地方高校轉(zhuǎn)型背景下生物工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與探索

楊 梅，黃秋婷，任重遠(yuǎn)，張仁文

(吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，吉林 吉林 132022 )

2015年我國(guó)三部委聯(lián)合發(fā)布《引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見(jiàn)》,中提出創(chuàng)新應(yīng)用型技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)模式，建立以職業(yè)需求為導(dǎo)向、以實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，更加專(zhuān)注培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)技能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[1]。應(yīng)用型人才是指能將所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能熟練運(yùn)用于所相關(guān)行業(yè)的、主要從事一線生產(chǎn)的技術(shù)或?qū)I(yè)的一種專(zhuān)門(mén)型社會(huì)實(shí)踐人才[2]。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)過(guò)程，注重課程理論與實(shí)踐相結(jié)合，專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)與專(zhuān)業(yè)技能融合訓(xùn)練，讓學(xué)生具有專(zhuān)業(yè)職業(yè)技能，擁有終身學(xué)習(xí)、不斷提高的潛力[3]。

課程設(shè)計(jì)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)中重要一環(huán)，起到承上啟下的作用[4]，主干課程是課程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)是課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐基礎(chǔ)，課程設(shè)計(jì)是強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)性，鍛煉學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和工程設(shè)計(jì)能力相結(jié)合的能力，使得學(xué)生能掌握設(shè)備和工廠設(shè)計(jì)應(yīng)具備的基本設(shè)計(jì)技能，可為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，為走上工作崗位后能擔(dān)負(fù)起工廠技術(shù)改造的任務(wù),并能夠進(jìn)行車(chē)間或全廠的工藝設(shè)計(jì)。

目前，課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題[4]，學(xué)生普遍反映課程設(shè)計(jì)教學(xué)中關(guān)于發(fā)酵工廠的設(shè)計(jì)理論知識(shí)比較枯燥、抽象、難懂。課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)1周，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，很多設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)與網(wǎng)絡(luò)資料雷同?？己酥饕詫W(xué)生的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和圖紙作為依據(jù)，不能完全考查出學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中分析及解決問(wèn)題的能力。本文在分析地方普通本科高校實(shí)踐教學(xué)困境的基礎(chǔ)上，結(jié)合高?！皯?yīng)用型”的發(fā)展特色辦學(xué)定位，突出學(xué)科特色與優(yōu)勢(shì)，以我校生物工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革為例，主要從以下幾個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行探索和實(shí)踐。

一、明確課程設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)，重視課程設(shè)計(jì)教學(xué)

通過(guò)生物工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)工藝學(xué)、生物工程設(shè)備與化工原理等知識(shí)，掌握發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)的任務(wù)、方法及步驟，培養(yǎng)學(xué)生使其初步具備發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)能力、設(shè)備設(shè)計(jì)能力，提高工藝計(jì)算、設(shè)備設(shè)計(jì)和繪圖技能[4]；通過(guò)該設(shè)計(jì)，學(xué)生可以對(duì)發(fā)酵領(lǐng)域的前沿技術(shù)、新工藝和新設(shè)備予以了解和熟悉；學(xué)生為了解決這些問(wèn)題就必須查閱大量的文獻(xiàn)資料和使用相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)和設(shè)計(jì)資料，分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，從而達(dá)到對(duì)生物工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的綜合性訓(xùn)練，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。首先，選用工程能力強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)能力經(jīng)驗(yàn)豐富的教師指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)，教師應(yīng)該是工科專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，最好是有工廠任職經(jīng)歷或?qū)W習(xí)經(jīng)歷的教師擔(dān)任，也可聘請(qǐng)企業(yè)工程技術(shù)人員積極參與人才培養(yǎng)過(guò)程，共同指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)教學(xué)。

課程設(shè)計(jì)安排在生產(chǎn)實(shí)習(xí)周之后進(jìn)行，對(duì)學(xué)生進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)前進(jìn)行動(dòng)員的時(shí)候就告知學(xué)生，在生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后要進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，提醒學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)的時(shí)候注意觀察廠區(qū)設(shè)備型號(hào)、車(chē)間布置及工藝流程。通過(guò)學(xué)習(xí)企業(yè)的技術(shù)改造，通過(guò)學(xué)習(xí)改造前后的工藝流程，優(yōu)缺點(diǎn)的比較，理解工藝創(chuàng)新技術(shù)的理念，在工廠實(shí)際改造經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)技術(shù)創(chuàng)新方法。讓學(xué)生對(duì)企業(yè)技術(shù)改造有自己獨(dú)到的見(jiàn)解，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，將創(chuàng)新意識(shí)引入課程設(shè)計(jì)教學(xué)中。

二、完善和改進(jìn)課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化工程能力的培養(yǎng)

指導(dǎo)老師要合理安排課程設(shè)計(jì)的題目與內(nèi)容。在題目制定上要充分考慮學(xué)生的承受能力和難度要求，要保證學(xué)生根據(jù)自己學(xué)過(guò)的知識(shí)能夠按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。我校生物工程專(zhuān)業(yè)主要為工業(yè)發(fā)酵方向，設(shè)計(jì)題目主要是發(fā)酵領(lǐng)域，如谷氨酸發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)、紅霉素發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)等，這些選題都是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際、能夠體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特色的選題。最好根據(jù)生產(chǎn)實(shí)習(xí)工廠進(jìn)行布置設(shè)計(jì)題目，強(qiáng)化實(shí)習(xí)工廠的工藝，如：到生產(chǎn)玉米燃料乙醇工廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)可以是關(guān)于燃料乙醇的發(fā)酵車(chē)間工藝設(shè)計(jì)或者是液化、糖化車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)題目不僅僅是產(chǎn)量不同、工段和工藝也不同，如有玉米酒精濃醪發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)或同步糖化發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)，學(xué)生可以2～3人按照自己的興趣自由組合，完成某一設(shè)計(jì)題目，不同人設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工段不同，但設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到工藝的整體性，原料處理(液化、糖化)車(chē)間的工藝與發(fā)酵車(chē)間的工藝相匹配。設(shè)計(jì)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生多思考、多討論，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容一般要包括以下核心環(huán)節(jié)：首先，要進(jìn)行生產(chǎn)工藝的論證及選擇，學(xué)生通過(guò)查閱中外文獻(xiàn)、相關(guān)手冊(cè)資料，了解設(shè)計(jì)流程和相關(guān)工藝方法，確定的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)出先進(jìn)但要合理可行的工藝流程路線，并對(duì)該工藝流程進(jìn)行闡述論證，確定工藝過(guò)程的重要參數(shù)。生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述。此過(guò)程鍛煉學(xué)生收集相關(guān)文獻(xiàn)，整理歸納文獻(xiàn)的能力，并初步學(xué)會(huì)科技論文寫(xiě)作，為今后的科學(xué)研究過(guò)程奠定基礎(chǔ)。然后，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，通過(guò)此環(huán)節(jié)學(xué)生可以掌握某一車(chē)間的物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型等。最后進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明部分，包括工藝原理、原料、工藝流程說(shuō)明、工藝控制點(diǎn)、工藝異?，F(xiàn)象處理及設(shè)備一欄表等。此外，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一張(Auto CAD 制圖，A1紙打印)，流程圖要能明確表達(dá)各生產(chǎn)環(huán)車(chē)間的工藝流程，主要包括設(shè)備、物料管線、主要管件、控制儀表等內(nèi)容，按HGT 20519-2009 化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制完成。由于課程設(shè)計(jì)時(shí)間有限，此流程圖區(qū)別于畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)繪制的工藝流程圖，可選擇某個(gè)工段進(jìn)行,如發(fā)酵車(chē)間或提取精制車(chē)間，圖紙可不繪制管道標(biāo)注、法蘭變徑等[5]。

三、加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)與理論教學(xué)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)緊密聯(lián)系，強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)性

將理論課程講授、生產(chǎn)實(shí)習(xí)以及課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)互相聯(lián)系起來(lái)，互為支撐，融為一體，采用“理論教學(xué)—認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)—理論教學(xué)—生產(chǎn)實(shí)習(xí)—課程設(shè)計(jì)—畢業(yè)實(shí)習(xí)—畢業(yè)設(shè)計(jì)”這種階段性的教學(xué)手段，學(xué)生很容易接受，同時(shí)階段性的工廠實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)能緩沖長(zhǎng)時(shí)間課堂授課的枯燥感，并能將實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)的挫折感轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)一步理論學(xué)習(xí)動(dòng)力[6]。

生物工程專(zhuān)業(yè)方向課程設(shè)計(jì)所涉及的專(zhuān)業(yè)課程有《發(fā)酵工程》《生物反應(yīng)工程》《生物分離工程》《生物工程設(shè)備》《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》等主干課程。課程設(shè)計(jì)安排在第七學(xué)期，學(xué)生專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)理論課程后所進(jìn)行的一次綜合訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)所學(xué)各門(mén)理論課程的內(nèi)涵與相互之間的聯(lián)系，更加深入地理解各門(mén)課程在生物工程領(lǐng)域的地位與作用。理論課的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡量結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例進(jìn)行講解。例如發(fā)酵工程課堂上在講發(fā)酵過(guò)程溶解氧控制時(shí)，以紅霉素發(fā)酵過(guò)程為例，可以通過(guò)分析發(fā)酵罐缺氧的原因，組織學(xué)生討論溶解氧控制的具體方法，以及如何在生產(chǎn)工藝中或生產(chǎn)設(shè)備上得到實(shí)現(xiàn)。在生物工程設(shè)備課程中，在講述“空氣除菌工藝及設(shè)備”章節(jié)時(shí)，結(jié)合學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)工廠的工藝講述，學(xué)生容易接受，在此工藝的基礎(chǔ)上再介紹其他的工藝，使學(xué)生很容易掌握各種空氣除菌設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)[7]。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)和實(shí)習(xí)工廠的實(shí)踐，進(jìn)行空氣過(guò)濾除菌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，掌握較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)成為一體，強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)性。另一方面,課程設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，如培養(yǎng)基工藝設(shè)計(jì)、發(fā)酵過(guò)程工藝控制、異常現(xiàn)象及處理、設(shè)備選型等，有針對(duì)性地進(jìn)行剖析講解，學(xué)生可以更加深入地理解理論教學(xué)內(nèi)容，并能正確地將理論知識(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中，可以獲得較好的課堂教學(xué)效果，增加學(xué)生處理問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)結(jié)束后，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)習(xí)廠家進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。在實(shí)習(xí)吉林化校基地制藥實(shí)訓(xùn)基地，關(guān)于紅霉素和阿奇霉素的發(fā)酵中試裝置及生產(chǎn)模擬控制裝置，學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)在此裝置學(xué)習(xí)紅霉素發(fā)酵工藝的工藝流程和合成阿奇霉素、精制提取工藝過(guò)程。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行紅霉素的發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)及阿奇霉素合成的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，學(xué)生有實(shí)際的操作過(guò)程，熟悉工藝設(shè)備和流程，課程設(shè)計(jì)就比較容易。例如，在實(shí)習(xí)過(guò)程中去博大生物技術(shù)有限公司，參考學(xué)習(xí)20萬(wàn)噸/年玉米發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇工藝，學(xué)習(xí)全套的工藝過(guò)程，包括玉米倉(cāng)儲(chǔ)、粉碎、液化糖化工段、發(fā)酵工段、精餾工段、高蛋白飼料工段、廢水處理等工段。根據(jù)實(shí)習(xí)的工廠的情況，主要進(jìn)行液化和糖化工段、發(fā)酵工段的課程設(shè)計(jì)。學(xué)生有生產(chǎn)實(shí)習(xí)工廠的學(xué)習(xí)，再進(jìn)行重點(diǎn)工段的課程設(shè)計(jì)，更好理解，印象更時(shí)刻，知識(shí)更連貫。

四、利用網(wǎng)絡(luò)資源、線上線下混合式教學(xué)，強(qiáng)化工程能力的培養(yǎng)

使用信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從不同資源中查找、收集信息，學(xué)生可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與同學(xué)、教師、專(zhuān)家等合作，進(jìn)行交流，創(chuàng)設(shè)個(gè)性化的課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)平臺(tái)。有效利用各種教學(xué)軟件平臺(tái)如“超星學(xué)習(xí)通”，“愛(ài)課程”手機(jī)App，及企業(yè)微信或QQ群等來(lái)輔助教學(xué)，超星學(xué)習(xí)通上建立課程設(shè)計(jì)網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)，包括課程設(shè)計(jì)的教學(xué)資料，包括教學(xué)計(jì)劃、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求、設(shè)計(jì)參考資料、教學(xué)案例等等，此平臺(tái)還可以發(fā)起討論，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中某些難點(diǎn)提出問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)行討論作答。為滿足學(xué)生多樣化學(xué)習(xí)需求，利用優(yōu)質(zhì)課程資源共享，學(xué)生利用虛擬技術(shù)模擬研究現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，提出解決策略和方案。例如：“愛(ài)課程”App 中浙江工業(yè)大學(xué)的鄭裕國(guó)教授的國(guó)家精品課“生物工程設(shè)備”、西北農(nóng)林科技大學(xué)的葡萄酒工藝學(xué)、長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院的啤酒生產(chǎn)技術(shù)等課程。課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中有大量的視頻及模擬工廠的軟件，通過(guò)視頻模擬軟件模擬工廠實(shí)際情況，讓學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)。通過(guò)線上教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)和討論，強(qiáng)化學(xué)生的工程知識(shí)的掌握。

五、多角度考核學(xué)生成績(jī)，建立嚴(yán)格課程設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控體系

以往課程設(shè)計(jì)的抄襲現(xiàn)象很?chē)?yán)重，常常達(dá)不到預(yù)期的目的。為此對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革探索，摸索出一套質(zhì)量監(jiān)控措施，多角度考核學(xué)生成績(jī)，并收到了明顯的教學(xué)效果。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí)，綜合考慮以下幾方面：

(1)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及圖紙：包括設(shè)計(jì)資料收集的是否全面，工藝論證是否合理及并具有一定的創(chuàng)新性；物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型計(jì)算的合理性；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的敘述是否全面、質(zhì)及排版格式是否規(guī)范；圖紙繪制是否按繪圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制。

(2)答辯情況，設(shè)計(jì)思路，自述情況，回答問(wèn)題情況等等。

(3)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中參與討論的情況，由于分小組進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，小組參與課程設(shè)計(jì)工藝論證及設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，小組討論并以小組為單位進(jìn)行交流，其他組學(xué)生提問(wèn)，回答問(wèn)題情況，考核小組的表現(xiàn)及小組內(nèi)個(gè)人表現(xiàn)。

(4)網(wǎng)上課程設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)平時(shí)統(tǒng)計(jì)的學(xué)習(xí)情況，包括考勤情況、學(xué)習(xí)課件或視頻情況，文獻(xiàn)閱讀及整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是否按進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行。

多年來(lái)生物工程專(zhuān)業(yè)的任課教師加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法的改革，加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)踐探索相結(jié)合[8-10]。隨著改革措施的逐步落實(shí)，學(xué)生普遍反映獨(dú)立分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力加強(qiáng)，而且加深自身對(duì)課堂理論知識(shí)的理解、掌握程度也隨之增強(qiáng)。通過(guò)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，這些基本技能為他們今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。