生物工程專業課程結構體系構建和課程整合的研究

陶玉貴　湯　斌　伊長文　朱龍寶　葛　飛

摘要：通過對現行生物工程專業教學課程結構體系中存在的弊端進行了分析，提出了新的課程結構體系和課程內容的整合方案。并將美國機械工程師協會（ASME）提出“將產品實現過程集匯到本科教學中去”理論，融入到實踐教學之中，構建“一條線”實踐教學體系,通過實踐取得了良好的教學效果。

關鍵詞：生物工程；課程體系；課程整合；實踐教學

中圖分類號：G642文獻標志碼：Ａ文章編號：1673-291X(2009)09-０228－02

一、現行生物工程專業課程結構體系中存在的弊端

安徽工程科技學院生物工程專業（原發酵工程專業）自1984年成立以來，在強化應用型人才培養的同時，一直致力于教學模式的改革。過去工科教學體系受到原蘇聯“專業化教育模式”的影響，安徽工程科技學院發酵工程教學計劃主要參考“輕工院校模式”進行制訂，過于強調具體的目標產物生產的系統化、專業化，學生知識面窄，不利于人才進一步發展和社會的需求。其主要表現為：

1.現行課程體系中,指令性、基礎類課程占了大量的時間和空間。專業方向板塊課程的時間和空間變得非常狹窄,學生學習指令性課程和基礎類課程幾乎用去3/4以上的時間,使專業必修課和選修課沒有余地，這與人才培養的多元化目標背道而馳。

2.課程設置的學科本位型，使學生物化。學科分化本身是在科學發展到一定條件下的產物，隨著科學技術水平的發展產生交叉學科、邊緣學科，學科越分越細，必然產生龐大的內容和不斷減少的課時存在尖銳矛盾。一方面是所謂“經典”內容動之不得，另一方面新一輪的教學改革進一步減少了理論教學課時，尤其專業基礎和專業課程學時，從而形成兩面夾擊，其結果是學科的新思想、新成果難以及時進入課堂，客觀上造成知識更新不夠。

3.課程內容交叉與重復。一方面,由于各課程長期以來都追求完善的教學體系，嚴密的教學邏輯,面面兼顧,形成了大而全的格局，課本越編越厚；另一方面，各課程間相互缺乏協調，內容交叉重疊越編越多（如有機化學與生物化學、生物化學與微生物、微生物與遺傳等課程），忽略了學科間融合、交叉和滲透。此外,為后繼課程的服務功能的強化,忽略了課程本身的系統性。在強調為后繼課程服務的思維之下,加上教學內容與教學學時之間的矛盾,在教學過程中把與后繼課程無關的內容砍掉了,這就破壞了課程的系統性和教學的邏輯性和學生的知識結構的完整性。

4.實驗教學基本框架仍是20世紀50年代初學習前蘇聯建立模式，開設多門依附于理論課程的實驗課。其弊端為：（1）各門實驗課自成體系，為了各自的系統性和完整性，實驗內容重復龐雜。（2）驗證性實驗占的比例大，綜合性、設計性實驗少，難以把物質的特性、結構、反應和檢測有機地聯系起來。（3）內容陳舊，經典驗證性實驗多，研究、探討型實驗很少，不利于學生的創新精神和創新能力的培養。（4）教學方法單一，學生是“照方抓藥”、“依葫蘆畫瓢”，抑制了他們思維和創造能力的發揮。

5.工程教育過程中存在重理論輕實踐，重知識傳授輕能力培養，重“科學”輕“工程”，不少教師仍沿襲注入式教學，學生記憶了大量的知識，但動手能力和獨立分析問題、解決問題的能力并未得到很好的發展。實踐形式單一,實踐基本上局限于實習和見習，忽視了其他教育實踐活動。孤立的實習,必將使實踐效果大打折扣。

二、課程結構體系構建與課程內容整合

1.理論課程結構體系構建與課程整合

課程結構改革包括課程設置，課程安排以及與之配套的課程整合?！罢n程整合（curriculumintegration）”又稱“課程統整”“課程綜合化”“課程一體化”等，旨在將課程進行整體、綜合之意，是我國課程改革的重點內容之一。為此，根據生物工程的特點，以基因工程菌構建（上游）、生物反應器及其工程原理（中游）、生物分離工程（下游）為主體線條，輔以生物過程控制與檢測，構建上、中、下游專業基礎課程平臺。同時，在研究無機化學、分析化學、有機化學、生物化學、微生物學、分子生物學、微生物遺傳與育種等課程的教學與認知規律的基礎上，對課程內容進行整合構建新的課程體系，并對主干課程和相關教學環節組成一個系統，進行統一規劃，形成一組系列基礎課程群，既加強了課程之間的內在聯系，又減少了不必要的交叉重疊，使課程設置更加精練，在有限的課時基礎上最大限度去拓展課程空間；并依據生物工程應用領域，構建發酵工程、生物制藥、綠色化工等專業模塊。壓縮必修課，增大選修課范圍和類型，開設學科深化類、應用技能類和體育藝術類類型選修課，以鼓勵學生個性發展。同時積極為學生提供跨學科選修、主輔修、雙學位等多種教育形式和機會，為學生發現、發展各自的志趣、潛力和特長創造條件。加強文化素質教育，將文化素質教育與課程體系改革相結合，通過系統教學與專題講座，課堂與課外以及豐富多彩的社會實踐等活動，把豐富的文化素質教育內容，融入學生心靈深處，為學生樹立遠大理想和人生追求奠定基礎。

2.實驗課程結構體系構建與課程整合

傳統課程結構體系中，實驗教學是附屬于理論課程教學，形成了細而全的小系統，實驗內容交叉重復。為了解決這方面的問題,目前許多高校已將一些課程的實驗單獨開設,但收效不甚理想。根源在于對實驗教學缺乏整體設計和統籌規劃。為適應新時期實驗教學的發展,只有突破原有框框,才能擺脫其束縛。為此，在“一體化、多層次”模式下，構建“基礎技能實驗、專業綜合實驗、應用型實驗、研究式實驗”等新型實驗教學課程體系，統一組織實驗教學，獨立設課。新課程體系中將實驗項目設計成三個層次：第一層次是基礎訓練實驗：在一級學科的基礎上整合原無機與分析、有機化學、生物化學、生化分離技術、物理化學、化工原理等課程實驗，主要包括基本操作、基本技能訓練，常見生物大分子性質、分離方法、定量測定和有關生物參數測定等。這一層次重在基本操作技能和規范化的訓練，培養嚴謹的科學態度和實事求是優良的實驗素質。第二層次是綜合實驗：該層次以通風、厭氧發酵為主線，對發酵原料及產物的性質、結構和成分進行表征以及相關參數測定，通過這一層次實驗教學，鞏固提高學生所學的基本操作、實驗方法和實驗知識，培養學生從事生物實驗的技能技巧、獨立思維能力和分析解決問題的能力。我們設計了“雙酶法制備結晶葡萄糖”、“黑曲霉發酵生產糖化酶”和“啤酒釀造”等系列綜合實驗；尤其是啤酒釀造綜合實驗，學生通過對啤酒原料成分分析、原料制備、淀粉糖化、發酵、過程控制與檢測、成品酒處理等環節綜合實踐，不僅提高了學生的實驗興趣，由過去的被動轉變為主動積極參與，學生也為品嘗自己親手釀造啤酒而倍感自豪。第三層次是設計實驗：學生按一定題目，自己查閱文獻，制定實驗方案，分析實驗結果，得出結論；學生也可以參與到教師科研課題中去。其實驗具有一定的研究性質，使學生及早了解學科發展前沿，培養學生創新精神和獨立進行實驗的能力。

3.實踐性課程結構體系重建

眾所周知，培養學生的創新精神，是適應科學技術迅猛發展的必然要求；加強學生的實踐鍛煉，是保證人才茁壯成長的必經之途。因此，學生在校期間不僅應掌握牢固的基礎理論和實驗技能，還必須參加相應的實踐性活動，如實習、社會調查、畢業設計等。學生通過實踐,可促進理論聯系實際，加深對書本知識的理解，特別是對社會現實的認識，增強分析問題和解決問題的能力。令人不安的是,由于各種主客觀原因，高等學校的實踐教學環節有所削弱;在好不容易安排的認識/生產/畢業實習中，也往往是既不能“動手”（不能參加具體的操作），又不能“動口”（不允許向正在工作的人員詢問,以免干擾正常生產），而且，大部分是參觀實習，因而收效甚微。在市場經濟的條件下，如何改革現有實習模式，有利于培養學生的實踐能力？針對理論必須與生產實踐相結合的原則，為了提高學生的專業實際應用能力，依據美國機械工程師協會（ASME）提出“將產品實現過程集匯到本科教學中去”理論，對過去單獨的、自成一體的實習、課程設計實踐教學結構體系進行改革，構建“一條線”實踐教學體系,即將市場調查—項目建議書—可行性報告—課程設計穿插于認識實習—生產實習—畢業實習和課程設計之中，統籌安排，與課堂理論教學課程相互結合，互為依托和補充，構成人才知識、能力和素質培養的完整體系。一改過去認識實習走馬燈式參觀實習，以“了解市場、接觸社會、認識專業”為主題，通過對生物工程典型產品——啤酒品評、市場調查等內容穿插于認識實習教學之中，通過完成市場調查報告方式促進學生對本專業的認識，取得了良好的效果。以生物工程產品專題方式將“項目建議書”和“可行性研究報告”穿插于“生產實習”、“畢業實習”之中，讓學生帶著問題去完成“生產實習”和“畢業實習”；并通過完成“生物反應器”課程設計，將專業理論教學和實踐教學進行了有機結合，突破了過去的“實習”、“課程設計”單純作為課堂教學的“應用”和“驗證”功能及“環節”的觀念，通過幾屆學生的實踐取得了良好的教學效果。

然而，課程結構改革是一個復雜的系統工程。正像北大高盤良等教授指出的：“像英國劍橋大學和美國加州大學伯克利分校同屬研究型的一流大學，其課程體系卻相差甚大，但都培養了一批創造型人才。改革的階段會出現多種課程體系共存的局面，而加快課程內容的更新和教學方式的現代化，可能會更好促進新課程體系的形成。為了使新課程體系早日成熟，我們將積極加入到實踐的行列中去。

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