程 新，魏 磊，李漢廣

新工科背景下“生物工程綜合實習”課程建設與教學改革

程 新，魏 磊，李漢廣

（江西農業(yè)大學 生物科學與工程學院，江西 南昌 330045）

“生產實習”是工科專業(yè)教學體系中的重要環(huán)節(jié)，承擔著培養(yǎng)學生校內學習和職業(yè)生涯的橋梁紐帶作用。新工科背景下，對大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力等的要求不斷提升，而傳統(tǒng)以課程實習為基礎的“生產實習”模式已不能滿足教學的要求。通過對生物工程專業(yè)的課程實習進行整合優(yōu)化，建立全新的“綜合實習”教學模式，調整實習內容、完善教學模式等途徑，強化學生的工程意識和實踐能力，取得了良好的教學效果。

新工科；綜合實習；課程建設

隨著時代對大學生，特別是工科大學生創(chuàng)新實踐等能力要求的不斷提升，教育部在2016年提出了“新工科”建設構想，隨著“復旦共識”[1]、“天大行動”[2]和“北京指南”[3]等綱領性文件先后出臺，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、高素質的學科交叉復合型卓越工程科技人才為目標的新工科建設的雛形初現(xiàn)[4]。

工程人才的培養(yǎng)質量要求面向未來，強調包含“家國情懷”、“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”、“跨學科交叉融合”和“批判性思維”等綜合性核心素養(yǎng)的獲得與提高，其中創(chuàng)新是“新工科”建設的重要特征，增強實踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是新工科建設的關鍵任務之一[5]，而以實驗教學、實訓教學及科研訓練等環(huán)節(jié)構建的實踐教學體系是提高大學生創(chuàng)新實踐能力的核心途徑[6]。近年來，以新工科建設為目標的教學改革和學科建設研究已成為研究的熱點，而日益提高的創(chuàng)新實踐能力要求與相對落后的教學管理制度和運行模式之間的矛盾已成為新時期高等教育亟待解決的問題。

生產實習是學生學習生產技能、進行工程訓練的重要實踐性教學環(huán)節(jié)，是將所學的基礎理論知識、專業(yè)技術知識與實際應用相結合的實踐過程[7]。生產實習有助于學生進一步鞏固和加深課堂理論教學和實驗教學所學到的知識，強化對工程概念的理解，進一步提高專業(yè)領域的實踐技能，為他們今后的工作打下堅實的基礎[8]。新工科背景下，江西農業(yè)大學對生物工程專業(yè)的課程實習進行整合優(yōu)化，通過調整實習內容、完善教學模式等途徑，強化學生的工程意識和實踐能力，起到了良好的教學效果。

1 “生物工程綜合實習”課程的設計背景

“生產實習”類課程一直是培養(yǎng)學生實踐能力的重要教學環(huán)節(jié)，就本科生課程而言，特別是在工科專業(yè)的培養(yǎng)體系課程中占有非常重要的地位。在本校生物工程專業(yè)較早的教學培養(yǎng)方案中，“生物工藝學”、“生物分離工程”和“生物工程設備”等專業(yè)核心課程都開設了相應的教學實習環(huán)節(jié)。從多年來的教學實踐效果來看，這些實習課程雖然與理論課程之間形成了較好的互補關系，同時也在實踐能力培養(yǎng)方面取得了一定的效果，但依然存在以下問題：

（1）在專業(yè)課程課時日益緊張的教學體系下，每門實習課程的時間僅有一周（5 d），在如此短的教學時間內，教學內容相對簡單，校內實習以演示和觀摩為主，校外生產企業(yè)實習以參觀、聽講座為主，這與“新工科”建設所倡導的“綜合性、創(chuàng)新性”要求存在較大的差距。

（2）上述專業(yè)課程之間在教學內容上存在緊密的關聯(lián)，但不同實習課程的任課教師不一致，且在不同的學期開設，因此無法形成連貫的教學體系，教學內容之間存在一定的重疊，同時又無法做到相互補充和完善，顯然難以達到新工科提出的“學科交叉、個性化培養(yǎng)”的教育模式需求。

（3）生物工程類生產設備種類多、發(fā)展快、中試和生產型設備規(guī)模大、價格貴、運轉成本高，高校無力購置此類設備，而少量購置的設備也很難達到良好的運轉與教學效果，學生往往難以理解教師所講述的工業(yè)化生產過程，缺乏形象化的認知，因此對課程由難生畏，容易對課程缺乏興趣。

因此，從2018級開始，江西農業(yè)大學生物科學與工程學院嘗試合并“生物工藝學”、“生物分離工程”和“生物工程設備”3門課程的教學實習，設立了新的“生物工程綜合實習”課程，重新編排教學內容，并針對性改進了教學方法，經過實踐運行，效果顯著。

2 “生物工程綜合實習”的課程目標與教學內容設計

2.1 合理構建課程目標

按照課程設計目標，“生物工程綜合實習”是一門獨立成課的實踐類課程，同時也是與“生物工藝學”、“生物分離工程”和“生物工程設備”等課程相匹配的重要教學環(huán)節(jié)。因此，合理的構建課程培養(yǎng)目標是做好課程建設的重要前提。根據新工科的培養(yǎng)要求和工程認證的教育理念，我們根據課程教學目標以及其在課程體系中的定位，重新梳理了課程目標，明確了課程教學的任務，對于后續(xù)教學內容的設計和改革起到良好的指導作用。

表1 “生物工程綜合實習”課程目標

2.2 不同教學模塊的內容差異化區(qū)分

按照課程教學目標，“生物工程綜合實習”的教學內容被分為兩個大的教學模塊。其中，校內實訓模塊以學院自建教學實訓基地為場所，主要讓學生熟悉并掌握中試及提取車間的各生產設備構造及單元操作，以及與發(fā)酵生產相關的空氣凈化、培養(yǎng)基分批滅菌、菌種擴大培養(yǎng)、發(fā)酵控制、產物分離等工藝。而校外實習教學模塊，則主要以本學院所建立的校企合作實踐基地為場所，使學生掌握典型好氧與厭氧發(fā)酵產品的生產工藝，并能夠運用所學知識總結工廠的先進生產經驗，發(fā)現(xiàn)、分析、研究或解決實際生產中存在的問題，同時對現(xiàn)代企業(yè)管理制度、安全環(huán)保管理規(guī)范等也能有較全面的了解認識。

圖1 “生物工程綜合實習”課程教學內容

兩個教學模塊分別針對不同的教學場所設計差異化教學內容，同時又有教學內容的進階和提升，最終在此過程中讓學生建立實際生產的概念，在參觀實習和生產實踐中鞏固課程的教學效果，同時培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。

2.3 突出“綜合性”的教學內容設計

在原教學培養(yǎng)方案中，“生物工藝學”、“生物分離工程”和“生物工程設備”3門專業(yè)核心課程的教學實習均只有1周的時間。由于教學時間較短，每個教學單元都只能以演示型的教學環(huán)節(jié)為主，而校外企業(yè)的實習也以參觀車間、聽取報告的形式為主，教學過程存在走馬觀花、蜻蜓點水等弊端，教學效果很差。

新構建的“生物工程綜合實習”課程中，由于有3周的實習教學時間，可以有充分的時間來安排校內和校外的教學實訓內容。目前，我們安排了1周的校內實訓基地教學，讓學生有充分的時間熟悉實訓基地的發(fā)酵與提取設備，同時對其單元操作和發(fā)酵產品生產流程有了清晰的認識。而在2周的校外企業(yè)實習過程中，我們以產品的生產流程為主線，使學生在校內實習的基礎上對工業(yè)化生產設備和流程有了更為直觀的認識，并且結合產品的生產工藝，指導學生與其他生產流程進行對比分析，并從上中下游綜合角度闡述不同生產流程的優(yōu)缺點。為了提高校外實習的教學效果，我們與校外企業(yè)合作，采用“雙教師”的教學模式，由企業(yè)技術人員負責講解生產工藝、關鍵生產節(jié)點、生產設備等內容，而任課教師則負責隨時補充技術原理、不同工藝路線對比等內容。這種教學模式可以充分發(fā)揮企業(yè)人員與高校教師的技術特長，并且實現(xiàn)理論與實踐的無縫融合，從而大大提高了教學質量，同時也可以在教學活動中體現(xiàn)“綜合性”教學理念，教學效果大幅度提高。

2.4 與學科發(fā)展前沿相結合的設計理念

近年來，隨著分子生物學技術的發(fā)展，以及計算機、自動控制等相關領域的長足發(fā)展，生物工程領域的生產技術也有了大幅度的提升，新的研究與生產模式不斷出現(xiàn)。及時了解并掌握在本領域的前沿知識，是提高學生創(chuàng)新實踐能力的重要保障。但是由于受到客觀條件的制約，我們在實驗環(huán)節(jié)中并無法安排相關的大型實驗，而只能開設基礎性的實驗內容，嚴重制約了教學效果。

針對這一問題，一方面我們在教學實習環(huán)節(jié)，針對性的通過隨堂講解、企業(yè)授課等形式，向學生傳授相關學科及生產前沿知識，并與企業(yè)現(xiàn)有生產技術進行對比分析，增強了學生對相關問題的認識。此外，我們還建立了虛擬仿真實驗室，自行開發(fā)了“角蛋白酶中試發(fā)酵”等虛擬仿真教學軟件，積極引入外校相關精品教學資源，并充分利用實驗空間（http://www.ilab-x.com）等網絡平臺選取最新的教學資源，從而將學科發(fā)展前沿知識有機融入教學環(huán)節(jié)，并針對性開發(fā)“跨學科交叉融合”教學內容，開闊學生的視野。

經過兩年來的教學實踐，我們發(fā)現(xiàn)虛擬仿真教學作為實踐教學的有效補充，可以讓學生在短時間內對復雜的生產工藝有較為全面的認識，從而實現(xiàn)對實習實訓教學的良好補充。但是在教學過程中我們也發(fā)現(xiàn)，目前國內虛擬仿真軟件普遍還存在系統(tǒng)過于簡單、學生體驗差、教學方式過于單一（一般來說，都是學生根據提示點擊相應的按鈕或菜單即可，缺乏引導性和學習的體驗感），目前還不適合作為主要的教學模式，而只能作為實習教學的補充環(huán)節(jié)。

3 “生物工程綜合實習”教學方法的設計

教學方法的優(yōu)化，是提高教學效果的重要保障[9]。為了提高教學效果，我們主要從以下幾個角度對“生物工程綜合實習”課程教學的方法進行優(yōu)化。

3.1 構建“三位一體”教學平臺

生產實習類課程通常要求學生真正進入生產企業(yè)并參與企業(yè)生產實踐，從而讓學生能夠真正體驗和學習與生產實踐相關的知識以達到良好的教學效果。但由于企業(yè)管理制度的客觀要求，往往很難接受大批量的學生進入企業(yè)進行實踐教學，甚至有些企業(yè)出于安全生產或技術保密等原因，連最基礎的參觀都無法提供。為了解決這一難題，學院從不同角度入手，嘗試構建了實訓基地、校外實踐基地及虛擬教學平臺“三位一體”教學平臺。

首先在2000年，江西農業(yè)大學生物科學與工程學院就開始建設校內“生物工程教學實訓基地”，購置了8套15～1 000 L不同體積的全自動不銹鋼發(fā)酵罐，并配有完善的蒸汽、空氣系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了對典型工業(yè)發(fā)酵過程的模擬。后續(xù)又對實訓基地進行了大幅度擴建，并添置了膜式分離、噴霧干燥、真空冷凍干燥、層析柱等后處理分離單元設備，同時建立了虛擬仿真教室，從而形成了全面覆蓋上、中、下游的生物工程中試實訓基地，為學生提供了一個穩(wěn)定的校內實習場所。

其次，積極嘗試利用產學研合作等契機，通過輸送青年教師到企業(yè)實習、合作開展科研項目等方式，與企業(yè)建立長期穩(wěn)定的合作關系，為不同專業(yè)方向的學生爭取更多的企業(yè)實習機會，給學生帶來更多的實習選擇，同時也有助于教學實習工作的順利開展，實現(xiàn)了校內實習和校外實習的有機融合，從而實現(xiàn)學生實踐能力的階梯式提升。

除此之外，對于一些無法通過校內或生產企業(yè)所獲取的教學內容，我們通過自行建設或引入其他學校精品教學資源的方式，構建網絡虛擬教學平臺，并搜集整理網絡上的各類視頻、動畫等教學資源，并通過“學習通”等教學工具推送給學生，并在教學過程中進行講解，從而形成與校內基地、校外企業(yè)相補充的綜合性“三位一體”教學模式。

3.2 通過案例式教學提升學生的獨立思考能力和批判性思維方式

批判性思維模式是“新工科”教育中非常重要的教學理念，同時也是傳統(tǒng)教學活動中非常缺乏的一類教學內容。究其原因，在于學生已經習慣了以教師授課為中心的教學模式（lecture-based learning，LBL），被動的接收教師所傳遞的各種信息而缺乏主動思考和分析的能力，因此此類教學方式在當前日益提高的教學要求下很難達成教師授課的教學目標。而為了更改這一弊端，我們嘗試將案例式教學（case-based learning，CBL）引入教學過程中，并取得了一定的效果。

在實習開始之前，任課教師根據教學內容和校外實習企業(yè)的生產實際，提出2～3個具體的生產實踐案例并在課程開始前發(fā)送給學生，并引導學生自行查閱相關文獻和資料，了解生產實踐案例中所涉及發(fā)酵產品的生產工藝和流程，并能夠在不同工藝流程中選擇自己認為比較合適的技術路線。在實習過程中，指導學生將自己選擇的路線與企業(yè)所使用的技術路線進行對比分析，并從生產實踐角度了解不同技術路線的差別，從而能夠更好的理解工業(yè)化生產的生產模式。通過上述案例式教學，不僅增強了學生的自主學習能力，同時還能運用批判性思維分析所學理論知識與生產實踐之間的區(qū)別，從而實現(xiàn)了學生獨立思考能力和批判性思維能力的提升，最終達到新工科教育所倡導的復合型卓越工程科技人才培養(yǎng)目標。

3.3 綜合性考核模式的建立

如何考核實習教學的成果一直是實踐教學環(huán)節(jié)的難題之一，長期以來，實習類課程往往采用“考勤+報告”的考核模式，這種模式不僅考核標準較為單一和機械，同時很多實習中“打醬油”的學生往往可以憑借“復制粘貼+抄襲”的手段而獲得了優(yōu)異成績，這也在很大程度上影響了同學們的學習積極性。

為此，我們在充分參考其他高校實習類課程考核模式的基礎上，建立了與自身實際相匹配的綜合性考評模式。首先，將考評分為過程考評和結果考評兩大部分，其中在過程性考評中，不再簡單的以出勤情況作為考核的唯一依據，而是根據學生的課前預習、出勤情況以及實習過程中的綜合表現(xiàn)作為考評標準。而在結果考評中，學生不僅要完成實習報告的撰寫，同時還要繪制帶控制點的生產工藝流程圖，同時在考核材料提交后，任課教師還將采用隨機抽查等形式，對學生的學習效果進行逐一考核，以防止學生渾水摸魚獲取較高成績的可能。

表2 “生物工程綜合實習”課程考核評價方式

4 總結與展望

實習教學的開展不僅可以加強學生對社會工作的感性認識，使學生更好地走向就業(yè)崗位[10]，同時也是提高學生實踐與創(chuàng)新能力的重要教學環(huán)節(jié)。但長期以來，以課程為依托的實習模式已無法滿足當前“復合型、創(chuàng)新型”人才的培養(yǎng)要求，而建立“交叉性、綜合性”的實習課程體系是提高學生實踐能力和創(chuàng)新能力的有力途徑，也是新工科教育背景下的必然選擇。江西農業(yè)大學生物科學與工程學院在此思想的指導下，構建了依托本專業(yè)核心課程的“生物工程綜合實習”，經過實踐表明，其教學效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的實習課程教學模式，課程改革符合新工科對實用性、交叉性與綜合性人才的培養(yǎng)要求，為培養(yǎng)將來能夠從事生物產業(yè)中復雜工程技術的創(chuàng)新性人才奠定堅實的理論和實踐基礎。

[1] 胡波, 馮輝, 韓偉力, 等. 加快新工科建設,推進工程教育改革創(chuàng)新——“綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會”綜述[J]. 復旦教育論壇, 2017, 15(2): 20-28.

[2] 佚名. “新工科”建設行動路線(“天大行動”)[J]. 高等工程教育研究, 2017(2): 24-25.

[3] 佚名. 新工科建設指南(“北京指南”)[J]. 高等工程教育研究, 2017(4): 20-21.

[4] 謝軍, 黃拓. 新工科背景下路基路面工程課程實習思考[J]. 大學教育, 2021(12): 64-66.

[5] 王傳濤, 姚圣卓, 田洪森. 新工科視域下地方工科高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程體系探析[J]. 教育與職業(yè), 2020(21): 55-59.

[6] 張寶昌, 劉海峰. 構建綜合性實踐教學體系，加強實踐能力培養(yǎng)[J]. 實驗技術與管理, 2012, 29(4): 248-250.

[7] 張寧, 張燕紅, 關國強, 等. 新工科背景下能源化工專業(yè)實踐教學改革探索[J]. 化工高等教育, 2020(5): 107-110.

[8] 譚紅銘, 曹理想. 生物工程專業(yè)“生產實習”課程的教學改革探索[J]. 微生物學通報, 2018, 45(3): 717-720.

[9] 龐占喜, 王雪. 石油工程專業(yè)生產實習實訓內容與教學方式的優(yōu)化[J]. 新課程研究, 2017(3): 53-56.

[10] 徐國正, 張坤, 曹璐. 中英高校大學生實習制度的比較與啟示[J]. 大學教育科學, 2017(6): 106-110.

Construction and Teaching Reform in the Course of “Comprehensive Practice of Bioengineering” under the Background of New Engineering Education

CHENG Xin, WEI Lei, LI Hanguang

（School of Bioscience and Bioengineering, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China）

“Production practice” teaching is an important link in the education system of engineering majors, and plays a bridge role linking the campus learning and future career of students. Under the background of “New Engineering Education”, the requirements for college students’ innovation and entrepreneurship ability as well as cross-border integration ability are constantly improving, making the traditional “production practice” teaching mode based on curriculum practice no longer match the requirements of teaching. In this research, the practice teaching of bioengineering specialty was optimized, and a new “comprehensive practice” teaching mode was established. This study strengthened students’ engineering awareness and practical ability by adjusting the practice content and optimizing the teaching mode, and so, achieved good teaching results.

new engineering education; comprehensive practice; curriculum construction

G642

A

2095-3704（2022）03-0359-05

程新, 魏磊, 李漢廣. 新工科背景下“生物工程綜合實習”課程建設與教學改革[J]. 生物災害科學, 2022, 45(3): 359-363.

10.3969/j.issn.2095-3704.2022.03.59

2022-07-23

2022-09-03

江西省高等學校教學改革研究重點項目（JXJG-20-3-5）

程新（1978—），男，副教授，博士，主要從事生物工程專業(yè)教學與科研工作，jx_chengxin@hotmail.com。