王孝輝，王守娟，孔凡功，任明光

（齊魯工業(yè)大學(xué) 生物基材料與綠色造紙國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250353）

引言

近年來，隨著我國對“中國制造2025”“工業(yè)4.0”“智能制造”等一系列重大戰(zhàn)略的提出［1］，急需大量具有創(chuàng)新實(shí)踐能力和扎實(shí)專業(yè)知識的應(yīng)用型高層次專業(yè)技術(shù)人才。而新時(shí)代專業(yè)學(xué)位研究生教育是培養(yǎng)高層次應(yīng)用型專門人才的主要渠道。2020年，國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、教育部印發(fā)的《專業(yè)學(xué)位研究生教育發(fā)展方案（2020—2025）》指出，發(fā)展專業(yè)學(xué)位研究生教育是主動(dòng)服務(wù)創(chuàng)新型國家建設(shè)的重要路徑［2］。這表明，當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展對我國專業(yè)學(xué)位研究生的實(shí)踐應(yīng)用創(chuàng)新能力提出了更高要求。新工科背景下，加強(qiáng)輕工領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)，不僅是時(shí)代和社會(huì)發(fā)展的需要，同時(shí)也是高等教育改革的需要［3-4］。在新工科背景下，面對行業(yè)所需，如何為社會(huì)輸送優(yōu)質(zhì)的高質(zhì)量創(chuàng)新人才，是輕工領(lǐng)域?qū)I(yè)碩士研究生培養(yǎng)急需解決的問題。

“生物基產(chǎn)品過程工程”是以生物質(zhì)為原料，通過物理、化學(xué)或生物等技術(shù)手段加工成各種生物基產(chǎn)品的一門學(xué)科［5］。生物基產(chǎn)品的原料主要為農(nóng)林生物質(zhì)，農(nóng)林生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大組分構(gòu)成，三大組分可以被定向轉(zhuǎn)化為羥甲基糠醛、葡萄糖、木糖、糠醛和酚類等多種平臺化學(xué)品［6］，替代以石油煉制生產(chǎn)的化合物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。因此，生物基產(chǎn)品的開發(fā)不僅有助于清潔生產(chǎn)和智能制造，而且對我國可持續(xù)發(fā)展和緩解石油短缺具有促進(jìn)作用?！吧锘a(chǎn)品過程工程”是材料與化工領(lǐng)域生物醫(yī)藥與工程方向?qū)I(yè)碩士研究生的專業(yè)學(xué)位必修課程，是專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。然而，目前該課程在內(nèi)容設(shè)計(jì)上存在“重理論、輕實(shí)踐”的現(xiàn)象，缺乏專業(yè)應(yīng)用實(shí)踐性，脫離企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際；在教學(xué)方式上以課堂教授為主，缺乏以問題引導(dǎo)思考的設(shè)計(jì)，工程案例和實(shí)際問題少，學(xué)生缺少主動(dòng)思考的過程，參與感不強(qiáng)，體會(huì)不到解決問題的樂趣，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。由于該課程由生物基產(chǎn)品和過程工程兩部分組成，強(qiáng)調(diào)工程過程且涉及內(nèi)容較多，實(shí)際授課過程中受多種因素影響，傳統(tǒng)的授課方式和培養(yǎng)模式不足以提高碩士研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和獨(dú)立解決問題的能力。

基于此，本文將依據(jù)專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)要求，以“生物基產(chǎn)品過程工程”課程為例，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)，解決目前專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式存在的重理論、輕實(shí)踐等問題。重構(gòu)課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方式方法，融專業(yè)信念、基礎(chǔ)理論和實(shí)踐創(chuàng)新于一體，解決課程與行業(yè)需求不匹配、教學(xué)方式單調(diào)低效的重點(diǎn)問題，進(jìn)而建立注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程、實(shí)踐能力和創(chuàng)新考核的課程模式，提高輕工科學(xué)與工程學(xué)科研究生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)實(shí)際工作需要的應(yīng)用型高層次專門人才。

一、課程改革—教學(xué)案例

“生物基產(chǎn)品過程工程”課程中的《生物基化學(xué)品過程工程》一章主要介紹了生物基化學(xué)品的種類、制備方法、研發(fā)思路和過程開發(fā)等內(nèi)容。本文節(jié)選該章節(jié)中的《生物基化學(xué)品的過程開發(fā)》一節(jié)作為教學(xué)案例，簡介課程改革方法和教學(xué)模式。

（一）授課思路

本次授課的基本思路為：調(diào)整以課堂講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)、討論式等，創(chuàng)新“學(xué)中做，做中學(xué)”，豐富多種教學(xué)形式，具體為以分組討論為基礎(chǔ)，以微視頻導(dǎo)學(xué)為輔助，講授課程內(nèi)容為主線，最新文獻(xiàn)分享與講解為提高，實(shí)驗(yàn)操作為強(qiáng)化。同時(shí)，把科研項(xiàng)目引入教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力，構(gòu)建“基礎(chǔ)理論—工程實(shí)踐—問題解決”全鏈條模式，打造專業(yè)素養(yǎng)和大國工匠精神的培養(yǎng)新高度；進(jìn)而構(gòu)建以引導(dǎo)、討論、講授、分享和實(shí)踐為一體的教學(xué)新模式，擯棄傳統(tǒng)以講授理論知識為主的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)研究生創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用能力和獨(dú)立思考能力的訓(xùn)練與提高。

（二）具體實(shí)施過程

首先，授課前按照專業(yè)和學(xué)號以3～4人為一組進(jìn)行分組；同時(shí)，以巴斯夫、安德里茨等國際生物基產(chǎn)品公司中的宣傳微視頻為課程導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，引出本次課程的學(xué)習(xí)主題——生物基平臺化學(xué)品。緊接著以中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)楊濤2021年的博士論文《生物質(zhì)制備呋喃類化合物及其衍生物二酸的研究》［7］和2020年7月在線發(fā)表在國際著名期刊Chemical Reviews上的SCI論文“Continuous Flow Upgrading of Selected C2-C6 Platform Chemicals Derived from Biomass”［8］為前沿視野，同時(shí)鼓勵(lì)和教給學(xué)生搜索文獻(xiàn)資料，獲取一手科研成果的相關(guān)技能與方法，培養(yǎng)學(xué)生自主查閱知識和解決問題的能力，進(jìn)而建立“有問題，找百度”的思考模式。通過自主查閱和教師引導(dǎo)，拋出課程相關(guān)問題，即發(fā)現(xiàn)問題。生物基平臺化學(xué)品在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中的地位如何？生物基平臺化學(xué)品包括什么？如何實(shí)現(xiàn)從生物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來？當(dāng)前在科研和產(chǎn)業(yè)化過程中存在哪些問題？等等。以小組為單位，提出或領(lǐng)取問題，查閱資料，分組討論，尋找答案。

其次，在授課過程中，發(fā)揮小組作用，按照順序輪流對所提出的問題進(jìn)行闡述和討論，教師對回答進(jìn)行逐一點(diǎn)評并給出建設(shè)性鼓勵(lì)意見，強(qiáng)化學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的快樂，結(jié)合課程所需教授內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)討論，給出答案，潛移默化地讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的同時(shí)掌握相關(guān)知識。深刻認(rèn)識從生物質(zhì)到平臺化學(xué)品的思考和研究思路，進(jìn)而深入理解生物基平臺化學(xué)品的重要地位、定義和生成機(jī)理以及生物基化學(xué)品在生產(chǎn)過程中的影響因素，培養(yǎng)學(xué)生探究未知、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新思維和方案設(shè)計(jì)能力。與此同時(shí)，以常見的生物基平臺化學(xué)品如木糖、糠醛、羥甲基糠醛、乙酰丙酸［9-10］等舉例，給出相應(yīng)產(chǎn)品的車間生產(chǎn)照片或微視頻，為學(xué)生展現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的過程工程，分組討論在實(shí)際生產(chǎn)中采用的生物基化學(xué)品的生產(chǎn)工藝和方法以及采用該種方式方法的原因，讓學(xué)生理解科研和落地之間的鴻溝，在學(xué)生心中播下務(wù)實(shí)的科研思維種子，同時(shí)聯(lián)系和強(qiáng)調(diào)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和重要性，強(qiáng)化記憶和增加理解。

最后，為學(xué)生提供更加具有針對性的參考文獻(xiàn)和開放實(shí)驗(yàn)平臺，如制備糠醛的文獻(xiàn)、生產(chǎn)5-羥甲基糠醛的文獻(xiàn)、合成2，5-呋喃二甲酸的文獻(xiàn)等。將最新的文獻(xiàn)和成果拋給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生閱讀并總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)情況制備可行的工藝流程，在教師的指導(dǎo)下，以小組為單位到開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐和操作，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和實(shí)際操作的能力，加深學(xué)生對生物基平臺化學(xué)品的制備方法和研究進(jìn)展的了解，進(jìn)一步理解實(shí)踐生產(chǎn)和科研之間的關(guān)系，強(qiáng)化實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)等理論，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和應(yīng)用的重要性。在考核方式上，則更注重學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的表達(dá)，破除單一的理論知識分?jǐn)?shù)考核。以課堂討論、文獻(xiàn)查閱、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作以及期末論文報(bào)告等綜合項(xiàng)目進(jìn)行評定，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新思考和應(yīng)用實(shí)踐。

二、課程改革的成效與反饋

在學(xué)習(xí)課程結(jié)束后，通過QQ群進(jìn)行線上匿名問卷調(diào)查，設(shè)計(jì)問卷調(diào)查題目和選項(xiàng)分別為：學(xué)習(xí)本門課程之前，你了解生物基產(chǎn)品嗎？（選項(xiàng)：A完全了解、B了解一些、C不了解）；授課內(nèi)容是否有助于你對生物基產(chǎn)品和過程工程的理解？（選項(xiàng)：A有、B中立、C沒有）；授課中的微視頻是否有利于你增加對本課程的理解？（選項(xiàng)：A有、B中立、C沒有）；授課中的文獻(xiàn)是否有利于你學(xué)習(xí)本課程或?qū)Ρ绢I(lǐng)域的了解？（選項(xiàng)：A有、B中立、C沒有）；課后的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是否有利于你加深對本門課程的理解？（選項(xiàng)：A有、B中立、C沒有）；你是否愿意增加課堂上的互動(dòng)時(shí)間？（選項(xiàng)：A愿意、B還行、C不愿意）；其他建議和意見？［11］調(diào)查研究生對該門課程的授課方式和內(nèi)容的意見及建議，及時(shí)匯總和分析問卷結(jié)果，并有針對性地進(jìn)行糾正和修改。2020年到2022年間，共收集到有效調(diào)查問卷30份。通過對問卷的總結(jié)和分析可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生本科學(xué)習(xí)背景差異較大，只有35%的學(xué)生聽說過本門課程及課程的相關(guān)知識與內(nèi)容，高達(dá)65%的學(xué)生根本不了解生物基產(chǎn)品。而課程講授中引入的微視頻和文獻(xiàn)解讀等授課方式深受學(xué)生歡迎，100%的學(xué)生認(rèn)為有利于其對本門課程的學(xué)習(xí)和理解，部分學(xué)生對視頻非常感興趣，希望增加此類內(nèi)容，這也說明了課程改革的有效性。實(shí)驗(yàn)課得到學(xué)生的一致好評和推崇，100%的學(xué)生表示認(rèn)可和對學(xué)習(xí)及實(shí)踐能力起到了重要作用，而且有學(xué)生單獨(dú)提議增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這充分說明了研究生教育過程中實(shí)踐和動(dòng)手能力培養(yǎng)的必要性，也反映了本次課程改革的有效性。此外，85%的研究生認(rèn)為課程內(nèi)容設(shè)計(jì)得當(dāng)，小組討論、文獻(xiàn)解讀等時(shí)間安排合理，另外15%的學(xué)生則表示本門課程中投入過多的時(shí)間可能會(huì)影響其他課程的準(zhǔn)備，畢竟要想達(dá)到理想的教學(xué)和實(shí)踐效果，需要課下時(shí)間充分準(zhǔn)備。

三、課程改革的展望與結(jié)論

本次課程改革在新工科背景下進(jìn)行，為了提高研究生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐應(yīng)用能力，有針對性地進(jìn)行了課程講授內(nèi)容、授課方式等方面的改進(jìn)和完善，在保持課程總體體系基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)課程各環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建“基礎(chǔ)理論—工程實(shí)踐—問題解決”全鏈條模式，豐富教學(xué)模式，調(diào)整以課堂講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，改革效果顯著。但也存在一定的局限性，如研究生專業(yè)背景差異較大且研究方向各有不同，在課程內(nèi)容上無法做到兼顧，進(jìn)而導(dǎo)致研究生在查閱文獻(xiàn)資料和理解課程內(nèi)容上需要花費(fèi)更多時(shí)間；受限于課時(shí)，缺乏完整的企業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷和鍛煉等。因此，以“生物基產(chǎn)品過程工程”課程的改革為契機(jī)，不斷完善和探索研究生的創(chuàng)新培養(yǎng)模式，以適應(yīng)新工科背景下的社會(huì)發(fā)展對高質(zhì)量人才的需求。

綜上所述，傳統(tǒng)的研究生教學(xué)方法無法適應(yīng)新工科背景下我國社會(huì)發(fā)展對輕工領(lǐng)域技術(shù)人才的需求。只有不斷地進(jìn)行有效的課程改革，培養(yǎng)具有獨(dú)立創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才，才能在我國輕工行業(yè)快速發(fā)展的今天，滿足相關(guān)行業(yè)對人才的需求，進(jìn)而推動(dòng)我國輕工領(lǐng)域的創(chuàng)新和快速發(fā)展。