創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)中“生物分離工程”課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

胡曉亮 朱文優(yōu) 田志革

摘要為滿足生物工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的需求，對(duì)專業(yè)核心課程“生物分離工程”教學(xué)改革路徑進(jìn)行探索。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核方式等方面的改革，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用能力，創(chuàng)新能力和解決工程實(shí)踐中問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高主動(dòng)性，增強(qiáng)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 生物分離工程；創(chuàng)新應(yīng)用型人才；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.03.021

2014年，針對(duì)地方本科院校發(fā)展轉(zhuǎn)型，國(guó)務(wù)院、教育部提出“努力構(gòu)建中國(guó)現(xiàn)代職業(yè)教育體系，使部分普通本科院校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)大學(xué)”的指導(dǎo)方針。[1]宜賓學(xué)院是四川省首批8所應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展試點(diǎn)高校之一，以培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才為目標(biāo)。在創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)能力、應(yīng)用創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力以及解決實(shí)際問(wèn)題能力提出更高要求。[2-3]

1課程建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義

生物工程專業(yè)是我校首批本科專業(yè)之一，擁有近20年的辦學(xué)歷史。該專業(yè)緊密結(jié)合區(qū)域支柱產(chǎn)業(yè)，主要面向中國(guó)西南地區(qū)生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)人才的需求。本專業(yè)是“省級(jí)特色專業(yè)”（2010年）、“省級(jí)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)”（2011年）、“省級(jí)卓越工程師培育計(jì)劃”（2012年）、“省級(jí)應(yīng)用型示范專業(yè)”（2016年）和“省級(jí)一流本科專業(yè)”（2019年）。本專業(yè)建成了由“五類教學(xué)資源、四大教學(xué)平臺(tái)、三能訓(xùn)練系統(tǒng)、兩種教學(xué)運(yùn)行模式”交互協(xié)同的創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)體系，獲得2018年第八屆四川省高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)。

生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)能適應(yīng)區(qū)域生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，具備堅(jiān)決擁護(hù)中國(guó)共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)，全面發(fā)展“德、智、體、美、勞”能力素質(zhì)，社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)、職業(yè)素養(yǎng)高，生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的理論基礎(chǔ)和基本技能扎實(shí)，創(chuàng)新能力強(qiáng)、能夠勝任生物工程產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)崗位的應(yīng)用技術(shù)型社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。

生物工程專業(yè)一直秉承服務(wù)地方優(yōu)勢(shì)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)，為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的理念，在分析四川省“5+1”產(chǎn)業(yè)體系、宜賓市“8+2”工業(yè)體系等當(dāng)?shù)卣?，調(diào)研了五糧液集團(tuán)、六尺巷酒業(yè)、中國(guó)川菜產(chǎn)業(yè)園、成都天味集團(tuán)、新希望乳業(yè)等20余家用人單位，基本掌握了地方發(fā)酵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)展，厘清了地方企事業(yè)單位對(duì)本專業(yè)人才的崗位群、需求情況及能力要求；動(dòng)態(tài)調(diào)整本科理論教學(xué)課程與實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，比如近幾年陸續(xù)新增了“分子生物學(xué)”“基因工程”“酶技術(shù)與應(yīng)用”“液態(tài)發(fā)酵工藝學(xué)”“生物分離工程”等理論課程；新增“固定化細(xì)胞產(chǎn)酶”“感受態(tài)細(xì)胞制備”“蛋白質(zhì)的原核表達(dá)與產(chǎn)物純化”“天然產(chǎn)物提取”等實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，極大促進(jìn)了學(xué)生對(duì)新興生物工程產(chǎn)業(yè)的認(rèn)知，提高了理論水平、創(chuàng)新水平及實(shí)踐操作能力，畢業(yè)生的就業(yè)渠道由原來(lái)的傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)（酒產(chǎn)業(yè)、肉制品產(chǎn)業(yè)、調(diào)味品產(chǎn)業(yè)、醬腌菜產(chǎn)業(yè)、乳制品產(chǎn)業(yè)等）向新興液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)拓寬（制藥產(chǎn)業(yè)、生物化工產(chǎn)業(yè)、疫苗產(chǎn)業(yè)等），與本專業(yè)長(zhǎng)期合作開(kāi)展人才培訓(xùn)、學(xué)生實(shí)習(xí)、畢業(yè)就業(yè)等相關(guān)工作的有高金食品、新希望乳業(yè)、雙胞胎集團(tuán)、馳陽(yáng)集團(tuán)、步長(zhǎng)藥業(yè)、五糧液集團(tuán)、川酒集團(tuán)、瑞測(cè)檢測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)等大型企事業(yè)單位。我們輸送的學(xué)生受到社會(huì)各界的廣泛認(rèn)可，這都得益于我們對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置的動(dòng)態(tài)調(diào)整，使之不斷適應(yīng)產(chǎn)業(yè)及行業(yè)對(duì)人才的新需求。

2課程目前存在的問(wèn)題

“生物分離工程”是我校生物工程專業(yè)核心課程之一，課程教學(xué)目標(biāo)著重提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，創(chuàng)新實(shí)踐能力以及工程設(shè)計(jì)能力。該課程以生物大分子分離純化技術(shù)為核心，重點(diǎn)講解生物產(chǎn)物分離純化各項(xiàng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)、操作方法及實(shí)踐應(yīng)用。[4-6]然而，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置常常是按照選用教材或教學(xué)大綱要求，忽略了生產(chǎn)實(shí)踐中各環(huán)節(jié)的連貫性、邏輯性；學(xué)生可能掌握某一項(xiàng)技術(shù)，而忽略了多項(xiàng)技術(shù)的聯(lián)合使用；課堂教學(xué)中教師授課、學(xué)生被動(dòng)接收信息，缺乏主動(dòng)思考環(huán)節(jié)，也很難將知識(shí)點(diǎn)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)；考核方式較單一，大部分是“卷面閉卷考試+平時(shí)課堂表現(xiàn)”的考核方式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性不高，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力無(wú)法得到鍛煉及提升。為了達(dá)到課程教學(xué)要求，課程組從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式三個(gè)方面進(jìn)行改革，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，提升創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，并最終培養(yǎng)出懂理論、會(huì)實(shí)踐、能解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。[7]

3課程建設(shè)路徑

3.1課堂引入工業(yè)化生產(chǎn)案例，串聯(lián)教學(xué)內(nèi)容

《生物分離工程》現(xiàn)行教材及參考書(shū)籍的知識(shí)內(nèi)容基本分為“發(fā)酵液預(yù)處理（細(xì)胞分離與破碎、初級(jí)分離）—分離（膜分離、萃取、吸附分離）—純化（色譜、親和層析）—精制（結(jié)晶、干燥）”四部分。在教學(xué)過(guò)程中，首先講解各技術(shù)的原理、特點(diǎn)、設(shè)備及應(yīng)用等內(nèi)容，待學(xué)生掌握基本知識(shí)點(diǎn)后，再結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)案例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容串聯(lián)。以大腸桿菌表達(dá)動(dòng)物病毒源蛋白質(zhì)為例。大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)是基因工程中發(fā)展最早、目前應(yīng)用最廣的經(jīng)典表達(dá)系統(tǒng)。[4]利用大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)高效表達(dá)外源可溶性蛋白的下游工藝過(guò)程包括發(fā)酵液的預(yù)處理（離心、細(xì)胞破碎）、親和層析純化、復(fù)性。那么在案例講解過(guò)程中，可以將理論知識(shí)與工程實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生能夠更加直觀清晰的理解理論知識(shí)，也有利于學(xué)生學(xué)以致用。通過(guò)案例的講解，學(xué)生對(duì)生物分離工程過(guò)程的理解更加具體，比如，大腸桿菌發(fā)酵液的預(yù)處理中，離心收集菌體所采用的儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)條件都可以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行具體化的講解。還可以在課上引入谷氨酸生產(chǎn)工藝的案例講解萃取、結(jié)晶、干燥等知識(shí)點(diǎn)。總之，在課堂上引入生物工程領(lǐng)域工業(yè)化的實(shí)際案例，在學(xué)生掌握基本知識(shí)點(diǎn)之后進(jìn)行案例講解，使知識(shí)點(diǎn)具體化，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加深刻，有利于后續(xù)進(jìn)一步創(chuàng)新實(shí)踐任務(wù)的開(kāi)展。

3.2多維度改革教學(xué)方法，提升學(xué)生積極性及創(chuàng)新意識(shí)

在教學(xué)中，除了引入視頻、慕課資源豐富課堂內(nèi)容外，還采取了以下方法提升教學(xué)效果。

仿真教學(xué)。充分利用學(xué)校仿真教學(xué)資源，通過(guò)上機(jī)演示，學(xué)習(xí)生物大分子分離純化工藝流程，如天冬酰胺酶分離純化過(guò)程、青霉素分離純化過(guò)程等，學(xué)生均通過(guò)仿真教學(xué)軟件進(jìn)行上機(jī)演示學(xué)習(xí)。

分組討論。目的是讓學(xué)生充分參與到課堂“教與學(xué)”的過(guò)程。以兩個(gè)教學(xué)周為一個(gè)周期，老師提前布置分組討論任務(wù)，比如最新發(fā)表的科研成果、老師的在研項(xiàng)目、企業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求等等，讓學(xué)生成立討論小組，一般3～5人，自行查閱相關(guān)資料，整理成PPT后，進(jìn)行分享討論，在此過(guò)程中，學(xué)生既可以討論當(dāng)前研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)，還可以設(shè)計(jì)創(chuàng)新分離方案等，不但有助于開(kāi)闊視野和思路，還可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

實(shí)驗(yàn)課程輔助理論教學(xué)。開(kāi)設(shè)“大腸桿菌原核表達(dá)外源蛋白”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生從重組質(zhì)粒構(gòu)建、工程菌的制備、發(fā)酵條件控制到蛋白質(zhì)的分離、純化、復(fù)性等環(huán)節(jié)均能親自動(dòng)手操作，非常有助于理論知識(shí)的理解及解決實(shí)際問(wèn)題能力的提升。

充分利用企業(yè)資源開(kāi)展教學(xué)。我專業(yè)與瀘州步長(zhǎng)藥業(yè)集團(tuán)、瀘州自動(dòng)化設(shè)備有限公司、三真農(nóng)業(yè)集團(tuán)等企業(yè)長(zhǎng)期合作，開(kāi)展人員培訓(xùn)、學(xué)生實(shí)習(xí)、企業(yè)專家進(jìn)課堂等活動(dòng)，學(xué)生在企業(yè)可以學(xué)到設(shè)備運(yùn)行、產(chǎn)物提取等相關(guān)知識(shí)。

學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目。學(xué)生在參與教師相關(guān)科研項(xiàng)目時(shí)，無(wú)疑有機(jī)會(huì)接觸到本行業(yè)最前沿的理論、設(shè)備、行業(yè)發(fā)展前沿信息等，并由此孵化出多項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力提升、解決實(shí)際問(wèn)題能力的提升都有極大促進(jìn)作用。

3.3優(yōu)化考核體系，增加過(guò)程性考核權(quán)重

以往考核方式單一，僅以“期末考試（70%左右）+平時(shí)課堂表現(xiàn)（占30%左右）”進(jìn)行考核，而平時(shí)課堂成績(jī)多以學(xué)生考勤、學(xué)生筆記等衡量，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，學(xué)習(xí)效果不好。在教學(xué)探索過(guò)程中，課程組老師對(duì)考核體系進(jìn)行了優(yōu)化，增加了過(guò)程性考核權(quán)重。

除了常規(guī)的考勤、隨堂提問(wèn)等過(guò)程考核外，教師定期發(fā)布的分組討論教學(xué)任務(wù)（項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)閱讀等），由老師評(píng)價(jià)及學(xué)生互評(píng)打分；階段性進(jìn)行知識(shí)回顧測(cè)驗(yàn)（雨課堂測(cè)試）；網(wǎng)絡(luò)資源（慕課）的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)等。注重教學(xué)過(guò)程管理，權(quán)重由原來(lái)的30%提升到50%。期末考試成績(jī)權(quán)重由原來(lái)的70%降為50%。

3.4注重師資隊(duì)伍建設(shè)

生物工程專業(yè)歷來(lái)重視師資隊(duì)伍建設(shè)。首先在進(jìn)行新教師招聘時(shí)，要求必須具有工科背景，并指定試講課程內(nèi)容；教學(xué)過(guò)程中也一直關(guān)注教師個(gè)人成長(zhǎng)。與各合作企業(yè)建立“雙師雙能”實(shí)踐教學(xué)基地，每年選送至少1名老師去生物工程產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)，經(jīng)過(guò)送培計(jì)劃，有效提升了教師隊(duì)伍的工程能力、實(shí)踐能力、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，返校后，教師上課效果好，能夠針對(duì)工廠生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際工程問(wèn)題去設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容，而不再停留在傳統(tǒng)的理論授課，課堂內(nèi)容生動(dòng)了，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也隨之提升。在教學(xué)過(guò)程，我們還會(huì)聘請(qǐng)企業(yè)內(nèi)有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的老師給學(xué)生上課，解答學(xué)生的疑問(wèn)等。經(jīng)過(guò)兩輪教學(xué)實(shí)踐總結(jié)，我們認(rèn)為教師隊(duì)伍的工程能力建設(shè)對(duì)課程的授課效果起到了極好的促進(jìn)作用。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)中的案例有機(jī)串聯(lián)、整合教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用多元化的教學(xué)方法與手段、完善課程考核方式等教學(xué)改革措施，切實(shí)提升了學(xué)生生物分離工程創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性得到極大提升，教學(xué)評(píng)價(jià)較好，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力不斷提高，主持或參與的大創(chuàng)項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽等質(zhì)量及數(shù)量逐年上升；學(xué)生在相關(guān)企業(yè)就業(yè)后，能夠很快適應(yīng)崗位需求，這也得益于教學(xué)過(guò)程中充分利用企業(yè)資源進(jìn)行知識(shí)傳授。在今后的教學(xué)過(guò)程中，課程組還將繼續(xù)推進(jìn)改革措施，不斷更新教學(xué)案例、教學(xué)內(nèi)容緊貼科研前沿、隨時(shí)了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，并將信息傳遞給學(xué)生，組織學(xué)生討論，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)；開(kāi)展更加多樣化的生物分離工程相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提升學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力及解決實(shí)際問(wèn)題的能力；課程考核多元化，注重過(guò)程性考核，注重提升學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)意識(shí)等，這樣不僅能提高學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，還能培養(yǎng)出更多真正適合產(chǎn)業(yè)需求的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

*通訊作者：田志革

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)新農(nóng)科項(xiàng)目“基于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的食品類專業(yè)多學(xué)科交叉融合改造升級(jí)路徑探索與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：155-GXNK202002）；宜賓學(xué)院課堂教學(xué)改革項(xiàng)目“基于產(chǎn)業(yè)崗位需求的教學(xué)體系改革——以《生物分離工程》為例”（項(xiàng)目編號(hào)155-JGY202026）。

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