工程教育認(rèn)證背景下“生物分離工程”課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐*

郭金玲，龔大春，涂志英，鄧張雙，任立偉

(三峽大學(xué)生物與制藥學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)，其基本理念為“以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向(OBE)和持續(xù)改進(jìn)”[1]。2016年6月，中國(guó)正式成為《華盛頓協(xié)議》的會(huì)員國(guó)，在新背景下，如何運(yùn)用工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念進(jìn)行課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施成為重要課題[2-4]。

生物分離工程是生物工程專業(yè)的重要專業(yè)核心課程。在生物化學(xué)、微生物學(xué)和化工原理等課程學(xué)習(xí)之后，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生全面掌握生物分離工程中各單元操作的基本原理、基本操作和應(yīng)用范圍，并能根據(jù)具體實(shí)踐正確分析生物醫(yī)藥和食品發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)品的分離方案，全面培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)[5, 6]。本文闡明在工程教育專業(yè)認(rèn)證新背景下，如何開(kāi)展生物分離工程課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，使其適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)人才培養(yǎng)的要求，為生物工程專業(yè)課程的教學(xué)改革提供參考。

1 基于OBE理念的生物分離工程教學(xué)設(shè)計(jì)

OBE理念是國(guó)際工程教育認(rèn)證的核心理念，強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程所取得的學(xué)習(xí)成果，畢業(yè)要求達(dá)成度以及持續(xù)改進(jìn)最終要落實(shí)到教學(xué)環(huán)節(jié)[7]。為了適應(yīng)工程教育認(rèn)證的新形勢(shì)，基于上述教育理念，生物分離工程教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 生物分離工程教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯結(jié)構(gòu)

由符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)確定課程目標(biāo)，由課程目標(biāo)確定課程內(nèi)容和教學(xué)組織實(shí)施方法以及課程評(píng)價(jià)等。好的教學(xué)思路、教學(xué)方法以及過(guò)程組織都是實(shí)現(xiàn)成果導(dǎo)向的基本保證。課程教學(xué)要基于學(xué)生的需求，圍繞學(xué)生開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)和資源配置，圍繞課程目標(biāo)進(jìn)行內(nèi)容設(shè)置，圍繞學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)和持續(xù)改進(jìn)。

2 生物分離工程的課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求支撐

本校生物工程專業(yè)的特色在于緊密圍繞高校所在區(qū)域生物醫(yī)藥與食品發(fā)酵產(chǎn)業(yè)需求，課程設(shè)置既培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)、全面的生物工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，又向生物醫(yī)藥和食品發(fā)酵專業(yè)適度拓展，培養(yǎng)適應(yīng)地區(qū)和行業(yè)發(fā)展的生物工程高級(jí)技術(shù)人才。圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，本校生物分離工程課程有3個(gè)目標(biāo)，分別支撐畢業(yè)要求中的工程知識(shí)、問(wèn)題分析和研究，如表1所示。

表1 課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求的支撐

3 基于課程目標(biāo)的生物分離工程教學(xué)過(guò)程實(shí)施

3.1 課程內(nèi)容及組織形式

生物分離工程包含緒論、發(fā)酵液預(yù)處理、細(xì)胞分離與破碎、沉淀分級(jí)、膜分離、萃取、吸附、液相色譜、親和色譜、結(jié)晶等內(nèi)容，課程中理論與實(shí)踐相結(jié)合。課程內(nèi)容組織形式如圖2所示。

圖2 生物分離工程課程內(nèi)容組織形式

課程教學(xué)內(nèi)容按照總-分-總的方式分配，緒論部分首先通過(guò)實(shí)例的方式講解各種生物產(chǎn)品分離的基本途徑、評(píng)價(jià)生物分離過(guò)程的主要指標(biāo)，引出不同的分離方法，即各種生物分離的單元操作，后續(xù)章節(jié)分別講解各單元操作的原理、操作、應(yīng)用、及與其他各單元操作的銜接，并設(shè)計(jì)案例分析各種不同情況如何進(jìn)行各單元操作的配合使用。

3.2 教學(xué)改革設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)生物分離工程的課程特點(diǎn)及要求開(kāi)展案例式、討論式、翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革方式，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)能力的培養(yǎng)。在討論和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)化學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、查閱資料、分析問(wèn)題等能力的提高。同時(shí)，本課程開(kāi)展“線上+線下”混合式的教學(xué)模式，課前布置自學(xué)及預(yù)習(xí)項(xiàng)目，同學(xué)利用雨課堂、中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)等資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課程網(wǎng)上資源會(huì)設(shè)置考核題目，課堂檢查學(xué)生對(duì)自學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況以及課前預(yù)習(xí)的效果，并鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題進(jìn)行課堂深入討論，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的核心理念。

生物分離工程是應(yīng)用性強(qiáng)的課程，通過(guò)案例教學(xué)的方法培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力至關(guān)重要，表2中總結(jié)了典型生物產(chǎn)品分離案例及對(duì)應(yīng)的生物分離單元操作。同時(shí)，教學(xué)中將課程思政的理念貫穿整個(gè)課程，在知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的同時(shí)注重學(xué)生的價(jià)值塑造。

表2 生物分離工程課程中部分分離案例

續(xù)表2

3.3 基于OBE理念的生物分離工程課程考核體系

課程考核方式包括期末考試和平時(shí)成績(jī)兩部分；其中，期末考試成績(jī)占總成績(jī)50%，閉卷考試；平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的50%，包括平時(shí)作業(yè)、大作業(yè)、課堂討論、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，具體要求如表3所示。

表3 課程考核及對(duì)課程目標(biāo)的支撐

課程考核過(guò)程中加大平時(shí)考核力度，注重能力考核。在試卷考核過(guò)程中，根據(jù)課程目標(biāo)要求，將考核題目與課程目標(biāo)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，對(duì)于問(wèn)題分析和研究能力目標(biāo)的考核會(huì)著重實(shí)際問(wèn)題的分析能力，檢驗(yàn)學(xué)生是否將所學(xué)知識(shí)用于實(shí)際。平時(shí)考核不僅注重培養(yǎng)學(xué)生在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)知識(shí)的掌握，同時(shí)加大課外學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)及考核，體現(xiàn)產(chǎn)出導(dǎo)向的核心理念。

3.4 課程考核結(jié)果分析及持續(xù)改進(jìn)

將課程期末考試和平時(shí)成績(jī)課程目標(biāo)進(jìn)行歸類整理，計(jì)算出每個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成情況以及每位同學(xué)對(duì)各課程目標(biāo)的達(dá)成情況，圖3和圖4為本校2017級(jí)生物分離工程課程目標(biāo)達(dá)成情況分析圖和每位同學(xué)對(duì)課程目標(biāo)1達(dá)成情況散點(diǎn)圖。通過(guò)對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成情況分析可以確定課程在哪些方面還存在問(wèn)題，需要進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。同時(shí)，通過(guò)每位同學(xué)的達(dá)成情況散點(diǎn)圖分析可及時(shí)采用有針對(duì)性的幫扶措施對(duì)其學(xué)生進(jìn)行幫扶。

圖3 課程目標(biāo)達(dá)成情況分析圖

圖4 學(xué)生對(duì)課程目標(biāo)1達(dá)成情況散點(diǎn)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文中“生物分離工程”課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案貫徹工程教育專業(yè)認(rèn)證的“學(xué)生中心、OBE和持續(xù)改進(jìn)”的核心理念。圍繞培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，結(jié)合生物分離工程的課程性質(zhì)確定課程目標(biāo)，教學(xué)改革支撐課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)體現(xiàn)“學(xué)生中心和持續(xù)改進(jìn)”的理念。教學(xué)按照課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、課堂進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化、課后進(jìn)行知識(shí)固化的遞進(jìn)層次設(shè)計(jì)。實(shí)施過(guò)程以雨課堂和中國(guó)大學(xué)MOOC為教學(xué)平臺(tái)，以案例式、討論式、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法為依托，新的教學(xué)設(shè)計(jì)即強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授，又注重學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維等能力的培養(yǎng)。