地方高等院校《生物工程设备》课程教学现状及对策研究

余响华 刘小文

摘 要：为满足我国生物技术产业化发展的需要，高等院校需不断改进生物工程专业课程的教学方式与方法，提高学生的工程应用能力。地方高等院校办学面临的问题较多，本文以湖南科技学院为例，提出了：绪论讲解前沿化、知识结构模块化、教学内容生动化和教学形式多元化四大对策，以提高《生物工程设备》教学质量。

关键词：生物工程设备 地方高校 教学方法 教学改革

《生物工程设备》是生物工程专业一门十分重要的专业必修课程^[1]且在课程体系中属核心课程。要求学生通过本课程的学习，掌握不同类型的生物反应器工作原理、结构、性能与特点，了解主要设备的设计计算及选型以及国内外生物工程设备的新技术、新设备及发展动向，懂得如何运用设备设计原理去分析和解决生产过程中的具体问题，改造或改进原有生产流程使其更符合客观规律，实现发酵过程的优化，提高生产过程的经济和社会效益。^[2]因此，该课程对于培养现代生物工程技术的高级专门人才至关重要。生物工程作为工程学科，必须面对产业发展需要，与当地的社会经济和高校实际情况紧密联系，不断进行课程体系的改革与实践，使生物专业学生工程意识的培养真正成为工程教育中必不可少的组成部分。^[3]

2008年生物工程专业批准确定为教育部第一类特色专业，之后连续获得湖南省“十一五”“十二五”“十三五”专业综合改革试点项目支持，湖南科技学院生物工程专业致力于培养为地方农业产业化服务的综合应用型人才，要求学生能够掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术和工程设计等基础理论、基本技能，能在生物工程技术领域从事设计、生产、管理、新技术研究和新产品开发等工作。众所周知，设备是产业化的直接表现形式，也是实现工业化生产的物质基础，更是衡量一个产业发展水平的重要指标，专业设备的质量高低，直接决定了加工产品的质量。故《生物工程设备》是培养学生工程素养的一个必不可少的环节，更是实现本专业人才培养目标的重要组成部分，其教学质量的高低，直接影响我校生物工程人才的质量。湖南科技学院对《生物工程设备》课程的教学改革给予了充分支持，我们从课程建设、教学方法、教学内容、教学形式等方面进行了多方面的改革，并取得了良好的效果。

一、当前教学现状

湖南科技學院原属地方师范院校，于2002年创建生物工程专业，经过对具备工科背景人才的大力引进，以及历届教学管理者和专业教学团队的规划建设，已建成国家级、省级特色专业，但仍存在工科专业教师比例相对偏低，专业教学培养效果难以保证等问题。如2016级、2017级生工专业，制定培养计划仅36学时，导致许多工程设计基础类的知识无法实施，在教学过程中只能观其大略，作一下设备类型、流程、特征、结构等方面的介绍;与本课程相关的一些理论基础知识点，如气液双膜理论、福田秀雄的轴功率计算公式等知识并未对学生实施讲解教学，导致本课程的教学内容十分繁重，在具体实施教学过程中只能退而求其次、降低标准，以完成整体课程内容涵盖范围为要。要培养出应用型的专业人才，离不开对学生工程意识的培养，而要使学生具备工程意识，首先需要相关专业教师具备工科背景，以及足够的工厂实践经验，让这些有工程意识的教师积极参与到课程体系的制定与规划过程中来，提高专业课程设置的科学性与合理性。

1.学生观念的变化导致工程应用类课程兴趣减弱

伴随着网络经营模式的兴起，以及传统制造行业的长期不景气，与生物工程专业相关的高新技术企业正方兴未艾，高端技术型企业对人才的需求也在发生变化。经8年以上的学生跟踪访谈结果显示，学生对未来从事工作的期望已经有了微妙的变化，当下我校生工专业大学生更愿意从事一些相对轻松、智力依赖型的技术性、服务性工作或研究任务，对工程技术性质的工种兴趣不大，即使已明确告知学生技术人员的提升高度后，学生对相关课程知识点的兴趣仍然不足。相对于高精仪器而言，学生对生产设备的亲和度明显偏弱，认为这是工人才需要掌握的知识，对工程类知识及技能存在一定偏见。

2.教学条件仍有待提高

作为一门专业性极强的应用性课程，所学习的对象皆是本行业内常见的专业生产设备，而学生实践经验普遍十分薄弱，对专业设备更是接触不多，常规的教学手段容易使学生产生枯燥乏味之感，学生对所学知识的应用范畴感触不强，教师教的过程中也倍感压力，导致学习效果大打折扣。这其中固然与本课程内容密切相关，但作为一个教学单位，适当增加教学投入，积极引进一些教学模型或仿真软件，将有助于学生学习效果的提高。

除了以上几点，在教学过程中，《生物工程设备》还存在教学内容多、教学难度大，学生学习热情不高等问题。为改进上述不足，加强学生工程意识能力的培养，结合我校实际情况，通过以下几个方面对《生物工程设备》教学方法进行了改革和实践，并取得了理想效果。

二、提高课堂教学质量的对策

1.绪论讲解前沿化

绪论是一门课程的开始，绪论质量的高低，可以反映出主讲教师对该课程的认识深度与广度，也决定了学生对该课程学习兴趣的高低。^[4]根据大一大二打下的基础，学生基本了解一个典型的生物产业实现技术过程，即以“原料→前处理→微生物扩培→规模化悬浮培养（发酵）→分离、纯化→干燥→混料→成品”流程为主线，采用互动问答的形式使学生了解各个环节所涉及的技术种类与要点;再进一步引出与采用该技术生产的主体—设备，然后从整体上介绍设备的分类、选型标准、设计要求等，包括新型设备的应用情况;最后抛出问题，如“如果你来兴办一个生物企业，需要考虑哪些因素？”或“如何保证产品质量不下降的前提下提高生物企业竞争优势？”等问题，引导学生如何从实际出发去考虑技术问题，培养学生的工程意识。

2.知识结构模块化

本课程内容体系分为三大知识模块：第一模块：生物反应器，此模块下又包含三个小模块：（1）通风发酵设备;（2）嫌气发酵设备;（3）动植物细胞培养反应器;其中以第一小模块的教学内容为主，第二小模块次之，第三小模块再次之的顺序分层次逐级讲解，且通风发酵设备模块中又以机械搅拌式通风发酵罐为重点核心内容。第二模块：生物反应物料处理及产物分离纯化设备，此模块内容包括：（1）物料处理与培养基制备;（2）过滤、离心与膜分离设备;（3）萃取与色谱分离设备;（4）蒸发与结晶设备;（5）干燥设备;（6）蒸馏设备，共6个小模块，每个模块分4-6学时完成，共计30学时。第三模块：辅助系统设备，此模块包含3个小模块：（1）空气净化除菌与空气调节;（2）物料输送系统设备;（3）生物工程工厂制冷系统设备及管道的清洗杀菌。此三大模块中，以第一、第二大模块为主，第三模块为辅，分步骤、有序地实施教学，在教学过程中，实时向学生介绍一些国内外专业设备生产与应用现状，以及相关零部件或设备的国家/行业标准，并在实例讲解的过程中引导学生如何查阅和选择国标，使学生充分认识到国标及行标在工业设计与应用中的重要作用。

3.教学内容生动化

由于生物工程设备课程的特殊性质，在教学过程中不可避免地会穿插运用到多门专业基础课的知识，学生必须面对大量的方程式、公式以及各种设备结构模型，若仍采用传统的数学教学方式，必定使学生产生枯燥、乏味之感。为改善这种状况，主讲教师须力求使课件内容生动有吸引力，在不影响主体教学任务的情况下，我们作了如下改进：（1）积极引入各类型的仿真视频，如“啤酒的酿造”“味精的生产”等，可使学生更加直观地理解本行业生产工艺流程，以及各个设备在不同生产要求中的应用;（2）适时启用虚拟实验室，让学生通过模拟软件控制整个啤酒酿造生产过程，不仅使学生掌握了实际生产设备操作流程和要点，而且进一步强化了学生对相关设备结构及工作原理的理解;（3）采用动静结合的方式搭配图片，如罐或锅，可先放仿真模拟三维图和实物图，再放工作动态图，最后再放平面布置图及截面图。如此，丰富了课堂信息量，可在一定程度上提高学生的感性认知效果。

4.教学形式多元化

践行“以学生为主体”的教学理念，对于一些难点兼重点的理论知识及实例教学部分，自然以教师讲解为主，而对于那些其他课程已涉及或部分学习过的内容，如动物/植物细胞培养生物反应器、膜分离设备、萃取与色谱分离设备，其分离原理与技术已在专业课程《细胞工程》和《生物分离工程》中涉及;而蒸馏设备的分离原理部分则已在专业基础课程《化工原理》中进行了系统性学习，这些内容可采用启发式、研讨式^[5]或学生直接上台讲解的形式展开教学。另外如“生物反应器的检测控制”部分则可完全采用学生自学的方式进行，如“培养基制备”“空气净化除菌及计算”等部分内容还可采用探究式教学模式，在实施讲解之前，根据这些章节部分的内容，提前布置一些诸如“糖化的最终目的是什么？”“空气介质过滤模型厚度计算中为何不考虑介质厚度对气体膨胀的影响？”“如何看待糖化锅与糊化锅在结构上的相似性？”等问题，以及“还有哪些可改进的措施或更加理想的计算模拟模型？”这一类拓展性问题，锻炼学生思考工程技术问题的全面性和实用性，提高学生对工程技术类知识的提出问题的能力，以及探索研究、解决问题的能力。在开展这类教学形式之前，要求学生在课余查阅相关资料，课堂上给予充分的机会加以讨论，最后由教师归纳总结，使学生学有所用、学有所获。

结语

通过上述教学对策的探索与实施，学生对《生物工程设备》的学习兴趣、学习热情有了明显的改善，学生尤其对教学形式和教学内容的调整反应最为积极，在一定程度上改变了大部分学生对于这类课程的“枯燥”“机械”的看法。通过对《生物工程设備》的教学改革，拓展了学生的专业知识、锻炼了学生看待工程问题、提出问题、解决问题的能力，培养了学生专业综合知识的运用能力，提高了本课程的教学质量，较好地完成了本课程在我校生工专业人才培养目标中应达到的效果。

参考文献

[1]王鸿飞，李和生，桑卫国，等.《生物工程设备》课程教学改革[J].宁波大学学报（教育科学版），2012，34（5）：98-100.

[2]陈必链，郑毅，陈建平，等.提高《生物工程设备》课程教学质量的探索与实践[J].微生物学通报，2007，34（4）：822-825.

[3]库文珍，刘石泉，董萌，等.生物工程专业学生工程意识培养的探讨[J].广州化工，2017（5）：160-161.

[4]王卫，吴耀辉，黎继烈，等.理论性与应用性并重的发酵设备课程教学改革[J].化工高等教育，2016，33（4）：62-65.

[5]舒国伟，陈合，吕嘉枥，等.《生物工程设备》课程教改初探[J].新西部，2013（z1）：47-47.