基于工程教育背景的《生物工程工廠設計課程設計》教學改革與探索

任海偉，李雪雁，李志忠，鞏慧玲

（蘭州理工大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州730050）

基于工程教育背景的《生物工程工廠設計課程設計》教學改革與探索

任海偉，李雪雁，李志忠，鞏慧玲

（蘭州理工大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州730050）

結合蘭州理工大學《生物工程工廠設計課程設計》教學過程中出現(xiàn)的問題與現(xiàn)象，對該課程的教學改革進行探索和實踐。在教學過程中，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，突出工程教育背景下學生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，從選題、任務下達、過程指導、答辯考核等環(huán)節(jié)進行改革探索，有效提高教學質量。

課程設計；教學改革；教學實踐

《生物工程工廠設計課程設計》是生物工程專業(yè)的專業(yè)必修實踐環(huán)節(jié)，是在學生完成所學《工程圖學》《機械設計基礎》《化工原理》《生物工程設備》《生物工藝學》《生物工程工廠設計基礎》等課程基礎上開設的，對培養(yǎng)學生的工程實踐能力起著基礎性的決定作用［1］。本課程的教學目的是通過對生物工程工廠（企業(yè)）的工藝設計或某個生產(chǎn)車間的設計，包括工藝流程設計、物料衡算、車間設備布置等內容，培養(yǎng)學生查閱資料手冊、標準和規(guī)范以及整理數(shù)據(jù)、提高運算和繪圖的能力，培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關先修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練，是加深學生對理論知識的理解與記憶的重要手段。在整個教學計劃中，它起著培養(yǎng)學生獨立工作能力、創(chuàng)新能力、深化與升華學生所學的知識和檢驗學生綜合素質與工程實踐能力的重要作用。

1　課程設計在專業(yè)課程體系中的作用

課程設計是將課程理念轉化為課程實踐活動的“橋梁”，是課程規(guī)劃中最具創(chuàng)造性的活動?！渡锕こ坦S設計課程設計》將所學理論課進行綜合與系統(tǒng)化，將《生物工程工廠設計基礎》理論教學與認識實習、生產(chǎn)實習等實踐相結合，強化了專業(yè)知識的系統(tǒng)性，避免了理論學習和工程設計能力相脫節(jié)，可為后續(xù)的畢業(yè)設計打下基礎。

2　《生物工程工廠設計課程設計》的重要性

《生物工程工廠設計課程設計》重在培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力，課程知識點的綜合性對相關基礎專業(yè)課的學習具有良好的促進和導向作用。在教學環(huán)節(jié)、教學手段等方面更要注重實效，注重過程訓練和工程思維訓練。

2.1加深理解理論知識

通過課程設計使學生進一步熟悉、掌握典型生物工程（發(fā)酵工程）工廠的設計原理與基本知識，初步學會從設計方案到工程圖紙設計的基本過程、方法和思路，為今后的工程設計積累經(jīng)驗。

2.2啟發(fā)學生的思維能力

課程設計自始至終要求學生明確自己是課程設計實踐活動的主體，從領會設計任務、查閱資料、確定設計方案到圖紙繪制完成，都要親歷親為，消除依賴心理，發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性，使學生逐步養(yǎng)成獨立思考、綜合分析與解決問題的習慣，培養(yǎng)學生自主設計能力。

2.3提高生物工程專業(yè)學生的工程設計能力

通過該課程設計的深度參與，有利于提高學生的工程設計能力和工程實踐能力，從而為今后工作學習奠定良好基礎。

3　目前《生物工程工廠設計課程設計》教學中存在的問題

3.1學生理論基礎知識掌握不牢固

學生普遍反映生物工程工廠設計理論知識比較枯燥、抽象、難學，甚至進行課程設計的時候，許多學生對理論知識的一些基本概念、計算依然很模糊，給課程設計教學帶來了一定困難［2］。

3.2課時有限

該課程設計通常安排在《生物工程工廠設計基礎》理論教學結束后進行，一般安排在學期末最后2周內要完成整個設計任務。生物工程工廠設計課程設計不同于其他課程設計，學生需要大量時間進行工藝計算、設備計算與選型等程序，而且計算過程要通過順序計算法和倒推計算法進行驗證、校核，這樣就很可能需要反復多次計算，花費較長時間才能完成［3］。

3.3課程設計題目偏少，抄襲現(xiàn)象嚴重

生物工程工廠設計課程設計的題目通常是“XXX工廠XX車間的工藝設計”，設計題目偏少，且脫離實際生產(chǎn)。很多學生覺得計算過程太麻煩，不愿意一遍一遍地去驗證計算，導致很多設計說明書與網(wǎng)絡等途徑的參考資料雷同，甚至存在抄襲現(xiàn)象。

3.4考核標準和制度不健全

過去師生比較高的情況下，對課程設計的考核都要通過答辯環(huán)節(jié)，以此來考查學生在設計過程中對問題的把握、分析及解決問題的能力。但隨著學生人數(shù)的增加，師生比大大減少，教師的時間和精力明顯不足，導致考核主要以學生的設計說明書和圖紙作為依據(jù)，答辯環(huán)節(jié)弱化［4］。

4　《生物工程工廠設計課程設計》教學改革的探索和實踐

鑒于目前《生物工程工廠設計課程設計》教學存在的問題，我們經(jīng)過充分的準備，對該課程設計有針對性地進行了改革。改革的重點是教學過程中要充分發(fā)揮學生的主動積極性，讓學生真正體會到理論知識在實際工程設計中的應用，培養(yǎng)學生的工程設計能力，讓學生在選擇設計方案、查找數(shù)據(jù)、選用公式及設計方法等方面得到綜合訓練［5］。

4.1提前布置任務

由于課程設計時間一般安排在期末進行，要在短短2周內完成課程設計，時間略顯緊迫。為了克服設計時間不足等問題，我們采取了以下措施：在講解完理論課以后就對學生進行初步的設計動員，介紹設計題目和考核要求，要求學生利用課余時間有意識地根據(jù)設計題目的要求查找相關資料，同時也能對剛學過的理論知識進行有效復習，加深對課程內容的理解。

4.2重視課程設計選題的廣泛性與包容性

選題時主要考慮三個方面：首先，題目必須能充分體現(xiàn)工程設計的基本訓練要求，能夠提高學生的工程設計能力和創(chuàng)新能力，對理論分析、設計計算、設計表達、設計文件規(guī)范化等工程設計的各個步驟的系統(tǒng)性訓練；其次，內容上要有現(xiàn)代意識，排除陳舊內容，具有一定的先進性；再次，選題要有一定的實用性、可行性，爭取將生產(chǎn)實際與課程設計相結合，針對不同的行業(yè)領域方向選擇適宜的課題，如酶制劑生產(chǎn)類、抗生素飲料類、發(fā)酵調味品類、發(fā)酵食品類、發(fā)酵能源類等方面的車間設計。

4.3科學分組，每人一題

一方面，為了保證教學效果，使每個學生都能獨立思考，課程設計采用每人一題的形式。為便于討論，每3～5名同學選定同一類型工廠的設計課題，即同類工廠，但不同規(guī)模、不同車間、不同原料、不同工藝，分工協(xié)作、獨立完成，增強團隊合作意識。因設計參數(shù)不同，物料衡算、能量衡算、設備選型與計算、經(jīng)驗參數(shù)選取、設計方案等都有所不同。通過這種方式，提高了學生獨立思考，自主設計方案，綜合運用知識，獨立解決工程實際問題的能力。另一方面，考慮到設計題目應與生物工程工廠設計理論教學和工程實際相結合，題目的選取既要有普遍性，又要有典型性和實用性。再者，課程設計題目還要結合地域特色，通過課程設計讓學生對地方某個發(fā)酵工程類產(chǎn)業(yè)有詳細了解，為就業(yè)奠定基礎?？傊?，通過課程設計，達到加深對課程理論體系的掌握，從而進一步培養(yǎng)學生的工程計算、工程設計與表達、工程設計與開發(fā)等能力。

4.4以學生為主體，教師積極引導的原則

在整個課程設計過程中，貫穿以學生為中心主體，教師發(fā)揮引導作用的原則。首先，學生要明確自己是課程設計實踐活動的主體，整個過程都要積極參與，親歷親為，發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性，逐步養(yǎng)成獨立思考、綜合分析與解決問題的習慣，培養(yǎng)學生自主設計的能力。第二，教師注重引導學生全身心投入設計過程，提高自學能力和獨立分析解決問題的能力；教師不能滿足于讓學生“學會”，而是要引導學生“會學”；尤其碰到難點問題時，一方面教師通過典型的案例分析，鞏固和深化學生對基本理論知識的理解，啟發(fā)學生思路；另一方面，鼓勵學生表達自己對所遇問題的解決辦法，然后討論剖析，鼓勵學生通過自己查閱資料尋找答案，提高學生獨立解決問題的能力，引導學生真正從“我是工程師”的角度來鉆研問題。最后，要改變教師“一步到位”，學生“照貓畫虎、依葫蘆畫瓢”的老辦法，激勵學生敢于想象，敢于嘗試、敢于創(chuàng)新，激發(fā)學生精益求精的工作作風和科學態(tài)度。

4.5要求統(tǒng)一，內容充實

為了提高課程設計的質量和設計的規(guī)范性，對課程設計制定了統(tǒng)一的要求：討論并篩選制定生產(chǎn)工藝方案；主要設備的工藝計算；配套輔助設備的選型；繪制帶控制點的工藝流程圖；繪制車間設備布置圖；編寫設計計算說明書等。對于課程設計說明書，嚴格按照現(xiàn)行的設計規(guī)范要求，包括目錄、設計題目、生產(chǎn)工藝流程圖、方案說明、計算過程與說明、結果概要、評述及問題分析、參考文獻等，訓練學生在工程設計文件方面的撰寫能力［6］。

4.6完善考核辦法

科學設計成績考核評定方法對提高課程設計質量有良好的促進作用。課程設計的成績包括平時成績（20）、設計說明書及圖紙成績（40）、答辯成績（40）等，綜合考查設計過程、圖紙的質量、說明書質量、平時考勤、答辯等各環(huán)節(jié)，使給出的成績盡量符合學生的實際設計水平。圖紙質量的評分項目為圖面是否干凈整潔，布圖是否合理，是否按照設計要求完成全部圖紙，工程語言是否規(guī)范，有無缺項等。說明書的評分項目為設計思想是否新穎，格式是否規(guī)范，設計參數(shù)是否正確，能否敘述設計要點，方案是否新穎、工藝流程示意圖和車間設備布置方案的說明及論證、設計結果概要（物料衡算過程與結果、設備選型計算步驟與結果、車間布置形式等）、對設計的評述及有關問題的分析討論以及參考文獻等。答辯評分項目包括設計陳述、問題回答和討論的能力。這種開放式的考核方式，增強了學生的積極性與主動性，提高了解決問題的能力，使學生之間相互取長補短，共同提高。

4.7重視課程設計總結與提高

學生按要求完成課程設計任務后，組織一個課程設計總結報告會，讓每一個學生把自己在課程設計中遇到的問題、解決的方法、收獲與體會以及不完善之處總結出來，大家互相探討，教師作適當?shù)狞c評。通過總結，往往可使學生對知識的理解更深刻，對工程設計的方法更了解、更明確。

5　課程設計改革的效果

通過近幾年的課程設計，我們不斷改進教學方式。實踐證明，通過上述方式的改革，充分調動了學生的積極性和主動性，使學生能夠自覺去查閱相關手冊資料，查閱設計圖紙，了解設計流程。改革后的課程設計過程，對教師和學生都是一種學習。學生開闊了思路，擴大了視野；老師加強了教學與科研能力。這種教學相長的形式，既有利于提高學生的工程設計能力，又有利于提升教師的業(yè)務水平。

總之，通過對《生物工程工廠設計課程設計》這門實踐教學課程的改革與探索，有效提高了學生獨立分析與解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)了學生的工程素質，學生普遍反映加深了自身對課堂理論知識的理解與記憶。

［1］唐浩國，張仲欣，孫雪，等.《食品工程原理》課程設計教改研究［J］.陜西教育，2009（10）：219-220.

［2］紀俊敏，魏安池，劉玉蘭.《食品工程原理課程設計》教學改革研究與實踐［J］.廣州化工，2014，42（1）：128-129.

［3］解新安，李雁，李璐.《食品工程原理》課程設計的探索與實踐［J］.中國科技信息，2012（5）：131.

［4］謝毅.提高食品工程原理課程設計質量的研究與實踐［J］.廣西大學學報：自然科學版，2008，33（增刊）：292-293.

［5］孫步峰.生物工程專業(yè)《生物工程工廠設計概論》課程設計初探［J］.中國科教創(chuàng)新導刊，2013（20）：30.

［6］李曉生，林蔚，楊長龍，等.工廠設計概論與課程設計的相關性分析［J］.高師理科學刊，2012，32（1）：119-120.

Reform and Exploration of Curriculum Design of Bioengineering Factory Design under Engineering Education Background

REN Haiwei，LI Xueyan，LI Zhizhong and GONG Huiling
（College of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou，Gansu 730050，China）

The curriculum design of bioengineering factory design is part of undergraduate teaching practice mainly emphasizing professional，technical，comprehensive and practical links.Some problems in the teaching process were discussed and the teaching reform was carried out. In the teaching process，we brought students'subjective initiative into full play and focused on culturing their practical ability and pioneering spirits.Such reform had effectively improved teaching quality in practice.

curriculum design；teaching reform；teaching practice

G42

A

1001-9286（2016）10-0131-03

10.13746/j.njkj.2016248

蘭州理工大學教學研究項目（JY2013008）。

2016-08-08

任海偉（1983-），男，山西孝義人，碩士，副教授，從事生物工程工廠設計方面的教學工作，E-mail：rhw52571119@163.com。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-09-14；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160914.1513.008.html。