生化工程課程設(shè)計(jì)嵌合產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖教學(xué)模式

張俊杰，王麗萍，田亞紅

(河北理工大學(xué) 化工與生物技術(shù)學(xué)院，河北 唐山063009)

生化工程課程設(shè)計(jì)嵌合產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖教學(xué)模式

張俊杰，王麗萍，田亞紅

(河北理工大學(xué) 化工與生物技術(shù)學(xué)院，河北 唐山063009)

生化工程；課程設(shè)計(jì)；產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖；教學(xué)模式；教學(xué)法

生物技術(shù)專業(yè)開展課程設(shè)計(jì)是未來發(fā)展的必然，是快速提高學(xué)生應(yīng)用生物知識(shí)能力和開發(fā)學(xué)生實(shí)際工程能力的最佳途徑。闡述了生物技術(shù)專業(yè)開展課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的選擇，并針對(duì)嵌合產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖模式開展生物技術(shù)課程設(shè)計(jì)提出了獨(dú)到的見解。實(shí)際操作中也體現(xiàn)出了良好的教學(xué)效果。

作為二十一世紀(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的生物技術(shù)越來越深刻地影響著人類的生存方式和生活方式，生物技術(shù)已成為世界各國(guó)研究的重點(diǎn)和全世界高科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。近十幾年來，國(guó)內(nèi)高校紛紛開設(shè)生物技術(shù)專業(yè)，然而由于生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，加之目前金融危機(jī)的影響，使生物技術(shù)專業(yè)本科生就業(yè)出現(xiàn)了相對(duì)困難的現(xiàn)象；另一方面，生物技術(shù)教學(xué)方面也存在著嚴(yán)重滯后社會(huì)需求的問題，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)院校由于資金問題，使得生物技術(shù)專業(yè)基本上是純粹理論教學(xué)，學(xué)生和教師實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)少，為此出現(xiàn)照本宣科式的教學(xué)模式。如何增加學(xué)生的實(shí)際工程能力成為亟待解決的課題，本文在剖析影響生物技術(shù)專業(yè)建設(shè)各因素的基礎(chǔ)上，提出了將我院《生化工程》課程考試改革為課程設(shè)計(jì)方式的設(shè)想，并就課程設(shè)計(jì)的方式與產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖相互結(jié)合的教學(xué)模式進(jìn)行了探討。

一 《生化工程》課程改革的必要性

1 市場(chǎng)對(duì)生物技術(shù)專業(yè)人才的需求

高等教育的終極目標(biāo)是培養(yǎng)面向社會(huì)的專門化人才，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)建設(shè)模式從勞動(dòng)密集型企業(yè)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)或技術(shù)密集型企業(yè)為主，知識(shí)或技術(shù)的密集呼喚高等教育培養(yǎng)復(fù)合型高級(jí)人才，這種復(fù)合不僅要求不同學(xué)科知識(shí)、學(xué)科思維方式的大量綜合，而且要求非智力因素的高度整合，尤其是生物技術(shù)，其理論是生命科學(xué)的前沿，其應(yīng)用是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，這就對(duì)生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生提出了更高的要求[1]。

2 生物技術(shù)專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

生物技術(shù)作為眾多領(lǐng)域如食品、制藥、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境工程等的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，本應(yīng)給生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生帶來良好的機(jī)遇，但教育成本的加大，使資金條件較差的學(xué)校無法更好的開設(shè)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課，課程過多的講授理論，缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生動(dòng)手能力非常差，缺乏工程意識(shí)和其他學(xué)科的知識(shí)。人才培養(yǎng)明顯地落后于現(xiàn)實(shí)的需求。

另一方面，現(xiàn)代生物工程的特點(diǎn)之一是生物上游技術(shù)工程化[2]，也就是說，由于生物技術(shù)本身的特點(diǎn)，一些關(guān)鍵性、共性的技術(shù)在生物行業(yè)上游領(lǐng)域已經(jīng)被普遍接受和應(yīng)用，上游技術(shù)的研究越來越需要大資金的支持，而研發(fā)隊(duì)伍的發(fā)展速度相對(duì)飽和，更多的人才需求還是在應(yīng)用技術(shù)和下游技術(shù)的開發(fā)上。這就要求在學(xué)科建設(shè)上多增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，多培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

此外，在專業(yè)課的學(xué)習(xí)中，生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生往往會(huì)感到所學(xué)知識(shí)零亂，不夠牢固，不能解決工程實(shí)際問題。用什么方法讓所學(xué)的基本概念、基本原理、基本理論連成一串，解決實(shí)際問題，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性？課程設(shè)計(jì)便是最好的方法之一。

3 《生化工程》課程的特點(diǎn)

《生化工程》課程目前是生物技術(shù)系唯一的工程設(shè)計(jì)型課程，和實(shí)際生產(chǎn)最為接近，也是學(xué)生走入社會(huì)參加工作后應(yīng)用最多的學(xué)科?！渡こ獭返淖钪匾攸c(diǎn)是綜合性，它不僅涉及到生物學(xué)的所有學(xué)科，而且還和化工、材料、設(shè)備等，甚至投資經(jīng)濟(jì)學(xué)等有關(guān)。

生化工程的四大理念是，理論上的正確性、技術(shù)上的可行性、操作上的安全性和經(jīng)濟(jì)上的合理性[2]?？梢姟渡こ獭氛n程是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程課程。它涉及的內(nèi)容龐雜，這點(diǎn)也可以從目前國(guó)內(nèi)外教課書上看到，很少有內(nèi)容相似的書，每本書的內(nèi)容都會(huì)有很大不同。在實(shí)際教學(xué)中，也不可能有那個(gè)學(xué)校能系統(tǒng)講授完生化工程所涉及的內(nèi)容，絕大部分學(xué)校是以案例為主進(jìn)行教學(xué)。

二 課程改革方式的選擇

課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的紐帶，也為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研工作奠定一定基礎(chǔ)。高校課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式的選擇至關(guān)重要，直接影響到學(xué)生的“學(xué)以致用”能力。

很多傳統(tǒng)的專業(yè)都有課程設(shè)計(jì)，并且單獨(dú)設(shè)課。他們所積累的經(jīng)驗(yàn)可以很好地為我們的工作提供參考。目前課程設(shè)計(jì)的模式主要有任務(wù)型、嵌合型和項(xiàng)目引導(dǎo)型等[3-6]。任務(wù)型課程設(shè)計(jì)是指教師指定一個(gè)含有一定理論基礎(chǔ)、涉及到多方面知識(shí)的題目，學(xué)生相當(dāng)于接受一個(gè)確定的任務(wù)，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)大多專業(yè)采用這種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是任務(wù)具體，學(xué)生的思路被限定在一定范圍，教師容易管理，容易建立穩(wěn)定的評(píng)定體系，缺點(diǎn)是管理困難，學(xué)生相互抄襲不易防范。嵌合型是指將課程設(shè)計(jì)和實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合起來，如生產(chǎn)實(shí)習(xí)、參觀的工廠等，其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)均來自可以操作的實(shí)際項(xiàng)目，有資料可以參考，設(shè)計(jì)可能理論性不強(qiáng)，但很實(shí)際，需要考慮工廠的實(shí)際場(chǎng)地等因素，更能培養(yǎng)學(xué)生的理論設(shè)計(jì)和實(shí)際經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的意識(shí)。項(xiàng)目引導(dǎo)性是指導(dǎo)教師以項(xiàng)目研制的形式向?qū)W生給出設(shè)計(jì)問題與可利用的資源，學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求主動(dòng)去查閱有關(guān)資料，并給出初步的設(shè)計(jì)方案。而最優(yōu)設(shè)計(jì)方案則需要通過學(xué)生與指導(dǎo)教師的反復(fù)討論才能確定，最終由學(xué)生來完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程，其特點(diǎn)是項(xiàng)目變化大，不確定因素多，評(píng)定系統(tǒng)建立困難。

技術(shù)路線圖在二十世紀(jì)七八十年代為摩托羅拉和康寧（Corning）用于公司管理。目前在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但并沒有統(tǒng)一、規(guī)范的定義。技術(shù)路線圖是一個(gè)過程工具，幫助識(shí)別行業(yè)、部門、公司未來成功所需的關(guān)鍵的技術(shù)，以及獲得執(zhí)行和發(fā)展的這些技術(shù)所需的項(xiàng)目或步驟[7]。

技術(shù)線路圖本身就是以“市場(chǎng)拉動(dòng)”為動(dòng)因，采取的是以能力、機(jī)會(huì)為基礎(chǔ)的戰(zhàn)略，形成的是競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)的、中長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃。技術(shù)路線圖實(shí)施階段主要包括六個(gè)步驟：①確定技術(shù)路線圖的主要產(chǎn)品；②確定系統(tǒng)關(guān)鍵需求與目標(biāo)；③確定主要技術(shù)領(lǐng)域；④確定技術(shù)驅(qū)動(dòng)及目標(biāo)；⑤確定替代性技術(shù)與時(shí)間表；⑥確定需要推進(jìn)的替代性技術(shù)[8]。

圖1給出了常見技術(shù)路線圖的流程圖。從技術(shù)線路圖的特點(diǎn)可以看出，該技術(shù)是一個(gè)非常完整的系統(tǒng)工程，它從市場(chǎng)需求出發(fā)，通過產(chǎn)業(yè)目標(biāo)技術(shù)、技術(shù)壁壘分析、研發(fā)需求分析，系統(tǒng)地對(duì)目標(biāo)需求進(jìn)行討論后，確定技術(shù)路線圖。技術(shù)路線圖的完成既要有團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)軍人物，也要保證團(tuán)隊(duì)的密切合作和共同的辯論分析?？梢娂夹g(shù)路線圖非常適合和課程設(shè)計(jì)嵌合應(yīng)用，特別是適合學(xué)生分組訓(xùn)練，既可以增強(qiáng)學(xué)生的合作精神，又可以防止學(xué)生相互抄襲。

圖1 技術(shù)路線圖的流程圖

三 課程改革實(shí)施方法

1 課程設(shè)計(jì)選題

設(shè)計(jì)題目的選擇是課程設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，題目既要有體現(xiàn)專業(yè)的特性，又要體現(xiàn)綜合性、典型性和實(shí)用性。

不言而喻，設(shè)計(jì)題目應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，體現(xiàn)出專業(yè)特色，但鑒于課程設(shè)計(jì)時(shí)間受到限制，題目的難易也是重要的考慮因素， 故選題應(yīng)難度適中，符合學(xué)生實(shí)際知識(shí)水平，經(jīng)過努力能夠圓滿完成。相關(guān)數(shù)據(jù)能從文獻(xiàn)上查得或能預(yù)測(cè)出來，否則學(xué)生由于缺乏數(shù)據(jù)不能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，難以達(dá)到教學(xué)目的。

題目的綜合性表現(xiàn)在題目要設(shè)計(jì)多學(xué)科、知識(shí)面廣的特點(diǎn)，這樣有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，而且也容易吸引學(xué)生，對(duì)本課程產(chǎn)生興趣。

題目的典型性表現(xiàn)在要能很好地符合產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖的模式，可以提供更多的需求，產(chǎn)生討論和辯論的機(jī)會(huì)，達(dá)到開發(fā)學(xué)生智力和提高工程能力的目的。

題目的實(shí)用性表現(xiàn)在題目盡量結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，既可以容易獲得相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，不至于使題目太難，導(dǎo)致學(xué)生很難在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，達(dá)不到課程設(shè)計(jì)的目的；也容易建立完善的評(píng)價(jià)體系和邀請(qǐng)相關(guān)工廠工程人員參與指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

2 團(tuán)隊(duì)精神培養(yǎng)

技術(shù)路線圖方式的最大特點(diǎn)在領(lǐng)軍人物的協(xié)調(diào)下，通過與專家組的討論，形成市場(chǎng)需求和技術(shù)需求，甚至研發(fā)需求，最終形成。這種運(yùn)行模式非常適合課程設(shè)計(jì)的管理，每個(gè)課題組學(xué)生 5-7人，指派教師一人專職輔導(dǎo)，有條件的可以邀請(qǐng)工廠的技術(shù)專家參與其中，這樣的模式非常有利于管理，可以很好地防治學(xué)生缺勤、抄襲、懶惰等缺點(diǎn)，鍛煉了同學(xué)間的協(xié)作精神，教師也能積極地參與其中。

教師和專家在團(tuán)隊(duì)中作為領(lǐng)軍人物，只是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)學(xué)生的工作，監(jiān)督進(jìn)度，適時(shí)地提出建議和意見，學(xué)生作為技術(shù)路線圖設(shè)計(jì)的主題，他們互相合作，相互獨(dú)立，但最終目標(biāo)一致。

3 設(shè)計(jì)過程中的管理

設(shè)計(jì)過程中的管理是近年來課程設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。技術(shù)路線圖模式由于需要不斷地討論和研究很好的解決了學(xué)生出勤差和試圖靠抄襲蒙混過關(guān)的問題。保證學(xué)生主動(dòng)思考是設(shè)計(jì)過程中的管理重點(diǎn)，教師可以通過不斷地督促和幫助學(xué)生檢索資料；學(xué)生也要為這個(gè)技術(shù)路線圖的完成負(fù)有責(zé)任；同時(shí)不斷受到下游設(shè)計(jì)學(xué)生的督促等都極大地促進(jìn)了學(xué)生的主動(dòng)思考意識(shí)。

教師作為領(lǐng)軍人物和設(shè)計(jì)參與者主要的管理任務(wù)是組織團(tuán)隊(duì)的研討會(huì)，協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)的合作狀態(tài)，督促個(gè)體的設(shè)計(jì)進(jìn)展。在指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)過程中不僅要突出學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，還要有助于發(fā)展學(xué)生的個(gè)性，激發(fā)其潛在的創(chuàng)新思維以及學(xué)習(xí)興趣。

4 評(píng)分體系的建立

評(píng)分體系的建立是課程設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于以前缺乏完善的管理體制，無法防止抄襲或作假等帶來的成績(jī)不公平，主要靠答辯、出勤登記或老師印象等等來辨別學(xué)生的設(shè)計(jì)情況，由于答辯多采用導(dǎo)師回避制，總成績(jī)還要看指導(dǎo)教師的主觀印象，不能很好的體現(xiàn)設(shè)計(jì)和答辯的重要地位。

技術(shù)路線圖模式本身就加強(qiáng)了教師的指導(dǎo)責(zé)任，教師自始至終做為領(lǐng)軍人物參與設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，有效的監(jiān)督了學(xué)生的參與，學(xué)生必須全身心的參與其中，這有效的保證出勤和管理。評(píng)分體系也更多的建立在答辯和設(shè)計(jì)本身的完善性上，更加客觀，也容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

課程設(shè)計(jì)是工程類專業(yè)課程結(jié)束后的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)將有很大的幫助。產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖獨(dú)特的運(yùn)行模式為課程設(shè)計(jì)提供了理想的管理方法。課程設(shè)計(jì)嵌合產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖不僅能有效的提高課程設(shè)計(jì)的管理水平和提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，更重要的是鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也增加了課程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系的客觀性和標(biāo)準(zhǔn)化。

[1]劉曉敏，夏文秀. 如何圍繞課程設(shè)計(jì)加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)[J]. 法制與社會(huì)，2009，(8)：363-363.

[2]陳洪章. 生物過程工程與設(shè)備[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 北京, 2004.

[3]杜志云,譚偉,鄭杰,等. 課程設(shè)計(jì)嵌合生產(chǎn)實(shí)習(xí)的PBL教學(xué)模式探討[J]，廣東化工, 2009, 199(11): 188-189.

[4]羅運(yùn)虎,邢麗冬,王勤,等. 基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程設(shè)計(jì)改革[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 31(6): 14-15.

[5]王任芳. 化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 6(4): 325-326.

[6]劉春華. 談以學(xué)習(xí)者為中心的課程設(shè)計(jì)[J]. 長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)( 高教版), 2009, 4(12):127-128.

[7]李興華. 產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖[M]. 廣東科技出版社, 廣州: 2008.

[8]曾路, 孫永明. 產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖原理與制定[M]. 華南理工大學(xué)出版社, 2009年3月, 第三次印刷.

Key words: biochemical; engineering curriculum design; industry technology roadmapping; teaching model; teaching methodology

Abstract：It is necessary for the future development of biotechnology major to have a curriculum design. And it is also a optimal way for students to improve the ability of both applying biological knowledge and solving actual engineering problems. In the paper,a novel teaching model for biotechnology was selected and the methodology of Curriculum Design Combined industry technology roadmapping for biochemical engineering was explored, with a good purpose in the actual teaching process.

The Exploration of Teaching Model Combining Curriculum Design of Biochemical Engineering and Industry Technology Roadmapping

ZHANG Jun-jie,WANG Li-ping,TIAN Ya-hong
(College of Chemical Engineering and Biotechnology, Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 063009, China)

G642.3

A

1673–2804(2010)02-0072-03

2010-04-22