白酒釀造工程專業微生物生態學課程體系建設探索

趙亮 羅貞標 吳福勇 江璐 王相勇 王新葉

摘? 要：微生物生態學是一門與人類活動緊密相關的學科，并在國內各生物類高校普遍開設該課程。因該門課涉及領域廣、涵蓋面寬，需要設計一套適應白酒釀造工程專業的微生物生態學課程體系。該文以白酒釀造專業培養目標為核心，基于實際生產需要掌握的微生物理論知識，設置該門課課程內容。此外，設計課后研修、匯報研討、案例引導等與課程內容相匹配的教學方法，以及支撐課程目標的考核方式，旨在讓學生在該門課的學習中，掌握與白酒生產相關的微生物生態理論知識體系，具備利用相關知識體系分析生產問題及提出解決方案的能力，并且能夠在專業學習中得到正確價值觀的提升。

關鍵詞：生產實際問題；培養目標；教學方法；課程目標；考核方式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

微生物生態學是研究微生物與周圍生物和非生物環境之間相互關系的一門科學，由于微生物生態學與微生物學、生態學、發酵工藝學等多學科有密切的聯系，所以越來越受到各領域的重視[1]。微生物生態學作為茅臺學院白酒釀造工程專業的一門專業選修課，其教學內容需要根據專業背景需求，將微生物學、生物化學、白酒工藝學、分子生物學和生物統計學等學科知識有機融入。但是，目前現有的微生物生態學教材涵蓋面寬、內容多樣，無法適應白酒釀造專業教學要求?；谏鲜銮闆r，需要探索并設計一套適合白酒釀造工程專業教學的微生物生態學課程體系，以及與此配套的教學方法。

一 課程體系設置及教學思路

（一）? 課程教學目標

為更好地實施本門課教學育人過程，本門課共設定3個方面教學目標，分別是知識目標、能力目標、素養目標。

1? 知識目標

主要圍繞本門課概念、原理、知識性方面的內容來設定。使學生了解如下內容：①了解釀造的外部大環境，如水體、土壤、空氣中微生物的分布、類型和基本變化規律，懂得白酒，特別是醬香型白酒釀造內環境隨氣候變化的特殊性；②熟悉某些嗜（耐）極端環境，如高熱、低溫、高酸、高鹽和高堿中的微生物類型和生命適應機理，進而對釀造體系中一些嗜（耐）極端環境微生物的演變趨勢有較為清晰地認識；③認識微生物之間相互作用的特性、機理、途徑，理解白酒發酵體系中復雜的微生物群體間如何關聯交織、功能互補。

2? 能力目標

主要圍繞本門課對學生以后成長成才、職業發展的功能和作用來設定。使學生具備如下能力：①獨立獲取知識的能力——逐步掌握科學的學習方法，閱讀并理解釀酒領域內科技文獻和各類參考書，不斷地擴展知識面，增強獨立思考的能力，更新知識結構，且能夠寫出條理清晰的讀書筆記或小結；②科學觀察和思維的能力——運用微生物生態學的基本理論和基本觀點，通過觀察、分析、綜合、演繹、歸納、科學抽象和類比聯想等方法培養學生發現問題和提出問題的能力，并對所涉問題有一定深度的理解，判斷研究結果的合理性；③提出、分析并解決生產實際問題的能力——根據生產案例特征、性質及情況，抓住問題主要矛盾，進行合理地簡化，并用微生物方面的語言和基本數學方法進行描述，運用所學的微生物研究方法、統計技術進行分析、研究[2]。

3? 素養目標

通過微生物生態學的課程教學，應使學生獲得以下情懷意識的提升：①從微生物生態學發展及微生物學家奮斗精神層面實現學生人生價值觀的引領；②從微生物生態學內容層面樹立學生正確的自然觀和科學發展觀；③從微生物生態學方法層面展示微生物學的科學之美、演繹人類文明，培養和發展學生的科學探索精神；④基于我國勞動人民千百年來總結傳承的白酒釀造技藝，激發學生的工匠精神，激勵學生的民族自信心和愛國主義情懷。

（二）? 教學思路

本課程要以生產為導向，從實際生產中收集、整理工程問題案例。根據案例的理論支撐與教學內容的銜接性，將其安排在教學環節中。利用啟發式教學法，充分調動學生的學習積極性和主動性，提高學生的課堂參與度，將學生的主體地位落實到教學實踐中[3]。每堂課結束后，要求學生圍繞本堂課內容，查閱課外書籍，中國知網（CNKI）搜閱各類文獻，并撰寫讀書筆記或小結，訓練學生自主學習能力。此外，要求學生從本節課的知識內容中找到天然富含的思政元素，附在個人讀書筆記或小結之后，使學生學習專業知識的同時，提升自己的思想政治修養。每章內容結束后，圍繞本章知識體系，給出1～2個生產工程案例，要求學生針對案例提出、分析案例中存在的各類工程問題，并初步給出問題解決方案。學生以小組形式匯總每個成員的案例分析報告，并利用1～2個學時匯報本小組案例分析結果，老師針對匯報情況進行打分和評價，并在課堂展開討論，以此提升學生對課程內容的理解應用能力。

二? 課程內容設置

本門課根據白酒釀造工程專業領域范圍和培養目標，基于池振明[4]主編的《現代微生物生態學》（第二版），陳聲明等[5]主編的《微生物生態學導論》部分章節，融合生物化學、白酒工藝學、微生物學等課程銜接知識，引入生產實際問題，帶入與課程內容有機融合的思政元素，形成本專業微生物生態學教學內容（表1）。

（一）? 微生物生態學概念及研究領域

“緒論”章節，重點讓學生清楚白酒發酵是在一個相對平衡的微生物生態系統中穩步推進的，期間存在多菌群相互協同、制約，并與其他環境因素相互影響的過程。因此，要從微生物群落，而不是單一微生物的角度理解白酒的發酵過程，只有掌握微生物生態的原理和過程機制，才能從微生物群落角度綜合分析生產中的各類復雜工程問題。在對生態系統充分認識的基礎上，思政方面引導學生理解社會也是一個生態系統，我們每個人及與我們相伴的各種環境都是社會這個生態系統的組成元素，我們不能只為自身發展過度開采、汲取社會資源，打破社會原有的穩態平衡。為了維持社會正常運作，必須堅守社會主義生態文明，樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念。在課后研修階段，要求學生查閱與微生物生態系統功能相關的文獻資料，加強對微生物生態系統的認識及其生態平衡的理解。

（二）? 微生物生態學的研究方法

本章主要講授的內容如下：①微生物生態學研究的傳統方法和基于分子生物學的前沿技術，比較傳統方法與前沿技術間的區別、優缺點和適用的研究對象，使學生了解當面對生產上各類復雜工程問題時，需要根據具體情況和條件，選用適合的研究方法和手段，高效地分析、解決問題。②衡量微生物群落多樣性水平的關鍵指數，理解指數含義及意義，使學生學會利用各類多樣性指數分析、預測微生物的演替過程和趨勢，有效把握微生物生態的發生進程。③以各種數理統計方法和應用實例，來培養學生利用數理統計相關軟件來分析、解釋生產數據的能力。此外，通過各種技術方法的講解，引導學生在平時的實驗工作中，要對現象細心觀察、反復實驗、反復求證，最終得到能夠解釋現象的科學根據。從中培養透過現象認識本質，去偽存真，堅持真理的科學態度。在課后研修階段，查閱科技文獻，了解課堂中講述的技術方法和各類指數如何在研究中使用并解釋相應的科學問題。同時，讓學生基于發放的案例數據，利用統計軟件對其反復練習，學會軟件中相應的分析方法。

（三）? 水體、土壤、空氣中的微生物類型及分布規律

本章基于參考教材，融合圍繞釀酒環境的河流、空氣、土壤方面的研究資料形成本章內容。使學生了解水體、土壤、空氣三大自然體系中微生物的類型和分布趨勢，認識各類環境中微生物的類群特征、營養要求、生命特質，為學生將來充分認識釀造環境中微生物來源分布和類群特征提供理論線索。思政方面，引導學生基于對各類環境微生物特性的了解，學會利用各類微生物資源服務社會的同時，也要有衛生和安全意識，避免有害微生物對我們人類自身造成傷害。課后研修階段，要求學生搜集和三大自然環境微生物分布研究有關的文獻資料，比較三大自然環境中微生物分布的異同，使之充分理解三大自然環境類群分布規律。

（四）? 極端自然環境中的微生物

白酒釀造的內源環境實際上是一個較為極端的環境，能夠在如此高溫（如醬香型白酒堆積發酵過程）、高醇、高酸的環境中生存的微生物均具備一定的耐極端特性。為了讓學生充分認識這些耐極端微生物的類型、生命機理，同時擴充對其他嗜（耐）極端環境微生物（如高堿、高鹽、低營養等）的認識，設置本章內容。此外，極端微生物可以說是微生物這個大集體中比較特殊的一大類群，它們具備在一般生命可生存區間外進行生命活動的能力，展示著一般微生物所不具有的能力，成為我們人類為之驚嘆的生命體。然而，它們一旦離開自己所屬的生命區間，同樣也會面臨脅迫和死亡。使學生從中意識到，每個人都有自己應有的價值和別人遙不可及的能力與本領，在社會大環境的適應和生存當中，首先要找準自己的定位和適應平臺，才能更好地展現自身能力、發揮自身價值，進而為社會貢獻自己的力量。課后研修階段，要求學生參考查閱釀酒領域各類嗜（耐）極端微生物，匯總出這些微生物嗜（耐）極端條件的范圍區間，使其對白酒發酵體系中的一些關鍵微生物的生理特性有深入理解。

（五）? 微生物群體間的相互作用

本章從微生物群體間生態相互作用和遺傳相互作用兩個角度設置教學內容。生態相互作用重點講解互利共生、偏利共生、協同共生、中立、競爭和拮抗幾種作用類型，使學生理解在發酵體系中，微生物間的生態關系網是通過哪些方式交聯形成的。在定位關鍵微生物，并對其生長代謝進行調控時，需要充分考慮微生物之間的生態網絡關系，用聯系的思維設計科學合理的方法措施。遺傳互作重點講解轉化、接合、轉導和原生質融合等基因重組途徑，使學生了解微生物之間可以通過此類途徑相互傳遞遺傳信息，推動整個群體進化和發展；懂得基于上述途徑的機制和原理，解釋一些釀造菌種進化變異的原因，并提出某些改良菌種功能的創新方案。在思政方面，基于微生物間遺傳互作現象，引導學生要有團隊協作精神，在團隊內相互溝通、相互學習、取長補短，才能使構建出的團隊網絡更加堅固，發展更加順暢，作為成員的個人才能得到更好的發展。課后研修階段閱讀基因工程有關的書籍，了解微生物遺傳互作在基因工程領域的使用。

（六）? 釀酒微生物生態

本章基于文獻資料和生產一線搜集的數據，以醬香型白酒生產為代表，重點講解白酒生產工藝的科學內涵，白酒發酵過程微生物群落演替規律和機制，各生產階段重要功能性菌群的形態特征和功能特性，以及發酵過程中微生物重要代謝機理。使學生基于前5章課程內容的學習，在本章對白酒生產過程中微生物群落的動態分布、功能演化，以及功能微生物作用和特征做系統的學習和全面的認知。課程思政方面，使學生意識到白酒釀造，特別是醬香型白酒釀造工藝，是在遵循自然規律，順應自然法則，并在上百年的傳承中形成的。其中每個工藝環節都是在上百次實踐錘煉中打磨成熟的。因此，才有了目前享譽世界的茅臺品牌。我們要以茅臺品牌的成長歷程為參考，在任何工作領域中樹立工匠精神和堅持真理的科學精神，并在一個領域中深耕下去，如此才能在平凡的崗位中創造不平凡的業績。課后研修階段，要求學生研讀和白酒釀造工藝有關的書籍，熟悉各種香型工藝特點，思考工藝設計所遵循的微生物生態規律。同時，查閱相關文獻，比較不同香型白酒發酵過程中關鍵微生物的種類區別和功能區分。通過這種課后研修，一方面強化學生對本門課的整體掌握和應用，另一方面為學生將來學習專業主干課打下堅實基礎。

三? 課程考核

（一）? 考核方式

本門課考核方式由3個部分組成，平時表現占40%，其中包括課堂響應和課后研修階段讀書筆記或小結完成情況；匯報研討占20%，其中組員個人觀點占15%，小組總體匯報情況占5%；期末課程論文占40%，其中選題占10%，論文內容占30%。本考核方式分別從知識性、能力性、思想素質性3方面對標支撐本門課3個目標，支撐權重見表2。為檢驗表2設計的權重比例是否可以達到考核方式對課程目標的支撐，以及組成考核的3個部分對各課程目標的支撐側重性，我們分別使用卡方檢驗和對應分析法加以說明?；诮y計軟件R（版本4.1.3）[6]的計算，考核方式和課程目標間的卡方值χ2=51.818，顯著性P<0.001。表明考核方式和課程目標間存在極顯著的相關性，說明表2中各考核方式權重設計能夠有效地支撐各課程目標。此外，從圖1各散點間的距離來看，平時表現與課程目標1相對距離最近，表明它們之間的相關性較高；同理，匯報研討和課程論文分別與課程目標3和課程目標2的相對距離最近，表明匯報研討與課程目標3有較高的相關性，課程論文與課程目標2有較高的相關性。這個結果充分說明，表2中的權重設計，可以使各部分考核對課程目標支撐具有一定的側重性，即平時表現側重支撐課程目標1，匯報研討側重支撐課程目標3，課程論文側重支撐課程目標2。

表2? 考核方式支撐課程目標權重? ? ? %

（二）? 課程目標達成評價標準

為有效達成表2各考核方式下課程目標的考核，設定表3—表5課程目標達成度評價標準，老師在教學環節可參考評價標準，在五種評價級別給定的分數區間對學生酌情打分，并在期末按表2權重及考核方式占比給出期末綜合成績。

四 結束語

微生物生態學作為白酒釀造工程專業的一門選修課，在對專業基礎課，如微生物學、生物化學、分子生物學進行理解強化和應用提升的同時，也為將來學期開設的專業課，如白酒工藝學打下堅實的基礎。本門課根據專業培養需求，以現有教材為基礎，融合科研文獻資料及生產一線工程素材，制定本門課教學內容體系，并根據各教學內容特點，設計教學方法，制定考核方式和課程目標達成體系。希望為國內開設釀造類專業的高校，提供微生物系列課程的教學改革思路，特別為釀造類專業微生物生態學的課程教學體系提供借鑒。

參考文獻：

[1] 侯寧，李大鵬，李春艷.微生物生態學“教學研”三位一體的互動式教學研究[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2012（9）：21-23.

[2] 胡恩明，周健兒.一般高等院校理工科本科專業規范研究（二）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] 羅貞標，趙亮，龍亞飛.釀酒工程專業有機化學課程高效課堂教學探究[J].高教學刊，2022，8（23）：99-102.

[4] 池振明.現代微生物生態學[M].2版.北京：科學出版社，2017.

[5] 陳聲明，林海萍，張立欽.微生物生態學導論[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/.