工程教育背景下的《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)改革與實(shí)踐

伍國強(qiáng)，李善家，鞏慧玲，劉左軍

（蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州，730050）

工程教育背景下的《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)改革與實(shí)踐

伍國強(qiáng)，李善家，鞏慧玲，劉左軍

（蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州，730050）

《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》是蘭州理工大學(xué)生物工程專業(yè)自主設(shè)置的一門綜合性實(shí)踐類課程，對培養(yǎng)本科生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力和科研素質(zhì)具有重要作用。針對《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》課程教學(xué)過程中存在的問題，從選題、過程指導(dǎo)、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫和答辯等環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革與實(shí)踐，取得了較好教學(xué)效果，可為提高生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提供借鑒。

專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；生物工程；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革

生物工程專業(yè)是以工為主、理為輔、工理管結(jié)合的復(fù)合型專業(yè)，是培養(yǎng)掌握現(xiàn)代生物學(xué)和生物技術(shù)基本科學(xué)原理、基本技能、工藝技術(shù)過程和工程設(shè)計(jì)等基本理論，能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事產(chǎn)業(yè)化工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的工程技術(shù)高級人才[1]。生物工程具有工程學(xué)科屬性，賦予了工科人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)涵[2]。由此，決定了生物工程專業(yè)本科教學(xué)過程中，實(shí)踐教學(xué)占了非常重要的地位。實(shí)踐教學(xué)不但是生物工程專業(yè)本科教學(xué)的重要組成部分，而且是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐活動(dòng)的高素質(zhì)工程技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)[3]。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，蘭州理工大學(xué)生物工程專業(yè)于2005年自主設(shè)置了一門綜合性實(shí)踐類必修課程——《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》，該課程是在學(xué)生修完《工程制圖基礎(chǔ)》《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》《化工原理》《基因工程》《蛋白質(zhì)與酶工程》《細(xì)胞工程》《生物工程設(shè)備》和《生物工藝學(xué)》等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的。在整個(gè)專業(yè)課程體系中，《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》起著承前啟后的作用，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、形成設(shè)計(jì)觀念和手段的主要階段，也是理論知識與工程實(shí)踐相結(jié)合的重要過程，在生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的地位尤為突出。筆者以蘭州理工大學(xué)生物工程專業(yè)為例，就《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的重要性、教學(xué)中存在的主要問題以及教學(xué)改革與實(shí)踐，教學(xué)改革效果等方面加以論述和討論，為提高生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提供借鑒。

1 、《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的重要性

1.1 加深學(xué)生對理論知識的理解

通過《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握生物學(xué)理論知識、工藝技術(shù)過程和工程設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)理論，初步學(xué)會市場調(diào)研、文獻(xiàn)資料查閱、設(shè)計(jì)方案制定到產(chǎn)品試制（或?qū)嶒?yàn)實(shí)施）等基本過程、方法和思路，為下一階段的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）奠定基礎(chǔ)。

1.2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》自始至終要求學(xué)生明確自己是產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的主體，從領(lǐng)會設(shè)計(jì)任務(wù)、調(diào)研市場、查閱文獻(xiàn)資料、制定設(shè)計(jì)方案、試制產(chǎn)品（或?qū)嶒?yàn)實(shí)施）、最后撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯，都要親力親為，扎實(shí)做好每一環(huán)節(jié)。因此，該課程突出以學(xué)生為主體、提高培養(yǎng)人才質(zhì)量為目標(biāo)。此外，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試新方法和新工藝，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，使學(xué)生逐步養(yǎng)成如何運(yùn)用理論知識思考問題、分析問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力[4,5]。

1.3 培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》可以結(jié)合學(xué)生個(gè)人興趣及將來的發(fā)展方向選擇感興趣的設(shè)計(jì)內(nèi)容。在《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)中要求學(xué)生自己準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)計(jì)方案、完成實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等全過程，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)學(xué)到的理論知識，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要再學(xué)習(xí)的能力，通過完成實(shí)驗(yàn)全過程來培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程操作能力以及綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

1.4 培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)

鼓勵(lì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的學(xué)生參與教師所承擔(dān)的各類科研項(xiàng)目研究工作，將在研課題引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)的選題范圍內(nèi)。指導(dǎo)教師提前給學(xué)生講清楚課題研究的目的及主要內(nèi)容，安排學(xué)生查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，由指導(dǎo)教師審核后實(shí)施。通過參與指導(dǎo)教師的科研課題，促使學(xué)生查閱最新文獻(xiàn)資料，了解生物工程學(xué)科的研究進(jìn)展，彌補(bǔ)教材內(nèi)容的不足，為教學(xué)過程注入研究性學(xué)習(xí)，促進(jìn)教學(xué)與科研互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和能力[6]。

2、 《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)中存在的主要問題

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)類題目偏少，科學(xué)研究類題目偏多

《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》以科學(xué)研究類題目為主，而設(shè)計(jì)類題目較少，僅占20%，且所選題目水平相對較低。

2.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)題目過大，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)很難完成

部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)題目過大、過泛，如“xx工藝優(yōu)化”、“xx技術(shù)研究”等，致使部分學(xué)生不知從何下手，加之極個(gè)別指導(dǎo)教師疏于指導(dǎo)，學(xué)生無法在規(guī)定的3學(xué)周內(nèi)完成任務(wù)。另外，極少數(shù)學(xué)生自律性差，對待專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程不認(rèn)真、敷衍了事，3學(xué)周時(shí)間內(nèi)得不到像樣的設(shè)計(jì)結(jié)果。

2.3 報(bào)告撰寫不規(guī)范

從往年教學(xué)資料檢查發(fā)現(xiàn)，《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的報(bào)告格式不統(tǒng)一、不規(guī)范的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。即使是同一指導(dǎo)教師指導(dǎo)的若干名學(xué)生，撰寫的產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告也存在格式欠規(guī)范、統(tǒng)一的問題。

2.4 經(jīng)費(fèi)投入不足

無論是實(shí)踐教學(xué)條件還是實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備方面，經(jīng)費(fèi)投入不足，影響了《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》在內(nèi)的實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。

3、 《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》 教學(xué)改革探索與實(shí)踐

基于《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)過程中存在的問題，我們經(jīng)過充分的調(diào)研，對該課程有針對性地進(jìn)行了改革與實(shí)踐。改革的重點(diǎn)是《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的教學(xué)過程中要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，使學(xué)生在方案設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)資料查閱、產(chǎn)品試制（實(shí)驗(yàn)實(shí)施）、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫、答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)中得到綜合訓(xùn)練。

3.1 完善優(yōu)化課程教學(xué)大綱

教學(xué)大綱是學(xué)科教學(xué)的指導(dǎo)性文件，科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)大綱有利于提高教學(xué)質(zhì)量。我們結(jié)合2013版生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂，完善和優(yōu)化了《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱，從而使指導(dǎo)教師和學(xué)生在選題、方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品試制、報(bào)告撰寫、答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)有章可循、有據(jù)可依。

3.2 重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)的選題，強(qiáng)調(diào)選題的新穎性

《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》選題時(shí)主要從以下4方面考慮：（1）題目必須符合生物工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，滿足教學(xué)基本要求，題目內(nèi)容能涵蓋生物工程專業(yè)若干主干課程的內(nèi)容；（2）要求一人一題，題目與往屆不能重復(fù)，真題真做；（3）題目要難易適中，工作量飽滿，過程完整，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能夠完成；（4）選題能與科研、生產(chǎn)實(shí)際、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相結(jié)合，能反映生物技術(shù)發(fā)展水平，且具有一定的新穎性。

3.3 提高教師的工程實(shí)踐背景，增強(qiáng)題目的工程應(yīng)用性

高素質(zhì)的教師是保證工科應(yīng)用型人才質(zhì)量的根本。要培養(yǎng)一流的生物工程專業(yè)人才，必須要有一流的師資[7]。開展《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵在于建立一支結(jié)構(gòu)合理、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的教師隊(duì)伍。目前，參與《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的指導(dǎo)教師大多是青年教師，他們學(xué)歷層次高、學(xué)緣結(jié)構(gòu)好、綜合素質(zhì)高，但是沒有工廠、企業(yè)工作的經(jīng)歷，缺乏深入的工程背景。因此，每年有計(jì)劃地安排青年教師到生物工程相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)或公司去鍛煉實(shí)踐，深入生產(chǎn)一線了解急需解決的工程問題，積累工程經(jīng)驗(yàn)，既可提高他們的理論教學(xué)水平和科學(xué)研究能力[8]，又能提高專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)水平。

3.4 提早布置產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)，保證充足的教學(xué)時(shí)間

在第六學(xué)期末開始征集專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)題目，組織專家對征集到的題目進(jìn)行審核，然后學(xué)生根據(jù)自己的興趣和能力選擇題目，匯總后確定每位指導(dǎo)教師指導(dǎo)的學(xué)生名單。在放暑假前，指導(dǎo)教師安排學(xué)生在假期查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)方案、撰寫開題報(bào)告。設(shè)計(jì)方案由指導(dǎo)教師審核后，學(xué)生在第七學(xué)期的第1-3學(xué)周進(jìn)行產(chǎn)品試制或?qū)嶒?yàn)實(shí)施。第4學(xué)周后利用課余時(shí)間分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告，直到第8-9學(xué)周（10月下旬）完成專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)答辯。這樣既保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間，又保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.5 嚴(yán)格學(xué)生考勤，加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程管理

在《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師嚴(yán)格考核學(xué)生的出勤，并指導(dǎo)和督促學(xué)生按時(shí)完成專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)。院、系兩級組織專家定期、不定期地抽查專業(yè)專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程記錄、出勤情況，將發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)反饋給指導(dǎo)教師，從而確?！秾I(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)的有序進(jìn)行。

3.6 加大經(jīng)費(fèi)投入，改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)條件

從去年以來，學(xué)院撥付部分經(jīng)費(fèi)來補(bǔ)助專業(yè)專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在一定程度上緩解了產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)不足的問題。另外，指導(dǎo)教師利用自己的科研課題經(jīng)費(fèi)購置了一批儀器設(shè)備（如低溫離心機(jī)、人工氣候箱、電泳儀等），改善了專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的教學(xué)條件。

3.7 建立完善的課程考核評價(jià)辦法

科學(xué)、完善的成績考核評定方法對提高《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》課程的質(zhì)量具有良好的促進(jìn)作用[9]。正確的考核方式可以提高學(xué)生的積極性，反之將挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[10]?！秾I(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的成績包括平時(shí)成績（50%）和答辯成績（50%）兩部分組成。平時(shí)成績由指導(dǎo)教師來評定，評分項(xiàng)目包括學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤率，查閱資料及對資料的分析能力，設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)實(shí)施能力和工作量，產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫能力及質(zhì)量和綜合基礎(chǔ)理論。答辯成績由答辯小組成員（5-7人）來評定，評分項(xiàng)目包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)講述、產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量及回答問題能力。這種考核方式，不但增強(qiáng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，而且提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量。

3.8 重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)總結(jié)與交流

答辯結(jié)束后，組織指導(dǎo)教師就《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》的教學(xué)進(jìn)行總結(jié)與交流，并推薦成績優(yōu)秀的學(xué)生參加學(xué)校組織的生物質(zhì)資源大賽。在歷屆蘭州理工大學(xué)生物質(zhì)資源大賽中，生物工程專業(yè)的學(xué)生取得了很好成績。近3年來，有5名同學(xué)獲得一等獎(jiǎng)，6名同學(xué)獲得二等獎(jiǎng)。學(xué)生通過參加生物質(zhì)資源大賽，一方面可與其他專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行交流產(chǎn)品設(shè)計(jì)成果；另一方面可鍛煉學(xué)生的綜合能力。

4、《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)改革的效果

通過近幾年的專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，我們不斷改進(jìn)教學(xué)方式，實(shí)踐證明，通過上述改革，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力、科創(chuàng)能力及綜合素質(zhì)得以提升。近年來，生物工程專業(yè)的畢業(yè)生基礎(chǔ)理論知識扎實(shí)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)過硬、工程實(shí)踐能力強(qiáng)，深受用人單位的好評。

5、結(jié)語

通過教學(xué)改革與實(shí)踐，《專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)》教學(xué)效果不斷改善。生物工程專業(yè)的學(xué)生通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)鍛煉了設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了良好的思維習(xí)慣，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

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Teaching reformation and practice on Professional Product Design under engineering education background

WU Guo-qiang, LI Shan-Jia, GONG Hui-ling, LIU Zuo-jun
(School of Life Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Gansu, Lanzhou 730050, China)

∶ Professional Product Design is a comprehensively practical curriculum set up by Biological Engineering major at Lanzhou University of Technology, which plays important roles in training the designed ability, innovative ability, engineering practical ability and scientific research quality of undergraduates. In this paper, some problems existed in the teaching process of Professional Product Design have been pointed out, and the reforming and practical measures are carried out in the aspects of the selection of the topic, the process of the guidance, the writing of design report and the oral defense. Some good teaching effects have been obtained. This should provide some references for improving the training quality of Biological Engineering talents.

∶ Professional Product Design; Biological Engineering; Innovative Ability; Teaching Reformation.

蘭州理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號：2013-22和2015-24）。