基于工程教育背景的《生物工程工厂设计课程设计》教学改革与探索

任海伟，李雪雁，李志忠，巩慧玲

（兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730050）

基于工程教育背景的《生物工程工厂设计课程设计》教学改革与探索

任海伟，李雪雁，李志忠，巩慧玲

（兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730050）

结合兰州理工大学《生物工程工厂设计课程设计》教学过程中出现的问题与现象，对该课程的教学改革进行探索和实践。在教学过程中，充分发挥学生的主观能动性，突出工程教育背景下学生实践能力和创新精神的培养，从选题、任务下达、过程指导、答辩考核等环节进行改革探索，有效提高教学质量。

课程设计；教学改革；教学实践

《生物工程工厂设计课程设计》是生物工程专业的专业必修实践环节，是在学生完成所学《工程图学》《机械设计基础》《化工原理》《生物工程设备》《生物工艺学》《生物工程工厂设计基础》等课程基础上开设的，对培养学生的工程实践能力起着基础性的决定作用［1］。本课程的教学目的是通过对生物工程工厂（企业）的工艺设计或某个生产车间的设计，包括工艺流程设计、物料衡算、车间设备布置等内容，培养学生查阅资料手册、标准和规范以及整理数据、提高运算和绘图的能力，培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，是加深学生对理论知识的理解与记忆的重要手段。在整个教学计划中，它起着培养学生独立工作能力、创新能力、深化与升华学生所学的知识和检验学生综合素质与工程实践能力的重要作用。

1　课程设计在专业课程体系中的作用

课程设计是将课程理念转化为课程实践活动的“桥梁”，是课程规划中最具创造性的活动。《生物工程工厂设计课程设计》将所学理论课进行综合与系统化，将《生物工程工厂设计基础》理论教学与认识实习、生产实习等实践相结合，强化了专业知识的系统性，避免了理论学习和工程设计能力相脱节，可为后续的毕业设计打下基础。

2　《生物工程工厂设计课程设计》的重要性

《生物工程工厂设计课程设计》重在培养学生的综合能力和创新能力，课程知识点的综合性对相关基础专业课的学习具有良好的促进和导向作用。在教学环节、教学手段等方面更要注重实效，注重过程训练和工程思维训练。

2.1加深理解理论知识

通过课程设计使学生进一步熟悉、掌握典型生物工程（发酵工程）工厂的设计原理与基本知识，初步学会从设计方案到工程图纸设计的基本过程、方法和思路，为今后的工程设计积累经验。

2.2启发学生的思维能力

课程设计自始至终要求学生明确自己是课程设计实践活动的主体，从领会设计任务、查阅资料、确定设计方案到图纸绘制完成，都要亲历亲为，消除依赖心理，发挥学生的主动性和创造性，使学生逐步养成独立思考、综合分析与解决问题的习惯，培养学生自主设计能力。

2.3提高生物工程专业学生的工程设计能力

通过该课程设计的深度参与，有利于提高学生的工程设计能力和工程实践能力，从而为今后工作学习奠定良好基础。

3　目前《生物工程工厂设计课程设计》教学中存在的问题

3.1学生理论基础知识掌握不牢固

学生普遍反映生物工程工厂设计理论知识比较枯燥、抽象、难学，甚至进行课程设计的时候，许多学生对理论知识的一些基本概念、计算依然很模糊，给课程设计教学带来了一定困难［2］。

3.2课时有限

该课程设计通常安排在《生物工程工厂设计基础》理论教学结束后进行，一般安排在学期末最后2周内要完成整个设计任务。生物工程工厂设计课程设计不同于其他课程设计，学生需要大量时间进行工艺计算、设备计算与选型等程序，而且计算过程要通过顺序计算法和倒推计算法进行验证、校核，这样就很可能需要反复多次计算，花费较长时间才能完成［3］。

3.3课程设计题目偏少，抄袭现象严重

生物工程工厂设计课程设计的题目通常是“XXX工厂XX车间的工艺设计”，设计题目偏少，且脱离实际生产。很多学生觉得计算过程太麻烦，不愿意一遍一遍地去验证计算，导致很多设计说明书与网络等途径的参考资料雷同，甚至存在抄袭现象。

3.4考核标准和制度不健全

过去师生比较高的情况下，对课程设计的考核都要通过答辩环节，以此来考查学生在设计过程中对问题的把握、分析及解决问题的能力。但随着学生人数的增加，师生比大大减少，教师的时间和精力明显不足，导致考核主要以学生的设计说明书和图纸作为依据，答辩环节弱化［4］。

4　《生物工程工厂设计课程设计》教学改革的探索和实践

鉴于目前《生物工程工厂设计课程设计》教学存在的问题，我们经过充分的准备，对该课程设计有针对性地进行了改革。改革的重点是教学过程中要充分发挥学生的主动积极性，让学生真正体会到理论知识在实际工程设计中的应用，培养学生的工程设计能力，让学生在选择设计方案、查找数据、选用公式及设计方法等方面得到综合训练［5］。

4.1提前布置任务

由于课程设计时间一般安排在期末进行，要在短短2周内完成课程设计，时间略显紧迫。为了克服设计时间不足等问题，我们采取了以下措施：在讲解完理论课以后就对学生进行初步的设计动员，介绍设计题目和考核要求，要求学生利用课余时间有意识地根据设计题目的要求查找相关资料，同时也能对刚学过的理论知识进行有效复习，加深对课程内容的理解。

4.2重视课程设计选题的广泛性与包容性

选题时主要考虑三个方面：首先，题目必须能充分体现工程设计的基本训练要求，能够提高学生的工程设计能力和创新能力，对理论分析、设计计算、设计表达、设计文件规范化等工程设计的各个步骤的系统性训练；其次，内容上要有现代意识，排除陈旧内容，具有一定的先进性；再次，选题要有一定的实用性、可行性，争取将生产实际与课程设计相结合，针对不同的行业领域方向选择适宜的课题，如酶制剂生产类、抗生素饮料类、发酵调味品类、发酵食品类、发酵能源类等方面的车间设计。

4.3科学分组，每人一题

一方面，为了保证教学效果，使每个学生都能独立思考，课程设计采用每人一题的形式。为便于讨论，每3～5名同学选定同一类型工厂的设计课题，即同类工厂，但不同规模、不同车间、不同原料、不同工艺，分工协作、独立完成，增强团队合作意识。因设计参数不同，物料衡算、能量衡算、设备选型与计算、经验参数选取、设计方案等都有所不同。通过这种方式，提高了学生独立思考，自主设计方案，综合运用知识，独立解决工程实际问题的能力。另一方面，考虑到设计题目应与生物工程工厂设计理论教学和工程实际相结合，题目的选取既要有普遍性，又要有典型性和实用性。再者，课程设计题目还要结合地域特色，通过课程设计让学生对地方某个发酵工程类产业有详细了解，为就业奠定基础。总之，通过课程设计，达到加深对课程理论体系的掌握，从而进一步培养学生的工程计算、工程设计与表达、工程设计与开发等能力。

4.4以学生为主体，教师积极引导的原则

在整个课程设计过程中，贯穿以学生为中心主体，教师发挥引导作用的原则。首先，学生要明确自己是课程设计实践活动的主体，整个过程都要积极参与，亲历亲为，发挥主动性和创造性，逐步养成独立思考、综合分析与解决问题的习惯，培养学生自主设计的能力。第二，教师注重引导学生全身心投入设计过程，提高自学能力和独立分析解决问题的能力；教师不能满足于让学生“学会”，而是要引导学生“会学”；尤其碰到难点问题时，一方面教师通过典型的案例分析，巩固和深化学生对基本理论知识的理解，启发学生思路；另一方面，鼓励学生表达自己对所遇问题的解决办法，然后讨论剖析，鼓励学生通过自己查阅资料寻找答案，提高学生独立解决问题的能力，引导学生真正从“我是工程师”的角度来钻研问题。最后，要改变教师“一步到位”，学生“照猫画虎、依葫芦画瓢”的老办法，激励学生敢于想象，敢于尝试、敢于创新，激发学生精益求精的工作作风和科学态度。

4.5要求统一，内容充实

为了提高课程设计的质量和设计的规范性，对课程设计制定了统一的要求：讨论并筛选制定生产工艺方案；主要设备的工艺计算；配套辅助设备的选型；绘制带控制点的工艺流程图；绘制车间设备布置图；编写设计计算说明书等。对于课程设计说明书，严格按照现行的设计规范要求，包括目录、设计题目、生产工艺流程图、方案说明、计算过程与说明、结果概要、评述及问题分析、参考文献等，训练学生在工程设计文件方面的撰写能力［6］。

4.6完善考核办法

科学设计成绩考核评定方法对提高课程设计质量有良好的促进作用。课程设计的成绩包括平时成绩（20）、设计说明书及图纸成绩（40）、答辩成绩（40）等，综合考查设计过程、图纸的质量、说明书质量、平时考勤、答辩等各环节，使给出的成绩尽量符合学生的实际设计水平。图纸质量的评分项目为图面是否干净整洁，布图是否合理，是否按照设计要求完成全部图纸，工程语言是否规范，有无缺项等。说明书的评分项目为设计思想是否新颖，格式是否规范，设计参数是否正确，能否叙述设计要点，方案是否新颖、工艺流程示意图和车间设备布置方案的说明及论证、设计结果概要（物料衡算过程与结果、设备选型计算步骤与结果、车间布置形式等）、对设计的评述及有关问题的分析讨论以及参考文献等。答辩评分项目包括设计陈述、问题回答和讨论的能力。这种开放式的考核方式，增强了学生的积极性与主动性，提高了解决问题的能力，使学生之间相互取长补短，共同提高。

4.7重视课程设计总结与提高

学生按要求完成课程设计任务后，组织一个课程设计总结报告会，让每一个学生把自己在课程设计中遇到的问题、解决的方法、收获与体会以及不完善之处总结出来，大家互相探讨，教师作适当的点评。通过总结，往往可使学生对知识的理解更深刻，对工程设计的方法更了解、更明确。

5　课程设计改革的效果

通过近几年的课程设计，我们不断改进教学方式。实践证明，通过上述方式的改革，充分调动了学生的积极性和主动性，使学生能够自觉去查阅相关手册资料，查阅设计图纸，了解设计流程。改革后的课程设计过程，对教师和学生都是一种学习。学生开阔了思路，扩大了视野；老师加强了教学与科研能力。这种教学相长的形式，既有利于提高学生的工程设计能力，又有利于提升教师的业务水平。

总之，通过对《生物工程工厂设计课程设计》这门实践教学课程的改革与探索，有效提高了学生独立分析与解决工程实际问题的能力，培养了学生的工程素质，学生普遍反映加深了自身对课堂理论知识的理解与记忆。

［1］唐浩国，张仲欣，孙雪，等.《食品工程原理》课程设计教改研究［J］.陕西教育，2009（10）：219-220.

［2］纪俊敏，魏安池，刘玉兰.《食品工程原理课程设计》教学改革研究与实践［J］.广州化工，2014，42（1）：128-129.

［3］解新安，李雁，李璐.《食品工程原理》课程设计的探索与实践［J］.中国科技信息，2012（5）：131.

［4］谢毅.提高食品工程原理课程设计质量的研究与实践［J］.广西大学学报：自然科学版，2008，33（增刊）：292-293.

［5］孙步峰.生物工程专业《生物工程工厂设计概论》课程设计初探［J］.中国科教创新导刊，2013（20）：30.

［6］李晓生，林蔚，杨长龙，等.工厂设计概论与课程设计的相关性分析［J］.高师理科学刊，2012，32（1）：119-120.

Reform and Exploration of Curriculum Design of Bioengineering Factory Design under Engineering Education Background

REN Haiwei，LI Xueyan，LI Zhizhong and GONG Huiling
（College of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou，Gansu 730050，China）

The curriculum design of bioengineering factory design is part of undergraduate teaching practice mainly emphasizing professional，technical，comprehensive and practical links.Some problems in the teaching process were discussed and the teaching reform was carried out. In the teaching process，we brought students'subjective initiative into full play and focused on culturing their practical ability and pioneering spirits.Such reform had effectively improved teaching quality in practice.

curriculum design；teaching reform；teaching practice

G42

A

1001-9286（2016）10-0131-03

10.13746/j.njkj.2016248

兰州理工大学教学研究项目（JY2013008）。

2016-08-08

任海伟（1983-），男，山西孝义人，硕士，副教授，从事生物工程工厂设计方面的教学工作，E-mail：rhw52571119@163.com。

优先数字出版时间：2016-09-14；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160914.1513.008.html。