新工科背景下生物制藥專業(yè)工程類課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐

張 靜，姜 靜，于鵬飛，張加余

（濱州醫(yī)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264003）

生物醫(yī)藥是21世紀(jì)最具希望和發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也是我國《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中確定的重點(diǎn)發(fā)展的高新領(lǐng)域。2020年新冠肺炎疫情中生物診斷試劑、疫苗和抗體在診斷、預(yù)防、治療中發(fā)揮了巨大作用，生物醫(yī)藥行業(yè)也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，對(duì)生物制藥高級(jí)專門人才的需求也愈發(fā)迫切。

生物制藥專業(yè)作為新技術(shù)、學(xué)科交叉融合的新工科專業(yè)，肩負(fù)著為生物醫(yī)藥行業(yè)培養(yǎng)和輸出德智體美勞全面發(fā)展的高質(zhì)量應(yīng)用型工程技術(shù)人才的重任。然而，相較于生物醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)的大量涌現(xiàn)和快速發(fā)展，國內(nèi)高等學(xué)校對(duì)生物制藥專業(yè)人才的培養(yǎng)卻普遍相對(duì)滯后，難以滿足行業(yè)快速發(fā)展的需求，迫切需要提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。課程作為人才培養(yǎng)的核心要素，在本科教育中發(fā)揮著重要作用，可以說，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。2019年10月，《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》提出，要立足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求和人才培養(yǎng)目標(biāo)，建設(shè)一批培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才的一流本科課程[2]。對(duì)于生物制藥專業(yè)而言，工程類課程處于課程體系中的核心位置，是連接理論素養(yǎng)與工程實(shí)踐能力的橋梁，因此建設(shè)工程類課程對(duì)于培養(yǎng)生物制藥高質(zhì)量應(yīng)用型人才、實(shí)現(xiàn)本科教育與產(chǎn)業(yè)協(xié)同式、跨越式發(fā)展意義重大[3]。

1 生物制藥專業(yè)工程類課程教學(xué)現(xiàn)狀

我校位于以生物醫(yī)藥與健康產(chǎn)業(yè)為特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一的煙臺(tái)，生物制藥專業(yè)自2013年設(shè)立以來一直致力于為區(qū)域和國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)滿足行業(yè)發(fā)展需求的具有醫(yī)學(xué)背景的應(yīng)用型新工科人才，是生物醫(yī)藥技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)，山東省高水平應(yīng)用型專業(yè)群建設(shè)專業(yè)以及省級(jí)一流本科專業(yè)。目前，我校生物制藥專業(yè)開設(shè)的工程類課程包括化工原理、基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和生物制藥工藝學(xué)等，旨在幫助學(xué)生掌握現(xiàn)代生物技術(shù)理論與技術(shù)的基礎(chǔ)上具備從事生物藥物研發(fā)、生產(chǎn)、分析檢驗(yàn)和質(zhì)量保證的能力，在提高學(xué)生工程素養(yǎng)和專業(yè)水平中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

然而，此類課程在初期教學(xué)中普遍存在教學(xué)過程單向、教學(xué)模式單一、教學(xué)資源匱乏、理論實(shí)踐脫節(jié)等現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后出現(xiàn)工程素養(yǎng)不高、創(chuàng)新能力不足、崗位適應(yīng)能力不強(qiáng)等問題，難以滿足生物制藥行業(yè)對(duì)人才質(zhì)量的要求。通過不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國家對(duì)新工科和一流課程建設(shè)的要求，我們進(jìn)行了工程類課程的教學(xué)改革與實(shí)施，建立了一套“以課程思政為引領(lǐng)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向，以工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心”的課程體系，提高了人才培養(yǎng)的針對(duì)性和創(chuàng)造性，為培養(yǎng)生物制藥卓越工程技術(shù)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文以生物制藥專業(yè)必修課酶工程為例，詳細(xì)闡述了生物制藥專業(yè)工程類課程的建設(shè)與實(shí)施方案以及實(shí)施效果。

2 酶工程課程建設(shè)與實(shí)施方案

我校酶工程課程擁有扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)，歷經(jīng)了十余年的持續(xù)建設(shè)和應(yīng)用。在課程建設(shè)與實(shí)施過程中，從強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè)、明確教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)模式以及完善教學(xué)考核與評(píng)價(jià)體系5方面入手，切實(shí)提高課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1 強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè)，提升教學(xué)能力

酶工程作為生物制藥專業(yè)工程類課程的代表，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，對(duì)授課教師的工程實(shí)踐能力和教學(xué)水平都有著較高的要求[4]。因此，打造一支實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、創(chuàng)新能力強(qiáng)的師資隊(duì)伍就成為提高課程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。我們充分利用本專業(yè)產(chǎn)教融合、校企合作、各方力量參與辦學(xué)的優(yōu)勢(shì)，通過“引進(jìn)來”和“走出去”相結(jié)合的方式優(yōu)化師資結(jié)構(gòu)，打造了一支專兼結(jié)合的高水平“雙師型”師資隊(duì)伍。一方面，聘請(qǐng)企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)豐富的行業(yè)專家擔(dān)任授課教師，在把握行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上將行業(yè)發(fā)展歷程、行業(yè)規(guī)范、生產(chǎn)項(xiàng)目實(shí)例及產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)融入課程內(nèi)容，提升課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性；另一方面，通過與學(xué)院理事會(huì)成員單位廣泛合作建立工程實(shí)踐基地，定期將青年教師派到基地進(jìn)行培訓(xùn)，及時(shí)掌握行業(yè)需求和未來發(fā)展方向，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，改變課堂教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)現(xiàn)狀，并在人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域開展產(chǎn)學(xué)研全方位合作，推動(dòng)生物制藥專業(yè)發(fā)展。

2.2 對(duì)標(biāo)人才需求，明確教學(xué)目標(biāo)

面向生物制藥行業(yè)，以培養(yǎng)卓越生物制藥人才為導(dǎo)向，結(jié)合我校生物制藥專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和《教育部 工業(yè)和信息化部 中國工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》，依據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類法確定課程教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面發(fā)展。通過調(diào)研考察，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)與行業(yè)專家進(jìn)行充分研討，最終將本課程的教學(xué)目標(biāo)確定為：培養(yǎng)面向生物制藥行業(yè)、具有良好職業(yè)道德、系統(tǒng)掌握酶工程的理論和技能、具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識(shí)的高級(jí)應(yīng)用型人才。

2.3 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)資源

教材的選用與教學(xué)內(nèi)容的安排密切相關(guān)，因此選擇適合生物制藥專業(yè)學(xué)生使用的教材至關(guān)重要。目前，酶工程教材版本眾多，不同教材在內(nèi)容設(shè)置上存在很大差異。我校選用郭勇主編、科學(xué)出版社出版的第4版《酶工程》為教材，該書內(nèi)容安排合理，系統(tǒng)性強(qiáng)，重點(diǎn)、難點(diǎn)突出，被國內(nèi)高校廣泛使用[5]。此外，選用兩本參考教材，分別是吳敬、殷幼平主編、科學(xué)出版社出版的《酶工程（案例版）》，以及趙蕾主編，科學(xué)出版社出版的《酶工程（雙語教材）》，為教學(xué)提供了豐富的生產(chǎn)實(shí)例與雙語教學(xué)素材，有助于提升課程的實(shí)踐性和高階性。

為了幫助學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容，我們將教材內(nèi)容整合為4個(gè)模塊，分別是酶學(xué)基礎(chǔ)，酶的生產(chǎn)（包括酶的發(fā)酵生產(chǎn)、酶的提取與分離純化），酶的改造（包括酶與細(xì)胞的固定化、酶分子修飾、非水相酶催化、生物酶工程）以及酶的應(yīng)用，進(jìn)行模塊化教學(xué)，幫助學(xué)生掌握完整的課程知識(shí)脈絡(luò)。不同模塊的教學(xué)內(nèi)容由任課教師與行業(yè)專家結(jié)合教材內(nèi)容、行業(yè)生產(chǎn)實(shí)際與最新研究進(jìn)展共同分析、整合、重組，保證教學(xué)內(nèi)容的豐富性與前沿性，并將思想引領(lǐng)、行業(yè)規(guī)范與學(xué)術(shù)道德等思政內(nèi)容引入課程內(nèi)容，做到潤(rùn)物細(xì)無聲。此外，注重實(shí)踐教學(xué)，充分利用校內(nèi)實(shí)驗(yàn)中心、開放實(shí)驗(yàn)室、教師課題研究室和企業(yè)實(shí)習(xí)基地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、大學(xué)生科技創(chuàng)新以及見習(xí)實(shí)習(xí)，從而在課上課下、科研和生產(chǎn)第一線培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力，提升課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

為了幫助學(xué)生更全面地接觸課程內(nèi)容和教學(xué)資源，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，滿足學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需要，我們根據(jù)課程內(nèi)容精心制作了酶工程在線課程，并于2020年春季學(xué)期起在智慧樹平臺(tái)開放。在線課程為學(xué)生提供了豐富的教學(xué)視頻、教學(xué)課件、測(cè)試題、視頻動(dòng)畫以及課外學(xué)習(xí)資源等，并通過話題討論區(qū)實(shí)現(xiàn)師生、生生互動(dòng)。除用于本校學(xué)生線上線下混合式教學(xué)外，酶工程在線課程還面向國內(nèi)各高校開放，本年度先后被華僑大學(xué)、云南大學(xué)、杭州師范大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東第一醫(yī)科大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、濰坊醫(yī)學(xué)院等28所高校及2 000余人次社會(huì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。

2.4 改革教學(xué)模式，突出課程特色

在教學(xué)過程中，我們改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，注重將立德樹人與教書育人相結(jié)合，以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以信息化教學(xué)技術(shù)為手段，打造了“三維—三段—六法”的酶工程線上線下混合式教學(xué)模式（見圖1）。“三維”即線上學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)和第二課堂，“三段”即課前、課中和課后，“六法”即BOPPPS法、布魯姆教育目標(biāo)分類法、案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、參與式教學(xué)法和項(xiàng)目教學(xué)法。

圖1 酶工程線上線下混合式教學(xué)模式

該教學(xué)模式利用BOPPPS法進(jìn)行課前教學(xué)設(shè)計(jì)和課中教學(xué)實(shí)施，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的不同維度和階段依據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類法設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，開展課程教學(xué)[6]。課前，通過線上預(yù)習(xí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生完成記憶與理解簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的初級(jí)目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生自主分析思考，發(fā)現(xiàn)問題；課中，利用雨課堂進(jìn)行參與式教學(xué)，通過課前測(cè)試了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，再以最新科研成果、工程項(xiàng)目或企業(yè)實(shí)例為案例，或者以生產(chǎn)實(shí)際、社會(huì)現(xiàn)象、熱點(diǎn)話題為問題組織和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課堂討論與互動(dòng)，通過啟發(fā)式、研討式教學(xué)突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力，提升職業(yè)素養(yǎng)，達(dá)到高階目標(biāo)；課后，通過在線課程的單元測(cè)試、作業(yè)及話題討論對(duì)學(xué)生進(jìn)行后測(cè)，及時(shí)分析總結(jié)后測(cè)結(jié)果并引導(dǎo)學(xué)生完成課程內(nèi)容思維導(dǎo)圖的繪制，幫助學(xué)生梳理課程知識(shí)脈絡(luò)，實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，并通過補(bǔ)充課外學(xué)習(xí)資源來加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解[7-9]。此外，在第二課堂中通過校企合作、參與教師課題、申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等方式為學(xué)生提供參加各類實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類技能競(jìng)賽和發(fā)表研究論文，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和科研思維，學(xué)以致用。

2.5 完善教學(xué)考核與評(píng)價(jià)體系，堅(jiān)持以評(píng)促教

為保障課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的順利實(shí)施和教學(xué)質(zhì)量的提高，必須采取有效的教學(xué)考核與評(píng)價(jià)方法，并堅(jiān)持以評(píng)促改[10]。本課程通過教學(xué)評(píng)價(jià)和課程考核兩個(gè)方面對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行檢驗(yàn)。構(gòu)建以教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主導(dǎo)的“自我評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)”相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)體系，建立多樣評(píng)價(jià)和過程跟蹤的考核體系。具體成績(jī)?cè)u(píng)定方式包括：（1）線上評(píng)價(jià)（占總成績(jī)的30%），由學(xué)習(xí)行為（30%）、在線測(cè)試（60%）和互動(dòng)討論（10%）組成；（2）線下評(píng)價(jià)（占總成績(jī)的70%），由課堂表現(xiàn)（20%）、作業(yè)報(bào)告（20%）、期末考試（60%）組成，多角度、全方位地測(cè)評(píng)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)水平。此外，結(jié)合督導(dǎo)、同行和學(xué)生評(píng)價(jià)以及課程問卷調(diào)查加強(qiáng)對(duì)教學(xué)過程的監(jiān)控與評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果用于指導(dǎo)課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)，助力生物制藥人才培養(yǎng)。

3 酶工程課程建設(shè)效果與存在問題

通過酶工程課程建設(shè)，進(jìn)一步強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè)，明確教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式，完善教學(xué)考核與評(píng)價(jià)體系，提高人才培養(yǎng)的針對(duì)性和培養(yǎng)人才的創(chuàng)造性，滿足生物制藥行業(yè)需求。課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施中堅(jiān)持校企合作、產(chǎn)教融合，形成了“三維—三段—六法”的線上線下混合式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)的信息化、實(shí)踐化、參與化，不僅有利于完整課程體系的建立，而且極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)有一定提升，督導(dǎo)、同行對(duì)課程的評(píng)價(jià)較高。通過對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果的問卷調(diào)查不難看出，學(xué)生對(duì)課程的滿意度高，學(xué)習(xí)能動(dòng)性、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)顯著提高，工程素養(yǎng)也明顯提升（見表1）。

表1 酶工程課程教學(xué)效果問卷調(diào)查結(jié)果

然而，隨著酶工程技術(shù)的快速發(fā)展，為了滿足新工科以科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新成果來保障高質(zhì)量人才培養(yǎng)的要求，課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都需要不斷更新，這也對(duì)教師提出了更高的要求，教師不僅要有較高的教學(xué)水平，還要有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力[11]。目前，中青年教師仍是課程教學(xué)的主力軍，雖然定期進(jìn)行工程實(shí)踐培訓(xùn)對(duì)于提高中青年教師的工程實(shí)踐能力、了解行業(yè)需求、把握行業(yè)發(fā)展方向有顯著作用，但仍存在諸多問題。一方面，在較大的科研壓力下，中青年教師參與培訓(xùn)的積極性和時(shí)間難以保證；另一方面，企業(yè)因擔(dān)心技術(shù)泄密往往會(huì)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)置保密限制，難以滿足培訓(xùn)要求。因此，后續(xù)還應(yīng)進(jìn)一步完善教師培養(yǎng)機(jī)制和激勵(lì)措施，鼓勵(lì)中青年教師多渠道鍛煉工程實(shí)踐能力，提高教學(xué)水平。

通過對(duì)酶工程課程的建設(shè)與實(shí)施，對(duì)標(biāo)生物制藥行業(yè)需求和卓越工程師人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，為生物制藥專業(yè)工程類課程建立一套以工程實(shí)踐和科研創(chuàng)新能力為核心的教學(xué)體系，并將課程內(nèi)容與思想引領(lǐng)、行業(yè)規(guī)范、科技發(fā)展等內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，助力學(xué)生成為具有良好職業(yè)道德、較高綜合素質(zhì)、較強(qiáng)工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的高級(jí)應(yīng)用型人才，為國家走新型工業(yè)化道路、實(shí)現(xiàn)建設(shè)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略目標(biāo)培養(yǎng)卓越人才。