基于工程认证的《生物工程设备课程设计》改革与成效评价

马金亮，孙建瑞，古绍彬，李 阳

（河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳 471023）

生物工程是生物学和工程学交叉的一个新兴工科专业，攻读该专业的学生需要掌握专业理论知识和具备专业实践技能，要求学生毕业后能够充分利用所学的基本理论知识，解决实际生产、工程设计管理、新技术新产品研究开发中遇到的问题[1]。社会的进步和各学科的交叉融合促进了新型生物技术的涌现，生物产业正在发生跨越式的进步。因此，为了应对迅速发展的生物技术产业的需要，培养高质量的生物工程专业人才势在必行。

工程教育专业认证是工程教育改革的重要环节，有利于保证工程教育的质量。随着中国正式成为第18个国际本科工程学位互认协议的正式成员[2]，生物工程专业的工程认证对一个学校生物工程学科的发展和学生的高质量培养至关重要。工程教育认证始终把学生放在第一位，以产出作为培养学生的指导方向，持续建设和改进课程体系，有利于满足生物行业发展的需求，使学生毕业后能够更好地应对社会的考验。

《生物工程设备课程设计》作为《生物工程设备》和《生化分离工程》的后继教学实践环节，该课程的开设有利于培养学生的工程设计能力，在生物工程的专业认证中是值得重视的核心实践课程。在教学过程中，指导教师通过把生物工程设备的理论知识和工艺设计的内容融入任务书中，学生按照任务书要求，运用已经积累的理论知识和参考相关文献，理解和思考生产某个生物产品过程中的实际问题，最终完成说明书的撰写和图纸的设计，培养学生理论联系实际的能力。在生物工程设备课程设计的实施过程中，按照工程教育标准化认证的要求，结合生物工程专业培养的目标和要求，建设和持续改进《生物工程设备课程设计》的考核方式，提升学生的工程素养，具备生物工程专业所需的技术能力和工程思维，为生物产业的发展输送优质的专业人才。

1 优化课程目标，细化考核环节

按照工程认证标准中的毕业要求和指标点（表1），结合生物工程专业自身的特点和生物工程设备课程设计的具体情况，设置了3个课程目标。通过目标的实现，可以提高学生对生物工程问题解决方案的设计和论证能力（目标1）；结合工艺流程规范、设备设计标准、安全生产，评价工艺流程与社会、健康、安全、法律及文化的关系（目标2）；根据倡导的清洁生产理念，引导学生理解和评价工艺选择与环境、社会可持续发展的关系（目标3）。指导教师以酶、有机酸、酒类、抗生素、氨基酸等生物产业常见的产品作为生产目标物，设定产量、产率、发酵参数等条件，撰写某个目标物的生产工艺流程初步设计的任务书。通过把这三个课程目标融入任务书中，按照工程认证要求培养学生的工程设计和运用能力。同时，按照工程认证的标准，重新制定《生物工程设备课程设计》说明书和图纸的要求和评分标准，引入过程指导和答辩环节，答辩环节的引入有利于提高学生的语言表达能力和对知识点的掌握。按照工程认证要求开展生物工程设备课程设计后，规范化的要求有利于督促学生更高质量地完成工程设计[3]，加深学生对工程概念的理解，全面培养了学生的工程素质，满足生物产业对工程技能人才的需求。

表1 课程目标与毕业要求的关系

在两周时间的《生物工程设备课程设计》实施过程中，指导教师按照任务书下达、过程指导、答辩的步骤，完成对学生的综合考核。在组织的课程设计动员会上，对相关的设计内容和要求针对性地进行解释，强调课程设计的考核目标和进度安排。在设计实施过程中，按照任务书的要求，引导学生通过查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，确定最适合的生产菌种，充分论证和选择最适的工艺条件，按照要求完成工艺流程图的绘制。通过两天一次的小组讨论会议，指导教师定时检查课程设计的完成情况，及时纠正学生的设计错误，并解答学生遇到的各种设计问题。小组讨论会议的组织能够让学生充分掌握和理解设计中的各个细节，及时发现工艺选择、工艺计算、说明书撰写及图纸绘制中存在的问题，有利于引导学生深度理解和思考发酵产物生产中的实际问题。对于共性问题，指导教师需要重点解答和强调，避免学生偏离设计的正常轨道。通过对课程设计的不断指导，有利于学生深入思考自己的设计内容，养成独立发现问题和解决问题的习惯。

在完成说明书和图纸后，指导教师组织学生完成答辩环节，对每位学生阐述的内容进行点评，说明学生的创新之处和存在问题。答辩后，预留时间安排学生修改自己的说明书和图纸，最后定稿。答辩后，指导老师完成对说明书和图纸的批阅工作，并对整体课程设计完成情况进行总结，写明课程设计取得的成绩和存在的问题。师生的互动交流使学生对更全面和具体地理解和掌握工程设计的理念和方法。整个指导过程中，有意识地引导学生在设计工程问题解决方案的同时，考虑工艺流程设计和选择与社会、健康、安全、法律及文化的关系，深入思考环境保护和社会可持续发展的问题。

2 构建创新的课程评价方法，建立规范的考核标准

按照工程教育认证的要求，结合《生物工程设备课程设计》作为实践课程的特点，指导教师考核学生对知识的综合应用以及分析和解决复杂工程问题的能力。在考核体系中，学生总评成绩由课程目标1（60%）、课程目标2（20%）和课程目标3（20%）构成。课程目标1包括说明书（内容40%+答辩10%）和图纸（内容40%+答辩10%），课程目标2和课程目标3主要体现在说明书的部分内容。在课程目标1考核中，设计说明书的评分标准主要包括任务书要求的完成度、工艺论证的合理性和完整性、工艺计算的正确性和详尽性、写作的规范性等。图纸质量的评价主要包括布局、流向、控制点、管路连接的正确性和合理性，标题栏、设备名称和图纸大小的规范性等。采用学生答辩的形式，每个学生对自己的工艺流程进行阐述，由指导教师和参会同学提问，根据学生的语言表达能力和回答问题的准确度，评价学生对工艺的掌握程度。在说明书和图纸的成绩考核中，学生的答辩成绩各占10%，通过考核学生对理论知识的灵活运用能力和熟练度，综合评价学生解决工程问题的能力和工程思维的表现力。课程目标2和课程目标3，主要考核学生在进行工艺条件选择和设备选型中，是否考虑工艺流程对社会、健康、安全、法律及文化的影响，以及其对环境、社会可持续发展的影响，相关内容设置在说明书的最后两个章节，让学生充分体会到，在工程能力实现经济价值的同时，还要考虑社会价值和环境保护。采用这种方式对学生进行全面考核和综合评价，有利于学生更好地分析和解决复杂工程问题。

3 评价课程目标达成度，改进指导策略

通过统计2021 和2022 两年学生的课程目标平均成绩，评价了按照工程认证要求考核的课程效果。如图1 所示，2021 学年课程目标的平均成绩分别为77.71（目标1）、78.39（目标2）、79.14（目标3）、78.13（总成绩）；2022学年课程目标的成绩分别为80.42（目标1）、80.12（目标2）、82.13（目标3）、80.71（总成绩）。通过对说明书和图纸的整体考核，课程目标1的平均成绩显示，全体学生能够通过调研和分析文献资料，基于生物工程设备和工艺技术的基本原理，选择合适的生物工程设备和技术，设计出满足特定原料或产品规格的工艺流程，并对工艺进行论证，证明工艺流程的合理性和准确性。通过对说明书中工艺标准和安全生产章节的考核，课程目标2平均成绩的数据分析显示，学生论证了设备和方法选择过程中的国家和行业标准规范，说明全体学生能够评价设计的工艺方案与社会、健康、安全、法律以及文化的关系，能够按照目标2的要求考虑工程问题，促进工程技术与社会协调发展。通过对说明书中清洁生产章节的考核，课程目标3平均成绩的数据分析说明全体学生能够掌握环境保护的相关政策。在工艺设计方案中，学生充分阐述了工艺流程设计过程中废水、废气、废渣对环境的影响，并根据所学知识提出解决措施，全面考虑环保问题和社会可持续发展。总体说来，学生的课程设计能够达到课程目标的要求，说明基本满足工程认证的要求。

图1 2021和2022学年课程设计的工程认证目标完成度评价

通过整体分析2021和2022学年的3个课程目标数据，发现每学年的课程目标3的成绩平均值普遍高于课程目标1和课程目标2，说明由于国家对环境的逐渐重视，当代大学生能够更好地理解和认识到环境保护的重要性，具有环境保护的意识，掌握治理环境的基本知识。在课程设计过程中，工艺选择、工艺计算、设备选型等环节，学生都对环境问题进行了考虑，并提出了解决的有效措施，做到工程设计与环境协调融合。但是，支撑课程目标1和课程目标2的相关内容还有待进一步增强，这是由于学生对工艺的不充分论证和对工艺要求的不全面理解，导致工艺的论据过于简单，与实际的情况存在偏差。例如，菌种的选择不符合目标产物发酵要求，选择的提取纯化工艺过于陈旧，缺少设备有关参数的计算，图纸的表达不够规范和准确等。两年课程目标平均成绩表明，2022年的平均成绩普遍高于2021年，说明按照工程认证要求对课程设计的改革初见成效，这与生物工程设备、生化分离工程等相关理论核心课程的教学也是分不开的，但课程设计仍有需要改进的空间。因此，在课程设计过程中，指导教师还需要加强对支撑学生课程目标1和课程目标2的设计内容的指导，持续改进《生物工程设备课程设计》的教学和指导质量。

4 结束语

按照工程教育认证的理念，探索改革课程设计的考评方式是一项需要持续开展的工作。近两年，通过对《生物工程设备课程设计》的考核改革，使学生在学习工艺设计技能的同时，具备了分析和解决生产实际问题的能力，充分调动了学生汲取知识的主动性，提升了学生对专业的认可度。但在实际教学改革过程中，发现学生很难适应工程认证的要求，部分学生没有按照任务书的要求，其根本原因在于同学们对工程认证要求的认识不够深入，对知识点的掌握不够牢固。在过程环节，指导老师的引导能力不足，导致学生的错误没有及时纠正，直接影响了工程认证目标的达成度。因此，在以后的课程设计过程中，指导老师需要提高自己对工程认证的理解，收集更多优秀的参考资料，实时监控学生的课程设计细节，为学生能力的培养建立更充实的平台。课程设计教学的改革永无止境，指导教师需要根据学生实际情况和社会的发展，不断探索和实践，培养学生的综合素质，为社会提供更多的优秀人才。