钮成拓，郑飞云，刘春凤，王金晶，许鑫，李崎

(江南大学 生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室，江苏 无锡，214122)

酿酒是我国的传统产业，酒类产品包括以啤酒、葡萄酒为代表的发酵酒和以白酒、威士忌为代表的蒸馏酒。酒类产品深受我国消费者喜爱，与人民的美好生活息息相关[1]。近年来，我国酿酒行业发展迅速，除传统四大酒种外，威士忌、果酒等酒类产品也逐步被消费者接受，成为市场的宠儿。我国是世界上最大的酒类产品生产国和消费市场，且酿酒行业发展方向已从重数量转向重质量[2-3]。随着近年来酿酒行业的飞速发展以及行业科技力量的显著提升，具备较强工程能力及科学素养的人才成为制约酒类生产企业发展的关键因素[4-5]。

酿酒工程专业是江南大学生物工程学院办学历史最长、特色鲜明且驰名国内外的本科专业，被誉为“酿酒工程师的摇篮”和“酿酒行业的黄埔军校”，已为国内外酿酒企业培养输送了大量领军人才和专业技术骨干。在酿酒工程专业培养方案中，《酿酒工厂综合设计》属于酿酒工程专业本科生集中性实践的课程，是酒类工艺学、化工原理等理论课程的实际应用环节，是工程理论知识的拓展和工程实践能力培养的一个重要的训练阶段。在新工科背景下，成果导向教育(outcomes-based education,OBE)理念被广泛应用于课程教学，被各大高校广泛接受[6-7]。作为一门实践性较强的典型工科课程，对《酿酒工厂综合设计》课程教学内容和方式进行改革，可以进一步提升本门课程的教学效果，最终加强学生对课程相关能力的掌握程度。

1 《酿酒工厂综合设计》教学特点及改革必要性

新工科建设是教育部在我国加入国际工程联盟《华盛顿协议》后启动的新时代中国高等工程教育，旨在提高我国工科教育教学质量[8]。依托“学生中心、产出导向、持续改进”理念，在国家重点实施“一带一路”、“中国制造2025”等重大战略背景下，树立创新型工程教育理念，着力提升本科生解决复杂工程问题的能力，强化教学过程中工程伦理意识与职业道德的深入，对培养具有造福人类和可持续发展理念的工程科技人才提出了更高的要求，因此加快工科课程的改革创新迫在眉睫[9]。

《酿酒工厂综合设计》课程旨在加强学生对酿酒工程理论知识的理解，培养学生理论联系和指导实践的意识及能力，掌握工厂设计的流程与规范，建立工厂设计布置中的全局观，了解酿酒工厂设计的特殊要求，结合后续生产实习、酿酒工艺综合实验等课程，完成对酿酒工程专业全面的综合性训练[10]。在《酿酒工厂综合设计》课程实际教学过程中，授课教师发现以下问题严重影响了实际教学效果和学生对课程相关知识和能力的掌握：(1)《酿酒工厂综合设计》课程与理论或实验课程教学方式及内容有较大差异，本科生在接触该课程教学时容易出现逻辑思路混乱、理论与实际情况不匹配等情况，说明同学对于酿酒工厂实际情况缺乏了解；(2)本科生在课程教学期间欠缺资料搜索与收集的能力，对于酿酒行业设备现状及成本控制意识较为薄弱；(3)本科生的工程实践思维较为欠缺，缺少对于专业图纸和设计方法的直观认识，欠缺对图纸绘制规范性的深入认识。

基于上述原因，以教育部提出的新工科建设为导向，对近年来《酿酒工厂综合设计》课程教学经验进行整合和反思，借助江南大学生物工程学院引入工程认证为契机[11]，结合酿酒工程专业教学大纲和培养方案，在教学内容设置、教学方式和考核方式等方面进行了系统改革和优化，希望能够提升学生对于酿酒工厂的熟悉程度，提高学生的工程实践能力，使学生掌握将所学知识和技能应用于酿酒工厂实际的能力，不断提升《酿酒工厂综合设计》课程的理论和实际教学效果。

2 《酿酒工厂综合设计》课程教学改革方式

在《酿酒工厂综合设计》课程多年教学经验基础上，授课教师通过教学内容优化、教学方式改革以及考核方式细化等方式(如图1所示)，建立了基于OBE理念的课程人才培养与目标达成度评价体系，考察了教学改革对该课程教学效果提升的影响。

2.1 课程教学内容优化

《酿酒工厂综合设计》课程具有实践性强的特点，需要学生对酿酒实际生产流程和生产环境具有一定主观印象。尽管酿酒工程专业本科生在前期课程中系统学过啤酒、蒸馏酒、葡萄酒和黄酒等酒类工艺学，但是仍然缺乏实际酿酒工厂生产经验。针对上述情况，授课教师近年来对国内外开设的工厂设计类课程进行调研，了解其教学内容和教学方法，并根据本课程自身特点吸取值得借鉴的经验，融入本课程的教学过程。依托江南大学生物工程学院与酿酒行业典型企业良好的产学研合作关系，熟悉掌握酿酒行业实际需求和最新发展趋势，并依据培养方案中该课程对酿酒工程专业本科生毕业能力的支撑情况，优化课程教学内容，系统梳理从设计任务书布置、工艺论证、工艺衡算、设备选型、图纸绘制到说明书撰写的课程完整流程；在此基础上，通过教学内容实时更新、引入酿酒企业实际案例和轻工设计院专家讲座，使《酿酒工厂综合设计》课程教学内容更贴合实际，与生产实践相匹配。

《酿酒工厂综合设计》课程教学周期为4周，教学内容包括设计任务书布置、工艺流程的选择与论证、工艺计算、设备选型与设计、设计说明书的撰写与整理5个部分。基于酿酒工程专业同学前期学过的《酿酒工程装备与工厂设计》理论课程，在课程起始阶段教师会组织同学回顾酿酒工厂及设备设计相关知识并布置任务书，然后学生在4周时间内开展课程设计的工作：第1周要求学生完成酿酒工艺的选择和论证；第2周完成物料衡算和热量衡算的计算工作；第3周完成设备选型，并绘制工艺流程图、工厂平面图、车间平/立面图等图纸；第4周完成单体设备图的绘制以及设计说明书的撰写。在课程进行过程中，授课教师每周会组织课程讨论，同时在整个教学周期内安排讲座1～2次，每次1学时。《酿酒工厂综合设计》是一门实践性很强的综合性课程，课程设计内容为酿酒生产企业依据生产工艺和生产要求进行工厂设计，与工厂实际情况非常贴切。因此，在近2年课程教学过程中，授课教师在原先课程教学内容基础上，在课程课题授课中引入了精酿啤酒车间、威士忌生产企业设计等近年来国内外蓬勃发展的新型酿酒企业，使学生全方位了解酿酒相关企业设计要求和标准；与此同时，在日常课堂教学过程中引入酿酒生产企业实际案例，讲解特定酿酒生产企业依据生产工艺和生产特点开展的物料/热量衡算，着重讲解企业设备选型以及企业平面布置的依据和方法，让学生初步具备工程思维，从工艺、实际生产、成本等多方面理解酿酒企业工厂设计的内涵和标准。在此基础上，邀请国内知名酿酒设备生产企业和轻工业设计院相关专家就酿酒设备以及酿酒工厂设计等相关方向给酿酒工程专业学生开设讲座，让学生进一步了解酿酒工厂设计过程中的注意事项和关键因素。在原先教学内容的基础上，实时更新教学内容，引入工厂实际案例，并邀请设计院专家进行专题讲座，可以引导酿酒工程专业本科生加强工程实践思维，夯实学生的工程实践能力，全方面加强工科学生的综合实践能力。

2.2 课程教学方法改革

《酿酒工厂综合设计》课程主要包括教师课程讲授、任务布置、资料查阅、答疑交流、工艺计算、图纸绘制、说明书撰写。由于学生缺乏实际工厂生产经验，对于教师课堂授课知识存在一定的理解困难，主要体现在物料/热量衡算存在计算错误、设备选型不合理、图纸绘制不合规。为了提升教学质量，加深学生对工厂实际的直观印象，授课内容中实际工厂设计案例以及国内著名设计院专家的讲座可以使学生对工厂实际和工业设计有直观的了解；然而，基于目前课程教学主要以教师讲授和答疑辅导为主，存在学生被动输入兴趣不高、积极性不够等问题。因此，在近2年教学过程中，授课教师在课题授课过程中主要采取了以下4个方法：(1)引入精酿啤酒、威士忌等生产企业的设计，上述产品更贴近学生生活，更容易引起学生兴趣；(2)通过引入生产企业或轻工设计院专家讲座，让学生对工厂实际情况更为熟悉；(3)观看工厂介绍、车间管路等视频，向学生展示和讲解实际工厂图纸；(4)组织选修过该课程的高年级同学与同学们进行经验交流，提升学生对课程的了解程度。上述4种方式并举，极大提高了学生的学习积极性；与此同时，进一步将课程答疑辅导更改为分组的策略，由2位授课老师分别带领若干个小组开展师生讨论，围绕一个酿酒工厂建设项目，系统完成工艺论证、计算、设备选型、图纸绘制等设计工作，培养学生小组之间的团队协作能力，加强教师与学生之间的沟通，有效提高学生的学习积极性，从而全面培养学生综合运用工程知识的能力。针对部分学有余力的同学，设置具有吸引力和挑战性的开放性课题，引导同学开放思想，用已经学会的工程知识进行相关工厂设计，提升学生对酿酒工厂设计的理解；在案例教学工作中，采用设计理念先进的实际酿酒工厂案例，邀请相关酿酒企业专家讲述该工厂在设计过程的实际情况，尤其是工艺选择和论证部分的前期调研和工作，同时邀请轻工设计院的专家对该酿酒工厂案例进行解读，讲述该实际案例在理论联系实际过程中体现的设计理念、工厂设计过程和值得关注的设计亮点和细节。在此基础上，若条件允许，将采用观摩学习的方法，在教学过程中抽取1～2 d的时间带领同学到酿酒行业典型企业，进入厂区和生产车间进行现场观摩，深入了解工厂的平面布置情况、车间工艺、设备及其布置情况，有助于学生对工厂实际情况的了解，从而更好的完成酿酒工厂的设计。

由于设计任务书题目有限，3～4名同学会分配到相同的任务书。为了防止相互抄袭等“打酱油”现象的存在，每位同学均要求在课程结束时提交一份完整的设计说明书。尽管设计任务书相同，但是在不同的设计理念下工艺的选择、计算和设备的选型及设计均会有很大差异。此举基本可以避免同学之间相互抄袭的情况，从而避免“打酱油”的情况。

2.3 课程考核方式细化完善

教学课程考核不仅仅是考察学生对于相关知识点、学习要求和学习指标的掌握程度，同时也是考察学生对于课程目标完成度的认可程度[12-13]。授课教师在课程施教过程和结束之后，通过直接评价和间接评价2种方法共同评价学生的学习效果。在直接评价过程中，通过课程得分加权进行评价，以同学最终提交的设计说明书为主要评价依据，主要包括如下4个部分：根据布置内容，完成酿酒生产企业工艺流程设计与论证，并体现一定创新思维(10%)；利用所查阅资料和所学知识，优化工艺流程中的物料衡算和热量衡算，工艺说明书撰写规范，实现生产工艺与环境、经济、社会协调可持续发展(20%)；根据所选工艺，通过分析、计算以及设计，完成单体设备的选型和设计，解决酿酒工业生产中的工程问题(30%)；利用现代化工具，掌握基本的绘图能力，绘制图纸完整规范，具备初步的独立工程化设计能力(40%)。而在间接评价中，授课教师设计了问卷调查，通过问卷调查法对参与课程的同学进行调研，由学生自行评价完成设计任务书之后自身见识和能力上的提升，同时对授课教师提出后续课程教学的改进之处，为下一轮教学提供参考[14]。在针对学生进行得分评价时，不仅通过最终任务书中体现的物料/热量衡算结果、设备选型结果及图纸绘制情况进行分数评价，同时考察在授课、讨论和交流过程中针对学生的成长情况，做到过程与结果并重。此外，设定本课程必须掌握的知识点和技能以及提高性指标点，在课程教学过程中(尤其是通过设置挑战性内容)，考察学生的目标达成度[15]。最终，基于OBE理念，建立了《酿酒工业综合设计》课程的目标达成度分析，根据该课程设置的4个课程目标和教学内容，考察学生学习成绩对于课程目标的支撑程度。通过上述分析，将本次教学成效进行记录，反思并进一步改进教学方法，形成“教学-反馈-改进”闭环，持续性提升教学方法，最终达到理想的教学效果。

3 《酿酒工厂综合设计》课程教学效果

根据《酿酒工厂综合设计》课程教学内容和教学方法改革，授课教师在2017级和2018级酿酒工程专业本科生中进行了2轮教学过程。根据课程大纲，该课程教学目标主要为以下4点：(1)学会将所学理论知识运用到工程设计实践课程中去，强化所学专业知识的系统化，掌握酿酒工厂设计基本知识，并熟练运用到课程设计的实践环节；(2)通过不同酿酒工艺路线对比和工艺认证，掌握对全厂的物料衡算和热量衡算的计算方法，夯实工艺设计的正确方法；(3)深入了解典型酿酒设备的特点，培养学生酿酒设备的选型和非标设备的设计能力。通过团队协作，提升学生对知识的综合运用能力和应变能力，培养学生工厂设计思路的完整性和设计理念的合理性；(4)理解并系统掌握工厂设计所要表达的内容，了解工程设计图纸的规范，清晰表达到设计成果(图纸)上。掌握设备工作原理及其与工厂实际生产中的匹配，通过不同视图表达设备的结构特征、性能及工作特点以及各种生物反应器的设计原理和辅助设备的造型计算，从而培养学生独立工程化设计能力。在此基础上，对2017级和2018级的酿酒工程专业学生个体和整体的的学习效果进行了基于OBE理念的目标达成度分析。由图2可知，2017级和2018级酿酒工程专业学生对于4个课程目标的达成度均高于75%。2017级酿酒工程专业学生对于课程目标1、课程目标2、课程目标3和课程目标4的目标达标度分别为76%、79.2%、82.8%和83.2%。2018级酿酒工程专业学生对于4个课程目标的达成度均高于2017级学生，分别达到84.3%、83.8%、86%和84.4%。上述结果说明经过教学内容和教学方式改革，酿酒工程专业学生对于《酿酒工厂综合设计》课程学习效果显著提升，教学效果能够满足提出的课程目标要求。

图2 酿酒工程专业2017级和2018级学生整体目标达成度Fig.2 Overall objective achievement scale of students from Grade 2017 and 2018 majoring in brewing engineering

图3为2017级和2018级酿酒工程专业学生对于《酿酒工厂综合设计》4个课程目标的个体目标达成度分析。从图3可知，2017级学生对于课程目标1的达成度主要分布在80%左右，部分同学达到90%或低于70%，而2018级同学的课程目标1达成度均高于80%。2018级同学对于课程目标2、课程目标3和课程目标4的达成度均优于2017级同学。由此可见，经过课程教学内容和教学方法的改革，2018级同学对于课程相关内容的掌握程度均优于2017级同学，说明课程教学改革取得了良好的效果。

综上，《酿酒工厂综合设计》是酿酒工程专业的综合性实践环节，是培养酿酒工程专业学生工程实践综合能力的重要途径。在教育部新工科建设的背景下，基于OBE理念，对该课程教学内容、教学方式和教学考核方式进行了改革，并应用于实际教学，取得了较好的应用效果，对于夯实学生的工程专业知识和能力具有重要意义，也为工程教育认证奠定了良好的基础。

a-2017级学生；b-2018级学生图3 酿酒工程专业2017级和2018级学生个体目标达成度分析Fig.3 Individual objective achievement scale of students from Grade 2017 and 2018 majoring in brewing engineering