基于OBE理念的發(fā)酵工程課程教學(xué)改革探索

姜煥煥，李賽男，區(qū)炳明，陳 剛

(肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東肇慶 526061)

生物技術(shù)專業(yè)側(cè)重于應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，其主要任務(wù)是為新興生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供人才、技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)。目前，生物技術(shù)在人類可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中正顯示著巨大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)應(yīng)用型人才的需求也逐年增加。發(fā)酵工程是利用微生物的代謝規(guī)律及某些特定功能制備有用的產(chǎn)品，或直接將微生物應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一種新技術(shù)，是其他生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。發(fā)酵工程課程是生物技術(shù)專業(yè)非常重要的專業(yè)核心課程之一，是基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)與酶工程等生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的橋梁，具有涉及領(lǐng)域?qū)?、覆蓋范圍廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)?；诎l(fā)酵工程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，采用先進(jìn)的教育理念對(duì)發(fā)酵工程課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，提高教學(xué)質(zhì)量很有必要。另外，隨著越來(lái)越多具有生物技術(shù)背景的高新技術(shù)企業(yè)出現(xiàn)，對(duì)生物技術(shù)人才的需求量也越來(lái)越大。為了培養(yǎng)高質(zhì)量的生物技術(shù)應(yīng)用型本科人才，對(duì)生物技術(shù)專業(yè)核心課程——發(fā)酵工程進(jìn)行改革具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

成果導(dǎo)向教育(outcome-based education，OBE)是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育理念，強(qiáng)調(diào)成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)。成果導(dǎo)向教育是追求教育教學(xué)卓越的正確方向，受到各國(guó)大學(xué)的廣泛重視。OBE理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)掌握實(shí)用性專業(yè)技術(shù)與技能。目前，企事業(yè)單位越來(lái)越重視畢業(yè)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，運(yùn)用OBE理念引導(dǎo)發(fā)酵工程課程教學(xué)改革，提高發(fā)酵工程課程的教學(xué)質(zhì)量，提升生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力。

在“建設(shè)特色鮮明的高水平應(yīng)用型綜合大學(xué)”辦學(xué)定位的指引下，根據(jù)學(xué)校生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案，針對(duì)發(fā)酵工程課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，進(jìn)行教學(xué)改革。筆者將OBE理念貫穿于發(fā)酵工程課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，制定OBE理念的教學(xué)目標(biāo)，并以此為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，改革考核方式，旨在使學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)具有主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新思維，既具有持續(xù)學(xué)習(xí)的能力，又具有在發(fā)酵工程實(shí)踐中的應(yīng)用能力。

1 傳統(tǒng)發(fā)酵工程課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

發(fā)酵工程是生物技術(shù)專業(yè)一門非常重要的專業(yè)核心課程。肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院2002年設(shè)置生物技術(shù)專業(yè)，2005年開(kāi)設(shè)發(fā)酵工程專業(yè)課，理論課48學(xué)時(shí)，在專業(yè)培養(yǎng)方案中通常安排在第五、六學(xué)期。發(fā)酵工程課程涵蓋的內(nèi)容包括基礎(chǔ)與應(yīng)用兩部分，涉及知識(shí)點(diǎn)多、范圍廣，要求學(xué)生既要掌握發(fā)酵工程原理，又要熟悉常見(jiàn)生物產(chǎn)品的制備技術(shù)與關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的控制，因此發(fā)酵工程課程是一門綜合性及應(yīng)用性都很強(qiáng)的專業(yè)核心課程。發(fā)酵工程課程是基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)與酶工程等生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的橋梁。但是，該課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在一系列問(wèn)題，課堂教學(xué)效果不佳。

(1)傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，往往忽視學(xué)習(xí)產(chǎn)出這一根本教學(xué)目標(biāo)，無(wú)法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)背景下生物技術(shù)專業(yè)就業(yè)崗位的要求。傳統(tǒng)教學(xué)只是根據(jù)教學(xué)大綱，按照既定的教學(xué)計(jì)劃完成教學(xué)工作。教學(xué)目標(biāo)傾向于基礎(chǔ)知識(shí)和概念的記憶與理解，沒(méi)有明確學(xué)生應(yīng)取得哪些學(xué)習(xí)成果。學(xué)生學(xué)習(xí)往往只是為了應(yīng)付考試，無(wú)法真正掌握相關(guān)課程的知識(shí)和能力，導(dǎo)致學(xué)生往往不了解學(xué)習(xí)這門課程所需掌握的知識(shí)和能力。

(2)傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容滯后、缺乏邏輯性，不能與實(shí)踐很好地結(jié)合。以往教學(xué)按照教材內(nèi)容順序開(kāi)展，教學(xué)內(nèi)容煩瑣、邏輯性不強(qiáng)，學(xué)生只是片面接受知識(shí)，不能系統(tǒng)掌握發(fā)酵工程體系。教學(xué)過(guò)程中僅是參考指定教材，很少引入先進(jìn)的發(fā)酵工程技術(shù)內(nèi)容。另外，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐脫軌，學(xué)生只是在課堂上學(xué)習(xí)理論知識(shí)，不能掌握實(shí)際生產(chǎn)技能。

(3)傳統(tǒng)的發(fā)酵工程教學(xué)采用教師課堂講授為主的填鴨式教學(xué)方式。這種以教師為中心的教學(xué)模式忽略了學(xué)生的主體地位。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中被動(dòng)接受知識(shí)點(diǎn)，缺乏學(xué)習(xí)興趣。另外，課程教學(xué)手段單一。在課堂教學(xué)過(guò)程中，面對(duì)實(shí)踐性很強(qiáng)的章節(jié)(例如發(fā)酵工業(yè)中氧的供需、發(fā)酵過(guò)程控制等內(nèi)容)，單純利用PPT課件進(jìn)行知識(shí)傳授，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)缺乏直觀了解，很難切實(shí)掌握所學(xué)內(nèi)容，容易失去學(xué)習(xí)興趣。

(4)教學(xué)考核是教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的考核標(biāo)準(zhǔn)只關(guān)注學(xué)生平時(shí)的出勤率與期末考試成績(jī)。期末考試試題也傾向于考核死記硬背的基礎(chǔ)知識(shí)，很多學(xué)生為了考試而考試，不能很好地反映學(xué)習(xí)成果。這也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及能力不夠，無(wú)法勝任工作崗位對(duì)專業(yè)技術(shù)能力的需求。傳統(tǒng)發(fā)酵工程教學(xué)中存在這些問(wèn)題，最終導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及實(shí)際應(yīng)用能力較差，無(wú)法滿足企業(yè)對(duì)生物技術(shù)應(yīng)用型人才的需求。

2 基于OBE 理念的課程教學(xué)思路

基于OBE 理念的課程教學(xué)思路強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的原則，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)教學(xué)。課程目標(biāo)是課程教學(xué)的起點(diǎn)，也是終點(diǎn)，形成一個(gè)閉環(huán)式的教學(xué)理念流程圖(圖1)。這種基于 OBE 理念的反向教學(xué)設(shè)計(jì)科學(xué)、合理，有利于學(xué)生各方面能力素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，按照基于OBE理念的課程教學(xué)思路，進(jìn)行了發(fā)酵工程教學(xué)改革的設(shè)計(jì)與研究。筆者所在課題組成員對(duì)發(fā)酵工程技術(shù)人才的需求源進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)往屆學(xué)生畢業(yè)工作后對(duì)專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用情況和能力進(jìn)行了跟蹤。從企業(yè)等用人單位的角度出發(fā)，結(jié)合學(xué)生的發(fā)展及學(xué)校定位制定課程培養(yǎng)目標(biāo)。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核評(píng)價(jià)體系方面進(jìn)行發(fā)酵工程課程教學(xué)改革，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

圖1 基于工程教育認(rèn)證 OBE 理念的課程教學(xué)思路Fig.1 The teaching ideas of the course based on the OBE concept of engineering education certification

3 基于OBE理念的發(fā)酵工程教學(xué)改革

筆者所在課題組成員對(duì)發(fā)酵工程技術(shù)人才的需求源進(jìn)行了調(diào)查，從企業(yè)等用人單位的角度出發(fā)，結(jié)合學(xué)生發(fā)展及學(xué)校定位，同時(shí)考慮目標(biāo)的可達(dá)成性、可量化以及學(xué)生未來(lái)發(fā)展，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，重新梳理并制定課程教學(xué)目標(biāo)(表1)。這樣可以明確課程內(nèi)容每一章節(jié)的預(yù)期產(chǎn)出，也可以方便后續(xù)教學(xué)方法的實(shí)施及考核評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出導(dǎo)向。

表1 基于OBE理念的發(fā)酵工程課程目標(biāo)Table 1 The objectives of fermentation engineering course based on OBE concept

基于OBE理念，以目標(biāo)為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。基于課程目標(biāo)達(dá)成度的發(fā)酵工程課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如圖 2所示。對(duì)教學(xué)內(nèi)容模塊化整合，同時(shí)明確具體教學(xué)內(nèi)容對(duì)各課程目標(biāo)的支撐。改變過(guò)去按照教材內(nèi)容教學(xué)的做法，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，打破教材章節(jié)的限制，進(jìn)行模塊化整合。將教學(xué)內(nèi)容按照發(fā)酵工藝流程劃分為上游工程技術(shù)、中游工程技術(shù)、下游工程技術(shù)三部分內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能夠清晰了解課程主線，系統(tǒng)掌握課程知識(shí)脈絡(luò)。另外，應(yīng)將課程教學(xué)內(nèi)容與典型案例分析相結(jié)合。學(xué)生在學(xué)完每一章內(nèi)容后，教師進(jìn)行案例精選與分析，在課堂上多與學(xué)生交流，促進(jìn)學(xué)生對(duì)發(fā)酵工程內(nèi)容的理解與應(yīng)用。例如：“緒論”這一章引入“青霉素發(fā)現(xiàn)”的例子，講述發(fā)酵工程發(fā)展史；“發(fā)酵過(guò)程控制”這一章，結(jié)合企業(yè)經(jīng)常遇到的染菌案例，介紹不同染菌情況和防治辦法。明確每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的目標(biāo)產(chǎn)出，能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用能力，并能指導(dǎo)實(shí)踐。此外，應(yīng)在課堂講授過(guò)程中融入思政元素。例如，講授“發(fā)酵工業(yè)育種”章節(jié)時(shí)，以諾貝爾獎(jiǎng)得主屠呦呦為例，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。在講授“發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制”這一章時(shí)，可以具體產(chǎn)品為例。例如，醋、抗生素和谷氨酸等我國(guó)產(chǎn)量均位居第一，讓學(xué)生了解我國(guó)是發(fā)酵大國(guó)。但是，我國(guó)并不是發(fā)酵強(qiáng)國(guó)，從反面增強(qiáng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，激勵(lì)他們?yōu)橹腥A民族偉大復(fù)興而努力學(xué)習(xí)。

圖2 基于課程目標(biāo)達(dá)成度的發(fā)酵工程課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)Fig.2 The teaching contents design of fermentation engineering course based on the objectives achievement of the course

教學(xué)方式是向?qū)W生傳遞教學(xué)內(nèi)容的有效載體。針對(duì)課程內(nèi)容理論與實(shí)踐相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，采取網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與交互式教學(xué)等教學(xué)方式，精準(zhǔn)施策。①針對(duì)知識(shí)難度不大的章節(jié)，比如“工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)”“發(fā)酵工業(yè)的種子制備”部分內(nèi)容，按照“明確目標(biāo)、布置專題—合理分工、資料查找—PPT制作、撰寫報(bào)告—專題匯報(bào)、教師點(diǎn)評(píng)”的模式開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。改變傳統(tǒng)以教師為中心的方式講授課程，學(xué)生通過(guò)查找資料掌握文獻(xiàn)檢索的能力，同時(shí)拓寬知識(shí)范圍，鍛煉學(xué)生制作PPT的能力及語(yǔ)言組織表達(dá)能力，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。②針對(duì)與實(shí)踐相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，走入實(shí)驗(yàn)室及發(fā)酵工廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)。例如，“發(fā)酵罐的放大與設(shè)計(jì)”這一章節(jié)的內(nèi)容，講述發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及操作原理等。課堂教學(xué)沒(méi)有直觀的感受，學(xué)生很難想象發(fā)酵罐的三維立體結(jié)構(gòu)及具體設(shè)計(jì)比例。因此，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生分組觀看機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐各部分構(gòu)造，并完成“發(fā)酵罐拆卸與檢修”等實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步熟悉其構(gòu)造并掌握相關(guān)操作。引入虛擬仿真平臺(tái)，進(jìn)一步利用“發(fā)酵罐3D虛擬仿真軟件”操作。③注重網(wǎng)絡(luò)資源的利用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中國(guó)MOOC大學(xué)的精品課程，作為課堂知識(shí)的延伸，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。教學(xué)過(guò)程中，增加模擬動(dòng)畫(huà)、工廠生產(chǎn)視頻，使原本抽象的內(nèi)容能夠直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

圍繞課程目標(biāo)的達(dá)成，該課程建立了過(guò)程考核與多元化考核的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。其中，過(guò)程考核占總成績(jī)的30%，包括平時(shí)的課堂考勤、平時(shí)作業(yè)及虛擬仿真操作；另外，學(xué)生自學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程所獲得學(xué)分也計(jì)入考核內(nèi)容，主要考查學(xué)生的知識(shí)掌握能力及運(yùn)用能力。多元化考核占總成績(jī)的20%，學(xué)生通過(guò)查找資料文獻(xiàn)、以小組的形式完成指定課程內(nèi)容的PPT制作并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)考核方式作品化，以達(dá)到可量化、可評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。期末考試成績(jī)占比為50%。期末考試采取基礎(chǔ)知識(shí)與知識(shí)運(yùn)用能力相結(jié)合的方式，增加綜合分析試題分?jǐn)?shù)，主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合理解及掌握程度。

持續(xù)改進(jìn)是OBE理念的核心內(nèi)容。運(yùn)用OBE理念引領(lǐng)課程教學(xué)過(guò)程持續(xù)改進(jìn)，能夠不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。教學(xué)過(guò)程中定期記錄學(xué)生平時(shí)各項(xiàng)考核結(jié)果，階段性檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)改進(jìn)調(diào)整。課程考試結(jié)束后，對(duì)期末考試試卷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查考點(diǎn)是否達(dá)成相應(yīng)的目標(biāo)要求，對(duì)課程內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行改革，結(jié)合平時(shí)成績(jī)，分析總體課程目標(biāo)達(dá)成度。學(xué)生畢業(yè)后，對(duì)其運(yùn)用課程知識(shí)能力進(jìn)行跟蹤調(diào)查，利用反饋結(jié)果，了解企業(yè)和學(xué)生的真正需求，指導(dǎo)課程持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

OBE理念強(qiáng)調(diào)成果導(dǎo)向的價(jià)值取向、以學(xué)生為中心的教育理念和持續(xù)改進(jìn)，是一種先進(jìn)的教育理念。在特色鮮明的高水平應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)背景的指導(dǎo)下，根據(jù)學(xué)校生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案，基于OBE理念，從人才培養(yǎng)質(zhì)量出發(fā)，圍繞發(fā)酵工程課程教學(xué)全過(guò)程，從教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法改革、教學(xué)考核與質(zhì)量評(píng)價(jià)體系等方面開(kāi)展教學(xué)改革研究，以期培養(yǎng)更加符合地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才。