基于工程教育專業認證下的生物反應工程課程教學改革

曾慶偉 王江川 羅洪鎮 劉帥 趙玉萍

摘要：為了滿足工程教育專業認證的要求，分析了生物工程專業開設的生物反應工程課程教學工作的不足，從教學內容、教學形式、考核方式三方面對生物反應工程課程的教學改革工作進行了初步的探討，為進一步提升教學水平提供了參考。

關鍵詞：生物反應工程；工程教育專業認證；教學改革；生物工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）34-0123-02

一、圍繞重點，合理安排教學內容

隨著經濟全球化的不斷深入，專業工程技術人員的全球性流動，要求專業工程技術人員具有全球認證的專業工程師資質，這就進一步要求高等教育部門具有專業的工程教育能力。《華盛頓協議》是國際工程學士學位專業鑒定、相認協議，國際化程度最高，國際上最具權威、體系最為完整的工程教育專業互認協議[1]。隨著2013年中國加入《華盛頓協議》，標志著我國工程教育認證工作正式與國際接軌。工程教育專業認證是由專業認證機構針對高等教育機構開設的工程類專業教育實施專門性的認證，是國際通行的工程教育質量保障制度[2]。工程教育專業認證為我國高等教育實現國際化，與世界接軌帶來了前所未有的機遇，也對我們自身高等教育水平提出了新的要求。工程教育專業認證體系提出的系統性成果，全面、詳細地闡明了學校定位、培養目標、畢業要求、課程體系、教學活動、師資及教學資源之間的關系，同時要求每一門課程在課程設置、教學內容、教學形式、考核方式等方面都必須進行相應的改革。生物反應工程既是專門研究生物催化劑參與反應過程的工程學科，又是一門以生物學、化學和工程學等多種學科為基礎的交叉學科[3]。它以生物反應動力學和生物反應器為主要內容，綜合運用傳遞過程原理、過程動態學及最優化原理等化學工程學以及設備工程學方法，進行生物反應過程的工程分析和生物反應器的設計、放大。生物反應工程這門課程被許多高校定義為生物工程專業的核心課程，該課程具有很強的交叉性和綜合性，是培養學生分析、解決復雜工程問題等工程能力的重要課程。同時，本課程涉及物理化學、生物化學、化工熱力學、傳遞過程、優化與控制等學科領域，基礎知識結構要求全面，授課內容多而復雜，如何合理安排授課內容，以什么樣的形式來完成授課，采用何種方式完成考核是提高本門課程教學質量的關鍵。因此，本文中我們將以工程教育專業認證成果要求為導向，對生物工程專業開設的生物反應工程課程進行教學改革方法和模式的初步探索，從生物反應工程課程的教學內容、教學形式以及考核方式三個層面提出具體的改革措施，以期為提高生物反應工程教學質量提供具有實際意義的思考。

二、圍繞重點，合理安排教學內容

以工程教育專業認證要求為導向，修訂課程教學大綱，合理安排教學內容。生物反應工程以生物反應動力學為重點，研究生物反應速率及其影響因素之間的關系，所涉及的反應速率包括酶催化反應、細胞催化反應及固定化催化反應的速率，影響因素包括反應器操作和反應器內的傳遞與混合，反應器為生物反應提供了場所，生物反應器的設計與放大就顯得必不可少了。上述內容是生物反應工程課程的主要內容。開展教學活動應由簡入繁，例如：均相反應動力學，即從酶催化反應動力學與細胞催化反應動力學入手。此部分內容在生物工程專業所學的生物化學、酶工程等課程中都有涉及，學生容易入門和學習，先開展這部分教學有利于后面的學習。難點內容的教學時間應適當增加，并配合相應的實驗教學。例如：生物反應器的傳遞與混合特性，此章節涉及大量的流體混合和傳遞內容，尤其對于沒有修習過化學反應工程的學生來說難于理解，對工程知識應讓學生加強記憶，同時增加溶氧和停留時間分布測定等實驗教學，在實驗中增加學生對知識的理解和應用，更重要的是增加學生對復雜工程問題的認識和分析能力，及時補充更新教學內容。生物反應工程領域的研究發展迅速，理論更新速度快，應及時在教學內容中補充新的研究成果，讓學生緊跟時代步伐，激發學生對科學的熱情。通過以上教學內容的安排，增強學生對工程知識點的學習，培養學生的工程應用能力，從而實現工程教育專業認證的目標和達成度的要求。

三、激發學習熱情，教學形式多樣化

要達到工程教育專業認證的目標，必須通過多樣化的教學形式激發學生的學習熱情，使得教學過程得以高質量地完成。為了使學生能夠更好地理解和掌握課程內容，可以采用現代化的教學手段，但由于課程中有一些表觀動力學過程難以理解，應參考多本數目制作圖文并茂的課件，必要時可增加動畫展示。同時，課程中存在較多的公式推導，對于此部分內容可采用傳統的板書教學，這樣能夠集中學生的注意力。在這些傳統教學形式的基礎上，可采用一些教學形式，如“反轉課堂”[4]，對于部分章節，選取難易適當的部分，讓學生先自學后作為主講來進行課堂展示，此方法可實現“以學生為中心”[5]的教學理念，有利于激發學生的學習動力。此外，對于生物反應工程這種應用性極強的工程類學科，適合開展“研究導向型教學”[6]模式，可讓學生參與生物工程專業研究工作，開展專項課題研究。例如：通過發酵過程控制項目的開展，讓學生理解和運用發酵罐操作模型相關知識，讓學生學會識別、分析和解決發酵生產中的相關問題。這些新型的教學方式，將會對學生學習興趣的激發起到積極作用，同時培養學生科學的思維能力。在開展教學活動中，通過發揮傳統教學形式知識輸送明確、直接的特點，讓學生快速接收相關知識，再通過新型的教學形式，讓學生學會思考和理解知識以及應用知識，掌握工程能力。通過多樣的教學形式，讓知識不再是書面知識，變成分析、解決問題的工具，最終達到培養學生良好的學習、思維能力的目的。

四、培養能力，考核形式需科學

目前，本教研組對生物反應工程這門課程的考核仍采用以試卷考試為主的方式，兩次期中考核、一次期末考核，占比70%，平時考勤和作業占比30%。這樣的考核方式更多的是考查學生對于知識的記憶情況。對于生物反應工程這門應用價值強、對工程實踐能力培養作用大的課程而言顯得有些不足，應更加注重對學習能力和工程應用能力的考核。課程知識的考核仍然可采用平時考核、課堂提問、期末考試等形式，實現多次、少量、反復的強制記憶，幫助學生在減輕學習壓力的同時實現對知識的記憶。學習能力的考核可與“反轉課堂”教學形式相結合，通過考核學生的講述表現，判斷學生對課本知識的自學能力和溝通能力。工程實踐能力的考核可與“研究導向型教學”形式相結合，通過學生項目的完成情況和項目報告的撰寫情況，既可以判別學生對知識的理解程度，又可以考核學生對知識運用和分析、解決工程問題的能力。這樣的考核方式可以更加科學地判斷學生學習知識的效果和個人能力的提升情況，實現了課程考核同工程教育專業認證的要求的有機結合。

五、結語

工程教育專業認證為生物工程專業人才培養實現國際化、高水平提供了機遇，也對專業人才培養模式提出了更為嚴苛的要求，這就要求每一門課程的教學工作不斷調整和完善。本文結合工程教育專業認證的基本理論和要求，對生物反應工程的教學工作改革進行了初步探討，希望能為更好地完成生物反應工程課程教學提供參考。

參考文獻：

[1]張志英，張彥通.關于建立我國工程認證制度的幾點思考[J].科技導報，2004，（07）：47-49.

[2]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015，（2）：10-19.

[3]鄭輝杰，張洪起.生物反應工程教學改革研究與實踐[J].河北工業大學學報（社會科學版），2008，23（3）：40-42.

[4]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012，30（4）：46-51.

[5]劉獻君.論“以學生為中心”[J].高等教育研究，2012，（8）：1-6.

[6]大學應倡導研究導向型的學習和教學[J].中國高等教育，2016，（10）：62-63.