伍國強，李善家，鞏慧玲，劉左軍

（蘭州理工大學 生命科學與工程學院，甘肅蘭州，730050）

工程教育背景下的《專業(yè)產品設計》教學改革與實踐

伍國強，李善家，鞏慧玲，劉左軍

（蘭州理工大學 生命科學與工程學院，甘肅蘭州，730050）

《專業(yè)產品設計》是蘭州理工大學生物工程專業(yè)自主設置的一門綜合性實踐類課程，對培養(yǎng)本科生的設計能力、創(chuàng)新能力、工程實踐能力和科研素質具有重要作用。針對《專業(yè)產品設計》課程教學過程中存在的問題，從選題、過程指導、設計報告撰寫和答辯等環(huán)節(jié)進行了改革與實踐，取得了較好教學效果，可為提高生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質量提供借鑒。

專業(yè)產品設計；生物工程；創(chuàng)新能力；教學改革

生物工程專業(yè)是以工為主、理為輔、工理管結合的復合型專業(yè)，是培養(yǎng)掌握現(xiàn)代生物學和生物技術基本科學原理、基本技能、工藝技術過程和工程設計等基本理論，能在生物技術與工程領域從事產業(yè)化工程設計、生產、管理和新技術研究、新產品開發(fā)的工程技術高級人才[1]。生物工程具有工程學科屬性，賦予了工科人才培養(yǎng)目標和教學內涵[2]。由此，決定了生物工程專業(yè)本科教學過程中，實踐教學占了非常重要的地位。實踐教學不但是生物工程專業(yè)本科教學的重要組成部分，而且是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐活動的高素質工程技術人才的重要環(huán)節(jié)[3]。為了培養(yǎng)學生的工程實踐能力，蘭州理工大學生物工程專業(yè)于2005年自主設置了一門綜合性實踐類必修課程——《專業(yè)產品設計》，該課程是在學生修完《工程制圖基礎》《機械設計基礎》《化工原理》《基因工程》《蛋白質與酶工程》《細胞工程》《生物工程設備》和《生物工藝學》等課程的基礎上開設的。在整個專業(yè)課程體系中，《專業(yè)產品設計》起著承前啟后的作用，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、形成設計觀念和手段的主要階段，也是理論知識與工程實踐相結合的重要過程，在生物工程專業(yè)實踐教學中的地位尤為突出。筆者以蘭州理工大學生物工程專業(yè)為例，就《專業(yè)產品設計》的重要性、教學中存在的主要問題以及教學改革與實踐，教學改革效果等方面加以論述和討論，為提高生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質量提供借鑒。

1 、《專業(yè)產品設計》的重要性

1.1 加深學生對理論知識的理解

通過《專業(yè)產品設計》使學生進一步理解和掌握生物學理論知識、工藝技術過程和工程設計等基礎理論，初步學會市場調研、文獻資料查閱、設計方案制定到產品試制（或實驗實施）等基本過程、方法和思路，為下一階段的畢業(yè)實習和畢業(yè)設計（論文）奠定基礎。

1.2 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

《專業(yè)產品設計》自始至終要求學生明確自己是產品設計教學實踐活動的主體，從領會設計任務、調研市場、查閱文獻資料、制定設計方案、試制產品（或實驗實施）、最后撰寫設計報告和答辯，都要親力親為，扎實做好每一環(huán)節(jié)。因此，該課程突出以學生為主體、提高培養(yǎng)人才質量為目標。此外，鼓勵學生嘗試新方法和新工藝，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，使學生逐步養(yǎng)成如何運用理論知識思考問題、分析問題和解決問題的能力，激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力[4,5]。

1.3 培養(yǎng)學生的工程實踐能力

《專業(yè)產品設計》可以結合學生個人興趣及將來的發(fā)展方向選擇感興趣的設計內容。在《專業(yè)產品設計》教學中要求學生自己準備實驗材料、設計方案、完成實驗、分析實驗結果等全過程，以培養(yǎng)學生應用已經學到的理論知識，根據實驗需要再學習的能力，通過完成實驗全過程來培養(yǎng)學生實際工程操作能力以及綜合實驗能力。

1.4 培養(yǎng)學生的科研素質

鼓勵產品設計的學生參與教師所承擔的各類科研項目研究工作，將在研課題引入產品設計的選題范圍內。指導教師提前給學生講清楚課題研究的目的及主要內容，安排學生查閱國內外文獻資料并設計實驗方案，由指導教師審核后實施。通過參與指導教師的科研課題，促使學生查閱最新文獻資料，了解生物工程學科的研究進展，彌補教材內容的不足，為教學過程注入研究性學習，促進教學與科研互動，激發(fā)學生的學習興趣和熱情，培養(yǎng)學生的科研意識和能力[6]。

2、 《專業(yè)產品設計》教學中存在的主要問題

2.1 產品設計類題目偏少，科學研究類題目偏多

《專業(yè)產品設計》以科學研究類題目為主，而設計類題目較少，僅占20%，且所選題目水平相對較低。

2.2 產品設計題目過大，在規(guī)定的時間內很難完成

部分產品設計題目過大、過泛，如“xx工藝優(yōu)化”、“xx技術研究”等，致使部分學生不知從何下手，加之極個別指導教師疏于指導，學生無法在規(guī)定的3學周內完成任務。另外，極少數(shù)學生自律性差，對待專業(yè)產品設計課程不認真、敷衍了事，3學周時間內得不到像樣的設計結果。

2.3 報告撰寫不規(guī)范

從往年教學資料檢查發(fā)現(xiàn)，《專業(yè)產品設計》的報告格式不統(tǒng)一、不規(guī)范的現(xiàn)象經常出現(xiàn)。即使是同一指導教師指導的若干名學生，撰寫的產品設計報告也存在格式欠規(guī)范、統(tǒng)一的問題。

2.4 經費投入不足

無論是實踐教學條件還是實驗儀器設備方面，經費投入不足，影響了《專業(yè)產品設計》在內的實踐教學的優(yōu)質、高效運行。

3、 《專業(yè)產品設計》 教學改革探索與實踐

基于《專業(yè)產品設計》教學過程中存在的問題，我們經過充分的調研，對該課程有針對性地進行了改革與實踐。改革的重點是《專業(yè)產品設計》的教學過程中要充分調動學生的積極性和主動性，培養(yǎng)學生的實踐動手能力，使學生在方案設計、文獻資料查閱、產品試制（實驗實施）、數(shù)據統(tǒng)計與分析，設計報告撰寫、答辯等各個環(huán)節(jié)中得到綜合訓練。

3.1 完善優(yōu)化課程教學大綱

教學大綱是學科教學的指導性文件，科學、嚴謹?shù)慕虒W大綱有利于提高教學質量。我們結合2013版生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂，完善和優(yōu)化了《專業(yè)產品設計》教學大綱，從而使指導教師和學生在選題、方案設計、產品試制、報告撰寫、答辯等各個環(huán)節(jié)有章可循、有據可依。

3.2 重視產品設計的選題，強調選題的新穎性

《專業(yè)產品設計》選題時主要從以下4方面考慮：（1）題目必須符合生物工程專業(yè)培養(yǎng)目標，滿足教學基本要求，題目內容能涵蓋生物工程專業(yè)若干主干課程的內容；（2）要求一人一題，題目與往屆不能重復，真題真做；（3）題目要難易適中，工作量飽滿，過程完整，在規(guī)定的時間內能夠完成；（4）選題能與科研、生產實際、實驗室建設相結合，能反映生物技術發(fā)展水平，且具有一定的新穎性。

3.3 提高教師的工程實踐背景，增強題目的工程應用性

高素質的教師是保證工科應用型人才質量的根本。要培養(yǎng)一流的生物工程專業(yè)人才，必須要有一流的師資[7]。開展《專業(yè)產品設計》課程教學改革，提高教學質量，關鍵在于建立一支結構合理、工程實踐能力強的教師隊伍。目前，參與《專業(yè)產品設計》的指導教師大多是青年教師，他們學歷層次高、學緣結構好、綜合素質高，但是沒有工廠、企業(yè)工作的經歷，缺乏深入的工程背景。因此，每年有計劃地安排青年教師到生物工程相關生產企業(yè)或公司去鍛煉實踐，深入生產一線了解急需解決的工程問題，積累工程經驗，既可提高他們的理論教學水平和科學研究能力[8]，又能提高專業(yè)產品設計的指導水平。

3.4 提早布置產品設計任務，保證充足的教學時間

在第六學期末開始征集專業(yè)產品設計題目，組織專家對征集到的題目進行審核，然后學生根據自己的興趣和能力選擇題目，匯總后確定每位指導教師指導的學生名單。在放暑假前，指導教師安排學生在假期查閱文獻資料、設計方案、撰寫開題報告。設計方案由指導教師審核后，學生在第七學期的第1-3學周進行產品試制或實驗實施。第4學周后利用課余時間分析實驗結果、撰寫產品設計報告，直到第8-9學周（10月下旬）完成專業(yè)產品設計答辯。這樣既保證了產品設計的時間，又保證了產品設計的質量。

3.5 嚴格學生考勤，加強產品設計的過程管理

在《專業(yè)產品設計》教學過程中，指導教師嚴格考核學生的出勤，并指導和督促學生按時完成專業(yè)產品設計的每個環(huán)節(jié)。院、系兩級組織專家定期、不定期地抽查專業(yè)專業(yè)產品設計過程記錄、出勤情況，將發(fā)現(xiàn)的問題及時反饋給指導教師，從而確保《專業(yè)產品設計》教學的有序進行。

3.6 加大經費投入，改善產品設計條件

從去年以來，學院撥付部分經費來補助專業(yè)專業(yè)產品設計，在一定程度上緩解了產品設計經費不足的問題。另外，指導教師利用自己的科研課題經費購置了一批儀器設備（如低溫離心機、人工氣候箱、電泳儀等），改善了專業(yè)產品設計的教學條件。

3.7 建立完善的課程考核評價辦法

科學、完善的成績考核評定方法對提高《專業(yè)產品設計》課程的質量具有良好的促進作用[9]。正確的考核方式可以提高學生的積極性，反之將挫傷學生的學習積極性[10]。《專業(yè)產品設計》的成績包括平時成績（50%）和答辯成績（50%）兩部分組成。平時成績由指導教師來評定，評分項目包括學習態(tài)度、出勤率，查閱資料及對資料的分析能力，設計能力、實驗實施能力和工作量，產品設計報告撰寫能力及質量和綜合基礎理論。答辯成績由答辯小組成員（5-7人）來評定，評分項目包括產品設計講述、產品設計能力、產品設計質量、產品設計報告質量及回答問題能力。這種考核方式，不但增強了學生的積極性和主動性，而且提高了產品設計教學質量。

3.8 重視產品設計總結與交流

答辯結束后，組織指導教師就《專業(yè)產品設計》的教學進行總結與交流，并推薦成績優(yōu)秀的學生參加學校組織的生物質資源大賽。在歷屆蘭州理工大學生物質資源大賽中，生物工程專業(yè)的學生取得了很好成績。近3年來，有5名同學獲得一等獎，6名同學獲得二等獎。學生通過參加生物質資源大賽，一方面可與其他專業(yè)的學生進行交流產品設計成果；另一方面可鍛煉學生的綜合能力。

4、《專業(yè)產品設計》教學改革的效果

通過近幾年的專業(yè)產品設計，我們不斷改進教學方式，實踐證明，通過上述改革，充分調動了學生的積極性和主動性，使學生的工程實踐能力、科創(chuàng)能力及綜合素質得以提升。近年來，生物工程專業(yè)的畢業(yè)生基礎理論知識扎實、實驗技術過硬、工程實踐能力強，深受用人單位的好評。

5、結語

通過教學改革與實踐，《專業(yè)產品設計》教學效果不斷改善。生物工程專業(yè)的學生通過產品設計鍛煉了設計能力、實踐操作能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了良好的思維習慣，提高了學生的工程實踐能力。

[1] 郭雷． 生物工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式的探討—以淮海工學院生物工程專業(yè)為例[J]． 甘肅科技, 2012, 28(24): 86-87．

[2] 黃訓端． 生物工程本科專業(yè)實驗教學內容設計與體系建設[J]． 生物學雜志, 2013, 30(3): 103-105．

[3] 喬長晟, 賈士儒, 譚之磊, 等． 生物工程專業(yè)實踐教學改革探討[J]． 中國輕工教育, 2003(3): 65-66．

[4] 張宏梅, 譚竹鈞, 唐國軍． 生物工程專業(yè)學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]． 中山大學學報論叢，2007, 27(5)：230-232．

[5] 郭新紅, 何曉曉, 周蘋, 等． 生物技術專業(yè)實驗教學改革與實踐[J]． 生物學雜志, 2015, 32(5); 111-114．

[6] 呂中, 陳嶸, 戶業(yè)麗． 結合科研項目開展科技活動與創(chuàng)新實驗的探索與實踐[J]． 生物學雜志, 2013, 30(5): 109-112．

[7] 孟建宇, 張峰, 陶宇, 等． 微生物實踐課程與學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]． 生物學雜志, 2015, 32(1): 105-109．

[8] 魏群, 于大禹, 劉月華, 等． 生物工程專業(yè)“學科交叉、產學研結合”多元化畢業(yè)設計（論文）模式的改革與實踐研究[J]． 讀與算, 2012, 65: 301-302．

[9] 任海偉, 趙拓, 趙萍, 等． 工程教育背景下的《食品工廠設計課程設計》教學改革與探索[J]． 糧油加工, 2015(11): 68-71．

[10] 栗孟飛, 楊德龍, 李唯． 生物制品專業(yè)綜合性實驗教學改革與探索[J]． 生物學雜志, 2013, 30(2): 98-112．

Teaching reformation and practice on Professional Product Design under engineering education background

WU Guo-qiang, LI Shan-Jia, GONG Hui-ling, LIU Zuo-jun
(School of Life Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Gansu, Lanzhou 730050, China)

∶ Professional Product Design is a comprehensively practical curriculum set up by Biological Engineering major at Lanzhou University of Technology, which plays important roles in training the designed ability, innovative ability, engineering practical ability and scientific research quality of undergraduates. In this paper, some problems existed in the teaching process of Professional Product Design have been pointed out, and the reforming and practical measures are carried out in the aspects of the selection of the topic, the process of the guidance, the writing of design report and the oral defense. Some good teaching effects have been obtained. This should provide some references for improving the training quality of Biological Engineering talents.

∶ Professional Product Design; Biological Engineering; Innovative Ability; Teaching Reformation.

蘭州理工大學教學研究項目資助（項目編號：2013-22和2015-24）。