郭緒虎 王潤梅 劉小翠 武娟

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

[關鍵詞] 生物工程設備;案例教學;研究型任務;考核方式

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

[作者簡介] 郭緒虎（1986—），男，山東單縣人，博士，山西大同大學生命科學學院副教授，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，山西大同大學生命科學學院教授，主要從事生物化學、課程與教學論研究;劉小翠（1982—），女，湖北荊門人，碩士，山西大同大學生命科學學院副教授，主要從事食品微生物及加工研究。

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

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“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，建設高等教育強國[1]。按照新工科人才培養(yǎng)模式并結合行業(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)的教學理念和方法，進行課程教學改革?！吧锕こ淘O備”是生物工程專業(yè)本科重要的專業(yè)教育必修課程，是生物工程技術和化學工程與設備交叉的結合體，是現(xiàn)代工業(yè)生物技術成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的關鍵環(huán)節(jié)[2]。本課程是在微生物學、生物化學、發(fā)酵工程與工藝學、生化工程、化工原理等先行學科基礎之上開設的專業(yè)性較強的課程，重點在于讓學生掌握生物發(fā)酵工業(yè)中常見各類設備的特點、結構、工作原理、設備流程、主要設備的設計計算和選型等，具有很強的實踐性[3]。通過本課程的學習，使學生了解國內(nèi)外生物工程設備的新技術、新設備及新發(fā)展動向，初步具備獨立分析和解決試驗研究及工業(yè)生產(chǎn)上的工程設備問題的能力。逐步培養(yǎng)學生對生物工程產(chǎn)品的認知能力、自學能力和工藝開發(fā)能力，為今后學習相關專業(yè)方向課程和進一步獲得相關的專業(yè)知識奠定必要的基礎，為培養(yǎng)我國社會主義現(xiàn)代化建設所需要的高質(zhì)量生物工程人才服務。

一、教學現(xiàn)狀

在長期教學中，我系“生物工程設備”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，不能將所學知識與生產(chǎn)應用相結合，缺乏工程意識和創(chuàng)新意識，較少涉及新工藝、新設備和新技術的學習。（2）生物工程設備涉及生物生產(chǎn)過程的上游、中游和下游設備，以及相關的其他設備，類型種類繁多，理論講解比較空洞、枯燥，學生難以掌握，學習興趣不高，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、考核方式很難全面考查學生對生物工程設備基礎知識和發(fā)展前沿的掌握，難以達成既定課程目標和生物工程專業(yè)本科畢業(yè)要求。針對這些問題，通過教學模式和考核方法的改革，促進學生向應用性和實用性人才發(fā)展。在“生物工程設備”教學中，我們將線上與線下教學結合起來建立優(yōu)化的教學模式。課前，學生通過自學教師精心準備的學習資料，完成教師安排的研究型任務;在課堂上，結合典型案例，在教師的引導下，圍繞與生產(chǎn)實踐相關的問題集中討論，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)化知識結構、重組課堂教學內(nèi)容

人才培養(yǎng)方案和課程大綱確定了“生物工程設備”課程的教學內(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)容結構化、課容量有限、經(jīng)典案例較少等缺點，學生無法把自己所學的理論知識和生產(chǎn)實踐聯(lián)系起來。這些問題限制了學生獨立思考的空間和學習本課程的興趣，束縛了學生學習的主動性和創(chuàng)造性，阻礙了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了較早培養(yǎng)學生學習生物工程設備的興趣，我們通過將課堂基本知識與經(jīng)典案例相結合的方式進行講授。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)過程中應用到的設備作為一個案例或?qū)ｎ}進行講解，包括生物質(zhì)原料預處理設備、生物反應設備、產(chǎn)物分離設備及公用工程設備。這種按照產(chǎn)品生產(chǎn)工藝講授的方式，更能使學生深刻了解所學知識與生產(chǎn)實踐的聯(lián)系，使他們覺得學有所用，激發(fā)學生學習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)教學方式，根據(jù)本科生專業(yè)的“生物工程設備”教學內(nèi)容和教學大綱進行大膽改革，調(diào)整、優(yōu)化課程教學內(nèi)容。

（二）豐富教學策略，培養(yǎng)學生的學習興趣

在課程教學中存在教學單一死板的問題。由于設備大都從平面圖講解，缺乏直觀性和立體效果，無形加深了學生的理解難度。因此，在教學上必須對常規(guī)的教學手段進行改革。要從直觀上入手，生動的語言加上動畫，增加學生的學習興趣，提高認知效率。課堂教學時，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，有利于學生對學習內(nèi)容的理解。同時，采用與“生物工程設備”課程多媒體課件相配套的習題測試軟件，可以將多媒體課堂教學推向網(wǎng)絡課堂教學，使教學實現(xiàn)趣味性、多樣性?！吧锕こ淘O備”課程通過多媒體課堂教學的實踐，可有效地提高教學的質(zhì)量和水平，為培養(yǎng)綜合性現(xiàn)代化生物工程專業(yè)人才做出應有的貢獻。

（三）更新教學方式，挖掘?qū)W生的自主學習能力

基于互聯(lián)網(wǎng)信息技術支撐的混合式教學是將線上教學和傳統(tǒng)課堂教學相結合的一種教學方式，這種學習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“生物工程設備”課程的教學中，我們采用線上與線下教學相結合的方法，線上教學首先是構建網(wǎng)絡學習平臺，課前教師通過學習通平臺向?qū)W生提供教學視頻、文檔、在線試題庫、多媒體課件及參考書等學習資源，引導學生進行自主學習，或者學生在課外通過網(wǎng)絡學習，在線完成課程基本知識的學習后進行作業(yè)測驗，并提出問題。線下教學是在線上教學的基礎上，教師結合案例對教學重點、難點以“導入案例→呈現(xiàn)案例→討論案例→總結案例”的模式開展面授講解，使學生在運用知識的過程中，更好地理解生物工程設備的理論與實踐意義，增強學生對學習“生物工程設備”課程的信心。

（四）多元化考核方式，提升學生分析和設備設計的能力

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

為適應新的教學模式改革，提高新的教學模式的實施推廣，經(jīng)“生物工程設備”教學組討論，制定下列“生物工程設備”課程教學成績評價方案（表1）?？己谁h(huán)節(jié)包括過程性考核和終結性考核，各占總成績的50%。過程性考核由自學測評（20%）、研究型任務（30%）兩部分構成。自學測評包括出勤、在線學習、作業(yè)、討論等，成績由學習通平臺導出;研究型任務成績由主題報告（50%）、小論文（50%）兩部分構成。小組成績由小組互評和教師評分共同決定。學生個人成績以小組成績?yōu)榛鶞?，按照如下權重分配：參與匯報的學生成績=小組成績×1.05，參與論文撰寫和PPT制作的學生成績=小組成績×1，參與資料收集和歸納的學生成績=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性考核，由學院統(tǒng)一安排在考試周閉卷考試。

三、教學改革實施

教學改革實施分為三個環(huán)節(jié)：即課前導學環(huán)節(jié)、課堂教學環(huán)節(jié)、課后提升環(huán)節(jié)。為了激發(fā)學生自主學習的潛力，在課前導學環(huán)節(jié)，我們借助學習通平臺進行課前任務點的布置、教學資源的推送、相關問題的討論等互動教學活動。學生按要求完成在線學習任務后，教師根據(jù)線上學習、討論等情況，有針對性地設計課堂教學。課堂教學實施環(huán)節(jié)包括自學測評、主題報告、教師講授（案例分析）及布置任務四個方面，各部分時間安排見圖1。自學測評以學生為主體，在完成線上簽到、在線視頻學習、查閱相關資料和作業(yè)的基礎上，進行課堂測驗、提問等。目的在于讓學生掌握生物工程主要設備的特點、結構、原理等基本知識。線下研究型任務以學生為主體，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)設備。設備特點、結構（附圖）、適用范圍、工作原理及相關技術參數(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，使學生熟悉和了解國內(nèi)外生物工程設備的新技術、新設備和新發(fā)展動向，培養(yǎng)學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)設備的改進、應用等。最后為布置任務，包括研究型任務和下次報告主題。在課后提升環(huán)節(jié)，要求學生完成在線作業(yè)、測試等，并開展學生互評和教師評價，教師根據(jù)課堂和線上反饋情況，引導學生將所學專業(yè)與職業(yè)規(guī)劃結合起來，形成教學反思，不斷提升課程教學質(zhì)量。

四、教學改革成效

課程改革在我院生物工程專業(yè)六個班實施，設置對照班和實驗班，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，課程組進行集體備課、集中命題和閱卷。經(jīng)學生成績分析對比，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分數(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分數(shù)段。由此可以看出，課程改革之后的學生成績明顯提高，這說明課程改革對于提高學生學習成效非常顯著。在教學改革中，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)動了學生學習的積極性和主動性，讓學生感知學習和探究知識的過程，學會發(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目標。從學生成績考核表上可以看出，實驗班學生在基本知識掌握和應用能力上較對照班有很大進步。

在新工科建設背景下，如何運用新工科理念進一步提高本科教育教學質(zhì)量是我國高等教育需要探索的重要課題?！吧锕こ淘O備”是生物工程本科專業(yè)的專業(yè)教育平臺必修課，但其目前的教學內(nèi)容仍以書本為主，理論實踐結合不緊密，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模式，在教學內(nèi)容的深度上增加課程前沿研究成果的講解，課堂教學設計包括自學測評、教師講授、案例分析、主題報告和研究型任務五種形式。其次，將教學與考核密切結合，提高過程教學的權重，降低終結性考核的權重，全面考查學生的綜合能力。我們在課程教學過程中引入過程性考核方式進行教學改革實踐，取得了一定的成效。同時，鍛煉了學生自主學習、獨立思考、語言表達、內(nèi)容組織和寫作等多方面能力。本次教學改革是對教育部提出的“提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度”本科人才培養(yǎng)要求進行的一次積極實踐。

參考文獻

[1]古天龍，魏銀霞.以新工科理念推動地方高校建設一流本科教育[J].中國大學教學，2018（2）：32-35.

[2]梁世中.生物工程設備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2011：前言.

[3]陳必鏈，鄭毅，陳建平，等.提高《生物工程設備》課程教學質(zhì)量的探索與實踐[J].微生物學通報，2007，34（4）：822-825.

[4]劉繼紅.對高?？荚嚫母锏膸c思考[J].中國高教研究，2000（5）：27-28.

[5]教育部關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知：教育函〔2018〕8號[A/OL].（2018-08-27）[2021-10-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201809/t20180903_347079.html.

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