基于OBE教學理念的生物工程專業學生實踐能力培養模式研究

吳元鋒，鮑文娜，沙如意，黃 俊，劉士旺，毛建衛

（浙江科技學院 生物與化學工程學院，杭州 310024）

新的歷史條件下，面對科學技術飛速發展、產業結構優化調整，應用型工程技術人才的培養質量直接決定了國家科技和工業發展速度、發展水平和競爭能力[1]。在我國當前發展階段，應用型工程技術人才的社會需求逐年增加。生物工程企業急需大量的應用型工程技術人才，特別是喜歡有豐富實踐工程經驗的畢業生，工程實踐能力是工科人才培養的核心任務[2]。實踐教學是提高學生實踐與創新能力、培養高素質應用型人才的關鍵環節，具有重要的意義。生物科技是21世紀最重要的科技創新集群之一，其在引領未來經濟社會發展中的重要戰略地位日益突顯。《生物工程專業規范》[3]中指出：生物技術專業側重培養應用研究型人才，生物工程專業側重培養應用型工程技術人員。因此在生物工程人才培養過程中，應重視應用型工程技術人才的培養，重視實驗實踐教學，這也符合浙江科技學院“應用型”的辦學定位[4]。

一 浙江科技學院生物工程專業實踐教學存在的若干問題

浙江科技學院（以下簡稱“我校”）生物與化學工程學院生物工程專業借鑒德國應用科學大學“實學實效”的辦學精神，依靠專業在農業生物資源生化制造研究開發方面的綜合實力，圍繞農業生物資源生化制造方向，立足于農業生物資源全生物利用、全過程利用和高值化利用，提出了強化工程、工藝、設計和多學科交叉等方面基本知識，生產、研發、檢測和管理等方面基本能力，企業家精神、市場頭腦、創新思維和國際化視野等基本素質的“三基”培養課程體系，構建“做人實在、做事實干、做學問實用”的“三實”創新人才培養體系，通過生物發酵、生物催化和分離純化等加工過程工程技術與課程教學內容的相互協同，取得了明顯成效[5]。但是當前我校生物工程專業在著力培養應用型工程技術人才的實踐中，仍面臨著一些問題。

（一）理論教學與實踐教學脫節

我校過去的生物工程專業培養方案中，基礎理論知識、工程實踐能力和職業素質發展的協調性有待加強；理論課程較多，生產一線的實踐機會較少，學生應用型實踐能力發展遭遇瓶頸。

（二）學校教育與社會需求脫節

原有培養方案采用以課程為導向的人才培養模式，學生培養與社會需求相脫節，不能滿足科學技術快速發展的需要，亟需實施以產出為導向（OBE）的新型應用型人才培養模式。

二 實踐教學體系改革舉措及實施效果

如何提高應用型工程技術人才的培養質量是高等工程教育面臨的重大課題，一直是教學研究的熱點之一。近年來許多學者針對此問題提出了諸多教學理念并付諸實踐，取得了良好的效果。王進波等[6]提出了“人才培養全過程，教學環節全方位”的創新實踐教育理念，在大學四年的教學過程中，以培養學生的創新實踐能力為導向，通過各種形式的科研和實踐活動，逐步提高學生的創新實踐能力。吳曉敏等[7]提出了“立體化，三層次，四步走”主體思想的新培養模式，即通過構建和探索新型應用型人才培養模式體系，解決生物工程專業學生所學理論知識與實踐應用能力脫節的問題，重點培養學生實踐能力和創新能力，扎實提高學生的綜合應用能力。王園朝等[8]構建了“產教融合-三層次”化學化工類應用型人才創新實踐能力培養模式。周茂軍等[9]提出了“三進一出，內外兼修”的實驗實踐教學體系：“三進”指的是進入實驗室、研究室和產學研基地，“一出”指的是服務相關企業；“內外兼修”則指課內與課外相結合，校內與校外相結合。張辰露等[2]則提出了實踐教學模式和考評創新機制，建設了實踐教學示范基地和平臺，在學生培養中全面融入創新創業教育，全面提升了生物工程專業工程實踐教育質量。

本專業在已有的“實學實效教育，造就三實人才”培養理念實踐[5]的基礎上，針對上述兩個問題，以生物工程專業認證為引領，通過全面總結生物工程專業多年來的辦學經驗，認真學習和借鑒省內外相關兄弟高校在實踐教學方面的經驗，創新構建并實施了“一個理念、兩個融合、三個層次”的立體化實踐教學體系。該體系的主要內容是：基于OBE教學理念，進行“互聯網+”融合、產教融合，在基礎/專業實驗室、中試實驗室和企業實習實踐基地三個層次上，開展基礎實驗、專業實驗、學科競賽、生產實習、畢業設計（論文）、科研和課程設計七個內容的實驗實踐教學，培養“做人實在，做實事干，做學問實用”的“三實”應用型創新人才。具體實施方式如圖1所示。

圖1 “一個理念、兩個融合、三個層次”的立體化實踐教學體系示意圖

（一）一個理念（教學體系設計）

一個理念指的是OBE教學理念，即以畢業五年以上生物工程校友獲得的學習成果為培養目標導向，反向設計生物工程培養方案；以學生為中心開展工程教育教學；同時通過教育效果的量化評價，實現工程教育質量的持續改進[10]，主要包括如下內容。

1）在設計實踐類課程教學方案前，組織校外專家、行業專家、企業工程師和本專業教師對生物工程專業培養目標和畢業要求進行分析和論證，確定所培養學生的專業能力要求。

2）進一步完善實踐課程的專業核心能力和培養目標，并將其轉化為實踐課程教學中可量化的預期學習效果，同時，根據學習結果進行逆向教學設計，進一步完善包括教學大綱、教學內容、教學方案和學習評價方式在內的各個實踐課程教學要素。

3）根據反向設計的教學大綱、教學內容、教學方案和學習評價方式等實施實踐教學，與此同時，依據面向學習成果目標對學生實踐能力進行有針對性和有目的性地培養。

4）在實踐課程教學過程中，持續收集學生的反饋信息，并對此調整教學方法。在實踐課程教學結束時，收集并計算分析學生在各學習成果觀測點的評價數據，從而對學生的實際學習成果進行量化評價，在此基礎上，對實踐課程的教學方案進行持續改進。

5）在對實踐課程的學習效果進行評價分析后，將實踐課程教學能力培養的目標達成度結果反映到專業教育層面，從而在該層面對學生實踐方面的專業核心能力培養效果進行分析和評價。

6）在修訂和完善專業培養目標與畢業要求的同時，優化實踐課程專業核心能力培養目標，從而實現實踐課程教學對生物工程專業核心能力培養的支撐。

（二）兩個融合（教學方法改革）

兩個融合指“互聯網+”融合與產教融合。在成果導向設計和實施、實驗實踐教學等過程中，在已有的“三實”創新人才培養體系基礎上，建立“互聯網+”融合、產教融合的人才培養模式，實現“互聯網+”與教學內容、專業鏈與產業鏈、課程內容與職業能力及教學過程與生產過程對接，培養學生的實踐創新能力、溝通交流能力等，努力培養一批適應生物工程及相關產業需要的具有國際化視野的高素質應用型創新人才，為生物工程及相關產業發展提供人才支撐。具體包括如下內容。

1）實驗實踐教學與“互聯網+”的融合：根據目標導向完善課程內容的過程中，融入“互聯網+”教學方法，如《生物工程專業實驗教程》新形態教材、300L發酵罐柔性仿真系統、微課等，以及使用藍墨云班課、校友邦等APP軟件，將現代信息技術融入實踐教學改革和管理，推進信息化教學、虛擬仿真實驗、在線知識支持和在線教學監測等廣泛應用，為本專業實驗實踐教學提供更好的教學平臺，切實提高學生實踐創新能力。

2）產業與教學的融合：在課程內容設計和改進過程中，依托國家“十三五”教育現代化推進工程——浙江科技學院產教融合應用型人才培養實驗實訓中心、浙江省2011農業生物資源生化制造協同創新中心等平臺，將產業化設備和教學手段融合課程設計、專業實驗、生產實習和畢業設計（論文）等實踐課程教學。聘請浙江匯能生物股份有限公司陳貴才教授級高工、浙江新銀象生物工程有限公司周斌教授級高工等在內的生物工程企業工程師參與修訂培養方案和教學大綱，整合相關的專業基礎課程、核心課程、拓展課程和實驗實踐課程，制訂強化工程、工藝、設計和多學科交叉等方面的基本知識；生產、研發、檢測和管理等方面的基本能力；國際化視野、企業家精神、市場頭腦和創新思維等基本素質的“三基”培養課程體系，提高實驗實踐課學分比例，特別是重視培養學生的專業技術技能。

（三）三個層次（教學場所建設）

三個層次指基礎/專業實驗室、中試實驗室、企業實習實踐基地。根據成果導向的教學理念，加強專業實驗室和實習實踐基地建設，聯系能適應培養目標和課程目標教學需要的企業，在校內外建立專業學生實習實踐基地，不斷完善專業辦學條件，建立運轉良好的“學院+專業+企業”管理方式，給學生提供優質生產實習場所，持續提高學生的實踐水平。三個層次中，根據生物與化學工程學院自身情況，重點建設和發展實習實踐基地，即圍繞農業生物資源生化制造特色方向，從農業初級原料、加工副產物和廢棄物出發，通過生物制造、活性評價和過程工程等技術及流程的相互融合，已與浙江匯能生物股份有限公司等建立了校企一體、產學研一體的企業實習實踐基地兩個；推動信息化教學、虛擬現實技術和數字仿真實驗，應用300L發酵罐柔性仿真系統，使同學們在同一套生產裝置上實現畢赤酵母菌發酵、大腸桿菌發酵和青霉素發酵三個典型的好氧發酵反應的生產過程模擬。

“一個理念、兩個融合、三個層次”的立體化實踐教學體系實施以來，取得了良好的教學效果。在2020屆畢業生的達成度評價中，工程知識的達成度達83%（圖2），比2017屆增長13.7%；生物工程專業學生受到企業歡迎，2018—2020年本專業畢業生就業率均在94.3%以上；根據浙江省教育評估院公布的滿意度調查結果（2018—2020年）顯示，近三年我校生物工程專業畢業滿一年學生的實踐教學效果滿意度、用人單位滿意度逐年提高（圖3），表明本專業的培養目標定位準確，畢業生對專業的人才培養總體滿意度較高，畢業生的職業能力和成就較好地達到了目標預期。

圖2 2020屆生物工程畢業生達成度評價結果

圖3 浙江省教育評估院組織的生物工程專業畢業一年學生滿意度調查結果

三 結束語

通過近幾年持續實施“一個理念、兩個融合、三個層次”的立體化實踐教學體系，我校生物工程專業將OBE教學理念落實到了實處，注重學生基礎理論知識、工程實踐能力和職業素質協調發展，增加學生的實踐場地，按照社會需求培養學生，實現了學生工程實踐能力的全面提升，在提高生物工程專業學生的工程實踐能力方面取得了良好的教學效果，也可為其他工科專業學生提升工程實踐教學水平提供參考。