基于OBE理念的發(fā)酵工程課程教學(xué)改革探索

姜煥煥，李賽男，區(qū)炳明，陳 剛

(肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東肇慶 526061)

生物技術(shù)專業(yè)側(cè)重于應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，其主要任務(wù)是為新興生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供人才、技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)。目前，生物技術(shù)在人類可持續(xù)發(fā)展進程中正顯示著巨大的優(yōu)勢，對應(yīng)用型人才的需求也逐年增加。發(fā)酵工程是利用微生物的代謝規(guī)律及某些特定功能制備有用的產(chǎn)品，或直接將微生物應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程中的一種新技術(shù)，是其他生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。發(fā)酵工程課程是生物技術(shù)專業(yè)非常重要的專業(yè)核心課程之一，是基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)與酶工程等生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的橋梁，具有涉及領(lǐng)域?qū)挕⒏采w范圍廣、實踐性強等特點。基于發(fā)酵工程教學(xué)過程中存在的問題，采用先進的教育理念對發(fā)酵工程課程進行教學(xué)改革與實踐，提高教學(xué)質(zhì)量很有必要。另外，隨著越來越多具有生物技術(shù)背景的高新技術(shù)企業(yè)出現(xiàn)，對生物技術(shù)人才的需求量也越來越大。為了培養(yǎng)高質(zhì)量的生物技術(shù)應(yīng)用型本科人才，對生物技術(shù)專業(yè)核心課程——發(fā)酵工程進行改革具有重要的現(xiàn)實意義。

成果導(dǎo)向教育(outcome-based education，OBE)是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育理念，強調(diào)成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進。成果導(dǎo)向教育是追求教育教學(xué)卓越的正確方向，受到各國大學(xué)的廣泛重視。OBE理念強調(diào)學(xué)生通過學(xué)習(xí)掌握實用性專業(yè)技術(shù)與技能。目前，企事業(yè)單位越來越重視畢業(yè)生解決實際問題的能力，運用OBE理念引導(dǎo)發(fā)酵工程課程教學(xué)改革，提高發(fā)酵工程課程的教學(xué)質(zhì)量，提升生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的實踐能力。

在“建設(shè)特色鮮明的高水平應(yīng)用型綜合大學(xué)”辦學(xué)定位的指引下，根據(jù)學(xué)校生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案，針對發(fā)酵工程課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，進行教學(xué)改革。筆者將OBE理念貫穿于發(fā)酵工程課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，制定OBE理念的教學(xué)目標(biāo)，并以此為導(dǎo)向，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，改革考核方式，旨在使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)具有主觀能動性和創(chuàng)新思維，既具有持續(xù)學(xué)習(xí)的能力，又具有在發(fā)酵工程實踐中的應(yīng)用能力。

1 傳統(tǒng)發(fā)酵工程課程教學(xué)中存在的問題

發(fā)酵工程是生物技術(shù)專業(yè)一門非常重要的專業(yè)核心課程。肇慶學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院2002年設(shè)置生物技術(shù)專業(yè)，2005年開設(shè)發(fā)酵工程專業(yè)課，理論課48學(xué)時，在專業(yè)培養(yǎng)方案中通常安排在第五、六學(xué)期。發(fā)酵工程課程涵蓋的內(nèi)容包括基礎(chǔ)與應(yīng)用兩部分，涉及知識點多、范圍廣，要求學(xué)生既要掌握發(fā)酵工程原理，又要熟悉常見生物產(chǎn)品的制備技術(shù)與關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的控制，因此發(fā)酵工程課程是一門綜合性及應(yīng)用性都很強的專業(yè)核心課程。發(fā)酵工程課程是基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)與酶工程等生物技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的橋梁。但是，該課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在一系列問題，課堂教學(xué)效果不佳。

(1)傳統(tǒng)教學(xué)過程中，往往忽視學(xué)習(xí)產(chǎn)出這一根本教學(xué)目標(biāo)，無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)背景下生物技術(shù)專業(yè)就業(yè)崗位的要求。傳統(tǒng)教學(xué)只是根據(jù)教學(xué)大綱，按照既定的教學(xué)計劃完成教學(xué)工作。教學(xué)目標(biāo)傾向于基礎(chǔ)知識和概念的記憶與理解，沒有明確學(xué)生應(yīng)取得哪些學(xué)習(xí)成果。學(xué)生學(xué)習(xí)往往只是為了應(yīng)付考試，無法真正掌握相關(guān)課程的知識和能力，導(dǎo)致學(xué)生往往不了解學(xué)習(xí)這門課程所需掌握的知識和能力。

(2)傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容滯后、缺乏邏輯性，不能與實踐很好地結(jié)合。以往教學(xué)按照教材內(nèi)容順序開展，教學(xué)內(nèi)容煩瑣、邏輯性不強，學(xué)生只是片面接受知識，不能系統(tǒng)掌握發(fā)酵工程體系。教學(xué)過程中僅是參考指定教材，很少引入先進的發(fā)酵工程技術(shù)內(nèi)容。另外，教學(xué)內(nèi)容與實踐脫軌，學(xué)生只是在課堂上學(xué)習(xí)理論知識，不能掌握實際生產(chǎn)技能。

(3)傳統(tǒng)的發(fā)酵工程教學(xué)采用教師課堂講授為主的填鴨式教學(xué)方式。這種以教師為中心的教學(xué)模式忽略了學(xué)生的主體地位。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中被動接受知識點，缺乏學(xué)習(xí)興趣。另外，課程教學(xué)手段單一。在課堂教學(xué)過程中，面對實踐性很強的章節(jié)(例如發(fā)酵工業(yè)中氧的供需、發(fā)酵過程控制等內(nèi)容)，單純利用PPT課件進行知識傳授，學(xué)生對所學(xué)知識缺乏直觀了解，很難切實掌握所學(xué)內(nèi)容，容易失去學(xué)習(xí)興趣。

(4)教學(xué)考核是教學(xué)過程的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的考核標(biāo)準(zhǔn)只關(guān)注學(xué)生平時的出勤率與期末考試成績。期末考試試題也傾向于考核死記硬背的基礎(chǔ)知識，很多學(xué)生為了考試而考試，不能很好地反映學(xué)習(xí)成果。這也會導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及能力不夠，無法勝任工作崗位對專業(yè)技術(shù)能力的需求。傳統(tǒng)發(fā)酵工程教學(xué)中存在這些問題，最終導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及實際應(yīng)用能力較差，無法滿足企業(yè)對生物技術(shù)應(yīng)用型人才的需求。

2 基于OBE 理念的課程教學(xué)思路

基于OBE 理念的課程教學(xué)思路強調(diào)以學(xué)生為中心的原則，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，反向設(shè)計教學(xué)。課程目標(biāo)是課程教學(xué)的起點，也是終點，形成一個閉環(huán)式的教學(xué)理念流程圖(圖1)。這種基于 OBE 理念的反向教學(xué)設(shè)計科學(xué)、合理，有利于學(xué)生各方面能力素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，按照基于OBE理念的課程教學(xué)思路，進行了發(fā)酵工程教學(xué)改革的設(shè)計與研究。筆者所在課題組成員對發(fā)酵工程技術(shù)人才的需求源進行了調(diào)查，并對往屆學(xué)生畢業(yè)工作后對專業(yè)知識的運用情況和能力進行了跟蹤。從企業(yè)等用人單位的角度出發(fā)，結(jié)合學(xué)生的發(fā)展及學(xué)校定位制定課程培養(yǎng)目標(biāo)。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核評價體系方面進行發(fā)酵工程課程教學(xué)改革，持續(xù)改進教學(xué)質(zhì)量，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

圖1 基于工程教育認(rèn)證 OBE 理念的課程教學(xué)思路Fig.1 The teaching ideas of the course based on the OBE concept of engineering education certification

3 基于OBE理念的發(fā)酵工程教學(xué)改革

筆者所在課題組成員對發(fā)酵工程技術(shù)人才的需求源進行了調(diào)查，從企業(yè)等用人單位的角度出發(fā)，結(jié)合學(xué)生發(fā)展及學(xué)校定位，同時考慮目標(biāo)的可達成性、可量化以及學(xué)生未來發(fā)展，以社會需求為導(dǎo)向，重新梳理并制定課程教學(xué)目標(biāo)(表1)。這樣可以明確課程內(nèi)容每一章節(jié)的預(yù)期產(chǎn)出，也可以方便后續(xù)教學(xué)方法的實施及考核評價，最終實現(xiàn)產(chǎn)出導(dǎo)向。

表1 基于OBE理念的發(fā)酵工程課程目標(biāo)Table 1 The objectives of fermentation engineering course based on OBE concept

基于OBE理念，以目標(biāo)為導(dǎo)向，反向設(shè)計教學(xué)內(nèi)容?；谡n程目標(biāo)達成度的發(fā)酵工程課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如圖 2所示。對教學(xué)內(nèi)容模塊化整合，同時明確具體教學(xué)內(nèi)容對各課程目標(biāo)的支撐。改變過去按照教材內(nèi)容教學(xué)的做法，對課程教學(xué)內(nèi)容進行梳理，打破教材章節(jié)的限制，進行模塊化整合。將教學(xué)內(nèi)容按照發(fā)酵工藝流程劃分為上游工程技術(shù)、中游工程技術(shù)、下游工程技術(shù)三部分內(nèi)容。學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠清晰了解課程主線，系統(tǒng)掌握課程知識脈絡(luò)。另外，應(yīng)將課程教學(xué)內(nèi)容與典型案例分析相結(jié)合。學(xué)生在學(xué)完每一章內(nèi)容后，教師進行案例精選與分析，在課堂上多與學(xué)生交流，促進學(xué)生對發(fā)酵工程內(nèi)容的理解與應(yīng)用。例如：“緒論”這一章引入“青霉素發(fā)現(xiàn)”的例子，講述發(fā)酵工程發(fā)展史；“發(fā)酵過程控制”這一章，結(jié)合企業(yè)經(jīng)常遇到的染菌案例，介紹不同染菌情況和防治辦法。明確每一個知識點的目標(biāo)產(chǎn)出，能夠增強學(xué)生對理論知識的運用能力，并能指導(dǎo)實踐。此外，應(yīng)在課堂講授過程中融入思政元素。例如，講授“發(fā)酵工業(yè)育種”章節(jié)時，以諾貝爾獎得主屠呦呦為例，增強學(xué)生的民族自豪感。在講授“發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制”這一章時，可以具體產(chǎn)品為例。例如，醋、抗生素和谷氨酸等我國產(chǎn)量均位居第一，讓學(xué)生了解我國是發(fā)酵大國。但是，我國并不是發(fā)酵強國，從反面增強學(xué)生的愛國情懷，激勵他們?yōu)橹腥A民族偉大復(fù)興而努力學(xué)習(xí)。

圖2 基于課程目標(biāo)達成度的發(fā)酵工程課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計Fig.2 The teaching contents design of fermentation engineering course based on the objectives achievement of the course

教學(xué)方式是向?qū)W生傳遞教學(xué)內(nèi)容的有效載體。針對課程內(nèi)容理論與實踐相關(guān)知識點，采取網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與交互式教學(xué)等教學(xué)方式，精準(zhǔn)施策。①針對知識難度不大的章節(jié)，比如“工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計”“發(fā)酵工業(yè)的種子制備”部分內(nèi)容，按照“明確目標(biāo)、布置專題—合理分工、資料查找—PPT制作、撰寫報告—專題匯報、教師點評”的模式開展教學(xué)活動。改變傳統(tǒng)以教師為中心的方式講授課程，學(xué)生通過查找資料掌握文獻檢索的能力，同時拓寬知識范圍，鍛煉學(xué)生制作PPT的能力及語言組織表達能力，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性及團隊協(xié)作能力。②針對與實踐相關(guān)的知識點，走入實驗室及發(fā)酵工廠進行現(xiàn)場實踐教學(xué)。例如，“發(fā)酵罐的放大與設(shè)計”這一章節(jié)的內(nèi)容，講述發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及操作原理等。課堂教學(xué)沒有直觀的感受，學(xué)生很難想象發(fā)酵罐的三維立體結(jié)構(gòu)及具體設(shè)計比例。因此，走進實驗室，學(xué)生分組觀看機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐各部分構(gòu)造，并完成“發(fā)酵罐拆卸與檢修”等實驗，進一步熟悉其構(gòu)造并掌握相關(guān)操作。引入虛擬仿真平臺，進一步利用“發(fā)酵罐3D虛擬仿真軟件”操作。③注重網(wǎng)絡(luò)資源的利用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中國MOOC大學(xué)的精品課程，作為課堂知識的延伸，拓寬學(xué)生的知識面。教學(xué)過程中，增加模擬動畫、工廠生產(chǎn)視頻，使原本抽象的內(nèi)容能夠直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力和實踐動手能力。

圍繞課程目標(biāo)的達成，該課程建立了過程考核與多元化考核的質(zhì)量評價體系。其中，過程考核占總成績的30%，包括平時的課堂考勤、平時作業(yè)及虛擬仿真操作；另外，學(xué)生自學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程所獲得學(xué)分也計入考核內(nèi)容，主要考查學(xué)生的知識掌握能力及運用能力。多元化考核占總成績的20%，學(xué)生通過查找資料文獻、以小組的形式完成指定課程內(nèi)容的PPT制作并撰寫設(shè)計報告，實現(xiàn)考核方式作品化，以達到可量化、可評定的標(biāo)準(zhǔn)。期末考試成績占比為50%。期末考試采取基礎(chǔ)知識與知識運用能力相結(jié)合的方式，增加綜合分析試題分?jǐn)?shù)，主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合理解及掌握程度。

持續(xù)改進是OBE理念的核心內(nèi)容。運用OBE理念引領(lǐng)課程教學(xué)過程持續(xù)改進，能夠不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。教學(xué)過程中定期記錄學(xué)生平時各項考核結(jié)果，階段性檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)問題后及時改進調(diào)整。課程考試結(jié)束后，對期末考試試卷進行統(tǒng)計分析，檢查考點是否達成相應(yīng)的目標(biāo)要求，對課程內(nèi)容及教學(xué)方式進行改革，結(jié)合平時成績，分析總體課程目標(biāo)達成度。學(xué)生畢業(yè)后，對其運用課程知識能力進行跟蹤調(diào)查，利用反饋結(jié)果，了解企業(yè)和學(xué)生的真正需求，指導(dǎo)課程持續(xù)改進。

4 結(jié)語

OBE理念強調(diào)成果導(dǎo)向的價值取向、以學(xué)生為中心的教育理念和持續(xù)改進，是一種先進的教育理念。在特色鮮明的高水平應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)背景的指導(dǎo)下，根據(jù)學(xué)校生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案，基于OBE理念，從人才培養(yǎng)質(zhì)量出發(fā)，圍繞發(fā)酵工程課程教學(xué)全過程，從教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法改革、教學(xué)考核與質(zhì)量評價體系等方面開展教學(xué)改革研究，以期培養(yǎng)更加符合地方社會經(jīng)濟發(fā)展需要的應(yīng)用型人才。