“新工科”背景下生物分离工程实践教学改革研究

2020-01-07杜丽平马立娟夏梦雷

科教导刊 2020年29期

杜丽平马立娟夏梦雷

（天津科技大学生物工程学院天津 300457）

0 引言

现阶段生物工程发展迅速，生物分离过程是生物工程中必不可少的也是极为专业的环节，分离技术是生物高新技术能否实现产业化的关键。同时生物分离工程是一门实践属性突出的课程，在生物工程专业的课程设置中处于桥梁和纽带地位，对专业人才的培养发挥着重要作用。因此在新工科的背景下，生物分离工程的实践教学如何面对新理念、新要求，找到继承与创新的新途径，值得我们思考。

1 关于新工科与生物分离工程

相比传统的工科专业，“新工科”的特点在于不但吸取了传统学科的优势，还结合了新市场、新科技、新要求所带来的学科发展趋势，思考社会对工科人才的新标准和高校培养的新模式。也就是说，“新工科”新在创新迭代，对工科教育的长远发展做了战略性的思考和探索。

自2016 年“新工科”的概念被提出后，国家教育部门便对新工科的建设进行了系统的规划与推进。“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”作为新工科建设的三部曲，开辟了高校对新工科建设的探索之路，在这之后，“天大方案”“F计划”“成电方案”等纷纷涌现。[1]国家和高校合力探索提升师资队伍质量、专业建设质量、课程建设质量、育人生态质量、双创教育质量等多方面的方案措施，形成优秀的中国模式、中国经验，为国家高等教育的建设添砖加瓦。

生物分离工程是生物工程专业中非常重要的一门必修课程，是一门实践性和应用性极强的学科。在学习过程中，学生需要掌握多个学科的专业知识，如生物化学、基础化学、化工原理、微生物学等，还要具备对知识进行综合运用的能力。[2]最终要求学生能够在实际工作中熟练地将理论应用于实践，进行正确的操作，指导生产，服务生产，因此这门学科的讲授也是具有一定难度的。

2 生物分离工程实践教学改革措施

对于实践教学，过去人们会将它与课堂理论教学进行对比，认为它是对课堂理论知识的课外应用。如今随着“新工科”理念的提出和教育改革的推进，人们对实践教学的认识有了新的延伸，即实践教学应贯穿于整个教学过程中，从课堂内的教学内容到课堂外的理论研究，从校园内的实验操作到校园外的实践教学。

目前高校对生物分离工程的实践教学还存在很多问题，如课堂内容过多，无法突出教学重点，实践教学的学时安排得太少，学生对实践过程不重视且考核缺乏严格标准，学生实践能力弱等。因此对生物分离工程进行实践教学的改革迫在眉睫，高校应引起重视。

（1）优化教学内容，增强课堂教学的针对性。在高校内，“生物分离工程”这门专业课一般是对高年级的学生开设的，这些学生一方面专业课多且难度大，另一方面面临着实习或就业压力，学生有限的学习时间被压缩，因此他们对专业课内容的学习会更侧重于有利于就业的或对升学有直接帮助的课程。因此可以根据学生的发展方向将其分为两大类，一类是要在生产一线从事生物工业的生产和管理工作的学生，另一类是要在科研院内进行基础或应用研究的学生。学校和教师应考虑到学生的具体需求，将理论知识与实际设备相结合，针对这两类学生优化教学内容，例如讲分离技术时，应将它在科学研究和工业上的利用现状都介绍给学生，使两类学生都能学到有用的知识，提高学生的课堂兴趣。通过这种方式优化教学内容，增强课堂教学的针对性。[3]

（2）加强与其他学科间的联系。生物分离工程作为一门综合性的学科，是以相关的公共课为基础、以其他生物工程专业课为支撑来进行学习的学科。我们不难发现，在课堂中进行过程的讲解以及结果的运算时都会涉及到很多高数学科的内容，如萃取平衡的推导和萃取率的计算就需要高等数学的知识。然而部分学生对高数知识掌握得不牢固，没有打好基础，对这部分内容的学习和理解就会产生困难，久而久之形成恶性循环，失去学习兴趣。因此对相关公共课的考核一定要重视，学院应根据各个专业的学科特点，对公共课的考核实行不同的标准。对于其他专业课，也应设计好与生物分离工程的学科联系，讲解时要做到面面俱到。[4]同时对重要的内容要做到重点考查，让学生明确公共课和专业课中的必要联系。

（3）充分利用现代化手段，实现多媒体与板书教学的有机结合。多媒体教学在高校内已经相当普及，对生物分离工程来讲，将教学内容制作成PPT 并通过多媒体播放是有一定的好处的，因为这门学科教学内容多、复杂、抽象且应用性强，而多媒体可以将声音、图像、文字融为一体，且可以以动画的形式将实际生产过程展示给学生，方便学生理解，并能够有效激发学习兴趣。不过多媒体教学并不适用于全部课程内容，因为它一次展示的信息量大，学生的接受速度和做笔记的速度会跟不上多媒体的变换速度，反而对学生当堂掌握知识点不利。传统的板书教学中教师的板书速度可以使学生有充分的时间去理解和做笔记，学生与教师的思维能够保持同步。基于这种情况，教师应合理利用多媒体教学与板书教学，将两者充分结合，实现课堂效果。对于计算结果的推导，如讲授用同量溶剂萃取物质时，多次萃取比用相同溶剂一次萃取的效果要好，应采用板书教学法，计算出相应的萃取率，让学生看到两者之间的区别，方便学生接受和理解。[5]而对于分离设备或者分离操作，如讲授色谱原理时，关于维茨特创立色谱法的过程和方法，就可以利用多媒体教学，通过动画展示的方式向学生呈现相关，既形象又便捷。因此教师要充分利用现代化手段，实现多媒体和板书教学的有机结合。

（4）强化实践教学环节，重视工程能力及创新能力的培养。实践教学作为生物分离工程教学的重要组成部分，是最能体现新工科教育理念的教学手段。学校应多组织学生到校外参观生物工程产业和高新技术园区，了解生物产品的生产流程，与企业进行合作成立学生实习基地，让学生能够充分利用实习机会学习一些生物工程的操作设备和操作方法，同时还应向学生介绍生物工程产品在生产中的地位，使学生了解得更加全面。[6]学校还应培养教师的实践教学能力，从学院的教师中选拔优秀教师并对他们的科研任务进行适当控制，让这些优秀教师到企业中进行实践，与企业合作完成生产项目，既能帮助企业创造利益，又能培养企业作为校外实习基地的校企合作关系。在校内，学校应对生物分离工程学科开设生物技术大实验课，帮助学生掌握生物产品的生产流程，同时将本学科的各个实验操作有机串联起来，实现实验教学的节约化、集成化。对于实验器材，学校应设立项目经费，提升实验室的硬件水平，尽量使每位学生都能够亲自动手完成实验，改变以前只能通过教师演示实验以及新实验难开展的状况，提高学生的实验动手能力和实验课的教学质量。

（5）优化考核体系。生物分离工程实验是生物工程专业重要的实验课程之一，实验考核是检验学生实践能力和教师授课效果的主要方式。目前大部分院校对学生的考核大都重结果、轻过程，单凭学生的实验报告来判断好坏，忽视中间重要的过程，导致学生对实验不上心，认为只是走过场。如今，在“新工科”的要求下，学校应该落实以学生为本的教学理念，将学生放在主体地位，对学生的考核要适应社会的发展需求，不仅需要考查操作过程是否规范、方案设计是否合理、结果分析是否透彻，还要考察实验的创新性、小组研讨的积极性和团队协作的能力。[7]此外，学校应加强对学生表达能力、逻辑能力以及分析概括能力的培养，因为实验报告对于实践性极强的生物分离工程专业来讲，就是一篇富有见解的科研论文，是学生进行科学研究必须要掌握的一项技能。