基于工程教育认证为导向的“生物工程设备”课程教学改革的研究与实践

韩本勇，熊向峰，赵 鹏，余旭亚，徐军伟

（昆明理工大学生命科学与技术学院，云南昆明 650500）

0 引言

随着生物技术的发展，生物技术产业也在以前所未有的广度和深度迅速发展，而生物工程设备是现代生物技术产品产业化得以实现的关键[1]。“生物工程设备”是生物工程专业的一门重要专业必修课。该课程知识面广，是生物工程技术与化学工程技术的交叉结合体[2]，内容繁杂、实践和应用性强，同时涉及到学时少，教学内容更新快；同时，学生对生物工程工厂的了解很少，严重缺乏相关实践经验，认为该课程“枯燥”“机械”，大多数学生学习积极性及主动性不高，普遍觉得课程学习难度大，不易掌握学习内容，甚至出现厌学现象。

鉴于“生物工程设备”课程的教学实际，应针对该课程的特点，从学生学习的实际出发。同时，结合当前生物技术产业的发展趋势，顺应经济发展，以及工程教育改革发展的要求。对学校生物工程本科专业的主干课程“生物工程设备”的教学内容进行优化与改革，对教学手段与方法及实践教学等方面进行有益的探索与实践，进一步激发学生学习的积极性和主动性，以提高教学效果和教学质量。

1 结合工艺过程优化教学内容

“生物工程设备”是以生物产品的工业化生产为目标，学习和掌握生物产品的生产设备种类、原理，以及设备设计和选型，是培养学生解决复杂工程问题的重要课程之一，属于工程应用型课程体系[3]。在课堂教学中如何使“生物工程设备”课程教学变得生动、有趣，激发学生学习的积极性和主动性，优化课程教学内容，结合该课程的前沿技术进行知识更新，培养学生分析问题、解决问题的能力，是授课教师长期探索的重要课题。

生物加工过程从原料到产品，按照原料需经过预处理、反应及分离纯化的逻辑关系，把生物工程设备分为预处理设备、反应器及分离纯化设备[4]，同时考虑辅助生产系统设备，如无菌空气制备、水的制备及处理等。因此，应注重教学内容与工艺过程的紧密结合，进行工艺技术-设备结构与性能-设备应用的一体化教学，以生物技术产品主要生产设备为主线，重点讲授设备的种类、结构、工作原理、操作技能、工艺特性及相关设计的计算与选型，加强学生工程能力培养，使他们能独立分析工艺技术条件与设备之间的关系，思考设备选型及计算过程中的工程问题，提高工程应用能力，使他们成为合格的高级工程技术人才[5]。此外，针对当前生物技术行业的迅速发展、各种新型设备层出不穷的发展趋势，适时将国内外最新的相关科研成果和技术，以及生物工程设备的新发展、新思想和新概念引进课堂，更新和完善课程教学内容，将有利于学生视野的拓宽、学习兴趣的提高，进而增强学生的工程意识。

2 教学方法和手段的改进

“生物工程设备”属于工程类课程，在学生没有工厂实践经历和经验、缺乏对设备的感性认识条件下，仅靠教师课堂讲授理论知识，这样的学习过程枯燥干涩，且不利于学生工程意识的培养。为此，在教学过程中进行教学方法和手段的改进，激发学生的学习兴趣和积极性，培养学生的自主学习能力和工程应用能力，改变“满堂灌”的教学方法，进行启发式和研讨式的教学。

2.1 课堂教学中注重培养学生的学习兴趣和自主学习能力

教学方法是教学过程中教师与学生为实现教学目的和教学任务要求，在教学活动中所采取的行为方式[6]。长期以来，以教师为主导的“灌输式”教学，不注重学生自学能力的培养，学生处于被动学习状态，致使学习的积极性不足，教学效果欠佳。在新的历史时期，需要以工程教育认证为导向，坚持以人为本、学用结合的教学理念，在课堂教学中进行启发式、探究式教学。结合具体的工程实例的讲授，引导学生进行工程问题的分析，在激发学生学习兴趣的同时，有意识地挖掘学生的思维潜能，培养其分析和解决实际工程问题的能力和自主学习的能力。

在课堂教学中进行启发式和探究式教学，教师需要改变“灌输”教学的思路，把枯燥的设备融入具体的产品工艺技术路线中去，结合具体的工程实例应用，教师根据教学内容进行梗概性讲解，引导学生结合所学知识进行问题分析；然后再进行展开、设问。教师所提问题要有针对性地引导学生进行思考、分析和总结。有目的地培养学生勤于思考的学习习惯，从而激发学生的求知欲望。另外，加强学生自主学习能力的锻炼和培养，在课堂教学中，设置一定的课时，事先安排特定的主题，要求学生去查阅相关文献资料，并撰写报告，让学生在课堂上进行汇报交流，师生间展开讨论，最后由教师进行点评和总结。例如，以固液分离设备在生物工程工艺开发中的应用为主题，可使学生充分了解和掌握各种设备的结构、工作原理，以及设备的应用范围、场合，并能拓展学生对工艺开发过程的理解，促进学生对复杂工程问题的分析、解决与探究能力。

2.2 多种教学手段相结合，激发和提高学生学习的积极性

“生物工程设备”课程的特点是以设备结构、原理和设计计算为主，所以在课堂讲授前，先带领学生在学校的生物工程实训中心进行现场观摩，并初步讲解设备的结构、原理及功能，如发酵设备、过滤设备、分离设备、离子交换设备、空气除菌设备等，加强学生对设备的印象和理解。通过多年来教学科研的积累，积极进行教学方法与教学手段的研究，主要做法为:①在课堂教学中自己动手编制适合教学大纲要求的多媒体教学课件，尽可能地将电子教案、视频资源和动画展示融为一体。这样，有效增加了教学的信息量，同时，可对生物工程设备的结构、原理、性能和应用场景得到有效的表达和展现。在教学中加强对基本概念和基本理论的讲解，再结合工程实例的分析，提高了教学效率和学生的学习效果。②随着信息化技术的不断发展，笔者建立了“生物工程设备”网络课程，将课程教学资源上网，方便学生浏览和学习，使学生对课程知识有更加直观的认识，提高了学生的学习效率。同时，充分利用学校引进的在线课堂资源——雨课堂，将课前-课上-课后的环节紧密联系起来，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，使得师生的交流沟通及时反馈。在教学中，注重学生主体作用的发挥，采用多种教学形式和手段培养学生分析和解决实际工程问题的能力和综合素质。③在课程考核的改革方面，突出以能力为主的考核机制。为增强和培养学生分析和解决复杂工程问题的能力，积极探索和研究课程考核机制，重心放在考核学生综合素质与能力上，不断健全和完善考核方式和标准，使课程考核更具科学性和操作性。

3 适时优化实践教学环节

“生物工程设备”实践教学环节与理论教学构成完整的教学计划，是理论联系实际的桥梁，也是培养学生工程实践能力的有效手段。在课程建设中，增加了课程设计的实践环节，将“生物工程设备”与“过程装备基础”这2门课的课程设计融合。教师以某种生物技术产品（有机酸、酶制剂、抗生素、疫苗、单抗等）的生产工艺为主题，按照工艺技术条件构建课程设计的教学内容。教学内容侧重于生物工程设备的设计计算，围绕生物反应器的新型与设计计算，内容涉及发酵工艺原理、生物分离技术等。指导教师给出设计题目的总图要求，学生结合兴趣自行选择确定具体的设计题目（每3个学生为一组），指导学生先进行设备工艺部分的设计，得到的工艺参数用于设备的强度计算和设备设计，整个设计过程加强工艺与设备的有机结合，强调工程能力的培养。通过课程设计，引导学生查阅设计相关资料，进行理论计算及设备结构设计，完成设备工程图纸的绘图、设备设计报告撰写，最后进行设计成果汇报和答辩等方面的能力训练，为学生毕业前进行的综合实习、毕业设计，以及毕业后的工作奠定前期基础。

4 结语

根据生物工程应用和发展趋势，依托昆明理工大学生物工程专业学科特色和优势，进行“生物工程设备”课程教学改革与实践，在已形成的课程教学体系基础上，对课程教学内容与课程体系进行重组、整合与更新。结合云南生物医药大健康产业的

发展，以工程教育认证为导向，重点优选生物医药，生物化工等有关内容的课程体系与教学内容，注重工艺技术-设备结构与性能-设备应用的一体化教学改革与建设，不断更新、优化和完善课程体系与教学内容，改进教学方法和手段，优化实践教学，使课程教学体系与内容更具系统性、科学性和先进性。通过基于工程教育认证为导向的“生物工程设备”课程教学改革的研究与实践，加强了学生工程能力的培养，教学效果显著提高。