基于工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向的“生物工程設(shè)備”課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

韓本勇，熊向峰，趙 鵬，余旭亞，徐軍偉

（昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650500）

0 引言

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)也在以前所未有的廣度和深度迅速發(fā)展，而生物工程設(shè)備是現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵[1]?！吧锕こ淘O(shè)備”是生物工程專業(yè)的一門重要專業(yè)必修課。該課程知識(shí)面廣，是生物工程技術(shù)與化學(xué)工程技術(shù)的交叉結(jié)合體[2]，內(nèi)容繁雜、實(shí)踐和應(yīng)用性強(qiáng)，同時(shí)涉及到學(xué)時(shí)少，教學(xué)內(nèi)容更新快；同時(shí)，學(xué)生對(duì)生物工程工廠的了解很少，嚴(yán)重缺乏相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為該課程“枯燥”“機(jī)械”，大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性及主動(dòng)性不高，普遍覺得課程學(xué)習(xí)難度大，不易掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，甚至出現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象。

鑒于“生物工程設(shè)備”課程的教學(xué)實(shí)際，應(yīng)針對(duì)該課程的特點(diǎn)，從學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際出發(fā)。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及工程教育改革發(fā)展的要求。對(duì)學(xué)校生物工程本科專業(yè)的主干課程“生物工程設(shè)備”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化與改革，對(duì)教學(xué)手段與方法及實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行有益的探索與實(shí)踐，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，以提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1 結(jié)合工藝過程優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“生物工程設(shè)備”是以生物產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)為目標(biāo)，學(xué)習(xí)和掌握生物產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備種類、原理，以及設(shè)備設(shè)計(jì)和選型，是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的重要課程之一，屬于工程應(yīng)用型課程體系[3]。在課堂教學(xué)中如何使“生物工程設(shè)備”課程教學(xué)變得生動(dòng)、有趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合該課程的前沿技術(shù)進(jìn)行知識(shí)更新，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，是授課教師長(zhǎng)期探索的重要課題。

生物加工過程從原料到產(chǎn)品，按照原料需經(jīng)過預(yù)處理、反應(yīng)及分離純化的邏輯關(guān)系，把生物工程設(shè)備分為預(yù)處理設(shè)備、反應(yīng)器及分離純化設(shè)備[4]，同時(shí)考慮輔助生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備，如無菌空氣制備、水的制備及處理等。因此，應(yīng)注重教學(xué)內(nèi)容與工藝過程的緊密結(jié)合，進(jìn)行工藝技術(shù)-設(shè)備結(jié)構(gòu)與性能-設(shè)備應(yīng)用的一體化教學(xué)，以生物技術(shù)產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備為主線，重點(diǎn)講授設(shè)備的種類、結(jié)構(gòu)、工作原理、操作技能、工藝特性及相關(guān)設(shè)計(jì)的計(jì)算與選型，加強(qiáng)學(xué)生工程能力培養(yǎng)，使他們能獨(dú)立分析工藝技術(shù)條件與設(shè)備之間的關(guān)系，思考設(shè)備選型及計(jì)算過程中的工程問題，提高工程應(yīng)用能力，使他們成為合格的高級(jí)工程技術(shù)人才[5]。此外，針對(duì)當(dāng)前生物技術(shù)行業(yè)的迅速發(fā)展、各種新型設(shè)備層出不窮的發(fā)展趨勢(shì)，適時(shí)將國內(nèi)外最新的相關(guān)科研成果和技術(shù)，以及生物工程設(shè)備的新發(fā)展、新思想和新概念引進(jìn)課堂，更新和完善課程教學(xué)內(nèi)容，將有利于學(xué)生視野的拓寬、學(xué)習(xí)興趣的提高，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)。

2 教學(xué)方法和手段的改進(jìn)

“生物工程設(shè)備”屬于工程類課程，在學(xué)生沒有工廠實(shí)踐經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)、缺乏對(duì)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)條件下，僅靠教師課堂講授理論知識(shí)，這樣的學(xué)習(xí)過程枯燥干澀，且不利于學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)。為此，在教學(xué)過程中進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程應(yīng)用能力，改變“滿堂灌”的教學(xué)方法，進(jìn)行啟發(fā)式和研討式的教學(xué)。

2.1 課堂教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力

教學(xué)方法是教學(xué)過程中教師與學(xué)生為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的和教學(xué)任務(wù)要求，在教學(xué)活動(dòng)中所采取的行為方式[6]。長(zhǎng)期以來，以教師為主導(dǎo)的“灌輸式”教學(xué)，不注重學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，致使學(xué)習(xí)的積極性不足，教學(xué)效果欠佳。在新的歷史時(shí)期，需要以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，堅(jiān)持以人為本、學(xué)用結(jié)合的教學(xué)理念，在課堂教學(xué)中進(jìn)行啟發(fā)式、探究式教學(xué)。結(jié)合具體的工程實(shí)例的講授，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程問題的分析，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，有意識(shí)地挖掘?qū)W生的思維潛能，培養(yǎng)其分析和解決實(shí)際工程問題的能力和自主學(xué)習(xí)的能力。

在課堂教學(xué)中進(jìn)行啟發(fā)式和探究式教學(xué)，教師需要改變“灌輸”教學(xué)的思路，把枯燥的設(shè)備融入具體的產(chǎn)品工藝技術(shù)路線中去，結(jié)合具體的工程實(shí)例應(yīng)用，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梗概性講解，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行問題分析；然后再進(jìn)行展開、設(shè)問。教師所提問題要有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、分析和總結(jié)。有目的地培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲望。另外，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的鍛煉和培養(yǎng)，在課堂教學(xué)中，設(shè)置一定的課時(shí)，事先安排特定的主題，要求學(xué)生去查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，并撰寫報(bào)告，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行匯報(bào)交流，師生間展開討論，最后由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。例如，以固液分離設(shè)備在生物工程工藝開發(fā)中的應(yīng)用為主題，可使學(xué)生充分了解和掌握各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理，以及設(shè)備的應(yīng)用范圍、場(chǎng)合，并能拓展學(xué)生對(duì)工藝開發(fā)過程的理解，促進(jìn)學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問題的分析、解決與探究能力。

2.2 多種教學(xué)手段相結(jié)合，激發(fā)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

“生物工程設(shè)備”課程的特點(diǎn)是以設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理和設(shè)計(jì)計(jì)算為主，所以在課堂講授前，先帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)校的生物工程實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀摩，并初步講解設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理及功能，如發(fā)酵設(shè)備、過濾設(shè)備、分離設(shè)備、離子交換設(shè)備、空氣除菌設(shè)備等，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)設(shè)備的印象和理解。通過多年來教學(xué)科研的積累，積極進(jìn)行教學(xué)方法與教學(xué)手段的研究，主要做法為:①在課堂教學(xué)中自己動(dòng)手編制適合教學(xué)大綱要求的多媒體教學(xué)課件，盡可能地將電子教案、視頻資源和動(dòng)畫展示融為一體。這樣，有效增加了教學(xué)的信息量，同時(shí)，可對(duì)生物工程設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、性能和應(yīng)用場(chǎng)景得到有效的表達(dá)和展現(xiàn)。在教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)基本概念和基本理論的講解，再結(jié)合工程實(shí)例的分析，提高了教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。②隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，筆者建立了“生物工程設(shè)備”網(wǎng)絡(luò)課程，將課程教學(xué)資源上網(wǎng)，方便學(xué)生瀏覽和學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)課程知識(shí)有更加直觀的認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，充分利用學(xué)校引進(jìn)的在線課堂資源——雨課堂，將課前-課上-課后的環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系起來，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)間建立溝通橋梁，使得師生的交流溝通及時(shí)反饋。在教學(xué)中，注重學(xué)生主體作用的發(fā)揮，采用多種教學(xué)形式和手段培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力和綜合素質(zhì)。③在課程考核的改革方面，突出以能力為主的考核機(jī)制。為增強(qiáng)和培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力，積極探索和研究課程考核機(jī)制，重心放在考核學(xué)生綜合素質(zhì)與能力上，不斷健全和完善考核方式和標(biāo)準(zhǔn)，使課程考核更具科學(xué)性和操作性。

3 適時(shí)優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

“生物工程設(shè)備”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與理論教學(xué)構(gòu)成完整的教學(xué)計(jì)劃，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，也是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的有效手段。在課程建設(shè)中，增加了課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，將“生物工程設(shè)備”與“過程裝備基礎(chǔ)”這2門課的課程設(shè)計(jì)融合。教師以某種生物技術(shù)產(chǎn)品（有機(jī)酸、酶制劑、抗生素、疫苗、單抗等）的生產(chǎn)工藝為主題，按照工藝技術(shù)條件構(gòu)建課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于生物工程設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，圍繞生物反應(yīng)器的新型與設(shè)計(jì)計(jì)算，內(nèi)容涉及發(fā)酵工藝原理、生物分離技術(shù)等。指導(dǎo)教師給出設(shè)計(jì)題目的總圖要求，學(xué)生結(jié)合興趣自行選擇確定具體的設(shè)計(jì)題目（每3個(gè)學(xué)生為一組），指導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行設(shè)備工藝部分的設(shè)計(jì)，得到的工藝參數(shù)用于設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程加強(qiáng)工藝與設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)工程能力的培養(yǎng)。通過課程設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生查閱設(shè)計(jì)相關(guān)資料，進(jìn)行理論計(jì)算及設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成設(shè)備工程圖紙的繪圖、設(shè)備設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫，最后進(jìn)行設(shè)計(jì)成果匯報(bào)和答辯等方面的能力訓(xùn)練，為學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的綜合實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及畢業(yè)后的工作奠定前期基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

根據(jù)生物工程應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，依托昆明理工大學(xué)生物工程專業(yè)學(xué)科特色和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行“生物工程設(shè)備”課程教學(xué)改革與實(shí)踐，在已形成的課程教學(xué)體系基礎(chǔ)上，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容與課程體系進(jìn)行重組、整合與更新。結(jié)合云南生物醫(yī)藥大健康產(chǎn)業(yè)的

發(fā)展，以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，重點(diǎn)優(yōu)選生物醫(yī)藥，生物化工等有關(guān)內(nèi)容的課程體系與教學(xué)內(nèi)容，注重工藝技術(shù)-設(shè)備結(jié)構(gòu)與性能-設(shè)備應(yīng)用的一體化教學(xué)改革與建設(shè)，不斷更新、優(yōu)化和完善課程體系與教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法和手段，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)，使課程教學(xué)體系與內(nèi)容更具系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性。通過基于工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向的“生物工程設(shè)備”課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐，加強(qiáng)了學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果顯著提高。