地方高校转型背景下生物工程专业课程设计教学改革与探索

杨 梅，黄秋婷，任重远，张仁文

(吉林化工学院 生物与食品工程学院，吉林 吉林 132022 )

2015年我国三部委联合发布《引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》,中提出创新应用型技术技能型人才的培养模式，建立以职业需求为导向、以实践能力培养为重点，更加专注培养学生的技术技能和创新创业能力[1]。应用型人才是指能将所学专业知识和技能熟练运用于所相关行业的、主要从事一线生产的技术或专业的一种专门型社会实践人才[2]。应用型人才的培养过程，注重课程理论与实践相结合，专业理论知识与专业技能融合训练，让学生具有专业职业技能，拥有终身学习、不断提高的潜力[3]。

课程设计教学是实践教学中重要一环，起到承上启下的作用[4]，主干课程是课程设计的理论基础，认识实习、生产实习教学是课程设计的实践基础，课程设计是强化专业知识的系统性，锻炼学生的理论学习和工程设计能力相结合的能力，使得学生能掌握设备和工厂设计应具备的基本设计技能，可为后续的毕业设计学习打下基础，为走上工作岗位后能担负起工厂技术改造的任务,并能够进行车间或全厂的工艺设计。

目前，课程设计教学过程中发现一些问题[4]，学生普遍反映课程设计教学中关于发酵工厂的设计理论知识比较枯燥、抽象、难懂。课程设计学时1周，抄袭现象严重，很多设计说明书与网络资料雷同。考核主要以学生的设计说明书和图纸作为依据，不能完全考查出学生在设计过程中分析及解决问题的能力。本文在分析地方普通本科高校实践教学困境的基础上，结合高校“应用型”的发展特色办学定位，突出学科特色与优势，以我校生物工程专业课程设计教学改革为例，主要从以下几个方面出发进行探索和实践。

一、明确课程设计的目的与任务，重视课程设计教学

通过生物工程专业课程设计的学习，使学生能够综合运用发酵产品生产工艺学、生物工程设备与化工原理等知识，掌握发酵工厂设计的任务、方法及步骤，培养学生使其初步具备发酵工厂工艺设计能力、设备设计能力，提高工艺计算、设备设计和绘图技能[4]；通过该设计，学生可以对发酵领域的前沿技术、新工艺和新设备予以了解和熟悉；学生为了解决这些问题就必须查阅大量的文献资料和使用相关的技术手册和设计资料，分析和解决实际工程问题的能力，从而达到对生物工程专业技术人员的综合性训练，提高学生的综合素质。首先，选用工程能力强实践教学能力经验丰富的教师指导课程设计，教师应该是工科专业毕业，最好是有工厂任职经历或学习经历的教师担任，也可聘请企业工程技术人员积极参与人才培养过程，共同指导课程设计教学。

课程设计安排在生产实习周之后进行，对学生进行生产实习前进行动员的时候就告知学生，在生产实习之后要进行课程设计，提醒学生在生产实习的时候注意观察厂区设备型号、车间布置及工艺流程。通过学习企业的技术改造，通过学习改造前后的工艺流程，优缺点的比较，理解工艺创新技术的理念，在工厂实际改造经验中学习技术创新方法。让学生对企业技术改造有自己独到的见解，鼓励学生创新思维的培养，将创新意识引入课程设计教学中。

二、完善和改进课程设计教学内容，强化工程能力的培养

指导老师要合理安排课程设计的题目与内容。在题目制定上要充分考虑学生的承受能力和难度要求，要保证学生根据自己学过的知识能够按时完成设计任务。我校生物工程专业主要为工业发酵方向，设计题目主要是发酵领域，如谷氨酸发酵工厂工艺设计、红霉素发酵工厂工艺设计等，这些选题都是结合生产实际、能够体现专业特色的选题。最好根据生产实习工厂进行布置设计题目，强化实习工厂的工艺，如：到生产玉米燃料乙醇工厂生产实习，布置课程设计任务可以是关于燃料乙醇的发酵车间工艺设计或者是液化、糖化车间的工艺设计，设计题目不仅仅是产量不同、工段和工艺也不同，如有玉米酒精浓醪发酵工艺设计或同步糖化发酵工艺设计，学生可以2～3人按照自己的兴趣自由组合，完成某一设计题目，不同人设计的重点工段不同，但设计时要考虑到工艺的整体性，原料处理(液化、糖化)车间的工艺与发酵车间的工艺相匹配。设计过程中鼓励学生多思考、多讨论，培养学生的团队合作精神。

课程设计内容一般要包括以下核心环节：首先，要进行生产工艺的论证及选择，学生通过查阅中外文献、相关手册资料，了解设计流程和相关工艺方法，确定的产品方案设计出先进但要合理可行的工艺流程路线，并对该工艺流程进行阐述论证，确定工艺过程的重要参数。生产工艺设计是整个工艺设计的基础，是发酵工厂设计的关键，需撰写文献综述。此过程锻炼学生收集相关文献，整理归纳文献的能力，并初步学会科技论文写作，为今后的科学研究过程奠定基础。然后，进行工艺设计计算，通过此环节学生可以掌握某一车间的物料衡算、热量衡算、设备的设计与选型等。最后进行工艺设计说明部分，包括工艺原理、原料、工艺流程说明、工艺控制点、工艺异常现象处理及设备一栏表等。此外，根据设计计算绘制带控制点的工艺流程图一张(Auto CAD 制图，A1纸打印)，流程图要能明确表达各生产环车间的工艺流程，主要包括设备、物料管线、主要管件、控制仪表等内容，按HGT 20519-2009 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定制图标准绘制完成。由于课程设计时间有限，此流程图区别于毕业设计环节绘制的工艺流程图，可选择某个工段进行,如发酵车间或提取精制车间，图纸可不绘制管道标注、法兰变径等[5]。

三、加强课程设计与理论教学、生产实习教学紧密联系，强化专业知识的系统性

将理论课程讲授、生产实习以及课程设计等环节互相联系起来，互为支撑，融为一体，采用“理论教学—认识实习—理论教学—生产实习—课程设计—毕业实习—毕业设计”这种阶段性的教学手段，学生很容易接受，同时阶段性的工厂实习和课程设计能缓冲长时间课堂授课的枯燥感，并能将实践教学带来的挫折感转变为进一步理论学习动力[6]。

生物工程专业方向课程设计所涉及的专业课程有《发酵工程》《生物反应工程》《生物分离工程》《生物工程设备》《发酵工厂设计概论》等主干课程。课程设计安排在第七学期，学生专业学习理论课程后所进行的一次综合训练。通过课程设计，学生进一步认识所学各门理论课程的内涵与相互之间的联系，更加深入地理解各门课程在生物工程领域的地位与作用。理论课的教学过程中应尽量结合生产实例进行讲解。例如发酵工程课堂上在讲发酵过程溶解氧控制时，以红霉素发酵过程为例，可以通过分析发酵罐缺氧的原因，组织学生讨论溶解氧控制的具体方法，以及如何在生产工艺中或生产设备上得到实现。在生物工程设备课程中，在讲述“空气除菌工艺及设备”章节时，结合学生生产实习工厂的工艺讲述，学生容易接受，在此工艺的基础上再介绍其他的工艺，使学生很容易掌握各种空气除菌设备的原理、结构[7]。在课程设计环节，学生根据所学知识和实习工厂的实践，进行空气过滤除菌系统的设计计算，掌握较强的工程实践能力，理论教学与实践教学成为一体，强化专业知识的系统性。另一方面,课程设计中容易出现的问题，如培养基工艺设计、发酵过程工艺控制、异常现象及处理、设备选型等，有针对性地进行剖析讲解，学生可以更加深入地理解理论教学内容，并能正确地将理论知识应用到生产实际中，可以获得较好的课堂教学效果，增加学生处理问题、解决问题的能力。

在认识实习和生产实习结束后，根据生产实习厂家进行课程设计。在实习吉林化校基地制药实训基地，关于红霉素和阿奇霉素的发酵中试装置及生产模拟控制装置，学生在生产实习时在此装置学习红霉素发酵工艺的工艺流程和合成阿奇霉素、精制提取工艺过程。在此基础上进行红霉素的发酵工艺设计及阿奇霉素合成的工艺设计计算，学生有实际的操作过程，熟悉工艺设备和流程，课程设计就比较容易。例如，在实习过程中去博大生物技术有限公司，参考学习20万吨/年玉米发酵生产燃料乙醇工艺，学习全套的工艺过程，包括玉米仓储、粉碎、液化糖化工段、发酵工段、精馏工段、高蛋白饲料工段、废水处理等工段。根据实习的工厂的情况，主要进行液化和糖化工段、发酵工段的课程设计。学生有生产实习工厂的学习，再进行重点工段的课程设计，更好理解，印象更时刻，知识更连贯。

四、利用网络资源、线上线下混合式教学，强化工程能力的培养

使用信息技术与教育教学深度融合，学生利用网络技术从不同资源中查找、收集信息，学生可通过网络通信技术与同学、教师、专家等合作，进行交流，创设个性化的课程设计学习平台。有效利用各种教学软件平台如“超星学习通”，“爱课程”手机App，及企业微信或QQ群等来辅助教学，超星学习通上建立课程设计网上教学平台，包括课程设计的教学资料，包括教学计划、课程设计内容要求、设计参考资料、教学案例等等，此平台还可以发起讨论，对设计过程中某些难点提出问题，学生进行讨论作答。为满足学生多样化学习需求，利用优质课程资源共享，学生利用虚拟技术模拟研究现实问题，提出解决策略和方案。例如：“爱课程”App 中浙江工业大学的郑裕国教授的国家精品课“生物工程设备”、西北农林科技大学的葡萄酒工艺学、长春职业技术学院的啤酒生产技术等课程。课程设计网络平台中有大量的视频及模拟工厂的软件，通过视频模拟软件模拟工厂实际情况，让学生有身临其境的感觉。通过线上教学平台进行实践教学的学习和讨论，强化学生的工程知识的掌握。

五、多角度考核学生成绩，建立严格课程设计过程质量监控体系

以往课程设计的抄袭现象很严重，常常达不到预期的目的。为此对课程设计进行了改革探索，摸索出一套质量监控措施，多角度考核学生成绩，并收到了明显的教学效果。在进行课程设计成绩评定时，综合考虑以下几方面：

(1)课程设计说明书及图纸：包括设计资料收集的是否全面，工艺论证是否合理及并具有一定的创新性；物料衡算、热量衡算、设备选型计算的合理性；设计说明书的叙述是否全面、质及排版格式是否规范；图纸绘制是否按绘图标准进行绘制。

(2)答辩情况，设计思路，自述情况，回答问题情况等等。

(3)课程设计过程中参与讨论的情况，由于分小组进行课程设计，小组参与课程设计工艺论证及设计计算时，小组讨论并以小组为单位进行交流，其他组学生提问，回答问题情况，考核小组的表现及小组内个人表现。

(4)网上课程设计教学平台平时统计的学习情况，包括考勤情况、学习课件或视频情况，文献阅读及整个设计过程是否按进度计划进行。

多年来生物工程专业的任课教师加强课程设计教学方法的改革，加强理论教学与实践探索相结合[8-10]。随着改革措施的逐步落实，学生普遍反映独立分析与解决工程实际问题的能力加强，而且加深自身对课堂理论知识的理解、掌握程度也随之增强。通过专业课程设计训练，有效提高学生的创新能力和综合设计能力，培养学生的工程素质，这些基本技能为他们今后走上工作岗位打下坚实的基础。