地方高等院校《生物工程設備》課程教學現狀及對策研究

余響華 劉小文

摘 要：為滿足我國生物技術產業化發展的需要，高等院校需不斷改進生物工程專業課程的教學方式與方法，提高學生的工程應用能力。地方高等院校辦學面臨的問題較多，本文以湖南科技學院為例，提出了：緒論講解前沿化、知識結構模塊化、教學內容生動化和教學形式多元化四大對策，以提高《生物工程設備》教學質量。

關鍵詞：生物工程設備 地方高校 教學方法 教學改革

《生物工程設備》是生物工程專業一門十分重要的專業必修課程^[1]且在課程體系中屬核心課程。要求學生通過本課程的學習，掌握不同類型的生物反應器工作原理、結構、性能與特點，了解主要設備的設計計算及選型以及國內外生物工程設備的新技術、新設備及發展動向，懂得如何運用設備設計原理去分析和解決生產過程中的具體問題，改造或改進原有生產流程使其更符合客觀規律，實現發酵過程的優化，提高生產過程的經濟和社會效益。^[2]因此，該課程對于培養現代生物工程技術的高級專門人才至關重要。生物工程作為工程學科，必須面對產業發展需要，與當地的社會經濟和高校實際情況緊密聯系，不斷進行課程體系的改革與實踐，使生物專業學生工程意識的培養真正成為工程教育中必不可少的組成部分。^[3]

2008年生物工程專業批準確定為教育部第一類特色專業，之后連續獲得湖南省“十一五”“十二五”“十三五”專業綜合改革試點項目支持，湖南科技學院生物工程專業致力于培養為地方農業產業化服務的綜合應用型人才，要求學生能夠掌握生物技術及其產業化的科學原理、工藝技術和工程設計等基礎理論、基本技能，能在生物工程技術領域從事設計、生產、管理、新技術研究和新產品開發等工作。眾所周知，設備是產業化的直接表現形式，也是實現工業化生產的物質基礎，更是衡量一個產業發展水平的重要指標，專業設備的質量高低，直接決定了加工產品的質量。故《生物工程設備》是培養學生工程素養的一個必不可少的環節，更是實現本專業人才培養目標的重要組成部分，其教學質量的高低，直接影響我校生物工程人才的質量。湖南科技學院對《生物工程設備》課程的教學改革給予了充分支持，我們從課程建設、教學方法、教學內容、教學形式等方面進行了多方面的改革，并取得了良好的效果。

一、當前教學現狀

湖南科技學院原屬地方師范院校，于2002年創建生物工程專業，經過對具備工科背景人才的大力引進，以及歷屆教學管理者和專業教學團隊的規劃建設，已建成國家級、省級特色專業，但仍存在工科專業教師比例相對偏低，專業教學培養效果難以保證等問題。如2016級、2017級生工專業，制定培養計劃僅36學時，導致許多工程設計基礎類的知識無法實施，在教學過程中只能觀其大略，作一下設備類型、流程、特征、結構等方面的介紹;與本課程相關的一些理論基礎知識點，如氣液雙膜理論、福田秀雄的軸功率計算公式等知識并未對學生實施講解教學，導致本課程的教學內容十分繁重，在具體實施教學過程中只能退而求其次、降低標準，以完成整體課程內容涵蓋范圍為要。要培養出應用型的專業人才，離不開對學生工程意識的培養，而要使學生具備工程意識，首先需要相關專業教師具備工科背景，以及足夠的工廠實踐經驗，讓這些有工程意識的教師積極參與到課程體系的制定與規劃過程中來，提高專業課程設置的科學性與合理性。

1.學生觀念的變化導致工程應用類課程興趣減弱

伴隨著網絡經營模式的興起，以及傳統制造行業的長期不景氣，與生物工程專業相關的高新技術企業正方興未艾，高端技術型企業對人才的需求也在發生變化。經8年以上的學生跟蹤訪談結果顯示，學生對未來從事工作的期望已經有了微妙的變化，當下我校生工專業大學生更愿意從事一些相對輕松、智力依賴型的技術性、服務性工作或研究任務，對工程技術性質的工種興趣不大，即使已明確告知學生技術人員的提升高度后，學生對相關課程知識點的興趣仍然不足。相對于高精儀器而言，學生對生產設備的親和度明顯偏弱，認為這是工人才需要掌握的知識，對工程類知識及技能存在一定偏見。

2.教學條件仍有待提高

作為一門專業性極強的應用性課程，所學習的對象皆是本行業內常見的專業生產設備，而學生實踐經驗普遍十分薄弱，對專業設備更是接觸不多，常規的教學手段容易使學生產生枯燥乏味之感，學生對所學知識的應用范疇感觸不強，教師教的過程中也倍感壓力，導致學習效果大打折扣。這其中固然與本課程內容密切相關，但作為一個教學單位，適當增加教學投入，積極引進一些教學模型或仿真軟件，將有助于學生學習效果的提高。

除了以上幾點，在教學過程中，《生物工程設備》還存在教學內容多、教學難度大，學生學習熱情不高等問題。為改進上述不足，加強學生工程意識能力的培養，結合我校實際情況，通過以下幾個方面對《生物工程設備》教學方法進行了改革和實踐，并取得了理想效果。

二、提高課堂教學質量的對策

1.緒論講解前沿化

緒論是一門課程的開始，緒論質量的高低，可以反映出主講教師對該課程的認識深度與廣度，也決定了學生對該課程學習興趣的高低。^[4]根據大一大二打下的基礎，學生基本了解一個典型的生物產業實現技術過程，即以“原料→前處理→微生物擴培→規模化懸浮培養（發酵）→分離、純化→干燥→混料→成品”流程為主線，采用互動問答的形式使學生了解各個環節所涉及的技術種類與要點;再進一步引出與采用該技術生產的主體—設備，然后從整體上介紹設備的分類、選型標準、設計要求等，包括新型設備的應用情況;最后拋出問題，如“如果你來興辦一個生物企業，需要考慮哪些因素？”或“如何保證產品質量不下降的前提下提高生物企業競爭優勢？”等問題，引導學生如何從實際出發去考慮技術問題，培養學生的工程意識。

2.知識結構模塊化

本課程內容體系分為三大知識模塊：第一模塊：生物反應器，此模塊下又包含三個小模塊：（1）通風發酵設備;（2）嫌氣發酵設備;（3）動植物細胞培養反應器;其中以第一小模塊的教學內容為主，第二小模塊次之，第三小模塊再次之的順序分層次逐級講解，且通風發酵設備模塊中又以機械攪拌式通風發酵罐為重點核心內容。第二模塊：生物反應物料處理及產物分離純化設備，此模塊內容包括：（1）物料處理與培養基制備;（2）過濾、離心與膜分離設備;（3）萃取與色譜分離設備;（4）蒸發與結晶設備;（5）干燥設備;（6）蒸餾設備，共6個小模塊，每個模塊分4-6學時完成，共計30學時。第三模塊：輔助系統設備，此模塊包含3個小模塊：（1）空氣凈化除菌與空氣調節;（2）物料輸送系統設備;（3）生物工程工廠制冷系統設備及管道的清洗殺菌。此三大模塊中，以第一、第二大模塊為主，第三模塊為輔，分步驟、有序地實施教學，在教學過程中，實時向學生介紹一些國內外專業設備生產與應用現狀，以及相關零部件或設備的國家/行業標準，并在實例講解的過程中引導學生如何查閱和選擇國標，使學生充分認識到國標及行標在工業設計與應用中的重要作用。

3.教學內容生動化

由于生物工程設備課程的特殊性質，在教學過程中不可避免地會穿插運用到多門專業基礎課的知識，學生必須面對大量的方程式、公式以及各種設備結構模型，若仍采用傳統的數學教學方式，必定使學生產生枯燥、乏味之感。為改善這種狀況，主講教師須力求使課件內容生動有吸引力，在不影響主體教學任務的情況下，我們作了如下改進：（1）積極引入各類型的仿真視頻，如“啤酒的釀造”“味精的生產”等，可使學生更加直觀地理解本行業生產工藝流程，以及各個設備在不同生產要求中的應用;（2）適時啟用虛擬實驗室，讓學生通過模擬軟件控制整個啤酒釀造生產過程，不僅使學生掌握了實際生產設備操作流程和要點，而且進一步強化了學生對相關設備結構及工作原理的理解;（3）采用動靜結合的方式搭配圖片，如罐或鍋，可先放仿真模擬三維圖和實物圖，再放工作動態圖，最后再放平面布置圖及截面圖。如此，豐富了課堂信息量，可在一定程度上提高學生的感性認知效果。

4.教學形式多元化

踐行“以學生為主體”的教學理念，對于一些難點兼重點的理論知識及實例教學部分，自然以教師講解為主，而對于那些其他課程已涉及或部分學習過的內容，如動物/植物細胞培養生物反應器、膜分離設備、萃取與色譜分離設備，其分離原理與技術已在專業課程《細胞工程》和《生物分離工程》中涉及;而蒸餾設備的分離原理部分則已在專業基礎課程《化工原理》中進行了系統性學習，這些內容可采用啟發式、研討式^[5]或學生直接上臺講解的形式展開教學。另外如“生物反應器的檢測控制”部分則可完全采用學生自學的方式進行，如“培養基制備”“空氣凈化除菌及計算”等部分內容還可采用探究式教學模式，在實施講解之前，根據這些章節部分的內容，提前布置一些諸如“糖化的最終目的是什么？”“空氣介質過濾模型厚度計算中為何不考慮介質厚度對氣體膨脹的影響？”“如何看待糖化鍋與糊化鍋在結構上的相似性？”等問題，以及“還有哪些可改進的措施或更加理想的計算模擬模型？”這一類拓展性問題，鍛煉學生思考工程技術問題的全面性和實用性，提高學生對工程技術類知識的提出問題的能力，以及探索研究、解決問題的能力。在開展這類教學形式之前，要求學生在課余查閱相關資料，課堂上給予充分的機會加以討論，最后由教師歸納總結，使學生學有所用、學有所獲。

結語

通過上述教學對策的探索與實施，學生對《生物工程設備》的學習興趣、學習熱情有了明顯的改善，學生尤其對教學形式和教學內容的調整反應最為積極，在一定程度上改變了大部分學生對于這類課程的“枯燥”“機械”的看法。通過對《生物工程設備》的教學改革，拓展了學生的專業知識、鍛煉了學生看待工程問題、提出問題、解決問題的能力，培養了學生專業綜合知識的運用能力，提高了本課程的教學質量，較好地完成了本課程在我校生工專業人才培養目標中應達到的效果。

參考文獻

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