民族高校《生物工程设备》教学难点探析——以西北民族大学为例

李春鸣

(西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030)

西北民族大学生命科学与工程学院从2001年开始招收生物工程专业的本科生，至今已连续招生20年，每年平均招收本科生70多名.这些毕业生分布在全国各地的工作岗位，为我国的生物工程与生物技术发展作出了重要贡献.《生物工程设备》是生物工程专业的重要内容，而如何讲授好《生物工程设备》，让学生充分理解理论知识，并将理论知识运用于生产实践，对学生专业素质的巩固与提高具有重要意义.

1 《生物工程设备》简介

《生物工程设备》是大学本科生物工程的专业课[1]，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的一门课程[2].西北民族大学生命科学与工程学院《生物工程设备》主要讲授生物反应器中的通风发酵设备，嫌气发酵设备；生物反应物料处理及产物分离纯化设备中的物料处理与培养基制备，过滤、离心与膜分离设备;萃取与色谱分离设备;蒸发与结晶设备;干燥设备，蒸馏设备以及辅助系统设备空气净化除菌与空气调节设备的构造、原理及应用.《生物工程设备》将生物工程技术和化学工程与设备有机结合，是一门实践性很强的学科，需要学生在先修课的基础上，通过本课程的学习，了解和掌握不同类型的生物工程设备工作原理.通过本课程的学习，使学生掌握生物工程企业的设备流程、设备结构及工作原理，将专业知识用于生物工程产品生产过程中上游、中游与下游的比较与综合分析.并在此基础上，了解国内外生物工程与设备的新技术、新设备及发展方向，使学生初步具备独立分析和解决生产及试验研究方面工程设备问题的能力.

2 《生物工程设备》教学难点

2.1 课程内容繁多

西北民族大学生命科学与工程学院《生物工程设备》教材采用中国轻工业出版社出版，华南理工大学梁世中主编的《生物工程设备》.鉴于培养计划的课时安排和学院实际的实验条件，对本课程实际讲授内容做了相应的调整.第一篇生物反应器，主要讲授通风发酵设备、嫌气发酵设备；第二篇生物反应物料处理及产物分离纯化设备，主要讲授物料处理与培养基制备、过滤离心与膜分离设备、萃取与色谱分离设备、蒸发与结晶设备、干燥设备、蒸馏设备；第三篇辅助系统设备，主要讲授空气净化除菌与空气调节设备.为了便于学生理解各种设备的结构、工作原理及设计计算，每一种设备不但要讲授工程设备的专业知识，还要将一些非常必要的物理、化学、数学等基础知识进行讲授.如在讲授第二篇生物反应物料处理及产物分离纯化设备中的过滤离心与膜分离设备这一章时，就必须先给学生讲授清楚过滤的原理及分类，以及如何强化过滤速度、膜的定义及膜的工作原理；讲授蒸发与结晶设备时，必须先把蒸发与结晶的概念及原理讲授好等，这些内容都涉及大量的物理、化学、数学的基础知识.本学院2018版培养方案将《生物工程设备》的理论讲授课时缩减到了36学时，在这样的授课时数里要将上述内容完整全面地讲述清楚，并要保证学生理解掌握，对于教师和学生来说，都面临巨大挑战.

2.2 学生工程实践能力薄弱，理解课程内容存在困难

《生物工程设备》是一门实践性非常强的课程[3]，内容涉及发酵工程，生物分离工程等大量工程方面的专业知识.如果学生有工程实践的基础，对本课程的学习会有很大帮助.从2018年开始，西北民族大学生命科学与工程学院全面实行新的培养计划和培养方案，将《生物工程设备》的开课时间由之前的第5学期调整到第4学期，这就使得学生学习《生物工程设备》的时间进一步提前.大学二年级的学生，还没有开始教学实习工作，接触工程类实践的机会很少.虽然新的培养方案增加了《生物反应工程及设备生产实习》，但《生物反应工程及设备生产实习》和《生物工程设备》是在同一学期开设，并且是先学习《生物工程设备》课程，在学期末的最后2周，学习《生物反应工程及设备生产实习》.这种情况下，学生学习《生物工程设备》时，工程实践的基础还比较薄弱.根据历年学生的普遍反映，《生物工程设备》知识点繁多，课程内容涉及很多工程实践知识，学生学习时感到费力.如果缺乏工程实践基础，理解掌握这些知识对大学二年级的学生来说绝非易事.《生物工程设备》不仅涉及很多工程实践基础，对学生的数学、化学、物理等学科的基础知识也有很高的要求[4]，这就使得部分数学、化学、物理等学科基础薄弱的学生学习起来更加吃力.

2.3 课程内容枯燥，学生学习兴趣淡薄

《生物工程设备》开设时间在大学生活的第二年，这一年级的学生，思想活跃，容易受到外界环境的影响和干扰，部分学生还沉迷于网络世界，学习专业知识的兴趣淡薄.《生物工程设备》要讲授各种工程设备的构造、工作原理及设计计算，内容繁杂枯燥.由于本课程极强的专业性质，部分学生学习兴趣低，学习动力不足，在教学过程中表现出课前不预习、课后不复习、课堂上不专心、看手机、不认真记笔记等现象.这些现象的存在，说明学生听课效率低，学习《生物工程设备》的主观能动性不能被有效激发.

2.4 实践教学课时少，工程设备条件薄弱

《生物工程设备》是生物工程专业培养计划中工程学重要的组成部分，是培养学生工程意识的重要环节[5].《生物工程设备》除了理论讲授课时之外，根据培养目标和教学大纲要求，还设置了12学时的实验学时.鉴于《生物工程设备》课程的特点，实验学时远远不能满足工程类课程的实践要求，加之教学经费有限，工程设备存在不足，导致本课程实践教学环节薄弱.由于实践环节的课时问题，《生物工程设备》教学开展时学生很少有直接接触工程实践的机会和能力[6]，而传统课堂式教学法无法给学生提供接触和操作专业设备的机会[7].近年来，本院与苏州、上海、浙江、山东等地的生物技术公司开展合作，学生利用假期去这些公司进行教学实习，这样学生在参与生产实习实践的过程中，接触了理论讲授方面的大量工程设备，一定程度上弥补了《生物工程设备》课程实践教学环节的不足.

3 《生物工程设备》学习建议与要求

《生物工程设备》是生物工程专业设置中难度较大的一门课程，学习过程中会涉及大量的设备构造和工作原理，这就要求学生在学习过程中进行课前预习，对不能理解的内容做出标记，以便有针对性地听讲；课堂上要做到认真听讲，做好笔记，尤其是老师强调的重点内容，不仅要将课本上的知识吃透，还要将老师在课件上额外补充的内容也要认真做好记录，因为这些内容对补充理解课程内容大有裨益.课后复习要加强对重点知识的理解记忆.通过做课后作业，掌握每一节课的重点内容.课堂上要多看课本并结合网络与多媒体，帮助理解各种设备的构造及工作原理.《生物工程设备》考核成绩建议由平时成绩、期中成绩和期末成绩组成.其中平时成绩要包括考勤、提问和笔记等，各部分都占有相应的比例，这样会督促与激发学生在学习的整个过程中，对每一个环节都要认真完成.

2018版新的培养方案中生物工程专业增加了《生物反应工程及设备生产实习》实践课程，这在很大程度上弥补了《生物工程设备》课程实践教学环节的不足.在教学实习与生产实践阶段，建议学院负责联系学生进行实习的科研、企业单位，给学生教学实习与生产实践搭建平台，让学生在深入企业生产流程的过程中，结合所学理论知识，认真学习教学实习基地的设备，了解各种生物工程设备的结构及特点，以加深对各种生物工程设备的理解.作为一名生物工程专业的本科生，学生在认真完成理论学习的基础上，应该珍惜来之不易的教学实习机会.在实习过程中，要严格遵守实习单位的规章制度，按时考勤，认真负责地完成实习单位主管部门布置的各项工作，力争给实习单位留下良好印象，为学弟学妹做好榜样开好头，也为后续与实习工作单位继续顺利合作打下良好基础.同学们在每一项实习工作中要强化自己的专业知识，锻炼自己的团结协作能力，以便为将来从事生物工程相关工作打下坚实的基础.