朱瑞艷，高大威，張曉宇，劉志偉

摘要：針對生物反應(yīng)工程課程在工科高校教學(xué)過程中存在的問題，開展基于“卓越工程師教育培養(yǎng)”的生物反應(yīng)工程課程改革，通過探索性實(shí)踐教育和引導(dǎo)互動式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和學(xué)習(xí)能力，并通過工程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力，使學(xué)生具備卓越工程師的工程能力和創(chuàng)新能力，也為該課程的在工科高校的教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：生物反應(yīng)工程；教學(xué)方法改革；探索性實(shí)踐教育；引導(dǎo)互動式教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）44-0136-02

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是教育部為了貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》啟動的教育改革項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，服務(wù)于中國的新型工業(yè)化發(fā)展及建設(shè)創(chuàng)新型國家。美國培養(yǎng)2020年計(jì)劃描述了未來工程師應(yīng)該具備：分析能力、實(shí)踐才能、創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力、較高的理論道德標(biāo)準(zhǔn)及職業(yè)素養(yǎng)、知識更新能力及終身學(xué)習(xí)能力、良好溝通能力、管理技能和領(lǐng)導(dǎo)才能；此外還需具備對權(quán)威工程獨(dú)到批判力、自我肯定/否定勇氣、工程環(huán)境和諧的意識等特質(zhì)，具備上了上述特質(zhì)的工程師才能稱得上真正的卓越工程師。新中國建立以來我國的高等教育曾培養(yǎng)出一大批優(yōu)秀的工程師人才，但是20世紀(jì)末高校擴(kuò)招以來高等中工程教育弱化趨勢顯著，嚴(yán)重影響了工程型應(yīng)用人才的培養(yǎng)質(zhì)量。卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的啟動體現(xiàn)了我國對工程教育的理性回歸，教育部已于2011年開始批準(zhǔn)部分高校建設(shè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”學(xué)科，將為促進(jìn)我國高等教育面向社會需求的人才提升工程型人才培養(yǎng)質(zhì)量起到示范帶動作用。

燕山大學(xué)生物化工專業(yè)于2011年成為教育部實(shí)施卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的試點(diǎn)專業(yè)之一。為實(shí)現(xiàn)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，燕山大學(xué)生物工程系對生物化工專業(yè)的現(xiàn)有課程體系進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整、改革和優(yōu)化，旨在培養(yǎng)生物工程領(lǐng)域從事發(fā)酵、分離、工程設(shè)計(jì)等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型工程師。

《生物反應(yīng)工程》是生物化工專業(yè)的一門重要的專業(yè)學(xué)位課，是一門以生物學(xué)、工程學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科，是利用自然科學(xué)的原理解釋和處理生物反應(yīng)過程共性的工程技術(shù)問題的學(xué)科。生物反應(yīng)工程強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、定量運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)技能、設(shè)計(jì)能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。由于生物反應(yīng)工程課以高等數(shù)學(xué)、化工原理、物理化學(xué)和發(fā)酵工程等學(xué)科為基礎(chǔ)，尤其對高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)要求較高[1]，學(xué)生普遍感到此課程晦澀難懂同時(shí)不能正確理解生物反應(yīng)工程原理在工程化過程中如何應(yīng)用，換言之學(xué)生在接受工程化概念時(shí)普遍存在障礙，在教與學(xué)的過程中體現(xiàn)為學(xué)生只關(guān)注和記憶動力學(xué)建立過程的公式推導(dǎo)或上千參數(shù)的物理意義，談起理論知之甚多、具體問題束手無策；久之導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)生物反應(yīng)工程的興趣，嚴(yán)重影響了生物反應(yīng)工程的教學(xué)效果和卓越工程師的素質(zhì)和能力培養(yǎng)過程。因此，如何在實(shí)際教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生建立起工程化觀點(diǎn)、使深入體會生物反應(yīng)工程理論在解決實(shí)際問題中的重要性，生物反應(yīng)工程課程教與學(xué)的方法顯得尤為重要。為此，生物反應(yīng)工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)從生物反應(yīng)工程課程教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)手段方法及課程考核評價(jià)體系進(jìn)行改革。這里重點(diǎn)討論基于卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的能力培養(yǎng)的課程教學(xué)方法改革。

一、基于“探索性實(shí)踐教育”的實(shí)踐能力培養(yǎng)

實(shí)踐能力是工程師必需具備的首要特質(zhì)，在高等教育過程中必須改變只注重理論知識傳授而忽視實(shí)踐教育的現(xiàn)象，因此必須改革只注重傳授基本理論的傳統(tǒng)教學(xué)模式。燕山大學(xué)生物反應(yīng)工程課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)借助自身的科研平臺進(jìn)行探索性實(shí)踐教育，將科研成果融入到教學(xué)中，使課堂教學(xué)更具有科學(xué)性、探索性和實(shí)踐性。如在學(xué)習(xí)到米氏方程動力學(xué)建立的章節(jié)時(shí)，把課題組教師正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目固定化脂肪酶催化油脂水解的相關(guān)研究結(jié)合到課程中，使學(xué)生了解酶固定化及脂肪酶應(yīng)用的進(jìn)展動態(tài)；開展關(guān)于脂肪酶催化多種油脂的水解試驗(yàn)，此試驗(yàn)為非驗(yàn)證性試驗(yàn)，在具體操作過程中由學(xué)生自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，經(jīng)過授課教師修訂之后開展試驗(yàn)并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立反應(yīng)速率—底物濃度、反應(yīng)速率—酶濃度及反應(yīng)條件影響下的脂肪酶酶促動力學(xué)方程并計(jì)算得到脂肪酶催化油脂水解的米氏常數(shù)Km和最大反應(yīng)速率rmax；并結(jié)合工程實(shí)訓(xùn)引導(dǎo)學(xué)生思索非驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果工程化。非驗(yàn)證性試驗(yàn)促使學(xué)生經(jīng)歷探索的過程更深層次低領(lǐng)會、掌握學(xué)科內(nèi)容同時(shí)也避免了大學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的抄襲現(xiàn)象。當(dāng)學(xué)生在探索性的試驗(yàn)過程遇到問題時(shí)，要求學(xué)生通過查閱各種資料或咨詢等渠道首先進(jìn)行不確定因素推理和假設(shè)并重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，與授課教師溝通后進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)。生物反應(yīng)工程課程探索性實(shí)踐教育的開展，使生物反應(yīng)工程課程抽象的工程理論具體化、感性化，使學(xué)生在掌握一定理論知識、職業(yè)技能的同時(shí)，得到了分析問題提解決問題能力的培養(yǎng)，并能夠更深層次地理解生物反應(yīng)工程理論知識在工程領(lǐng)域中如何應(yīng)用。

二、基于“引導(dǎo)互動式教學(xué)”的學(xué)習(xí)能力和知識更新能力培養(yǎng)

在知識爆炸的時(shí)代，據(jù)預(yù)測工程師知識的半衰期僅為5—6年，要求工程師不僅要具備駕馭現(xiàn)代功能的能力，還要有引領(lǐng)未來工程發(fā)展的潛質(zhì)，因此引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及知識更新的能力對卓越工程師的培養(yǎng)尤為重要。生物反應(yīng)工程授課過程中采取問題引導(dǎo)式教學(xué)方式，即生物反應(yīng)工程理論知識授課前要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中設(shè)計(jì)一份產(chǎn)品生產(chǎn)工程化設(shè)計(jì)說明書，并為學(xué)生提供一份真實(shí)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)工程化設(shè)計(jì)可行性報(bào)告作為參考，讓學(xué)生自行選定設(shè)計(jì)題目范圍，并進(jìn)行工程化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程包括工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備計(jì)算及選型、工程放大等內(nèi)容，讓學(xué)生在生物反應(yīng)工程學(xué)習(xí)過程中始終帶著問題去學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，從而產(chǎn)生一種探求知識的渴望。為完成工程化設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容，學(xué)生必須大量的閱讀與設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)資料及專業(yè)發(fā)展動態(tài)，就生物反應(yīng)工程課程而言，引導(dǎo)式教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生超越教材理論去學(xué)習(xí)生物反應(yīng)工程學(xué)科的學(xué)術(shù)成就，促使學(xué)生進(jìn)入到更復(fù)雜深刻的學(xué)科學(xué)習(xí)中去，能夠探討學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的問題；引導(dǎo)式教育的實(shí)施使學(xué)生跳出了只鉆研具體公式數(shù)字符號的“不識廬山真面目，只緣身在此山中”的學(xué)習(xí)怪圈，而是學(xué)會站在宏觀的工程化應(yīng)用的角度俯視生物反應(yīng)學(xué)科涉及的具體內(nèi)容。此外，在教學(xué)過程中利用信息技術(shù)手段創(chuàng)立了師生互動的新平臺，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的交流反饋優(yōu)勢，作為課堂互動教學(xué)的必要補(bǔ)充形式?；邮浇虒W(xué)效果也在其他教學(xué)單位的生物反應(yīng)工程教學(xué)中得到體現(xiàn)[2，3]。

從卓越工程師培養(yǎng)角度而言，引導(dǎo)式教學(xué)避免了“填鴨式”或“灌輸式”的教育方式，讓學(xué)生超越教材并留給學(xué)生更多的思維空間，也避免了高等教育中教師在講臺上自我表演，學(xué)生在臺下充當(dāng)聽眾的單向信息流動模式，可引導(dǎo)并鍛煉學(xué)生主動學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的能力，逐漸具備儲備知識和更新知識的能力以不斷地提升自身的理論素養(yǎng)，既幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識并加以實(shí)際應(yīng)用。

三、基于“工程設(shè)計(jì)”基礎(chǔ)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力培養(yǎng)

引導(dǎo)式教學(xué)以工程化設(shè)計(jì)為載體，工程化設(shè)計(jì)采取團(tuán)隊(duì)型設(shè)計(jì)方式，每個(gè)團(tuán)隊(duì)6—8人，團(tuán)隊(duì)內(nèi)成員協(xié)作完成某一種特定生物制品的生產(chǎn)工藝工程化設(shè)計(jì)說明書、匯報(bào)PPT；要求團(tuán)隊(duì)中每個(gè)隊(duì)員都必須對工程化設(shè)計(jì)有貢獻(xiàn)，并由團(tuán)隊(duì)成員選舉團(tuán)隊(duì)組長實(shí)施工程設(shè)計(jì)的統(tǒng)籌和管理。團(tuán)隊(duì)型工程設(shè)計(jì)，可鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、溝通能力、寫作能力及自我角色的認(rèn)知能力，同時(shí)個(gè)人對集體的貢獻(xiàn)能夠喚醒學(xué)生的自我意識促進(jìn)自信心。設(shè)計(jì)完成后安排2學(xué)時(shí)的設(shè)計(jì)匯報(bào)，匯報(bào)時(shí)間嚴(yán)格控制在9—10分鐘，鍛煉學(xué)生對時(shí)間的管控及語言表達(dá)能力；答辯結(jié)束后由授課教師組織交流研討，通過總結(jié)設(shè)計(jì)過程中閱讀的海量材料，促使教學(xué)迸發(fā)出思想交流的火花，激發(fā)師生的學(xué)術(shù)靈感。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹飛，張進(jìn)明，朱建良，等.本科生物反應(yīng)工程課程考試方式的改革與實(shí)踐.化工高等教育，2011（4）：36-38，92.

[2]王蒞，辛峰，徐艷.互動式教學(xué)在本科生反應(yīng)工程教學(xué)中的實(shí)踐.化工高等教育，2005（4）：64-66.

[3]靳挺，尚龍安，胡升，武玉學(xué).生物反應(yīng)工程課程教學(xué)改革思路.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技，2014（5）：343.endprint