后研修阶段，要求学生查阅与微生物生态系统功能相关的文献资料，加强对微生物生态系统的认识及其生态平衡的理解。

（二）  微生物生态学的研究方法

本章主要讲授的内容如下：①微生物生态学研究的传统方法和基于分子生物学的前沿技术，比较传统方法与前沿技术间的区别、优缺点和适用的研究对象，使学生了解当面对生产上各类复杂工程问题时，需要根据具体情况和条件，选用适合的研究方法和手段，高效地分析、解决问题。②衡量微生物群落多样性水平的关键指数，理解指数含义及意义，使学生学会利用各类多样性指数分析、预测微生物的演替过程和趋势，有效把握微生物生态的发生进程。③以各种数理统计方法和应用实例，来培养学生利用数理统计相关软件来分析、解释生产数据的能力。此外，通过各种技术方法的讲解，引导学生在平时的实验工作中，要对现象细心观察、反复实验、反复求证，最终得到能够解释现象的科学根据。从中培养透过现象认识本质，去伪存真，坚持真理的科学态度。在课后研修阶段，查阅科技文献，了解课堂中讲述的技术方法和各类指数如何在研究中使用并解释相应的科学问题。同时，让学生基于发放的案例数据，利用统计软件对其反复练习，学会软件中相应的分析方法。

（三）  水体、土壤、空气中的微生物类型及分布规律

本章基于参考教材，融合围绕酿酒环境的河流、空气、土壤方面的研究资料形成本章内容。使学生了解水体、土壤、空气三大自然体系中微生物的类型和分布趋势，认识各类环境中微生物的类群特征、营养要求、生命特质，为学生将来充分认识酿造环境中微生物来源分布和类群特征提供理论线索。思政方面，引导学生基于对各类环境微生物特性的了解，学会利用各类微生物资源服务社会的同时，也要有卫生和安全意识，避免有害微生物对我们人类自身造成伤害。课后研修阶段，要求学生搜集和三大自然环境微生物分布研究有关的文献资料，比较三大自然环境中微生物分布的异同，使之充分理解三大自然环境类群分布规律。

（四）  极端自然环境中的微生物

白酒酿造的内源环境实际上是一个较为极端的环境，能够在如此高温（如酱香型白酒堆积发酵过程）、高醇、高酸的环境中生存的微生物均具备一定的耐极端特性。为了让学生充分认识这些耐极端微生物的类型、生命机理，同时扩充对其他嗜（耐）极端环境微生物（如高碱、高盐、低营养等）的认识，设置本章内容。此外，极端微生物可以说是微生物这个大集体中比较特殊的一大类群，它们具备在一般生命可生存区间外进行生命活动的能力，展示着一般微生物所不具有的能力，成为我们人类为之惊叹的生命体。然而，它们一旦离开自己所属的生命区间，同样也会面临胁迫和死亡。使学生从中意识到，每个人都有自己应有的价值和别人遥不可及的能力与本领，在社会大环境的适应和生存当中，首先要找准自己的定位和适应平台，才能更好地展现自身能力、发挥自身价值，进而为社会贡献自己的力量。课后研修阶段，要求学生参考查阅酿酒领域各类嗜（耐）极端微生物，汇总出这些微生物嗜（耐）极端条件的范围区间，使其对白酒发酵体系中的一些关键微生物的生理特性有深入理解。

（五）  微生物群体间的相互作用

本章从微生物群体间生态相互作用和遗传相互作用两个角度设置教学内容。生态相互作用重点讲解互利共生、偏利共生、协同共生、中立、竞争和拮抗几种作用类型，使学生理解在发酵体系中，微生物间的生态关系网是通过哪些方式交联形成的。在定位关键微生物，并对其生长代谢进行调控时，需要充分考虑微生物之间的生态网络关系，用联系的思维设计科学合理的方法措施。遗传互作重点讲解转化、接合、转导和原生质融合等基因重组途径，使学生了解微生物之间可以通过此类途径相互传递遗传信息，推动整个群体进化和发展；懂得基于上述途径的机制和原理，解释一些酿造菌种进化变异的原因，并提出某些改良菌种功能的创新方案。在思政方面，基于微生物间遗传互作现象，引导学生要有团队协作精神，在团队内相互沟通、相互学习、取长补短，才能使构建出的团队网络更加坚固，发展更加顺畅，作为成员的个人才能得到更好的发展。课后研修阶段阅读基因工程有关的书籍，了解微生物遗传互作在基因工程领域的使用。

（六）  酿酒微生物生态

本章基于文献资料和生产一线搜集的数据，以酱香型白酒生产为代表，重点讲解白酒生产工艺的科学内涵，白酒发酵过程微生物群落演替规律和机制，各生产阶段重要功能性菌群的形态特征和功能特性，以及发酵过程中微生物重要代谢机理。使学生基于前5章课程内容的学习，在本章对白酒生产过程中微生物群落的动态分布、功能演化，以及功能微生物作用和特征做系统的学习和全面的认知。课程思政方面，使学生意识到白酒酿造，特别是酱香型白酒酿造工艺，是在遵循自然规律，顺应自然法则，并在上百年的传承中形成的。其中每个工艺环节都是在上百次实践锤炼中打磨成熟的。因此，才有了目前享誉世界的茅台品牌。我们要以茅台品牌的成长历程为参考，在任何工作领域中树立工匠精神和坚持真理的科学精神，并在一个领域中深耕下去，如此才能在平凡的岗位中创造不平凡的业绩。课后研修阶段，要求学生研读和白酒酿造工艺有关的书籍，熟悉各种香型工艺特点，思考工艺设计所遵循的微生物生态规律。同时，查阅相关文献，比较不同香型白酒发酵过程中关键微生物的种类区别和功能区分。通过这种课后研修，一方面强化学生对本门课的整体掌握和应用，另一方面为学生将来学习专业主干课打下坚实基础。

三  课程考核

（一）  考核方式

本门课考核方式由3个部分组成，平时表现占40%，其中包括课堂响应和课后研修阶段读书笔记或小结完成情况；汇报研讨占20%，其中组员个人观点占15%，小组总体汇报情况占5%；期末课程论文占40%，其中选题占10%，论文内容占30%。本考核方式分别从知识性、能力性、思想素质性3方面对标支撑本门课3个目标，支撑权重见表2。为检验表2设计的权重比例是否可以达到考核方式对课程目标的支撑，以及组成考核的3个部分对各课程目标的支撑侧重性，我们分别使用卡方检验和对应分析法加以说明。基于统计软件R（版本4.1.3）[6]的计算，考核方式和课程目标间的卡方值χ2=51.818，显著性P<0.001。表明考核方式和课程目标间存在极显著的相关性，说明表2中各考核方式权重设计能够有效地支撑各课程目标。此外，从图1各散点间的距离来看，平时表现与课程目标1相对距离最近，表明它们之间的相关性较高；同理，汇报研讨和课程论文分别与课程目标3和课程目标2的相对距离最近，表明汇报研讨与课程目标3有较高的相关性，课程论文与课程目标2有较高的相关性。这个结果充分说明，表2中的权重设计，可以使各部分考核对课程目标支撑具有一定的侧重性，即平时表现侧重支撑课程目标1，汇报研讨侧重支撑课程目标3，课程论文侧重支撑课程目标2。

表2  考核方式支撑课程目标权重      %

（二）  课程目标达成评价标准

为有效达成表2各考核方式下课程目标的考核，设定表3—表5课程目标达成度评价标准，老师在教学环节可参考评价标准，在五種评价级别给定的分数区间对学生酌情打分，并在期末按表2权重及考核方式占比给出期末综合成绩。

四 结束语

微生物生态学作为白酒酿造工程专业的一门选修课，在对专业基础课，如微生物学、生物化学、分子生物学进行理解强化和应用提升的同时，也为将来学期开设的专业课，如白酒工艺学打下坚实的基础。本门课根据专业培养需求，以现有教材为基础，融合科研文献资料及生产一线工程素材，制定本门课教学内容体系，并根据各教学内容特点，设计教学方法，制定考核方式和课程目标达成体系。希望为国内开设酿造类专业的高校，提供微生物系列课程的教学改革思路，特别为酿造类专业微生物生态学的课程教学体系提供借鉴。

参考文献：

[1] 侯宁，李大鹏，李春艳.微生物生态学“教学研”三位一体的互动式教学研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2012（9）：21-23.

[2] 胡恩明，周健儿.一般高等院校理工科本科专业规范研究（二）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] 罗贞标，赵亮，龙亚飞.酿酒工程专业有机化学课程高效课堂教学探究[J].高教学刊，2022，8（23）：99-102.

[4] 池振明.现代微生物生态学[M].2版.北京：科学出版社，2017.

[5] 陈声明，林海萍，张立钦.微生物生态学导论[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6] The R Project for Statistical Computing[EB/OL].https：//www.r-project.org/.