基于OBE教学理念的生物工程专业学生实践能力培养模式研究

吴元锋，鲍文娜，沙如意，黄 俊，刘士旺，毛建卫

（浙江科技学院 生物与化学工程学院，杭州 310024）

新的历史条件下，面对科学技术飞速发展、产业结构优化调整，应用型工程技术人才的培养质量直接决定了国家科技和工业发展速度、发展水平和竞争能力[1]。在我国当前发展阶段，应用型工程技术人才的社会需求逐年增加。生物工程企业急需大量的应用型工程技术人才，特别是喜欢有丰富实践工程经验的毕业生，工程实践能力是工科人才培养的核心任务[2]。实践教学是提高学生实践与创新能力、培养高素质应用型人才的关键环节，具有重要的意义。生物科技是21世纪最重要的科技创新集群之一，其在引领未来经济社会发展中的重要战略地位日益突显。《生物工程专业规范》[3]中指出：生物技术专业侧重培养应用研究型人才，生物工程专业侧重培养应用型工程技术人员。因此在生物工程人才培养过程中，应重视应用型工程技术人才的培养，重视实验实践教学，这也符合浙江科技学院“应用型”的办学定位[4]。

一 浙江科技学院生物工程专业实践教学存在的若干问题

浙江科技学院（以下简称“我校”）生物与化学工程学院生物工程专业借鉴德国应用科学大学“实学实效”的办学精神，依靠专业在农业生物资源生化制造研究开发方面的综合实力，围绕农业生物资源生化制造方向，立足于农业生物资源全生物利用、全过程利用和高值化利用，提出了强化工程、工艺、设计和多学科交叉等方面基本知识，生产、研发、检测和管理等方面基本能力，企业家精神、市场头脑、创新思维和国际化视野等基本素质的“三基”培养课程体系，构建“做人实在、做事实干、做学问实用”的“三实”创新人才培养体系，通过生物发酵、生物催化和分离纯化等加工过程工程技术与课程教学内容的相互协同，取得了明显成效[5]。但是当前我校生物工程专业在着力培养应用型工程技术人才的实践中，仍面临着一些问题。

（一）理论教学与实践教学脱节

我校过去的生物工程专业培养方案中，基础理论知识、工程实践能力和职业素质发展的协调性有待加强；理论课程较多，生产一线的实践机会较少，学生应用型实践能力发展遭遇瓶颈。

（二）学校教育与社会需求脱节

原有培养方案采用以课程为导向的人才培养模式，学生培养与社会需求相脱节，不能满足科学技术快速发展的需要，亟需实施以产出为导向（OBE）的新型应用型人才培养模式。

二 实践教学体系改革举措及实施效果

如何提高应用型工程技术人才的培养质量是高等工程教育面临的重大课题，一直是教学研究的热点之一。近年来许多学者针对此问题提出了诸多教学理念并付诸实践，取得了良好的效果。王进波等[6]提出了“人才培养全过程，教学环节全方位”的创新实践教育理念，在大学四年的教学过程中，以培养学生的创新实践能力为导向，通过各种形式的科研和实践活动，逐步提高学生的创新实践能力。吴晓敏等[7]提出了“立体化，三层次，四步走”主体思想的新培养模式，即通过构建和探索新型应用型人才培养模式体系，解决生物工程专业学生所学理论知识与实践应用能力脱节的问题，重点培养学生实践能力和创新能力，扎实提高学生的综合应用能力。王园朝等[8]构建了“产教融合-三层次”化学化工类应用型人才创新实践能力培养模式。周茂军等[9]提出了“三进一出，内外兼修”的实验实践教学体系：“三进”指的是进入实验室、研究室和产学研基地，“一出”指的是服务相关企业；“内外兼修”则指课内与课外相结合，校内与校外相结合。张辰露等[2]则提出了实践教学模式和考评创新机制，建设了实践教学示范基地和平台，在学生培养中全面融入创新创业教育，全面提升了生物工程专业工程实践教育质量。

本专业在已有的“实学实效教育，造就三实人才”培养理念实践[5]的基础上，针对上述两个问题，以生物工程专业认证为引领，通过全面总结生物工程专业多年来的办学经验，认真学习和借鉴省内外相关兄弟高校在实践教学方面的经验，创新构建并实施了“一个理念、两个融合、三个层次”的立体化实践教学体系。该体系的主要内容是：基于OBE教学理念，进行“互联网+”融合、产教融合，在基础/专业实验室、中试实验室和企业实习实践基地三个层次上，开展基础实验、专业实验、学科竞赛、生产实习、毕业设计（论文）、科研和课程设计七个内容的实验实践教学，培养“做人实在，做实事干，做学问实用”的“三实”应用型创新人才。具体实施方式如图1所示。

图1 “一个理念、两个融合、三个层次”的立体化实践教学体系示意图

（一）一个理念（教学体系设计）

一个理念指的是OBE教学理念，即以毕业五年以上生物工程校友获得的学习成果为培养目标导向，反向设计生物工程培养方案；以学生为中心开展工程教育教学；同时通过教育效果的量化评价，实现工程教育质量的持续改进[10]，主要包括如下内容。

1）在设计实践类课程教学方案前，组织校外专家、行业专家、企业工程师和本专业教师对生物工程专业培养目标和毕业要求进行分析和论证，确定所培养学生的专业能力要求。

2）进一步完善实践课程的专业核心能力和培养目标，并将其转化为实践课程教学中可量化的预期学习效果，同时，根据学习结果进行逆向教学设计，进一步完善包括教学大纲、教学内容、教学方案和学习评价方式在内的各个实践课程教学要素。

3）根据反向设计的教学大纲、教学内容、教学方案和学习评价方式等实施实践教学，与此同时，依据面向学习成果目标对学生实践能力进行有针对性和有目的性地培养。

4）在实践课程教学过程中，持续收集学生的反馈信息，并对此调整教学方法。在实践课程教学结束时，收集并计算分析学生在各学习成果观测点的评价数据，从而对学生的实际学习成果进行量化评价，在此基础上，对实践课程的教学方案进行持续改进。

5）在对实践课程的学习效果进行评价分析后，将实践课程教学能力培养的目标达成度结果反映到专业教育层面，从而在该层面对学生实践方面的专业核心能力培养效果进行分析和评价。

6）在修订和完善专业培养目标与毕业要求的同时，优化实践课程专业核心能力培养目标，从而实现实践课程教学对生物工程专业核心能力培养的支撑。

（二）两个融合（教学方法改革）

两个融合指“互联网+”融合与产教融合。在成果导向设计和实施、实验实践教学等过程中，在已有的“三实”创新人才培养体系基础上，建立“互联网+”融合、产教融合的人才培养模式，实现“互联网+”与教学内容、专业链与产业链、课程内容与职业能力及教学过程与生产过程对接，培养学生的实践创新能力、沟通交流能力等，努力培养一批适应生物工程及相关产业需要的具有国际化视野的高素质应用型创新人才，为生物工程及相关产业发展提供人才支撑。具体包括如下内容。

1）实验实践教学与“互联网+”的融合：根据目标导向完善课程内容的过程中，融入“互联网+”教学方法，如《生物工程专业实验教程》新形态教材、300L发酵罐柔性仿真系统、微课等，以及使用蓝墨云班课、校友邦等APP软件，将现代信息技术融入实践教学改革和管理，推进信息化教学、虚拟仿真实验、在线知识支持和在线教学监测等广泛应用，为本专业实验实践教学提供更好的教学平台，切实提高学生实践创新能力。

2）产业与教学的融合：在课程内容设计和改进过程中，依托国家“十三五”教育现代化推进工程——浙江科技学院产教融合应用型人才培养实验实训中心、浙江省2011农业生物资源生化制造协同创新中心等平台，将产业化设备和教学手段融合课程设计、专业实验、生产实习和毕业设计（论文）等实践课程教学。聘请浙江汇能生物股份有限公司陈贵才教授级高工、浙江新银象生物工程有限公司周斌教授级高工等在内的生物工程企业工程师参与修订培养方案和教学大纲，整合相关的专业基础课程、核心课程、拓展课程和实验实践课程，制订强化工程、工艺、设计和多学科交叉等方面的基本知识；生产、研发、检测和管理等方面的基本能力；国际化视野、企业家精神、市场头脑和创新思维等基本素质的“三基”培养课程体系，提高实验实践课学分比例，特别是重视培养学生的专业技术技能。

（三）三个层次（教学场所建设）

三个层次指基础/专业实验室、中试实验室、企业实习实践基地。根据成果导向的教学理念，加强专业实验室和实习实践基地建设，联系能适应培养目标和课程目标教学需要的企业，在校内外建立专业学生实习实践基地，不断完善专业办学条件，建立运转良好的“学院+专业+企业”管理方式，给学生提供优质生产实习场所，持续提高学生的实践水平。三个层次中，根据生物与化学工程学院自身情况，重点建设和发展实习实践基地，即围绕农业生物资源生化制造特色方向，从农业初级原料、加工副产物和废弃物出发，通过生物制造、活性评价和过程工程等技术及流程的相互融合，已与浙江汇能生物股份有限公司等建立了校企一体、产学研一体的企业实习实践基地两个；推动信息化教学、虚拟现实技术和数字仿真实验，应用300L发酵罐柔性仿真系统，使同学们在同一套生产装置上实现毕赤酵母菌发酵、大肠杆菌发酵和青霉素发酵三个典型的好氧发酵反应的生产过程模拟。

“一个理念、两个融合、三个层次”的立体化实践教学体系实施以来，取得了良好的教学效果。在2020届毕业生的达成度评价中，工程知识的达成度达83%（图2），比2017届增长13.7%；生物工程专业学生受到企业欢迎，2018—2020年本专业毕业生就业率均在94.3%以上；根据浙江省教育评估院公布的满意度调查结果（2018—2020年）显示，近三年我校生物工程专业毕业满一年学生的实践教学效果满意度、用人单位满意度逐年提高（图3），表明本专业的培养目标定位准确，毕业生对专业的人才培养总体满意度较高，毕业生的职业能力和成就较好地达到了目标预期。

图2 2020届生物工程毕业生达成度评价结果

图3 浙江省教育评估院组织的生物工程专业毕业一年学生满意度调查结果

三 结束语

通过近几年持续实施“一个理念、两个融合、三个层次”的立体化实践教学体系，我校生物工程专业将OBE教学理念落实到了实处，注重学生基础理论知识、工程实践能力和职业素质协调发展，增加学生的实践场地，按照社会需求培养学生，实现了学生工程实践能力的全面提升，在提高生物工程专业学生的工程实践能力方面取得了良好的教学效果，也可为其他工科专业学生提升工程实践教学水平提供参考。