程 新，魏 磊，李汉广
新工科背景下“生物工程综合实习”课程建设与教学改革
程 新，魏 磊，李汉广
（江西农业大学 生物科学与工程学院，江西 南昌 330045）
“生产实习”是工科专业教学体系中的重要环节，承担着培养学生校内学习和职业生涯的桥梁纽带作用。新工科背景下，对大学生创新创业能力、跨界整合能力等的要求不断提升，而传统以课程实习为基础的“生产实习”模式已不能满足教学的要求。通过对生物工程专业的课程实习进行整合优化，建立全新的“综合实习”教学模式，调整实习内容、完善教学模式等途径，强化学生的工程意识和实践能力，取得了良好的教学效果。
新工科；
综合实习；
课程建设
随着时代对大学生，特别是工科大学生创新实践等能力要求的不断提升，教育部在2016年提出了“新工科”建设构想，随着“复旦共识”[1]、“天大行动”[2]和“北京指南”[3]等纲领性文件先后出台，以培养具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的学科交叉复合型卓越工程科技人才为目标的新工科建设的雏形初现[4]。
工程人才的培养质量要求面向未来，强调包含“家国情怀”、“创新创业”、“跨学科交叉融合”和“批判性思维”等综合性核心素养的获得与提高，其中创新是“新工科”建设的重要特征，增强实践创新创业能力是新工科建设的关键任务之一[5]，而以实验教学、实训教学及科研训练等环节构建的实践教学体系是提高大学生创新实践能力的核心途径[6]。近年来，以新工科建设为目标的教学改革和学科建设研究已成为研究的热点，而日益提高的创新实践能力要求与相对落后的教学管理制度和运行模式之间的矛盾已成为新时期高等教育亟待解决的问题。
生产实习是学生学习生产技能、进行工程训练的重要实践性教学环节，是将所学的基础理论知识、专业技术知识与实际应用相结合的实践过程[7]。生产实习有助于学生进一步巩固和加深课堂理论教学和实验教学所学到的知识，强化对工程概念的理解，进一步提高专业领域的实践技能，为他们今后的工作打下坚实的基础[8]。新工科背景下，江西农业大学对生物工程专业的课程实习进行整合优化，通过调整实习内容、完善教学模式等途径，强化学生的工程意识和实践能力，起到了良好的教学效果。
“生产实习”类课程一直是培养学生实践能力的重要教学环节，就本科生课程而言，特别是在工科专业的培养体系课程中占有非常重要的地位。在本校生物工程专业较早的教学培养方案中，“生物工艺学”、“生物分离工程”和“生物工程设备”等专业核心课程都开设了相应的教学实习环节。从多年来的教学实践效果来看，这些实习课程虽然与理论课程之间形成了较好的互补关系，同时也在实践能力培养方面取得了一定的效果，但依然存在以下问题：
（1）在专业课程课时日益紧张的教学体系下，每门实习课程的时间仅有一周（5 d），在如此短的教学时间内，教学内容相对简单，校内实习以演示和观摩为主，校外生产企业实习以参观、听讲座为主，这与“新工科”建设所倡导的“综合性、创新性”要求存在较大的差距。
（2）上述专业课程之间在教学内容上存在紧密的关联，但不同实习课程的任课教师不一致，且在不同的学期开设，因此无法形成连贯的教学体系，教学内容之间存在一定的重叠，同时又无法做到相互补充和完善，显然难以达到新工科提出的“学科交叉、个性化培养”的教育模式需求。
（3）生物工程类生产设备种类多、发展快、中试和生产型设备规模大、价格贵、运转成本高，高校无力购置此类设备，而少量购置的设备也很难达到良好的运转与教学效果，学生往往难以理解教师所讲述的工业化生产过程，缺乏形象化的认知，因此对课程由难生畏，容易对课程缺乏兴趣。
因此，从2018级开始，江西农业大学生物科学与工程学院尝试合并“生物工艺学”、“生物分离工程”和“生物工程设备”3门课程的教学实习，设立了新的“生物工程综合实习”课程，重新编排教学内容，并针对性改进了教学方法，经过实践运行，效果显著。
2.1 合理构建课程目标
按照课程设计目标，“生物工程综合实习”是一门独立成课的实践类课程，同时也是与“生物工艺学”、“生物分离工程”和“生物工程设备”等课程相匹配的重要教学环节。因此，合理的构建课程培养目标是做好课程建设的重要前提。根据新工科的培养要求和工程认证的教育理念，我们根据课程教学目标以及其在课程体系中的定位，重新梳理了课程目标，明确了课程教学的任务，对于后续教学内容的设计和改革起到良好的指导作用。
表1 “生物工程综合实习”课程目标
2.2 不同教学模块的内容差异化区分
按照课程教学目标，“生物工程综合实习”的教学内容被分为两个大的教学模块。其中，校内实训模块以学院自建教学实训基地为场所，主要让学生熟悉并掌握中试及提取车间的各生产设备构造及单元操作，以及与发酵生产相关的空气净化、培养基分批灭菌、菌种扩大培养、发酵控制、产物分离等工艺。而校外实习教学模块，则主要以本学院所建立的校企合作实践基地为场所，使学生掌握典型好氧与厌氧发酵产品的生产工艺，并能够运用所学知识总结工厂的先进生产经验，发现、分析、研究或解决实际生产中存在的问题，同时对现代企业管理制度、安全环保管理规范等也能有较全面的了解认识。
图1 “生物工程综合实习”课程教学内容
两个教学模块分别针对不同的教学场所设计差异化教学内容，同时又有教学内容的进阶和提升，最终在此过程中让学生建立实际生产的概念，在参观实习和生产实践中巩固课程的教学效果，同时培养分析问题和解决问题的能力。
2.3 突出“综合性”的教学内容设计
在原教学培养方案中，“生物工艺学”、“生物分离工程”和“生物工程设备”3门专业核心课程的教学实习均只有1周的时间。由于教学时间较短，每个教学单元都只能以演示型的教学环节为主，而校外企业的实习也以参观车间、听取报告的形式为主，教学过程存在走马观花、蜻蜓点水等弊端，教学效果很差。
新构建的“生物工程综合实习”课程中，由于有3周的实习教学时间，可以有充分的时间来安排校内和校外的教学实训内容。目前，我们安排了1周的校内实训基地教学，让学生有充分的时间熟悉实训基地的发酵与提取设备，同时对其单元操作和发酵产品生产流程有了清晰的认识。而在2周的校外企业实习过程中，我们以产品的生产流程为主线，使学生在校内实习的基础上对工业化生产设备和流程有了更为直观的认识，并且结合产品的生产工艺，指导学生与其他生产流程进行对比分析，并从上中下游综合角度阐述不同生产流程的优缺点。为了提高校外实习的教学效果，我们与校外企业合作，采用“双教师”的教学模式，由企业技术人员负责讲解生产工艺、关键生产节点、生产设备等内容，而任课教师则负责随时补充技术原理、不同工艺路线对比等内容。这种教学模式可以充分发挥企业人员与高校教师的技术特长，并且实现理论与实践的无缝融合，从而大大提高了教学质量，同时也可以在教学活动中体现“综合性”教学理念，教学效果大幅度提高。
2.4 与学科发展前沿相结合的设计理念
近年来，随着分子生物学技术的发展，以及计算机、自动控制等相关领域的长足发展，生物工程领域的生产技术也有了大幅度的提升，新的研究与生产模式不断出现。及时了解并掌握在本领域的前沿知识，是提高学生创新实践能力的重要保障。但是由于受到客观条件的制约，我们在实验环节中并无法安排相关的大型实验，而只能开设基础性的实验内容，严重制约了教学效果。
针对这一问题，一方面我们在教学实习环节，针对性的通过随堂讲解、企业授课等形式，向学生传授相关学科及生产前沿知识，并与企业现有生产技术进行对比分析，增强了学生对相关问题的认识。此外，我们还建立了虚拟仿真实验室，自行开发了“角蛋白酶中试发酵”等虚拟仿真教学软件，积极引入外校相关精品教学资源，并充分利用实验空间（http://www.ilab-x.com）等网络平台选取最新的教学资源，从而将学科发展前沿知识有机融入教学环节，并针对性开发“跨学科交叉融合”教学内容，开阔学生的视野。
经过两年来的教学实践，我们发现虚拟仿真教学作为实践教学的有效补充，可以让学生在短时间内对复杂的生产工艺有较为全面的认识，从而实现对实习实训教学的良好补充。但是在教学过程中我们也发现，目前国内虚拟仿真软件普遍还存在系统过于简单、学生体验差、教学方式过于单一（一般来说，都是学生根据提示点击相应的按钮或菜单即可，缺乏引导性和学习的体验感），目前还不适合作为主要的教学模式，而只能作为实习教学的补充环节。
教学方法的优化，是提高教学效果的重要保障[9]。为了提高教学效果，我们主要从以下几个角度对“生物工程综合实习”课程教学的方法进行优化。
3.1 构建“三位一体”教学平台
生产实习类课程通常要求学生真正进入生产企业并参与企业生产实践，从而让学生能够真正体验和学习与生产实践相关的知识以达到良好的教学效果。但由于企业管理制度的客观要求，往往很难接受大批量的学生进入企业进行实践教学，甚至有些企业出于安全生产或技术保密等原因，连最基础的参观都无法提供。为了解决这一难题，学院从不同角度入手，尝试构建了实训基地、校外实践基地及虚拟教学平台“三位一体”教学平台。
首先在2000年，江西农业大学生物科学与工程学院就开始建设校内“生物工程教学实训基地”，购置了8套15～1 000 L不同体积的全自动不锈钢发酵罐，并配有完善的蒸汽、空气系统，基本实现了对典型工业发酵过程的模拟。后续又对实训基地进行了大幅度扩建，并添置了膜式分离、喷雾干燥、真空冷冻干燥、层析柱等后处理分离单元设备，同时建立了虚拟仿真教室，从而形成了全面覆盖上、中、下游的生物工程中试实训基地，为学生提供了一个稳定的校内实习场所。
其次，积极尝试利用产学研合作等契机，通过输送青年教师到企业实习、合作开展科研项目等方式，与企业建立长期稳定的合作关系，为不同专业方向的学生争取更多的企业实习机会，给学生带来更多的实习选择，同时也有助于教学实习工作的顺利开展，实现了校内实习和校外实习的有机融合，从而实现学生实践能力的阶梯式提升。
除此之外，对于一些无法通过校内或生产企业所获取的教学内容，我们通过自行建设或引入其他学校精品教学资源的方式，构建网络虚拟教学平台，并搜集整理网络上的各类视频、动画等教学资源，并通过“学习通”等教学工具推送给学生，并在教学过程中进行讲解，从而形成与校内基地、校外企业相补充的综合性“三位一体”教学模式。
3.2 通过案例式教学提升学生的独立思考能力和批判性思维方式
批判性思维模式是“新工科”教育中非常重要的教学理念，同时也是传统教学活动中非常缺乏的一类教学内容。究其原因，在于学生已经习惯了以教师授课为中心的教学模式（lecture-based learning，LBL），被动的接收教师所传递的各种信息而缺乏主动思考和分析的能力，因此此类教学方式在当前日益提高的教学要求下很难达成教师授课的教学目标。而为了更改这一弊端，我们尝试将案例式教学（case-based learning，CBL）引入教学过程中，并取得了一定的效果。
在实习开始之前，任课教师根据教学内容和校外实习企业的生产实际，提出2～3个具体的生产实践案例并在课程开始前发送给学生，并引导学生自行查阅相关文献和资料，了解生产实践案例中所涉及发酵产品的生产工艺和流程，并能够在不同工艺流程中选择自己认为比较合适的技术路线。在实习过程中，指导学生将自己选择的路线与企业所使用的技术路线进行对比分析，并从生产实践角度了解不同技术路线的差别，从而能够更好的理解工业化生产的生产模式。通过上述案例式教学，不仅增强了学生的自主学习能力，同时还能运用批判性思维分析所学理论知识与生产实践之间的区别，从而实现了学生独立思考能力和批判性思维能力的提升，最终达到新工科教育所倡导的复合型卓越工程科技人才培养目标。
3.3 综合性考核模式的建立
如何考核实习教学的成果一直是实践教学环节的难题之一，长期以来，实习类课程往往采用“考勤+报告”的考核模式，这种模式不仅考核标准较为单一和机械，同时很多实习中“打酱油”的学生往往可以凭借“复制粘贴+抄袭”的手段而获得了优异成绩，这也在很大程度上影响了同学们的学习积极性。
为此，我们在充分参考其他高校实习类课程考核模式的基础上，建立了与自身实际相匹配的综合性考评模式。首先，将考评分为过程考评和结果考评两大部分，其中在过程性考评中，不再简单的以出勤情况作为考核的唯一依据，而是根据学生的课前预习、出勤情况以及实习过程中的综合表现作为考评标准。而在结果考评中，学生不仅要完成实习报告的撰写，同时还要绘制带控制点的生产工艺流程图，同时在考核材料提交后，任课教师还将采用随机抽查等形式，对学生的学习效果进行逐一考核，以防止学生浑水摸鱼获取较高成绩的可能。
表2 “生物工程综合实习”课程考核评价方式
实习教学的开展不仅可以加强学生对社会工作的感性认识，使学生更好地走向就业岗位[10]，同时也是提高学生实践与创新能力的重要教学环节。但长期以来，以课程为依托的实习模式已无法满足当前“复合型、创新型”人才的培养要求，而建立“交叉性、综合性”的实习课程体系是提高学生实践能力和创新能力的有力途径，也是新工科教育背景下的必然选择。江西农业大学生物科学与工程学院在此思想的指导下，构建了依托本专业核心课程的“生物工程综合实习”，经过实践表明，其教学效果显著优于传统的实习课程教学模式，课程改革符合新工科对实用性、交叉性与综合性人才的培养要求，为培养将来能够从事生物产业中复杂工程技术的创新性人才奠定坚实的理论和实践基础。
[1] 胡波, 冯辉, 韩伟力, 等. 加快新工科建设,推进工程教育改革创新——“综合性高校工程教育发展战略研讨会”综述[J]. 复旦教育论坛, 2017, 15(2): 20-28.
[2] 佚名. “新工科”建设行动路线(“天大行动”)[J]. 高等工程教育研究, 2017(2): 24-25.
[3] 佚名. 新工科建设指南(“北京指南”)[J]. 高等工程教育研究, 2017(4): 20-21.
[4] 谢军, 黄拓. 新工科背景下路基路面工程课程实习思考[J]. 大学教育, 2021(12): 64-66.
[5] 王传涛, 姚圣卓, 田洪森. 新工科视域下地方工科高校创新创业课程体系探析[J]. 教育与职业, 2020(21): 55-59.
[6] 张宝昌, 刘海峰. 构建综合性实践教学体系，加强实践能力培养[J]. 实验技术与管理, 2012, 29(4): 248-250.
[7] 张宁, 张燕红, 关国强, 等. 新工科背景下能源化工专业实践教学改革探索[J]. 化工高等教育, 2020(5): 107-110.
[8] 谭红铭, 曹理想. 生物工程专业“生产实习”课程的教学改革探索[J]. 微生物学通报, 2018, 45(3): 717-720.
[9] 庞占喜, 王雪. 石油工程专业生产实习实训内容与教学方式的优化[J]. 新课程研究, 2017(3): 53-56.
[10] 徐国正, 张坤, 曹璐. 中英高校大学生实习制度的比较与启示[J]. 大学教育科学, 2017(6): 106-110.
Construction and Teaching Reform in the Course of “Comprehensive Practice of Bioengineering” under the Background of New Engineering Education
CHENG Xin, WEI Lei, LI Hanguang
（School of Bioscience and Bioengineering, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China）
“Production practice” teaching is an important link in the education system of engineering majors, and plays a bridge role linking the campus learning and future career of students. Under the background of “New Engineering Education”, the requirements for college students’ innovation and entrepreneurship ability as well as cross-border integration ability are constantly improving, making the traditional “production practice” teaching mode based on curriculum practice no longer match the requirements of teaching. In this research, the practice teaching of bioengineering specialty was optimized, and a new “comprehensive practice” teaching mode was established. This study strengthened students’ engineering awareness and practical ability by adjusting the practice content and optimizing the teaching mode, and so, achieved good teaching results.
new engineering education; comprehensive practice; curriculum construction
G642
A
2095-3704（2022）03-0359-05
程新, 魏磊, 李汉广. 新工科背景下“生物工程综合实习”课程建设与教学改革[J]. 生物灾害科学, 2022, 45(3): 359-363.
10.3969/j.issn.2095-3704.2022.03.59
2022-07-23
2022-09-03
江西省高等学校教学改革研究重点项目（JXJG-20-3-5）
程新（1978—），男，副教授，博士，主要从事生物工程专业教学与科研工作，jx_chengxin@hotmail.com。
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