地方高校轉型背景下生物工程專業課程設計教學改革與探索

楊 梅，黃秋婷，任重遠，張仁文

(吉林化工學院 生物與食品工程學院，吉林 吉林 132022 )

2015年我國三部委聯合發布《引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》,中提出創新應用型技術技能型人才的培養模式，建立以職業需求為導向、以實踐能力培養為重點，更加專注培養學生的技術技能和創新創業能力[1]。應用型人才是指能將所學專業知識和技能熟練運用于所相關行業的、主要從事一線生產的技術或專業的一種專門型社會實踐人才[2]。應用型人才的培養過程，注重課程理論與實踐相結合，專業理論知識與專業技能融合訓練，讓學生具有專業職業技能，擁有終身學習、不斷提高的潛力[3]。

課程設計教學是實踐教學中重要一環，起到承上啟下的作用[4]，主干課程是課程設計的理論基礎，認識實習、生產實習教學是課程設計的實踐基礎，課程設計是強化專業知識的系統性，鍛煉學生的理論學習和工程設計能力相結合的能力，使得學生能掌握設備和工廠設計應具備的基本設計技能，可為后續的畢業設計學習打下基礎，為走上工作崗位后能擔負起工廠技術改造的任務,并能夠進行車間或全廠的工藝設計。

目前，課程設計教學過程中發現一些問題[4]，學生普遍反映課程設計教學中關于發酵工廠的設計理論知識比較枯燥、抽象、難懂。課程設計學時1周，抄襲現象嚴重，很多設計說明書與網絡資料雷同。考核主要以學生的設計說明書和圖紙作為依據，不能完全考查出學生在設計過程中分析及解決問題的能力。本文在分析地方普通本科高校實踐教學困境的基礎上，結合高校“應用型”的發展特色辦學定位，突出學科特色與優勢，以我校生物工程專業課程設計教學改革為例，主要從以下幾個方面出發進行探索和實踐。

一、明確課程設計的目的與任務，重視課程設計教學

通過生物工程專業課程設計的學習，使學生能夠綜合運用發酵產品生產工藝學、生物工程設備與化工原理等知識，掌握發酵工廠設計的任務、方法及步驟，培養學生使其初步具備發酵工廠工藝設計能力、設備設計能力，提高工藝計算、設備設計和繪圖技能[4]；通過該設計，學生可以對發酵領域的前沿技術、新工藝和新設備予以了解和熟悉；學生為了解決這些問題就必須查閱大量的文獻資料和使用相關的技術手冊和設計資料，分析和解決實際工程問題的能力，從而達到對生物工程專業技術人員的綜合性訓練，提高學生的綜合素質。首先，選用工程能力強實踐教學能力經驗豐富的教師指導課程設計，教師應該是工科專業畢業，最好是有工廠任職經歷或學習經歷的教師擔任，也可聘請企業工程技術人員積極參與人才培養過程，共同指導課程設計教學。

課程設計安排在生產實習周之后進行，對學生進行生產實習前進行動員的時候就告知學生，在生產實習之后要進行課程設計，提醒學生在生產實習的時候注意觀察廠區設備型號、車間布置及工藝流程。通過學習企業的技術改造，通過學習改造前后的工藝流程，優缺點的比較，理解工藝創新技術的理念，在工廠實際改造經驗中學習技術創新方法。讓學生對企業技術改造有自己獨到的見解，鼓勵學生創新思維的培養，將創新意識引入課程設計教學中。

二、完善和改進課程設計教學內容，強化工程能力的培養

指導老師要合理安排課程設計的題目與內容。在題目制定上要充分考慮學生的承受能力和難度要求，要保證學生根據自己學過的知識能夠按時完成設計任務。我校生物工程專業主要為工業發酵方向，設計題目主要是發酵領域，如谷氨酸發酵工廠工藝設計、紅霉素發酵工廠工藝設計等，這些選題都是結合生產實際、能夠體現專業特色的選題。最好根據生產實習工廠進行布置設計題目，強化實習工廠的工藝，如：到生產玉米燃料乙醇工廠生產實習，布置課程設計任務可以是關于燃料乙醇的發酵車間工藝設計或者是液化、糖化車間的工藝設計，設計題目不僅僅是產量不同、工段和工藝也不同，如有玉米酒精濃醪發酵工藝設計或同步糖化發酵工藝設計，學生可以2～3人按照自己的興趣自由組合，完成某一設計題目，不同人設計的重點工段不同，但設計時要考慮到工藝的整體性，原料處理(液化、糖化)車間的工藝與發酵車間的工藝相匹配。設計過程中鼓勵學生多思考、多討論，培養學生的團隊合作精神。

課程設計內容一般要包括以下核心環節：首先，要進行生產工藝的論證及選擇，學生通過查閱中外文獻、相關手冊資料，了解設計流程和相關工藝方法，確定的產品方案設計出先進但要合理可行的工藝流程路線，并對該工藝流程進行闡述論證，確定工藝過程的重要參數。生產工藝設計是整個工藝設計的基礎，是發酵工廠設計的關鍵，需撰寫文獻綜述。此過程鍛煉學生收集相關文獻，整理歸納文獻的能力，并初步學會科技論文寫作，為今后的科學研究過程奠定基礎。然后，進行工藝設計計算，通過此環節學生可以掌握某一車間的物料衡算、熱量衡算、設備的設計與選型等。最后進行工藝設計說明部分，包括工藝原理、原料、工藝流程說明、工藝控制點、工藝異常現象處理及設備一欄表等。此外，根據設計計算繪制帶控制點的工藝流程圖一張(Auto CAD 制圖，A1紙打印)，流程圖要能明確表達各生產環車間的工藝流程，主要包括設備、物料管線、主要管件、控制儀表等內容，按HGT 20519-2009 化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定制圖標準繪制完成。由于課程設計時間有限，此流程圖區別于畢業設計環節繪制的工藝流程圖，可選擇某個工段進行,如發酵車間或提取精制車間，圖紙可不繪制管道標注、法蘭變徑等[5]。

三、加強課程設計與理論教學、生產實習教學緊密聯系，強化專業知識的系統性

將理論課程講授、生產實習以及課程設計等環節互相聯系起來，互為支撐，融為一體，采用“理論教學—認識實習—理論教學—生產實習—課程設計—畢業實習—畢業設計”這種階段性的教學手段，學生很容易接受，同時階段性的工廠實習和課程設計能緩沖長時間課堂授課的枯燥感，并能將實踐教學帶來的挫折感轉變為進一步理論學習動力[6]。

生物工程專業方向課程設計所涉及的專業課程有《發酵工程》《生物反應工程》《生物分離工程》《生物工程設備》《發酵工廠設計概論》等主干課程。課程設計安排在第七學期，學生專業學習理論課程后所進行的一次綜合訓練。通過課程設計，學生進一步認識所學各門理論課程的內涵與相互之間的聯系，更加深入地理解各門課程在生物工程領域的地位與作用。理論課的教學過程中應盡量結合生產實例進行講解。例如發酵工程課堂上在講發酵過程溶解氧控制時，以紅霉素發酵過程為例，可以通過分析發酵罐缺氧的原因，組織學生討論溶解氧控制的具體方法，以及如何在生產工藝中或生產設備上得到實現。在生物工程設備課程中，在講述“空氣除菌工藝及設備”章節時，結合學生生產實習工廠的工藝講述，學生容易接受，在此工藝的基礎上再介紹其他的工藝，使學生很容易掌握各種空氣除菌設備的原理、結構[7]。在課程設計環節，學生根據所學知識和實習工廠的實踐，進行空氣過濾除菌系統的設計計算，掌握較強的工程實踐能力，理論教學與實踐教學成為一體，強化專業知識的系統性。另一方面,課程設計中容易出現的問題，如培養基工藝設計、發酵過程工藝控制、異常現象及處理、設備選型等，有針對性地進行剖析講解，學生可以更加深入地理解理論教學內容，并能正確地將理論知識應用到生產實際中，可以獲得較好的課堂教學效果，增加學生處理問題、解決問題的能力。

在認識實習和生產實習結束后，根據生產實習廠家進行課程設計。在實習吉林化校基地制藥實訓基地，關于紅霉素和阿奇霉素的發酵中試裝置及生產模擬控制裝置，學生在生產實習時在此裝置學習紅霉素發酵工藝的工藝流程和合成阿奇霉素、精制提取工藝過程。在此基礎上進行紅霉素的發酵工藝設計及阿奇霉素合成的工藝設計計算，學生有實際的操作過程，熟悉工藝設備和流程，課程設計就比較容易。例如，在實習過程中去博大生物技術有限公司，參考學習20萬噸/年玉米發酵生產燃料乙醇工藝，學習全套的工藝過程，包括玉米倉儲、粉碎、液化糖化工段、發酵工段、精餾工段、高蛋白飼料工段、廢水處理等工段。根據實習的工廠的情況，主要進行液化和糖化工段、發酵工段的課程設計。學生有生產實習工廠的學習，再進行重點工段的課程設計，更好理解，印象更時刻，知識更連貫。

四、利用網絡資源、線上線下混合式教學，強化工程能力的培養

使用信息技術與教育教學深度融合，學生利用網絡技術從不同資源中查找、收集信息，學生可通過網絡通信技術與同學、教師、專家等合作，進行交流，創設個性化的課程設計學習平臺。有效利用各種教學軟件平臺如“超星學習通”，“愛課程”手機App，及企業微信或QQ群等來輔助教學，超星學習通上建立課程設計網上教學平臺，包括課程設計的教學資料，包括教學計劃、課程設計內容要求、設計參考資料、教學案例等等，此平臺還可以發起討論，對設計過程中某些難點提出問題，學生進行討論作答。為滿足學生多樣化學習需求，利用優質課程資源共享，學生利用虛擬技術模擬研究現實問題，提出解決策略和方案。例如：“愛課程”App 中浙江工業大學的鄭裕國教授的國家精品課“生物工程設備”、西北農林科技大學的葡萄酒工藝學、長春職業技術學院的啤酒生產技術等課程。課程設計網絡平臺中有大量的視頻及模擬工廠的軟件，通過視頻模擬軟件模擬工廠實際情況，讓學生有身臨其境的感覺。通過線上教學平臺進行實踐教學的學習和討論，強化學生的工程知識的掌握。

五、多角度考核學生成績，建立嚴格課程設計過程質量監控體系

以往課程設計的抄襲現象很嚴重，常常達不到預期的目的。為此對課程設計進行了改革探索，摸索出一套質量監控措施，多角度考核學生成績，并收到了明顯的教學效果。在進行課程設計成績評定時，綜合考慮以下幾方面：

(1)課程設計說明書及圖紙：包括設計資料收集的是否全面，工藝論證是否合理及并具有一定的創新性；物料衡算、熱量衡算、設備選型計算的合理性；設計說明書的敘述是否全面、質及排版格式是否規范；圖紙繪制是否按繪圖標準進行繪制。

(2)答辯情況，設計思路，自述情況，回答問題情況等等。

(3)課程設計過程中參與討論的情況，由于分小組進行課程設計，小組參與課程設計工藝論證及設計計算時，小組討論并以小組為單位進行交流，其他組學生提問，回答問題情況，考核小組的表現及小組內個人表現。

(4)網上課程設計教學平臺平時統計的學習情況，包括考勤情況、學習課件或視頻情況，文獻閱讀及整個設計過程是否按進度計劃進行。

多年來生物工程專業的任課教師加強課程設計教學方法的改革，加強理論教學與實踐探索相結合[8-10]。隨著改革措施的逐步落實，學生普遍反映獨立分析與解決工程實際問題的能力加強，而且加深自身對課堂理論知識的理解、掌握程度也隨之增強。通過專業課程設計訓練，有效提高學生的創新能力和綜合設計能力，培養學生的工程素質，這些基本技能為他們今后走上工作崗位打下堅實的基礎。