閻欲曉，粟桂嬌，蔣承建，金健

廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（南寧 530004）

成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education）理念也稱為OBE教育理念，是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果（Learning outcomes）為導(dǎo)向的教育理念，認為教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標是學(xué)生通過教育過程所取得的學(xué)習(xí)成果[1]。注重對學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出進行分析，反向設(shè)計學(xué)生的教育結(jié)構(gòu)以及相關(guān)評價體系，注重培養(yǎng)學(xué)生把學(xué)術(shù)知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。該理念下教學(xué)的各個環(huán)節(jié)都是緊緊圍繞學(xué)生進行設(shè)計并實施的，在創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面具有十分重要意義[2]。

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會對生物工程專業(yè)的人才需求由理論研究型人才的需求逐漸轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)用創(chuàng)新型人才的需求，用人單位在人才的引進上越來越傾向“知識、能力、素質(zhì)”綜合發(fā)展的具有一定創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。OBE模式的理念適應(yīng)社會，特別是企業(yè)界對人才培養(yǎng)的需求，即學(xué)生的技能與能力應(yīng)以可觀察、可測量及可應(yīng)用的模式呈現(xiàn)[3-4]，因此構(gòu)建并實施成果導(dǎo)向式教學(xué)模式和課程考核及評價機制勢在必行。

1 成果導(dǎo)向教育模式在《生物工程綜合實驗》課程的實施

對于工科專業(yè)來說，實驗教學(xué)是教學(xué)體系的一個重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)技能的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新意識的重要途徑[5-6]?！渡锕こ叹C合實驗》是將生物工程多種技術(shù)串聯(lián)起來的綜合性專業(yè)實踐課程，學(xué)生在掌握生物工程領(lǐng)域的理論知識、基本實驗技能的基礎(chǔ)上綜合已學(xué)的知識來設(shè)計和操作實驗，是一種對學(xué)生實驗技能和實驗方法進行綜合訓(xùn)練的復(fù)合型實驗[7]。廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院獨立設(shè)課的《生物工程綜合實驗》遵循OBE“學(xué)生中心”“成果導(dǎo)向”“持續(xù)改進”的核心理念[8]，以綜合性、系統(tǒng)性、研究性、應(yīng)用性為構(gòu)建思路和原則[9-10]，設(shè)計一批綜合設(shè)計性實驗項目，采取任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生自主探索為核心的教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生主觀能動性，建立學(xué)生工程意識，提高學(xué)生知識運用的綜合能力和融合能力。

1.1 構(gòu)建課程的預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出

根據(jù)成果導(dǎo)向教育模式，學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出先于教學(xué)內(nèi)容而存在，首先明確學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出，反推教學(xué)過程再進行評估，形成閉環(huán)的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。結(jié)合2015版工程教育專業(yè)認證中的12條畢業(yè)要求，構(gòu)建該課程支撐生物工程專業(yè)畢業(yè)要求的4個一級指標和9個二級指標點，見表1。

學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果包括知識性成果、技術(shù)性成果和能力成果。生物工程綜合設(shè)計性實驗涵蓋生物工程學(xué)科的主要內(nèi)容與通用技術(shù)，學(xué)生可在掌握生物工程領(lǐng)域基礎(chǔ)理論知識（知識成果）和實驗技能（技術(shù)成果）的基礎(chǔ)上，設(shè)計實驗方案，應(yīng)用知識和技術(shù)成果來解決實際問題（能力成果），是對學(xué)生由知識性成果→技術(shù)性成果→能力成果的綜合檢驗過程。

表1 《生物工程綜合實驗》課程支撐專業(yè)畢業(yè)要求的指標點

1.2 實現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)產(chǎn)出

為將成果導(dǎo)向（OBE）教學(xué)模式更好地滲透到實驗教學(xué)中，實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出，教師團隊以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，項目為主體、任務(wù)為驅(qū)動，對生物工程綜合設(shè)計性實驗的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程考核及評價方法進行探索與實踐。

1.2.1 構(gòu)建模塊化實驗內(nèi)容

開設(shè)的《生物工程綜合實驗》包括發(fā)酵工程、酶工程和基因工程3個模塊大實驗，具體實驗內(nèi)容見表2。這3個模塊實驗均以產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝為主線，其中多個設(shè)計性環(huán)節(jié)子項目穿插于主線中，每個實驗均從立題到查資料、從設(shè)計實驗到具體實施、從分析實驗數(shù)據(jù)到撰寫論文所構(gòu)成。模塊化實驗教學(xué)可提高學(xué)生的探究能力和實驗技能綜合運用能力。

選擇開設(shè)“酒精發(fā)酵工藝”實驗是順應(yīng)中國提出利用非糧原料進行生物質(zhì)能的生產(chǎn)的方向，結(jié)合廣西資源特色，以非糧原料糖蜜、木薯淀粉為原料生產(chǎn)酒精，具有實用性和應(yīng)用性，學(xué)生的興趣高。

“米曲霉固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)中性蛋白酶及其分離純化和應(yīng)用”實驗涵蓋三部分實驗，從“米曲霉固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶”實驗出發(fā)，進而“中性蛋白酶的分離與純化”實驗，并延續(xù)“蛋白酶粗酶液水解植物蛋白制備活性多肽實驗”。教學(xué)內(nèi)容充實，學(xué)科交叉顯著，呈現(xiàn)給學(xué)生從“菌種接種→固態(tài)培養(yǎng)→產(chǎn)物生成→產(chǎn)物提純→產(chǎn)物應(yīng)用”的完整工藝實驗過程。

“基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)耐高溫α-淀粉酶”實驗是科研反哺于教學(xué)，依托廣西大學(xué)國家重點實驗室的科研成果，開設(shè)“基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)耐高溫α-淀粉酶實驗”。出發(fā)菌株為：地衣芽孢桿菌→提取菌株基因組DNA→克隆耐高溫α-淀粉酶基因→目的基因在大腸桿菌中表達→獲得產(chǎn)耐高溫α-淀粉酶基因工程菌→5 L發(fā)酵罐中發(fā)酵表達，定時取樣菌體濃度、pH、溶解氧及底物利用與產(chǎn)物生成情況。把分、切、接、轉(zhuǎn)、篩、表等基因工程課程的核心內(nèi)容綜合起來，通過產(chǎn)淀粉酶細菌的上罐發(fā)酵將發(fā)酵工程和酶工程實驗完美結(jié)合，形成有序的生物工程上中下游的“鏈”式知識體系。

表2 實驗項目表

1.2.2 設(shè)計性子項目貫穿于實驗的綜合主線中

堅持教學(xué)與研究相統(tǒng)一的實驗教學(xué)手段，在綜合主線上開設(shè)具有設(shè)計性、可操作性和探索性的子項目。通過對子項目的探究，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高檢索文獻和歸納資料的能力、實驗設(shè)計的能力、分析問題能力，還有利于培養(yǎng)學(xué)生團隊精神和協(xié)作能力。

“酒精發(fā)酵工藝設(shè)計實驗”的綜合主線是以酒精發(fā)酵的原料選擇為起點，采取固定化酵母細胞和游離酵母細胞兩種方式進行發(fā)酵。在這條主線中，學(xué)生的設(shè)計性模塊項目及重點問題包括：（1）發(fā)酵培養(yǎng)基原料的選擇。每組選取不同原料（如木薯淀粉、糖蜜），查閱資料確定原料預(yù)處理方法，并配制好相應(yīng)的發(fā)酵培養(yǎng)基；（2）固定化細胞載體材料的選擇。選擇不同的固定化載體（海藻酸鹽、明膠、瓊脂糖、聚丙烯酰胺等），鼓勵采用新型載體材料制備固定化酵母細胞，并進行固定化細胞發(fā)酵和游離細胞發(fā)酵的對比實驗。學(xué)生對固定化細胞的制備實驗興趣高，項目具有很強的實用性和應(yīng)用性，有助于開拓學(xué)生專業(yè)視野，對學(xué)生就業(yè)能力的提高有所幫助。

“米曲霉固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)中性蛋白酶并分離純化和應(yīng)用實驗”在固態(tài)培養(yǎng)基配方和蛋白酶分離純化環(huán)節(jié)設(shè)置2個探究性子實驗。（1）固態(tài)培養(yǎng)基配方選擇。要求每組設(shè)計不同的固態(tài)培養(yǎng)基配方，通過對不同培養(yǎng)基成分及配比對米曲霉產(chǎn)蛋白酶活力的影響進行分析，確定適宜的產(chǎn)酶培養(yǎng)基。（2）粗酶液的分離純化。生物產(chǎn)物的分離純化方法眾多，建議學(xué)生選擇實驗室可操作性強，科研、應(yīng)用意義強的技術(shù)方法進行具體實驗方案設(shè)計。如采用雙水相萃取技術(shù)和鹽析法，科研成果豐富，文獻資料充足，操作簡單，可行性強，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于生物產(chǎn)品的分離純化[11]；雙水相萃取法的關(guān)鍵是選取何種雙水相體系及體系濃度的確定，每組選擇一種雙水相體系，探究3～4個體系濃度，確定出最佳萃取條件。分離純化過程是生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，利用實驗平臺，強化學(xué)生發(fā)酵產(chǎn)物提取分離技術(shù)的訓(xùn)練，提高學(xué)生解決實際生產(chǎn)問題的能力。

1.3 評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出

實驗課程所承擔(dān)的任務(wù)，除了加深對知識的理解和掌握外，更重要的是能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)。為了更好地對學(xué)生綜合能力和素養(yǎng)進行評價，實驗課程的成績評定由實驗方案制定（總分20分）、操作過程表現(xiàn)（總分20分）、報告撰寫（總分50分）及小組匯報（總分10分）4部分組成。采用科學(xué)的評價方法即課程達成度計算法[12-15]，通過設(shè)計考核環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求指標點的關(guān)聯(lián)表（表3），根據(jù)考核內(nèi)容、評分標準與需要考核的畢業(yè)要求，建立起合理而全面的關(guān)聯(lián)，對學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果進行整體評估。

表3 考核環(huán)節(jié)與指標體系的關(guān)聯(lián)及指標點達成度

考核環(huán)節(jié)與指標體系的關(guān)聯(lián)表包含4個部分考核環(huán)節(jié)的總分值以及考核環(huán)節(jié)對指標點的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)此表可計算指標點分項達成度，方法如式（1）所示。達成度的計算，可以全面評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果，分析能力與素養(yǎng)方面的優(yōu)勢與不足，指明課程改進的方向，達到改善教學(xué)質(zhì)量的目的，實現(xiàn)持續(xù)改進的理念。

以指標點4.1為例，通過學(xué)生成績的原始數(shù)據(jù)采集，具體描述該指標點的達成度的計算過程。課程對各個指標點分項達成度計算公式為：

從表3和表4可知，指標點4.1的達成度是由實驗方案和報告撰寫2個環(huán)節(jié)確定。實驗方案環(huán)節(jié)：總分20分，該環(huán)節(jié)對應(yīng)4.1指標點的權(quán)重為0.3，學(xué)生平均得分為16.63分；報告撰寫環(huán)節(jié)：總分50分，該環(huán)節(jié)對應(yīng)4.1指標點的權(quán)重為0.2，學(xué)生平均分為42.07分；按式（1）計算可得指標點4.1的達成度為（16.63×0.3+42.07×0.2）/（20×0.3+50×0.2）=0.84。

通過對廣西大學(xué)生物工程專業(yè)2014級《生物工程綜合實驗》課程對支撐畢業(yè)要求的9個二級指標點的達成度分析發(fā)現(xiàn)（見表3），其中有3項指標，即指標4.2（實驗操作）、指標9.1（獨立完成）和指標9.2（團隊協(xié)作）達成度較高，超過0.85；但是指標3.1（實驗方案設(shè)計）、指標3.2（創(chuàng)新能力）、指標4.3（分析問題能力）以及指標10.1和10.2（交流表達能力）的達成度相對較低，說明學(xué)生的知識性成果和技術(shù)性成果達成較好，但能力成果的培養(yǎng)達成需要進行針對性的改進和補充。

表4 支撐指標點4.1的考核環(huán)節(jié)原始數(shù)據(jù)采集

2 結(jié)語

《生物工程綜合實驗》課程作為生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的一門重要的實踐教學(xué)課程，承擔(dān)專業(yè)理論知識掌握和驗證及學(xué)生工程意識培養(yǎng)的任務(wù)。通過基于成果導(dǎo)向教育理念指導(dǎo)下的改革探索與實踐，堅持以學(xué)生為本體和中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向，以持續(xù)改進為動力，根據(jù)課程支撐的畢業(yè)要求制定教學(xué)目標，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)手段，制訂課程目標達成度評價策略，學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和工程意識得到不斷提高。