单位文秘网 2021-07-23 08:11:49 点击: 次
摘要:针对生物反应工程课程在工科高校教学过程中存在的问题,开展基于“卓越工程师教育培养”的生物反应工程课程改革,通过探索性实践教育和引导互动式教学培养学生的工程能力和学习能力,并通过工程设计培养学生团队协作和沟通能力,使学生具备卓越工程师的工程能力和创新能力,也为该课程的在工科高校的教学提供参考。
关键词:生物反应工程;教学方法改革;探索性实践教育;引导互动式教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)44-0136-02
“卓越工程师教育培养计划”是教育部为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》启动的教育改革项目,旨在培养一批创新能力强、适应经济、社会发展需要的高质量工程技术人才,服务于中国的新型工业化发展及建设创新型国家。美国培养2020年计划描述了未来工程师应该具备:分析能力、实践才能、创新意识和创造力、较高的理论道德标准及职业素养、知识更新能力及终身学习能力、良好沟通能力、管理技能和领导才能;此外还需具备对权威工程独到批判力、自我肯定/否定勇气、工程环境和谐的意识等特质,具备上了上述特质的工程师才能称得上真正的卓越工程师。新中国建立以来我国的高等教育曾培养出一大批优秀的工程师人才,但是20世纪末高校扩招以来高等中工程教育弱化趋势显著,严重影响了工程型应用人才的培养质量。卓越工程师培养计划的启动体现了我国对工程教育的理性回归,教育部已于2011年开始批准部分高校建设“卓越工程师教育培养计划”学科,将为促进我国高等教育面向社会需求的人才提升工程型人才培养质量起到示范带动作用。
燕山大学生物化工专业于2011年成为教育部实施卓越工程师培养计划的试点专业之一。为实现卓越工程师的培养目标,燕山大学生物工程系对生物化工专业的现有课程体系进行了相应的调整、改革和优化,旨在培养生物工程领域从事发酵、分离、工程设计等工作的高素质应用型工程师。
《生物反应工程》是生物化工专业的一门重要的专业学位课,是一门以生物学、工程学、信息技术等多学科为基础的交叉学科,是利用自然科学的原理解释和处理生物反应过程共性的工程技术问题的学科。生物反应工程强调工程观点、定量运算、实验技能、设计能力和理论联系实际的能力,从而培养学生分析问题和解决问题的能力。由于生物反应工程课以高等数学、化工原理、物理化学和发酵工程等学科为基础,尤其对高等数学的基础要求较高[1],学生普遍感到此课程晦涩难懂同时不能正确理解生物反应工程原理在工程化过程中如何应用,换言之学生在接受工程化概念时普遍存在障碍,在教与学的过程中体现为学生只关注和记忆动力学建立过程的公式推导或上千参数的物理意义,谈起理论知之甚多、具体问题束手无策;久之导致学生失去学习生物反应工程的兴趣,严重影响了生物反应工程的教学效果和卓越工程师的素质和能力培养过程。因此,如何在实际教学过程中激发学生的学习兴趣,帮助学生建立起工程化观点、使深入体会生物反应工程理论在解决实际问题中的重要性,生物反应工程课程教与学的方法显得尤为重要。为此,生物反应工程教学团队从生物反应工程课程教学大纲、教学内容设置、教学手段方法及课程考核评价体系进行改革。这里重点讨论基于卓越工程师培养计划的能力培养的课程教学方法改革。
一、基于“探索性实践教育”的实践能力培养
实践能力是工程师必需具备的首要特质,在高等教育过程中必须改变只注重理论知识传授而忽视实践教育的现象,因此必须改革只注重传授基本理论的传统教学模式。燕山大学生物反应工程课程教学团队借助自身的科研平台进行探索性实践教育,将科研成果融入到教学中,使课堂教学更具有科学性、探索性和实践性。如在学习到米氏方程动力学建立的章节时,把课题组教师正在进行的科研项目固定化脂肪酶催化油脂水解的相关研究结合到课程中,使学生了解酶固定化及脂肪酶应用的进展动态;开展关于脂肪酶催化多种油脂的水解试验,此试验为非验证性试验,在具体操作过程中由学生自行设计试验方案,经过授课教师修订之后开展试验并根据试验结果建立反应速率—底物浓度、反应速率—酶浓度及反应条件影响下的脂肪酶酶促动力学方程并计算得到脂肪酶催化油脂水解的米氏常数Km和最大反应速率rmax;并结合工程实训引导学生思索非验证性试验结果工程化。非验证性试验促使学生经历探索的过程更深层次低领会、掌握学科内容同时也避免了大学实验存在的抄袭现象。当学生在探索性的试验过程遇到问题时,要求学生通过查阅各种资料或咨询等渠道首先进行不确定因素推理和假设并重新设计试验方案,与授课教师沟通后进一步试验验证假设。生物反应工程课程探索性实践教育的开展,使生物反应工程课程抽象的工程理论具体化、感性化,使学生在掌握一定理论知识、职业技能的同时,得到了分析问题提解决问题能力的培养,并能够更深层次地理解生物反应工程理论知识在工程领域中如何应用。
二、基于“引导互动式教学”的学习能力和知识更新能力培养
在知识爆炸的时代,据预测工程师知识的半衰期仅为5—6年,要求工程师不仅要具备驾驭现代功能的能力,还要有引领未来工程发展的潜质,因此引导并培养学生自主学习及知识更新的能力对卓越工程师的培养尤为重要。生物反应工程授课过程中采取问题引导式教学方式,即生物反应工程理论知识授课前要求学生在学习过程中设计一份产品生产工程化设计说明书,并为学生提供一份真实企业产品生产工程化设计可行性报告作为参考,让学生自行选定设计题目范围,并进行工程化设计,设计过程包括工艺设计计算、设备计算及选型、工程放大等内容,让学生在生物反应工程学习过程中始终带着问题去学习,激发学生学习兴趣和积极性,从而产生一种探求知识的渴望。为完成工程化设计的课程内容,学生必须大量的阅读与设计相关的技术资料及专业发展动态,就生物反应工程课程而言,引导式教学方式引导学生超越教材理论去学习生物反应工程学科的学术成就,促使学生进入到更复杂深刻的学科学习中去,能够探讨学科领域内的问题;引导式教育的实施使学生跳出了只钻研具体公式数字符号的“不识庐山真面目,只缘身在此山中”的学习怪圈,而是学会站在宏观的工程化应用的角度俯视生物反应学科涉及的具体内容。此外,在教学过程中利用信息技术手段创立了师生互动的新平台,充分发挥网络技术的交流反馈优势,作为课堂互动教学的必要补充形式。互动式教学效果也在其他教学单位的生物反应工程教学中得到体现[2,3]。
从卓越工程师培养角度而言,引导式教学避免了“填鸭式”或“灌输式”的教育方式,让学生超越教材并留给学生更多的思维空间,也避免了高等教育中教师在讲台上自我表演,学生在台下充当听众的单向信息流动模式,可引导并锻炼学生主动学习和独立思考的能力,逐渐具备储备知识和更新知识的能力以不断地提升自身的理论素养,既帮助学生巩固所学知识并加以实际应用。
三、基于“工程设计”基础的团队协作和沟通能力培养
引导式教学以工程化设计为载体,工程化设计采取团队型设计方式,每个团队6—8人,团队内成员协作完成某一种特定生物制品的生产工艺工程化设计说明书、汇报PPT;要求团队中每个队员都必须对工程化设计有贡献,并由团队成员选举團队组长实施工程设计的统筹和管理。团队型工程设计,可锻炼学生团队协作精神、沟通能力、写作能力及自我角色的认知能力,同时个人对集体的贡献能够唤醒学生的自我意识促进自信心。设计完成后安排2学时的设计汇报,汇报时间严格控制在9—10分钟,锻炼学生对时间的管控及语言表达能力;答辩结束后由授课教师组织交流研讨,通过总结设计过程中阅读的海量材料,促使教学迸发出思想交流的火花,激发师生的学术灵感。
参考文献:
[1]曹飞,张进明,朱建良,等.本科生物反应工程课程考试方式的改革与实践.化工高等教育,2011(4):36-38,92.
[2]王莅,辛峰,徐艳.互动式教学在本科生反应工程教学中的实践.化工高等教育,2005(4):64-66.
[3]靳挺,尚龙安,胡升,武玉学.生物反应工程课程教学改革思路.现代化农业科技,2014(5):343.
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