郭緒虎 王潤梅 劉小翠 武娟

[摘 要] “生物工程設(shè)備”課程對生物工程本科學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)至關(guān)重要。在新工科建設(shè)背景下，“生物工程設(shè)備”本科課程教育教學(xué)改革的重點需從教學(xué)方式和考核方式兩個方向突破。以“生物工程設(shè)備”課程為例，總結(jié)分析教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題，提出自學(xué)測評、教師講授、案例分析、主題報告、研究型任務(wù)相結(jié)合的教學(xué)模式及對應(yīng)的綜合性考核方式。目的是在教學(xué)內(nèi)容選取、教學(xué)模式設(shè)計、考核方式優(yōu)化等方面為高等院校本科基礎(chǔ)課程改革提供參考。

[關(guān)鍵詞] 生物工程設(shè)備;案例教學(xué);研究型任務(wù);考核方式

[基金項目] 2019年度山西大同大學(xué)教學(xué)改革創(chuàng)新項目“基于翻轉(zhuǎn)課堂的生物工程設(shè)備案例教學(xué)法（CBL）研究”（XJG2019203）

[作者簡介] 郭緒虎（1986—），男，山東單縣人，博士，山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事植物生長發(fā)育分子調(diào)控研究;王潤梅（1963—），女，山西大同人，碩士，山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，主要從事生物化學(xué)、課程與教學(xué)論研究;劉小翠（1982—），女，湖北荊門人，碩士，山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事食品微生物及加工研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）22-0089-04 [收稿日期] 2022-03-03

2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，積極探索工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，建設(shè)高等教育強(qiáng)國[1]。按照新工科人才培養(yǎng)模式并結(jié)合行業(yè)發(fā)展要求，為培養(yǎng)符合企業(yè)實際需求的高質(zhì)量生物工程人才，高校必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念和方法，進(jìn)行課程教學(xué)改革。“生物工程設(shè)備”是生物工程專業(yè)本科重要的專業(yè)教育必修課程，是生物工程技術(shù)和化學(xué)工程與設(shè)備交叉的結(jié)合體，是現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。本課程是在微生物學(xué)、生物化學(xué)、發(fā)酵工程與工藝學(xué)、生化工程、化工原理等先行學(xué)科基礎(chǔ)之上開設(shè)的專業(yè)性較強(qiáng)的課程，重點在于讓學(xué)生掌握生物發(fā)酵工業(yè)中常見各類設(shè)備的特點、結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)備流程、主要設(shè)備的設(shè)計計算和選型等，具有很強(qiáng)的實踐性[3]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解國內(nèi)外生物工程設(shè)備的新技術(shù)、新設(shè)備及新發(fā)展動向，初步具備獨(dú)立分析和解決試驗研究及工業(yè)生產(chǎn)上的工程設(shè)備問題的能力。逐步培養(yǎng)學(xué)生對生物工程產(chǎn)品的認(rèn)知能力、自學(xué)能力和工藝開發(fā)能力，為今后學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)方向課程和進(jìn)一步獲得相關(guān)的專業(yè)知識奠定必要的基礎(chǔ)，為培養(yǎng)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)所需要的高質(zhì)量生物工程人才服務(wù)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

在長期教學(xué)中，我系“生物工程設(shè)備”課程組發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）對知識的掌握僅處在理論階段，不能將所學(xué)知識與生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合，缺乏工程意識和創(chuàng)新意識，較少涉及新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)的學(xué)習(xí)。（2）生物工程設(shè)備涉及生物生產(chǎn)過程的上游、中游和下游設(shè)備，以及相關(guān)的其他設(shè)備，類型種類繁多，理論講解比較空洞、枯燥，學(xué)生難以掌握，學(xué)習(xí)興趣不高，教材內(nèi)容陳舊，缺少典型案例，有待更新。（3）考核方式單一，只有終結(jié)性考核（即期末閉卷考試），缺少過程性考核環(huán)節(jié)。因此，傳統(tǒng)教學(xué)、考核方式很難全面考查學(xué)生對生物工程設(shè)備基礎(chǔ)知識和發(fā)展前沿的掌握，難以達(dá)成既定課程目標(biāo)和生物工程專業(yè)本科畢業(yè)要求。針對這些問題，通過教學(xué)模式和考核方法的改革，促進(jìn)學(xué)生向應(yīng)用性和實用性人才發(fā)展。在“生物工程設(shè)備”教學(xué)中，我們將線上與線下教學(xué)結(jié)合起來建立優(yōu)化的教學(xué)模式。課前，學(xué)生通過自學(xué)教師精心準(zhǔn)備的學(xué)習(xí)資料，完成教師安排的研究型任務(wù);在課堂上，結(jié)合典型案例，在教師的引導(dǎo)下，圍繞與生產(chǎn)實踐相關(guān)的問題集中討論，實現(xiàn)對專業(yè)知識的掌握及操作能力的鍛煉。

二、課程改革方案

（一）優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)、重組課堂教學(xué)內(nèi)容

人才培養(yǎng)方案和課程大綱確定了“生物工程設(shè)備”課程的教學(xué)內(nèi)容。這種方式的優(yōu)點是內(nèi)容系統(tǒng)完整，但也存在內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、課容量有限、經(jīng)典案例較少等缺點，學(xué)生無法把自己所學(xué)的理論知識和生產(chǎn)實踐聯(lián)系起來。這些問題限制了學(xué)生獨(dú)立思考的空間和學(xué)習(xí)本課程的興趣，束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了較早培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物工程設(shè)備的興趣，我們通過將課堂基本知識與經(jīng)典案例相結(jié)合的方式進(jìn)行講授。比如，以某種生物工程產(chǎn)品（如酒精）從原料到成品整個生產(chǎn)過程中應(yīng)用到的設(shè)備作為一個案例或?qū)ｎ}進(jìn)行講解，包括生物質(zhì)原料預(yù)處理設(shè)備、生物反應(yīng)設(shè)備、產(chǎn)物分離設(shè)備及公用工程設(shè)備。這種按照產(chǎn)品生產(chǎn)工藝講授的方式，更能使學(xué)生深刻了解所學(xué)知識與生產(chǎn)實踐的聯(lián)系，使他們覺得學(xué)有所用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和從事生物工程專業(yè)工作的熱情。因此，我們要改變以往的常規(guī)教學(xué)方式，根據(jù)本科生專業(yè)的“生物工程設(shè)備”教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱進(jìn)行大膽改革，調(diào)整、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容。

（二）豐富教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在課程教學(xué)中存在教學(xué)單一死板的問題。由于設(shè)備大都從平面圖講解，缺乏直觀性和立體效果，無形加深了學(xué)生的理解難度。因此，在教學(xué)上必須對常規(guī)的教學(xué)手段進(jìn)行改革。要從直觀上入手，生動的語言加上動畫，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高認(rèn)知效率。課堂教學(xué)時，采用由動畫制作軟件制作的動畫可以將難以理解的抽象內(nèi)容具體化、形象化，有利于學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。同時，采用與“生物工程設(shè)備”課程多媒體課件相配套的習(xí)題測試軟件，可以將多媒體課堂教學(xué)推向網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)，使教學(xué)實現(xiàn)趣味性、多樣性。“生物工程設(shè)備”課程通過多媒體課堂教學(xué)的實踐，可有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和水平，為培養(yǎng)綜合性現(xiàn)代化生物工程專業(yè)人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

（三）更新教學(xué)方式，挖掘?qū)W生的自主學(xué)習(xí)能力

基于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)支撐的混合式教學(xué)是將線上教學(xué)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的一種教學(xué)方式，這種學(xué)習(xí)方式更加靈活和高效，已成為高校教育信息化改革的重要內(nèi)容。在“生物工程設(shè)備”課程的教學(xué)中，我們采用線上與線下教學(xué)相結(jié)合的方法，線上教學(xué)首先是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，課前教師通過學(xué)習(xí)通平臺向?qū)W生提供教學(xué)視頻、文檔、在線試題庫、多媒體課件及參考書等學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，或者學(xué)生在課外通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，在線完成課程基本知識的學(xué)習(xí)后進(jìn)行作業(yè)測驗，并提出問題。線下教學(xué)是在線上教學(xué)的基礎(chǔ)上，教師結(jié)合案例對教學(xué)重點、難點以“導(dǎo)入案例→呈現(xiàn)案例→討論案例→總結(jié)案例”的模式開展面授講解，使學(xué)生在運(yùn)用知識的過程中，更好地理解生物工程設(shè)備的理論與實踐意義，增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)“生物工程設(shè)備”課程的信心。

（四）多元化考核方式，提升學(xué)生分析和設(shè)備設(shè)計的能力

課程考核是保證教學(xué)質(zhì)量和實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要手段[4]，要切實加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程考核，加大過程考核成績在課程總成績中的比重[5]。課程組結(jié)合線上與線下兩方面對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進(jìn)行綜合評價，從而發(fā)揮了過程性評價和終結(jié)性評價的優(yōu)勢。根據(jù)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，我們采用多元化考核方式。除了傳統(tǒng)的終結(jié)性考核（如期末考試）外，還包括過程性考核（如自學(xué)測評、主題報告、小論文等）。這一教學(xué)環(huán)節(jié)，注重學(xué)生的自主參與和自主學(xué)習(xí)，能開闊學(xué)生的視野，有助于培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、獨(dú)立思考和解決實際問題的能力，真正激活了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

為適應(yīng)新的教學(xué)模式改革，提高新的教學(xué)模式的實施推廣，經(jīng)“生物工程設(shè)備”教學(xué)組討論，制定下列“生物工程設(shè)備”課程教學(xué)成績評價方案（表1）。考核環(huán)節(jié)包括過程性考核和終結(jié)性考核，各占總成績的50%。過程性考核由自學(xué)測評（20%）、研究型任務(wù)（30%）兩部分構(gòu)成。自學(xué)測評包括出勤、在線學(xué)習(xí)、作業(yè)、討論等，成績由學(xué)習(xí)通平臺導(dǎo)出;研究型任務(wù)成績由主題報告（50%）、小論文（50%）兩部分構(gòu)成。小組成績由小組互評和教師評分共同決定。學(xué)生個人成績以小組成績?yōu)榛鶞?zhǔn)，按照如下權(quán)重分配：參與匯報的學(xué)生成績=小組成績×1.05，參與論文撰寫和PPT制作的學(xué)生成績=小組成績×1，參與資料收集和歸納的學(xué)生成績=小組成績×0.95，如參與多項工作，取最高分。期末閉卷考試即為終結(jié)性考核，由學(xué)院統(tǒng)一安排在考試周閉卷考試。

三、教學(xué)改革實施

教學(xué)改革實施分為三個環(huán)節(jié)：即課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)、課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、課后提升環(huán)節(jié)。為了激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的潛力，在課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，我們借助學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行課前任務(wù)點的布置、教學(xué)資源的推送、相關(guān)問題的討論等互動教學(xué)活動。學(xué)生按要求完成在線學(xué)習(xí)任務(wù)后，教師根據(jù)線上學(xué)習(xí)、討論等情況，有針對性地設(shè)計課堂教學(xué)。課堂教學(xué)實施環(huán)節(jié)包括自學(xué)測評、主題報告、教師講授（案例分析）及布置任務(wù)四個方面，各部分時間安排見圖1。自學(xué)測評以學(xué)生為主體，在完成線上簽到、在線視頻學(xué)習(xí)、查閱相關(guān)資料和作業(yè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行課堂測驗、提問等。目的在于讓學(xué)生掌握生物工程主要設(shè)備的特點、結(jié)構(gòu)、原理等基本知識。線下研究型任務(wù)以學(xué)生為主體，包括小論文（課下）和主題報告（課上）兩部分，均為分組完成。小論文以“某生物工程產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及設(shè)備”為題，內(nèi)容提綱包括五部分：（1）產(chǎn)品簡介。用途、分類、產(chǎn)品市場情況、生產(chǎn)水平、國內(nèi)外發(fā)展情況（包括但不僅限于）。（2）生產(chǎn)工藝流程。繪制工藝流程圖，比較傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代工藝，并對主要工藝做解釋說明。（3）生產(chǎn)設(shè)備。設(shè)備特點、結(jié)構(gòu)（附圖）、適用范圍、工作原理及相關(guān)技術(shù)參數(shù)（包括生物工程產(chǎn)品生產(chǎn)過程上游、中游、下游）。（4）清潔生產(chǎn)（其他）。廢水、廢氣、廢渣，清潔生產(chǎn)過程。（5）展望。針對小論文相關(guān)內(nèi)容作20分鐘左右主題報告。目的在于拓展知識外延，使學(xué)生熟悉和了解國內(nèi)外生物工程設(shè)備的新技術(shù)、新設(shè)備和新發(fā)展動向，培養(yǎng)學(xué)生正確解決和分析實踐問題的能力。接下來，以教師為主體，結(jié)合案例講解重點、難點內(nèi)容，比如青霉素的發(fā)現(xiàn)、生產(chǎn)工藝提升、生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)、應(yīng)用等。最后為布置任務(wù)，包括研究型任務(wù)和下次報告主題。在課后提升環(huán)節(jié)，要求學(xué)生完成在線作業(yè)、測試等，并開展學(xué)生互評和教師評價，教師根據(jù)課堂和線上反饋情況，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)專業(yè)與職業(yè)規(guī)劃結(jié)合起來，形成教學(xué)反思，不斷提升課程教學(xué)質(zhì)量。

四、教學(xué)改革成效

課程改革在我院生物工程專業(yè)六個班實施，設(shè)置對照班和實驗班，對照班采用傳統(tǒng)授課和考核方式，實驗班采用課程改革后的授課和考核方式。在實施過程中，課程組進(jìn)行集體備課、集中命題和閱卷。經(jīng)學(xué)生成績分析對比，發(fā)現(xiàn)對照班實際均分和及格率分別為63.61和75.61%，成績集中分布在60～69、70～79分?jǐn)?shù)段。實驗班實際均分和及格率分別為78.81和95.24%，成績集中分布在70～79、80～89分?jǐn)?shù)段。由此可以看出，課程改革之后的學(xué)生成績明顯提高，這說明課程改革對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效非常顯著。在教學(xué)改革中，我們增加了過程性考核環(huán)節(jié)，提高了過程性考核的比例（50%），極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，讓學(xué)生感知學(xué)習(xí)和探究知識的過程，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的方法，形成創(chuàng)新精神和實踐能力等，從而實現(xiàn)了過程與方法的教學(xué)目標(biāo)。從學(xué)生成績考核表上可以看出，實驗班學(xué)生在基本知識掌握和應(yīng)用能力上較對照班有很大進(jìn)步。

在新工科建設(shè)背景下，如何運(yùn)用新工科理念進(jìn)一步提高本科教育教學(xué)質(zhì)量是我國高等教育需要探索的重要課題。“生物工程設(shè)備”是生物工程本科專業(yè)的專業(yè)教育平臺必修課，但其目前的教學(xué)內(nèi)容仍以書本為主，理論實踐結(jié)合不緊密，教考分離，考核方式相對單一。針對這些突出問題，本次課程改革首先豐富了教學(xué)模式，在教學(xué)內(nèi)容的深度上增加課程前沿研究成果的講解，課堂教學(xué)設(shè)計包括自學(xué)測評、教師講授、案例分析、主題報告和研究型任務(wù)五種形式。其次，將教學(xué)與考核密切結(jié)合，提高過程教學(xué)的權(quán)重，降低終結(jié)性考核的權(quán)重，全面考查學(xué)生的綜合能力。我們在課程教學(xué)過程中引入過程性考核方式進(jìn)行教學(xué)改革實踐，取得了一定的成效。同時，鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、語言表達(dá)、內(nèi)容組織和寫作等多方面能力。本次教學(xué)改革是對教育部提出的“提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度”本科人才培養(yǎng)要求進(jìn)行的一次積極實踐。

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Teaching Reform and Practice of “Bioengineering Equipment” under the Background of Emerging Engineering Education Construction

GUO Xu-hu， WANG Run-mei， LIU Xiao-cui， WU Juan

（School of Life Sciences， Shanxi Datong University， Datong， Shanxi 037009， China）

Abstract： The course of Bioengineering Equipment is very important to the cultivation of professional quality of bioengineering undergraduates. Under the background of Emerging Engineering Education construction， the focus of education and teaching reform of the undergraduate course of Bioengineering Equipment needs to be reformed from the two directions of teaching methods and assessment methods. Taking Bioengineering Equipment as an example， this paper summarizes and analyzes the current situation and existing problems of teaching， and proposes a teaching mode that combines self-study assessment， teacher lectures， case analysis， theme reports， and research tasks， as well as a corresponding comprehensive assessment method. The purpose is to provide reference for the reform of undergraduate basic courses in colleges and universities in terms of teaching content selection， teaching mode design， and assessment method optimization.

Key words： Bioengineering Equipment; case teaching; research task; assessment method