“新工科”背景下生物分離工程實(shí)踐教學(xué)改革研究

杜麗平 馬立娟 夏夢(mèng)雷

（天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院 天津 300457）

0 引言

現(xiàn)階段生物工程發(fā)展迅速，生物分離過程是生物工程中必不可少的也是極為專業(yè)的環(huán)節(jié)，分離技術(shù)是生物高新技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。同時(shí)生物分離工程是一門實(shí)踐屬性突出的課程，在生物工程專業(yè)的課程設(shè)置中處于橋梁和紐帶地位，對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。因此在新工科的背景下，生物分離工程的實(shí)踐教學(xué)如何面對(duì)新理念、新要求，找到繼承與創(chuàng)新的新途徑，值得我們思考。

1 關(guān)于新工科與生物分離工程

相比傳統(tǒng)的工科專業(yè)，“新工科”的特點(diǎn)在于不但吸取了傳統(tǒng)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，還結(jié)合了新市場(chǎng)、新科技、新要求所帶來的學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，思考社會(huì)對(duì)工科人才的新標(biāo)準(zhǔn)和高校培養(yǎng)的新模式。也就是說，“新工科”新在創(chuàng)新迭代，對(duì)工科教育的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展做了戰(zhàn)略性的思考和探索。

自2016 年“新工科”的概念被提出后，國(guó)家教育部門便對(duì)新工科的建設(shè)進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃與推進(jìn)?！皬?fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”作為新工科建設(shè)的三部曲，開辟了高校對(duì)新工科建設(shè)的探索之路，在這之后，“天大方案”“F計(jì)劃”“成電方案”等紛紛涌現(xiàn)。[1]國(guó)家和高校合力探索提升師資隊(duì)伍質(zhì)量、專業(yè)建設(shè)質(zhì)量、課程建設(shè)質(zhì)量、育人生態(tài)質(zhì)量、雙創(chuàng)教育質(zhì)量等多方面的方案措施，形成優(yōu)秀的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)家高等教育的建設(shè)添磚加瓦。

生物分離工程是生物工程專業(yè)中非常重要的一門必修課程，是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要掌握多個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，如生物化學(xué)、基礎(chǔ)化學(xué)、化工原理、微生物學(xué)等，還要具備對(duì)知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力。[2]最終要求學(xué)生能夠在實(shí)際工作中熟練地將理論應(yīng)用于實(shí)踐，進(jìn)行正確的操作，指導(dǎo)生產(chǎn)，服務(wù)生產(chǎn)，因此這門學(xué)科的講授也是具有一定難度的。

2 生物分離工程實(shí)踐教學(xué)改革措施

對(duì)于實(shí)踐教學(xué)，過去人們會(huì)將它與課堂理論教學(xué)進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為它是對(duì)課堂理論知識(shí)的課外應(yīng)用。如今隨著“新工科”理念的提出和教育改革的推進(jìn)，人們對(duì)實(shí)踐教學(xué)的認(rèn)識(shí)有了新的延伸，即實(shí)踐教學(xué)應(yīng)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中，從課堂內(nèi)的教學(xué)內(nèi)容到課堂外的理論研究，從校園內(nèi)的實(shí)驗(yàn)操作到校園外的實(shí)踐教學(xué)。

目前高校對(duì)生物分離工程的實(shí)踐教學(xué)還存在很多問題，如課堂內(nèi)容過多，無法突出教學(xué)重點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)安排得太少，學(xué)生對(duì)實(shí)踐過程不重視且考核缺乏嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生實(shí)踐能力弱等。因此對(duì)生物分離工程進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的改革迫在眉睫，高校應(yīng)引起重視。

（1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)課堂教學(xué)的針對(duì)性。在高校內(nèi)，“生物分離工程”這門專業(yè)課一般是對(duì)高年級(jí)的學(xué)生開設(shè)的，這些學(xué)生一方面專業(yè)課多且難度大，另一方面面臨著實(shí)習(xí)或就業(yè)壓力，學(xué)生有限的學(xué)習(xí)時(shí)間被壓縮，因此他們對(duì)專業(yè)課內(nèi)容的學(xué)習(xí)會(huì)更側(cè)重于有利于就業(yè)的或?qū)ι龑W(xué)有直接幫助的課程。因此可以根據(jù)學(xué)生的發(fā)展方向?qū)⑵浞譃閮纱箢悾活愂且谏a(chǎn)一線從事生物工業(yè)的生產(chǎn)和管理工作的學(xué)生，另一類是要在科研院內(nèi)進(jìn)行基礎(chǔ)或應(yīng)用研究的學(xué)生。學(xué)校和教師應(yīng)考慮到學(xué)生的具體需求，將理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)備相結(jié)合，針對(duì)這兩類學(xué)生優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，例如講分離技術(shù)時(shí)，應(yīng)將它在科學(xué)研究和工業(yè)上的利用現(xiàn)狀都介紹給學(xué)生，使兩類學(xué)生都能學(xué)到有用的知識(shí)，提高學(xué)生的課堂興趣。通過這種方式優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)課堂教學(xué)的針對(duì)性。[3]

（2）加強(qiáng)與其他學(xué)科間的聯(lián)系。生物分離工程作為一門綜合性的學(xué)科，是以相關(guān)的公共課為基礎(chǔ)、以其他生物工程專業(yè)課為支撐來進(jìn)行學(xué)習(xí)的學(xué)科。我們不難發(fā)現(xiàn)，在課堂中進(jìn)行過程的講解以及結(jié)果的運(yùn)算時(shí)都會(huì)涉及到很多高數(shù)學(xué)科的內(nèi)容，如萃取平衡的推導(dǎo)和萃取率的計(jì)算就需要高等數(shù)學(xué)的知識(shí)。然而部分學(xué)生對(duì)高數(shù)知識(shí)掌握得不牢固，沒有打好基礎(chǔ)，對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)和理解就會(huì)產(chǎn)生困難，久而久之形成惡性循環(huán)，失去學(xué)習(xí)興趣。因此對(duì)相關(guān)公共課的考核一定要重視，學(xué)院應(yīng)根據(jù)各個(gè)專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，對(duì)公共課的考核實(shí)行不同的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于其他專業(yè)課，也應(yīng)設(shè)計(jì)好與生物分離工程的學(xué)科聯(lián)系，講解時(shí)要做到面面俱到。[4]同時(shí)對(duì)重要的內(nèi)容要做到重點(diǎn)考查，讓學(xué)生明確公共課和專業(yè)課中的必要聯(lián)系。

（3）充分利用現(xiàn)代化手段，實(shí)現(xiàn)多媒體與板書教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。多媒體教學(xué)在高校內(nèi)已經(jīng)相當(dāng)普及，對(duì)生物分離工程來講，將教學(xué)內(nèi)容制作成PPT 并通過多媒體播放是有一定的好處的，因?yàn)檫@門學(xué)科教學(xué)內(nèi)容多、復(fù)雜、抽象且應(yīng)用性強(qiáng)，而多媒體可以將聲音、圖像、文字融為一體，且可以以動(dòng)畫的形式將實(shí)際生產(chǎn)過程展示給學(xué)生，方便學(xué)生理解，并能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。不過多媒體教學(xué)并不適用于全部課程內(nèi)容，因?yàn)樗淮握故镜男畔⒘看?，學(xué)生的接受速度和做筆記的速度會(huì)跟不上多媒體的變換速度，反而對(duì)學(xué)生當(dāng)堂掌握知識(shí)點(diǎn)不利。傳統(tǒng)的板書教學(xué)中教師的板書速度可以使學(xué)生有充分的時(shí)間去理解和做筆記，學(xué)生與教師的思維能夠保持同步?；谶@種情況，教師應(yīng)合理利用多媒體教學(xué)與板書教學(xué)，將兩者充分結(jié)合，實(shí)現(xiàn)課堂效果。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的推導(dǎo)，如講授用同量溶劑萃取物質(zhì)時(shí)，多次萃取比用相同溶劑一次萃取的效果要好，應(yīng)采用板書教學(xué)法，計(jì)算出相應(yīng)的萃取率，讓學(xué)生看到兩者之間的區(qū)別，方便學(xué)生接受和理解。[5]而對(duì)于分離設(shè)備或者分離操作，如講授色譜原理時(shí)，關(guān)于維茨特創(chuàng)立色譜法的過程和方法，就可以利用多媒體教學(xué)，通過動(dòng)畫展示的方式向?qū)W生呈現(xiàn)相關(guān)，既形象又便捷。因此教師要充分利用現(xiàn)代化手段，實(shí)現(xiàn)多媒體和板書教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

（4）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，重視工程能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)作為生物分離工程教學(xué)的重要組成部分，是最能體現(xiàn)新工科教育理念的教學(xué)手段。學(xué)校應(yīng)多組織學(xué)生到校外參觀生物工程產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)園區(qū)，了解生物產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，與企業(yè)進(jìn)行合作成立學(xué)生實(shí)習(xí)基地，讓學(xué)生能夠充分利用實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)一些生物工程的操作設(shè)備和操作方法，同時(shí)還應(yīng)向?qū)W生介紹生物工程產(chǎn)品在生產(chǎn)中的地位，使學(xué)生了解得更加全面。[6]學(xué)校還應(yīng)培養(yǎng)教師的實(shí)踐教學(xué)能力，從學(xué)院的教師中選拔優(yōu)秀教師并對(duì)他們的科研任務(wù)進(jìn)行適當(dāng)控制，讓這些優(yōu)秀教師到企業(yè)中進(jìn)行實(shí)踐，與企業(yè)合作完成生產(chǎn)項(xiàng)目，既能幫助企業(yè)創(chuàng)造利益，又能培養(yǎng)企業(yè)作為校外實(shí)習(xí)基地的校企合作關(guān)系。在校內(nèi)，學(xué)校應(yīng)對(duì)生物分離工程學(xué)科開設(shè)生物技術(shù)大實(shí)驗(yàn)課，幫助學(xué)生掌握生物產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，同時(shí)將本學(xué)科的各個(gè)實(shí)驗(yàn)操作有機(jī)串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的節(jié)約化、集成化。對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)校應(yīng)設(shè)立項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，提升實(shí)驗(yàn)室的硬件水平，盡量使每位學(xué)生都能夠親自動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，改變以前只能通過教師演示實(shí)驗(yàn)以及新實(shí)驗(yàn)難開展的狀況，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。

（5）優(yōu)化考核體系。生物分離工程實(shí)驗(yàn)是生物工程專業(yè)重要的實(shí)驗(yàn)課程之一，實(shí)驗(yàn)考核是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)踐能力和教師授課效果的主要方式。目前大部分院校對(duì)學(xué)生的考核大都重結(jié)果、輕過程，單憑學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來判斷好壞，忽視中間重要的過程，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)不上心，認(rèn)為只是走過場(chǎng)。如今，在“新工科”的要求下，學(xué)校應(yīng)該落實(shí)以學(xué)生為本的教學(xué)理念，將學(xué)生放在主體地位，對(duì)學(xué)生的考核要適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求，不僅需要考查操作過程是否規(guī)范、方案設(shè)計(jì)是否合理、結(jié)果分析是否透徹，還要考察實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性、小組研討的積極性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。[7]此外，學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生表達(dá)能力、邏輯能力以及分析概括能力的培養(yǎng)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)于實(shí)踐性極強(qiáng)的生物分離工程專業(yè)來講，就是一篇富有見解的科研論文，是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究必須要掌握的一項(xiàng)技能。

3 結(jié)語

新工科理念的提出，是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的更高要求。高校應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改革創(chuàng)新，不斷完善培養(yǎng)方案，將生物分離工程的實(shí)踐教學(xué)落實(shí)到課堂內(nèi)外，努力提高學(xué)生的實(shí)踐能力，探索新工科時(shí)代卓越人才的培養(yǎng)模式，服務(wù)生物產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。