成果导向教育理念在《生物工程综合实验》课程中的应用

阎欲晓，粟桂娇，蒋承建，金健

广西大学生命科学与技术学院（南宁 530004）

成果导向教育（Outcome-based education）理念也称为OBE教育理念，是一种以学生的学习成果（Learning outcomes）为导向的教育理念，认为教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程所取得的学习成果[1]。注重对学生学习产出进行分析，反向设计学生的教育结构以及相关评价体系，注重培养学生把学术知识转化为解决实际问题的能力。该理念下教学的各个环节都是紧紧围绕学生进行设计并实施的，在创新应用型人才培养方面具有十分重要意义[2]。

随着现代生物技术的迅猛发展，社会对生物工程专业的人才需求由理论研究型人才的需求逐渐转向对应用创新型人才的需求，用人单位在人才的引进上越来越倾向“知识、能力、素质”综合发展的具有一定创新精神的应用型人才。OBE模式的理念适应社会，特别是企业界对人才培养的需求，即学生的技能与能力应以可观察、可测量及可应用的模式呈现[3-4]，因此构建并实施成果导向式教学模式和课程考核及评价机制势在必行。

1 成果导向教育模式在《生物工程综合实验》课程的实施

对于工科专业来说，实验教学是教学体系的一个重要组成部分，是培养学生掌握专业技能的重要手段，也是培养学生分析问题、解决问题的能力及创新意识的重要途径[5-6]。《生物工程综合实验》是将生物工程多种技术串联起来的综合性专业实践课程，学生在掌握生物工程领域的理论知识、基本实验技能的基础上综合已学的知识来设计和操作实验，是一种对学生实验技能和实验方法进行综合训练的复合型实验[7]。广西大学生命科学与技术学院独立设课的《生物工程综合实验》遵循OBE“学生中心”“成果导向”“持续改进”的核心理念[8]，以综合性、系统性、研究性、应用性为构建思路和原则[9-10]，设计一批综合设计性实验项目，采取任务为主线、教师为主导、学生自主探索为核心的教学模式，调动学生主观能动性，建立学生工程意识，提高学生知识运用的综合能力和融合能力。

1.1 构建课程的预期学习产出

根据成果导向教育模式，学生预期学习产出先于教学内容而存在，首先明确学生的预期学习产出，反推教学过程再进行评估，形成闭环的内循环系统。结合2015版工程教育专业认证中的12条毕业要求，构建该课程支撑生物工程专业毕业要求的4个一级指标和9个二级指标点，见表1。

学生预期学习成果包括知识性成果、技术性成果和能力成果。生物工程综合设计性实验涵盖生物工程学科的主要内容与通用技术，学生可在掌握生物工程领域基础理论知识（知识成果）和实验技能（技术成果）的基础上，设计实验方案，应用知识和技术成果来解决实际问题（能力成果），是对学生由知识性成果→技术性成果→能力成果的综合检验过程。

表1 《生物工程综合实验》课程支撑专业毕业要求的指标点

1.2 实现预期的学习产出

为将成果导向（OBE）教学模式更好地渗透到实验教学中，实现预期学习产出，教师团队以学习成果为导向，项目为主体、任务为驱动，对生物工程综合设计性实验的教学内容、教学方法、教学手段和课程考核及评价方法进行探索与实践。

1.2.1 构建模块化实验内容

开设的《生物工程综合实验》包括发酵工程、酶工程和基因工程3个模块大实验，具体实验内容见表2。这3个模块实验均以产品的生产工艺为主线，其中多个设计性环节子项目穿插于主线中，每个实验均从立题到查资料、从设计实验到具体实施、从分析实验数据到撰写论文所构成。模块化实验教学可提高学生的探究能力和实验技能综合运用能力。

选择开设“酒精发酵工艺”实验是顺应中国提出利用非粮原料进行生物质能的生产的方向，结合广西资源特色，以非粮原料糖蜜、木薯淀粉为原料生产酒精，具有实用性和应用性，学生的兴趣高。

“米曲霉固态发酵产中性蛋白酶及其分离纯化和应用”实验涵盖三部分实验，从“米曲霉固态发酵产蛋白酶”实验出发，进而“中性蛋白酶的分离与纯化”实验，并延续“蛋白酶粗酶液水解植物蛋白制备活性多肽实验”。教学内容充实，学科交叉显著，呈现给学生从“菌种接种→固态培养→产物生成→产物提纯→产物应用”的完整工艺实验过程。

“基因工程菌发酵生产耐高温α-淀粉酶”实验是科研反哺于教学，依托广西大学国家重点实验室的科研成果，开设“基因工程菌发酵生产耐高温α-淀粉酶实验”。出发菌株为：地衣芽孢杆菌→提取菌株基因组DNA→克隆耐高温α-淀粉酶基因→目的基因在大肠杆菌中表达→获得产耐高温α-淀粉酶基因工程菌→5 L发酵罐中发酵表达，定时取样菌体浓度、pH、溶解氧及底物利用与产物生成情况。把分、切、接、转、筛、表等基因工程课程的核心内容综合起来，通过产淀粉酶细菌的上罐发酵将发酵工程和酶工程实验完美结合，形成有序的生物工程上中下游的“链”式知识体系。

表2 实验项目表

1.2.2 设计性子项目贯穿于实验的综合主线中

坚持教学与研究相统一的实验教学手段，在综合主线上开设具有设计性、可操作性和探索性的子项目。通过对子项目的探究，培养学生自主学习能力，提高检索文献和归纳资料的能力、实验设计的能力、分析问题能力，还有利于培养学生团队精神和协作能力。

“酒精发酵工艺设计实验”的综合主线是以酒精发酵的原料选择为起点，采取固定化酵母细胞和游离酵母细胞两种方式进行发酵。在这条主线中，学生的设计性模块项目及重点问题包括：（1）发酵培养基原料的选择。每组选取不同原料（如木薯淀粉、糖蜜），查阅资料确定原料预处理方法，并配制好相应的发酵培养基；（2）固定化细胞载体材料的选择。选择不同的固定化载体（海藻酸盐、明胶、琼脂糖、聚丙烯酰胺等），鼓励采用新型载体材料制备固定化酵母细胞，并进行固定化细胞发酵和游离细胞发酵的对比实验。学生对固定化细胞的制备实验兴趣高，项目具有很强的实用性和应用性，有助于开拓学生专业视野，对学生就业能力的提高有所帮助。

“米曲霉固态发酵产中性蛋白酶并分离纯化和应用实验”在固态培养基配方和蛋白酶分离纯化环节设置2个探究性子实验。（1）固态培养基配方选择。要求每组设计不同的固态培养基配方，通过对不同培养基成分及配比对米曲霉产蛋白酶活力的影响进行分析，确定适宜的产酶培养基。（2）粗酶液的分离纯化。生物产物的分离纯化方法众多，建议学生选择实验室可操作性强，科研、应用意义强的技术方法进行具体实验方案设计。如采用双水相萃取技术和盐析法，科研成果丰富，文献资料充足，操作简单，可行性强，现已被广泛应用于生物产品的分离纯化[11]；双水相萃取法的关键是选取何种双水相体系及体系浓度的确定，每组选择一种双水相体系，探究3～4个体系浓度，确定出最佳萃取条件。分离纯化过程是生物技术实现产业化的关键技术，利用实验平台，强化学生发酵产物提取分离技术的训练，提高学生解决实际生产问题的能力。

1.3 评估学习产出

实验课程所承担的任务，除了加深对知识的理解和掌握外，更重要的是能力和素养的培养。为了更好地对学生综合能力和素养进行评价，实验课程的成绩评定由实验方案制定（总分20分）、操作过程表现（总分20分）、报告撰写（总分50分）及小组汇报（总分10分）4部分组成。采用科学的评价方法即课程达成度计算法[12-15]，通过设计考核环节与毕业要求指标点的关联表（表3），根据考核内容、评分标准与需要考核的毕业要求，建立起合理而全面的关联，对学生预期学习成果进行整体评估。

表3 考核环节与指标体系的关联及指标点达成度

考核环节与指标体系的关联表包含4个部分考核环节的总分值以及考核环节对指标点的权重系数。根据此表可计算指标点分项达成度，方法如式（1）所示。达成度的计算，可以全面评价学生学习效果，分析能力与素养方面的优势与不足，指明课程改进的方向，达到改善教学质量的目的，实现持续改进的理念。

以指标点4.1为例，通过学生成绩的原始数据采集，具体描述该指标点的达成度的计算过程。课程对各个指标点分项达成度计算公式为：

从表3和表4可知，指标点4.1的达成度是由实验方案和报告撰写2个环节确定。实验方案环节：总分20分，该环节对应4.1指标点的权重为0.3，学生平均得分为16.63分；报告撰写环节：总分50分，该环节对应4.1指标点的权重为0.2，学生平均分为42.07分；按式（1）计算可得指标点4.1的达成度为（16.63×0.3+42.07×0.2）/（20×0.3+50×0.2）=0.84。

通过对广西大学生物工程专业2014级《生物工程综合实验》课程对支撑毕业要求的9个二级指标点的达成度分析发现（见表3），其中有3项指标，即指标4.2（实验操作）、指标9.1（独立完成）和指标9.2（团队协作）达成度较高，超过0.85；但是指标3.1（实验方案设计）、指标3.2（创新能力）、指标4.3（分析问题能力）以及指标10.1和10.2（交流表达能力）的达成度相对较低，说明学生的知识性成果和技术性成果达成较好，但能力成果的培养达成需要进行针对性的改进和补充。

表4 支撑指标点4.1的考核环节原始数据采集

2 结语

《生物工程综合实验》课程作为生物工程专业人才培养过程中的一门重要的实践教学课程，承担专业理论知识掌握和验证及学生工程意识培养的任务。通过基于成果导向教育理念指导下的改革探索与实践，坚持以学生为本体和中心，以学生学习效果为导向，以持续改进为动力，根据课程支撑的毕业要求制定教学目标，设计教学内容，更新教学手段，制订课程目标达成度评价策略，学生的综合创新能力和工程意识得到不断提高。