新工科建設和專業認證背景下生物制藥課程群構建與應用*

駱健美 滕玉鷗 張成林 李玉銀 趙青 殷利眷 徐雪天 袁媛

天津科技大學生物工程學院 天津 300457

0 引言

為主動適應新一輪科技革命和產業變革的新趨勢和新要求，服務于“中國制造2025、創新驅動發展”的國家戰略，滿足經濟產業轉型需求和面向未來發展，2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設，先后形成了“復旦共識”［1］“天大行動”［2］和“北京指南”［3］等。這些建設項目不斷豐富和完善新工科的內涵，即：以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承和創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才［4-5］。工程教育專業認證是針對高等教育機構開設的工程類教育實施的專門性認證，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。認證標準中各項指標的邏輯關系為：以學生為中心，以培養目標和畢業要求為導向，通過足夠的師資隊伍和完備的支持條件保證各類課程教學的有效實施，并通過完善的內外部質量保障機制保證質量的持續改進和提升，最終使學生培養質量滿足要求[6]。

生物制藥是國際和國內發展最迅速的行業之一，普遍認為是21世紀的“鉆石行業”和“朝陽產業”，是我國的國家戰略性新興產業[7]。生物制藥是由生物學、生物技術、化學、藥學、工程學等多門學科相互滲透和融合形成的交叉學科，具有綜合性強和實踐性強的特點。目前，我國從事生物制藥行業的人數僅為美國同行業人數的四分之一，中高端人才更是嚴重不足，嚴重制約了產業升級和跨越發展，因此，急需培養高素質的應用型、復合型和創新型人才。

天津科技大學生物工程學院擁有 “生物工程”和“制藥工程”兩個本科專業。依托“發酵工程”國家重點學科和輕工學科的深厚歷史積淀，生物制藥已成為學院本科專業建設和人才培養的鮮明特色，已支撐生物工程、制藥工程獲批為國家一流本科專業建設點，生物工程專業通過工程教育專業認證，獲批生物與醫藥專業學位博士點，并在天津市“1+3+4”現代工業產業體系中發揮著重要作用。本文在新工科建設和專業認證的背景下，圍繞生物制藥課程群的建設和應用進行了有益探索，其成果為地方高校專業課程群的內涵建設和特色發展提供了借鑒和參考，為提高天津產業競爭力和匯聚發展新動能提供人才支持和智力支撐。

1 生物制藥課程群構建的必要性

傳統的高校教學管理體系主要以教研室為基本單位，組織方式帶有明顯的行政色彩，涵蓋的教師數量多，課程差異大。因此，工作以日常的教學管理活動為主，較少關注相關課程的深度融合和協同作用，造成一定的組織壁壘。另一方面，學生的學習活動多在單門課程內形成閉環，容易忽略知識和能力譜系中具有內在邏輯性和協同作用的關聯知識點的融會貫通，存在一定的學習壁壘。綜上，這種傳統的“單門課程各自為教和各自為學”的方式容易產生教師授課內容和學生學習內容上的“孤島”效應和“碎片”效果，嚴重制約人才的培養質量，成為教學活動和育人過程的痛點和難點。

課程群是指若干門彼此獨立，但內容上密切相關、相承和滲透，具有某一共同屬性的一組課程集群[8]。生物制藥核心內容主要涉及藥物合成的理論原理、藥物制備的基本過程、藥物生產技術及其工藝控制等，具有“先修與后續課程關系緊密、理論和實踐結合緊密、基礎和應用融合緊密”等特點。為此，急需從生物制藥領域的整體知識和能力培養的角度出發，將核心知識和關鍵能力涉及的多門課程和實踐環節進行有序規劃、統籌優化和有機集成。本文以開設在不同學期的六門理論課--微生物學、微生物遺傳與育種、分子生物學、藥物生物合成原理、代謝控制發酵、生物制藥工藝學和四個實踐環節--“微生物學實驗”“微生物遺傳與育種實驗”“制藥工程工藝實驗”“生產實習”為對象，構建主題突出、銜接順暢、層次遞進、完整閉環的“生物制藥課程群”（見圖1）。課程群的建設將促進學生認知結構的系統化和立體化，為培養符合新工科和專業認證要求的高質量人才提供組織新范式和育人新范式。

圖1 生物制藥課程群的課程信息

2 專業認證和新工科建設背景下生物制藥課程群的建設策略

2.1 組建“虛實結合、動態調整”的教研組，為課程群建設提供有力的組織保障

以群落化的思想，將課程群的全體授課老師組建為線下教研組，定期召開會議進行交流研討。為了更好地滿足新工科建設在學科交叉融合、服務國家戰略和支撐引領產業發展的要求，采取產科教融合思路，將教研組的成員從課程群內拓展到課程群外，從校內延伸到校外，組建可根據需要進行動態調整的線上教研組。如“藥物生物合成原理”在介紹合成原理前沿進展時，邀請“生物信息學”“計算生物學和人工智能”“工程生物學導論”等其他課程的授課老師或者科研院所的研究人員參與，強化前沿內容的交叉性和前瞻性；“生物制藥工藝學”“代謝控制發酵”在介紹工藝設計和生產控制時，邀請行業和企業的專家或技術骨干加入，強調能力的工程化和實用性。

基于教學活動的全周期，建立了聯動和共享相結合的教研組工作機制。開課前，教研組組長（由課程群內每門課程的負責人輪換）組織大家對開設課程的教學大綱、授課計劃、教案和PPT 等教學材料進行集體查閱和研討，根據專業工程認證的要求，重點關注課程目標對畢業要求的支撐關系、課程內容對課程目標的支撐關系、課程考核形成性評價的合理性等。按照知識能力的遞進規律和學生的學習習慣，對具有互聯、互通、互作、互動關系的知識點在課程群內不同課程中的分布情況、講解層次和考核方式進行統籌規劃，減少內容的簡單重復，突出關聯知識點在不同課程中的邏輯重點和講授亮點。開課過程中，組織不同課程的老師對關聯知識點的內容進行隨堂聽課，現場收集學生對先修知識和現學知識掌握情況的一手資料，并將建議直接反饋給相關老師。課程結束后，老師們對過程化考核、考試試卷、課程目標達成情況等材料進行集中核查，關注學生對關聯知識點在不同課程上的學習效果，找到教學內容的痛點、堵點和盲點，用于指導本課程和相關課程教學活動的持續改進。

2.2 突出關聯知識點的“銜接性、協作性、融合性”，為課程群建設提供有力的內容保障

課程群建設是一個教學系統工程，不是簡單地將幾門課程直接拼湊。對于關聯知識點，在不同課程間容易出現銜接性差、協作性弱、融合性低等問題。為此，課程群通過教師教研和學生調研相結合的方式，對標新工科建設和專業工程認證的要求，參照《高等學校制藥工程專業指導性專業規范》要求，并結合生物制藥行業和產業的發展現狀，通過重構課程目標和優化教學內容，完成知識和能力在教學鏈和學習鏈上的點、線、面的立體融合。下面以微生物培養這一關聯知識點為例，進行介紹。

微生物的培養是貫穿生物制藥的核心知識點，在課程群的多門課程中都會涉及，但針對不同課程的培養目標，其內涵和外延各不相同。微生物學課程中主要介紹微生物的形態、生理、營養、遺傳、生長控制和菌種保藏等方面的知識，具有內容基礎性強，覆蓋面廣的特點；分子生物學課程中主要對DNA、RNA 和蛋白質等生物體內大分子物質的結構及其作用機制進行闡述，是對微生物遺傳知識的深化；微生物遺傳與育種課程是在微生物學、分子生物學等先修課程的基礎上，介紹微生物遺傳育種的基礎原理和應用方法，在連接微生物基礎理論知識和實際生產應用之間發揮著橋梁作用；代謝控制發酵課程中將微生物的生理生化和代謝特點放到工業發酵的復雜過程中講述，選取的多為大腸桿菌、谷氨酸棒桿菌、酵母等模式工業微生物，知識點的系統性和工程化屬性進一步增強，開始引導學生對實際生產中的問題進行獨立分析和全局思考；生物制藥工藝學課程則是在各類藥物全周期、全流程的實際案例中，有針對性地進行菌株構建和生產工藝的講解，進一步培養學生運用工藝研究的指導思想和基本方法，解決復雜工程實際問題。其中，發酵工程制藥部分與代謝控制發酵課程相關內容具有良好的銜接性，但側重于引導學生思考，如何選擇合理的菌株和工藝工程技術，如何優化影響設計目標和技術方案的各種因素，以滿足不同藥品生產的特定需求，獲得最大生產效率。而基因工程制藥部分，與分子生物學和微生物遺傳與育種課程的相關內容前后呼應，但強調了菌株構建和發酵工藝的耦合關系和協同效應。

此外，通過四個實踐環節--“微生物學實驗”“微生物遺傳與育種實驗”“制藥工程工藝實驗”“生產實習”對微生物的關聯知識點進行知識印證和能力培養。其中，“微生物學實驗”主要對一些基本實驗技能進行培訓，包括微生物形態觀察、培養基的配制和滅菌、微生物培養、微生物的分離純化和微生物指標的檢測等；“微生物遺傳與育種實驗”主要完成誘變育種、基因工程和分子生物學等代表性實驗的訓練，加深學生對“微生物學”“分子生物學”“微生物遺傳與育種”等理論課程中理論知識的理解；“制藥工程工藝實驗”則是對微生物培養的代表性設備（如發酵罐）和工藝參數檢測（如殘糖、溶氧）等內容進行培訓；“生產實習”則是帶領學生進入制藥企業進行現場觀摩和實地操作，參與到工業生產過程中關于微生物培養、培養基制備、接種、發酵過程控制、產物分離提取等各個環節。

同時，積極引入國內外優質的線上教學資源，如中國大學慕課線上資源、B 站、學堂在線、學習強國、公眾號等，特別是可視化和虛擬仿真類的資源。綜上所述，通過對關聯知識點邏輯關系、培養目標和實踐應用的全鏈條優化，課程群相關內容的銜接性、協作性和融合性得到提升。

2.3 設計“聯動、遞進、多元化”的考核構架，為課程群建設提供有力的質量保障

首先，通過課程聯動，構建能全面覆蓋課程群內關聯知識點，且前后呼應、逐級提升的知識和能力考核素材庫，并根據學科和行業的最新發展，實施動態調整，定期更新。其次，每門課程均構建“過程考核+終結考核”的二級考核體系。通過優化過程考核指標的類型和權重、提升終結考核中開放式和交叉式問題的內涵和比重，強調對學生的創新思維和工程素養的考查。為了更好地調動學生的參與度，除了傳統的老師點評，還設置了生生互評和學生自評等。最后，基于OBE理念，在每個考核體系里設計能反映學生知識、能力和素質的多元化指標。如引入課程展示環節，圍繞不同的主題，要求學生以團隊或個人方式參加。如最美筆記和我當小老師的活動，要求學生對課程群中的某個關聯知識點進行思維導圖的繪制和講解，通過本人自述、他人提問、教師點評的方式，加深理解和融會貫通；要求學生圍繞諾獎、國家科技獎、本領域的經典和最新文獻進行解讀，引導學生關注學科前沿和交叉，開拓視野。在終結考核的試卷中，通過加大綜合性和設計性題型的比例，考查學生分析和解決復雜工程問題的能力。

3 結束語

本文通過生物制藥課程群的建設，促進了相關課程教學內容和學生知識能力譜系的有效銜接和深度融合。通過教學內容和考核體系上的聯動優化，更好地滿足新工科建設和專業工程認證背景下高質量育人模式的新需求。