新工科背景下專業學位研究生課程的教學改革與實踐
——以“生物基產品過程工程”課程為例

王孝輝，王守娟，孔凡功，任明光

（齊魯工業大學 生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室，山東 濟南 250353）

引言

近年來，隨著我國對“中國制造2025”“工業4.0”“智能制造”等一系列重大戰略的提出［1］，急需大量具有創新實踐能力和扎實專業知識的應用型高層次專業技術人才。而新時代專業學位研究生教育是培養高層次應用型專門人才的主要渠道。2020年，國務院學位委員會、教育部印發的《專業學位研究生教育發展方案（2020—2025）》指出，發展專業學位研究生教育是主動服務創新型國家建設的重要路徑［2］。這表明，當前社會的發展對我國專業學位研究生的實踐應用創新能力提出了更高要求。新工科背景下，加強輕工領域專業學位研究生的創新實踐能力培養，不僅是時代和社會發展的需要，同時也是高等教育改革的需要［3-4］。在新工科背景下，面對行業所需，如何為社會輸送優質的高質量創新人才，是輕工領域專業碩士研究生培養急需解決的問題。

“生物基產品過程工程”是以生物質為原料，通過物理、化學或生物等技術手段加工成各種生物基產品的一門學科［5］。生物基產品的原料主要為農林生物質，農林生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素三大組分構成，三大組分可以被定向轉化為羥甲基糠醛、葡萄糖、木糖、糠醛和酚類等多種平臺化學品［6］，替代以石油煉制生產的化合物，進而實現社會和環境的可持續發展。因此，生物基產品的開發不僅有助于清潔生產和智能制造，而且對我國可持續發展和緩解石油短缺具有促進作用。“生物基產品過程工程”是材料與化工領域生物醫藥與工程方向專業碩士研究生的專業學位必修課程，是專業學位研究生培養工程實踐創新能力的基礎。然而，目前該課程在內容設計上存在“重理論、輕實踐”的現象，缺乏專業應用實踐性，脫離企業生產實際；在教學方式上以課堂教授為主，缺乏以問題引導思考的設計，工程案例和實際問題少，學生缺少主動思考的過程，參與感不強，體會不到解決問題的樂趣，難以培養學生的創新意識。由于該課程由生物基產品和過程工程兩部分組成，強調工程過程且涉及內容較多，實際授課過程中受多種因素影響，傳統的授課方式和培養模式不足以提高碩士研究生的創新實踐能力和獨立解決問題的能力。

基于此，本文將依據專業學位碩士研究生培養要求，以“生物基產品過程工程”課程為例，進行優質課程建設，解決目前專業學位研究生培養模式存在的重理論、輕實踐等問題。重構課程體系，更新教學內容，創新教學方式方法，融專業信念、基礎理論和實踐創新于一體，解決課程與行業需求不匹配、教學方式單調低效的重點問題，進而建立注重學生學習過程、實踐能力和創新考核的課程模式，提高輕工科學與工程學科研究生的綜合素質和創新實踐能力，培養適應實際工作需要的應用型高層次專門人才。

一、課程改革—教學案例

“生物基產品過程工程”課程中的《生物基化學品過程工程》一章主要介紹了生物基化學品的種類、制備方法、研發思路和過程開發等內容。本文節選該章節中的《生物基化學品的過程開發》一節作為教學案例，簡介課程改革方法和教學模式。

（一）授課思路

本次授課的基本思路為：調整以課堂講授為主的傳統教學模式，采用翻轉課堂、案例教學、討論式等，創新“學中做，做中學”，豐富多種教學形式，具體為以分組討論為基礎，以微視頻導學為輔助，講授課程內容為主線，最新文獻分享與講解為提高，實驗操作為強化。同時，把科研項目引入教學環節，培養學生的應用創新能力，構建“基礎理論—工程實踐—問題解決”全鏈條模式，打造專業素養和大國工匠精神的培養新高度；進而構建以引導、討論、講授、分享和實踐為一體的教學新模式，擯棄傳統以講授理論知識為主的教學模式，實現研究生創新實踐應用能力和獨立思考能力的訓練與提高。

（二）具體實施過程

首先，授課前按照專業和學號以3～4人為一組進行分組；同時，以巴斯夫、安德里茨等國際生物基產品公司中的宣傳微視頻為課程導入，激發學生的學習興趣，從實際生產出發，引出本次課程的學習主題——生物基平臺化學品。緊接著以中國科學技術大學楊濤2021年的博士論文《生物質制備呋喃類化合物及其衍生物二酸的研究》［7］和2020年7月在線發表在國際著名期刊Chemical Reviews上的SCI論文“Continuous Flow Upgrading of Selected C2-C6 Platform Chemicals Derived from Biomass”［8］為前沿視野，同時鼓勵和教給學生搜索文獻資料，獲取一手科研成果的相關技能與方法，培養學生自主查閱知識和解決問題的能力，進而建立“有問題，找百度”的思考模式。通過自主查閱和教師引導，拋出課程相關問題，即發現問題。生物基平臺化學品在當前社會發展中的地位如何？生物基平臺化學品包括什么？如何實現從生物質轉化而來？當前在科研和產業化過程中存在哪些問題？等等。以小組為單位，提出或領取問題，查閱資料，分組討論，尋找答案。

其次，在授課過程中，發揮小組作用，按照順序輪流對所提出的問題進行闡述和討論，教師對回答進行逐一點評并給出建設性鼓勵意見，強化學生自主發現問題、解決問題的快樂，結合課程所需教授內容，引導學生總結討論，給出答案，潛移默化地讓學生在發現問題、解決問題的同時掌握相關知識。深刻認識從生物質到平臺化學品的思考和研究思路，進而深入理解生物基平臺化學品的重要地位、定義和生成機理以及生物基化學品在生產過程中的影響因素，培養學生探究未知、發現問題、解決問題的創新思維和方案設計能力。與此同時，以常見的生物基平臺化學品如木糖、糠醛、羥甲基糠醛、乙酰丙酸［9-10］等舉例，給出相應產品的車間生產照片或微視頻，為學生展現實際生產中的過程工程，分組討論在實際生產中采用的生物基化學品的生產工藝和方法以及采用該種方式方法的原因，讓學生理解科研和落地之間的鴻溝，在學生心中播下務實的科研思維種子，同時聯系和強調課程學習的基礎和重要性，強化記憶和增加理解。

最后，為學生提供更加具有針對性的參考文獻和開放實驗平臺，如制備糠醛的文獻、生產5-羥甲基糠醛的文獻、合成2，5-呋喃二甲酸的文獻等。將最新的文獻和成果拋給學生，引導學生閱讀并總結其優缺點，并根據實驗室的真實情況制備可行的工藝流程，在教師的指導下，以小組為單位到開放實驗室進行實踐和操作，進而培養學生動手和實際操作的能力，加深學生對生物基平臺化學品的制備方法和研究進展的了解，進一步理解實踐生產和科研之間的關系，強化實踐是檢驗真理的唯一標準等理論，強調實踐和應用的重要性。在考核方式上，則更注重學生創新思維和實踐能力的表達，破除單一的理論知識分數考核。以課堂討論、文獻查閱、方案設計、實驗操作以及期末論文報告等綜合項目進行評定，鼓勵學生的創新思考和應用實踐。

二、課程改革的成效與反饋

在學習課程結束后，通過QQ群進行線上匿名問卷調查，設計問卷調查題目和選項分別為：學習本門課程之前，你了解生物基產品嗎？（選項：A完全了解、B了解一些、C不了解）；授課內容是否有助于你對生物基產品和過程工程的理解？（選項：A有、B中立、C沒有）；授課中的微視頻是否有利于你增加對本課程的理解？（選項：A有、B中立、C沒有）；授課中的文獻是否有利于你學習本課程或對本領域的了解？（選項：A有、B中立、C沒有）；課后的實驗實踐是否有利于你加深對本門課程的理解？（選項：A有、B中立、C沒有）；你是否愿意增加課堂上的互動時間？（選項：A愿意、B還行、C不愿意）；其他建議和意見？［11］調查研究生對該門課程的授課方式和內容的意見及建議，及時匯總和分析問卷結果，并有針對性地進行糾正和修改。2020年到2022年間，共收集到有效調查問卷30份。通過對問卷的總結和分析可以發現，學生本科學習背景差異較大，只有35%的學生聽說過本門課程及課程的相關知識與內容，高達65%的學生根本不了解生物基產品。而課程講授中引入的微視頻和文獻解讀等授課方式深受學生歡迎，100%的學生認為有利于其對本門課程的學習和理解，部分學生對視頻非常感興趣，希望增加此類內容，這也說明了課程改革的有效性。實驗課得到學生的一致好評和推崇，100%的學生表示認可和對學習及實踐能力起到了重要作用，而且有學生單獨提議增加實驗內容，這充分說明了研究生教育過程中實踐和動手能力培養的必要性，也反映了本次課程改革的有效性。此外，85%的研究生認為課程內容設計得當，小組討論、文獻解讀等時間安排合理，另外15%的學生則表示本門課程中投入過多的時間可能會影響其他課程的準備，畢竟要想達到理想的教學和實踐效果，需要課下時間充分準備。

三、課程改革的展望與結論

本次課程改革在新工科背景下進行，為了提高研究生的創新思維和實踐應用能力，有針對性地進行了課程講授內容、授課方式等方面的改進和完善，在保持課程總體體系基本穩定的基礎上，重新優化設計課程各環節的培養目標，構建“基礎理論—工程實踐—問題解決”全鏈條模式，豐富教學模式，調整以課堂講授為主的傳統教學模式，改革效果顯著。但也存在一定的局限性，如研究生專業背景差異較大且研究方向各有不同，在課程內容上無法做到兼顧，進而導致研究生在查閱文獻資料和理解課程內容上需要花費更多時間；受限于課時，缺乏完整的企業實踐經歷和鍛煉等。因此，以“生物基產品過程工程”課程的改革為契機，不斷完善和探索研究生的創新培養模式，以適應新工科背景下的社會發展對高質量人才的需求。

綜上所述，傳統的研究生教學方法無法適應新工科背景下我國社會發展對輕工領域技術人才的需求。只有不斷地進行有效的課程改革，培養具有獨立創新思維和實踐能力的高素質人才，才能在我國輕工行業快速發展的今天，滿足相關行業對人才的需求，進而推動我國輕工領域的創新和快速發展。