Food_Microbio...afety实验课的教改探索_张毅.pdf

教育教学 年第 卷第 期（总第 期）：引用格式：张毅，郭亚辉，谢云飞 实验课的教改探索 食品与发酵工业，（）：，（）：实验课的教改探索张毅，郭亚辉，谢云飞（江南大学 食品学院，江苏 无锡，）摘 要 该文作者所在大学与新西兰梅西大学合作开展了食品科学与工程专业国际化培养本科教育项目，全英文课程 是该项目的核心课程之一。该实验课以应用性为前提，以课程思政为引领，强调食品微生物学与食品安全学的融合，中外师资合作开展了系列教学探索与实践。课程设计以食品产品和食品生产为情境，以微生物安全为话题，模拟真实生产场景，丰富内涵和拓展外延；自主设计实验激发主观能动性、自主规划进程锻炼统筹能力、线上资源平台支撑自主学习与评价、随机分组培养团队合作能力。实践表明，课程有效实现了食品微生物学与食品安全学的有机融合，目标驱动型实验教学过程更利于激发学生的主动性，大量综合性和设计性实验提高了课程的两性一度。与同期对照班级相比，该项目所培养学生具有更强的专业素养和实践能力，为食品专业其他实验课程的教学改革提供了参考。关键词 国际化；人才培养；食品微生物与安全；实验课程；教学改革第一作者：博士，副教授（谢云飞教授为通信作者，：）基金项目：年江苏省高校国际化人才培养品牌专业建设项目（）收稿日期：，改回日期：为培养具有国际视野的高层次工程技术和管理人才，经教育部批准，我校与新西兰梅西大学合作举办食品科学与工程专业本科教育项目。项目外方合作大学新西兰梅西大学是新西兰最大的一所教育和研究学府，提供泛太平洋地区唯一的结合食品科学、食品工程和食品商业于一体学位，使学生获得商业环境所需要的科学、技术、工程和商业能力。项目的培养目标是培养德、智、体、美、劳全面发展，适应国家国际化战略发展需要，服务于未来食品产业高质量发展需求，拥有强烈的爱国主义精神、具有国际视野、通晓国际规则，专业基础扎实、知识面宽广、专业竞争力强、创新意识高、工程能力足、综合素质高，能够进行跨国学习、工作并具备终生学习能力的复合型创新一流人才，完成学业的学生有能力在世界名校深造攻读学位或就职于全球知名企业和国际组织。项目采用“”模式，学生前三年在本校大学学习，第四年在梅西大学学习。该项目于 年起正式招生，目前已成功招收三届学生。按培养计划，该专业学生除了要完成中方教师讲授的公共基础课，还需完成中外教师合作、全英文授课的 门主干课，即其中一门主干课。年 月起，首届学生即 级学生于三年级上学期开设了 理论课程与实验课程。是一门微生物学与食品安全学的交叉学科课程，实验课程与理论课程的 个模块对应（图），分别为模块：食品中的微生物分析，实验内容包括测定不同水分活度、食品中菌落总数计数、大肠杆菌鉴定和计数、金黄色葡萄球菌鉴定和计数；模块：微生物生长的数学模型，实验内容是在浓缩番茄汁中接种酿酒酵母，发酵 内监测菌落数并做数学模型；模块：微生物死亡动力学，实验内容是通过监测不同高温处理下食品样品中荧光假单胞菌、嗜酸乳杆菌、大肠杆菌等微生物的死亡动力学进而得到该微生物的 值和 值；模块：风险分析与关键控制点体系与溯源分析，实验内容是用 和 技术对污染食品的微生物做菌种鉴定和确立饺子加工过程的关键控制点（，）点。以上实验均具有高度的综合性和设计性，每个模块都包含多个实验环节，具体的实验条件包括处理温度、接种浓度、采样时间点等关键参数均由学生自行设计，而且每个实验环节又涉及多种实验技术，因此，课程具有极高的难度和挑战度。该实验课的教学过程与以往食品科学与工程专业传统教学班的实验课的设计理念和安排方式差异显著，对相关专业的实验课程教学改革具有重要借鉴意义。食品与发酵工业 （）图 实验课 个教学模块 传统实验课程教学中存在的问题 课程细分程度太高，难以形成知识网络连接点我校以往并未对食品科学与工程专业本科生开设过微生物与食品安全课程，与之接近的课程有食品安全学和微生物学，这两门课程一直是该专业的核心课程。食品安全学内容涵盖食品中生物污染和化学污染的来源、危害和控制手段、食品安全性毒理学评价方法和食品安全法律、法规、体系，其中微生物污染课时少、内容浅。另一门相关课程微生物学，内容包括微生物的发展史和一般共性、各类微生物的形态、构造、功能与鉴定、营养与代谢、生长与控制、遗传变异与育种、传染与免疫等，与食品安全直接相关内容占比不高。综上，食品安全学和微生物学两门课程的内容难以在学生的知识网络中形成连接点，即由于课程的高度分化导致内容割裂，且使学生缺乏在实际食品样品中研究有害微生物繁殖和死亡过程的学习经历。验证性实验为主且模式保守，较少涉及食品样品大多数高校的微生物学 课程虽设有实验环节，但以基本的实验操作练习为主，且均为简单的验证性实验，例如培养基的配制、对微生物的形态观察、计数、培养、生理生化、环境影响等实验内容，样品多为在培养基中的细菌悬液，食品样品涉及较少。实验教学资源以纸质教材为主，部分高校配套有老师录制的教学视频。对每次实验内容的细节（如称重、加液体积、调整、温度和时间）全部都有详细的规定。实验员提前配好试剂、准备好实验材料、调试好设备，教师在课堂上讲授实验原理、步骤、设备使用方法、强调注意事项，甚至演示实验，然后学生再原封不动地照着实验书上的步骤操作。这种授课模式下的学生参与度不高，导致学生的学习热情和积极性不高。作业一般为纸质实验报告。学生按学号顺序分组，每组同学均为合作多年的搭档。另一门相关课程食品安全学在我校为考查课，未开设实验。其他高校虽有为食品专业学生开设的食品微生物学实验，但同样存在实验难度低、缺少综合性实验和设计性实验、未在真实食品中开展实验等问题。例如，中国大学 上某高校精品课食品微生物学实验中把显微镜的使用、培养基的配制和灭菌等微生物学最基本的操作都分别作为一次独立的实验，而其余所有实验均未使用到食品样品，也就是说这门课程的名称上虽然在“微生物学”前面加了“食品”前缀，但并未真正在食品中开展微生物实验。实验课程教学体系的建设与创新 食品微生物学与食品安全学有机融合，实现知识整合课程的四大实验模块设计均以食品产品或食品生产为情境，模拟真实生产场景，关注食品微生物安全。实验模块 为食品中的微生物分析，实验样品同时包含液态样品牛奶、半固态样品沙拉酱、卡仕达酱、固态样品香肠、牛肉、鱼糜，通过测定新鲜的和室温放置几天后的食品水分活度、菌落总数计数、大肠杆菌鉴定和计数、金黄色葡萄球菌鉴定和计数，学生通过总结分析能够充分掌握食品物理化学特性对腐败菌生长的影响；模块 的实验内容是监测不同温度下、不同 值的浓缩番茄汁中酿酒酵母发酵过程并构建数学模型，学生可以由实验数据得出温度和 等食品参数对真菌生长的影响；模块 通过监测 种不同食品样品中荧光假单胞菌、嗜酸乳杆菌、大肠杆菌等微生物在高温处理下的死亡动力学进而得到微生物的 值和 值，上述实验可以得出食品特性对微生物的耐热性的影响，也提示在实际生产中设定杀菌温度、时间等条件时要充分考虑食品特性；模块 的实验内容是用 和 技术对污染食品的微生物做菌种鉴定、溯源，并据此帮助确立饺子加工过教育教学 年第 卷第 期（总第 期）程的，做到了将食品微生物学与食品安全生产过程的高水准融合（图）。图 实验课程教学体系的建设与创新 设计性实验，激发主观能动性，锻炼统筹能力为激发学生的主观能动性和锻炼统筹能力，提供给学生的实验讲义其内容的精细程度由模块 到模块 递减。模块：食品中的微生物分析，讲义中详细讲解了包括均质、梯度稀释等食品样品的处理方法、水分活度和 的测定方法、设备的使用方法、和 琼脂平板等几种培养基的配制方法、食品中菌落总数计数、大肠杆菌鉴定和计数、金黄色葡萄球菌鉴定和计数的细节，讲义篇幅有 页之多。而模块：微生物生长的数学模型，实验内容是在浓缩番茄汁中接种酿酒酵母，发酵 内监测菌落数并做数学模型，指定了发酵温度和采样时间点，实验工作量大幅提高，但讲义只有 页。模块：微生物死亡动力学，讲义仅指定了食品样品种类和其对应的应接种微生物种类，要求通过自行设计实验得到 值和 值，没有指定实验温度和采样时间点，实验难度高、工作量大，但讲义只有 页。模块：风险分析与关键控制点体系与溯源分析，要求用 和 技术对污染香肠和速冻饺子中的微生物做菌种鉴定和确立食品加工过程的，只给出了基本原理和思路，没有给出 和 技术细节。因此，学生欲顺利开展实验并得到可接受数据，需要认真复习理论课内容、查阅大量资料、寻找相关资源、设计实验细节、提前准备材料以及提前开展预实验和重复部分有错漏的实验。目标驱动，实验过程贴合实际，锻炼管理能力为尽可能展现微生物研究的实际工作流程并锻炼学生规划时间的能力，课程的第 模块设定为啤酒酵母在浓缩番茄汁中生长的数学模型。该实验各组的发酵温度不同、涉及取样时长为 ，前 需每隔 取样，在必要的情况下可以将发酵中的培养物放置于冰箱冷藏并假定其停止生长。实际工作中，实验室对学生全天开放且安排教师过夜值守，各组学生根据各自的日程自行安排取样时间、组员轮流排班取样且能及时准备好所需灭菌培养基、无菌水等试剂和耗材，整个过程虽持续数天但有条不紊、井然有序。课程第 模块主题为微生物死亡动力学，组学生分别采用了牛奶、稀释卡仕达酱、橙汁等不同食品样品，并且每种样品中接种了荧光假单胞菌、大肠杆菌、嗜酸乳杆菌等不同的微生物。由于无法从文献中检索到完全一致的实验，因此设计实验温度和采样时间点等实验条件就成为学生要攻克的第一道难关。此外，实验涉及的工作量巨大且集中，每个小组在 内都要采样近 次、每样稀释 个数量级、做百余块培养皿的平板计数。在实际开展实验过程中，操作台临近的 个小组自发合作，所有成员流水作业，分别专门负责计时并采样、给试管编号并标记、梯度稀释、给培养皿编号并标记、铺培养皿、摇匀等，整个流程一气呵成、配合默契。课程的第 个模块、风险分析与关键控制点体系与溯源分析（图），实验操作内容包括：（）建立速冻手工饺子加工过程的危害分析的临界控制点（，）体系；（）从生产过程的特定阶段取样，以确定微生物污染物可能进入产品的位置；（）对速冻手工饺子制造厂进行环境监测。实验场景为手工饺子加工厂，研究对象是速冻手工饺子 典型的中餐食品，其加工过程简单、适合在实验室中模拟还原。此外，饺子是非熟制食品，面皮、生肉、蔬菜和调料被加工成为饺子、经速冻后计量包装成为终产品，在运输、销售直到食用前保持冷冻状态。如果饺子在加工过程中被产毒素微生物污染，食用者很可能会因此而中毒，因为食用前的蒸、煮等熟制过程对大多数毒素破坏不大。因此 速冻饺子中明确规定了速冻饺子中的菌落总数、大肠菌群、致病菌（沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌）、霉菌的最高安全限量值。食品与发酵工业 （）图 课程模块 的教学思路 随机分组，培养团队合作能力，践行公平原则为充分锻炼团队合作能力以及实现公平原则，实验课采用 人一组、全班一共 组的随机分组模式，且 个模块分别做 次随机分组，这样就使得每一位学生在整个实验课程中分别与不同的搭档合作，且避免个别小组能力强的学生过于集中，兼顾公平原则。一些原本乐于做规划和安排、有较强领导力的学生能够在不同的分组中始终得到能力凸显，而一些在传统模式的实验课程中依赖性强、不积极动脑动手、喜欢躲在角落里刷手机的学生因为要适应不同的搭档而主动或被动地承担起更多的任务。在实际教学过程中，发现几乎所有学生都按照各小组制定的分工忙碌在各自的岗位上，真正实现了让全体学生忙起来、动起来。资源丰富，深挖内涵拓展外延，多渠道供给本实验课基础的教学资源是一份简洁的英文版讲义，相关建立模型和计算部分可参考外方开放给学生的 教学平台上的资源（图），包括理论课授课视频、辅助材料。此外，本课程组教师和助教学生一起建立了一套完整的支撑材料，包括按模块内容各组实验所需的试剂和耗材清单、根据讲义细化的实验指南、共享的实验技术文件包等。在第 模块 风险分析与关键控制点体系与溯源分析，为学生提供食品行业药品生产质量管理规范（，）文件包、多种食品加工过程的 文件和卫生标准操作程序（，）作为参考。图 课程国际合作办学所使用的 线上平台 ，作业展示，理论实践有机