新工科與工程教育認證背景下生物工程專業微生物實驗教學改革與實踐*

宋 平，張偉偉，李婉珍，朱龍寶，陶玉貴，葛 飛

(安徽工程大學生物與化學工程學院，安徽 蕪湖 241000)

工程教育認證是目前國際上通行的用于保證工程教育質量的一項制度，是實現各國工程教育和工程師資格國際互認的重要基礎。2016年6月2日，中國成為《華盛頓協議》第18個正式成員國，為我國工程教育改革的進一步深化提供了良好契機。“新工科”正是在此大背景下提出的，也是我國高等工程教育應該對國際競爭新形勢、國內工程教育發展新模式以及服務國家戰略發展新需求而做出的符合中國特色的高等工程教育改革方案[1]。新工科主要“新”在三個方面：即傳統工科專業的改造升級，面向新經濟產生的新的工科專業以及學科交叉融合產生的新的工科專業[2]。 2017年2月至6月，教育部陸續推出“復旦共識”、“天大行動”、“北京指南”，清晰的回答了“什么是新工科”，“為什么建設新工科”，“怎么樣建設新工科”的系列問題。新工科理念就工科領域而言是以產業需求為導向，以培養跨學科、綜合全面、創新能力強、面向未來能夠適應并引領產業不斷發展的新人才為目標的培養觀念[2]。我國工程教育認證采用OBE(Outcome-based Education)的認證標準。OBE教育模式是以學生為中心、以成果為導向的工程教育認證下的人才培養核心理念，符合新工科建設對人才培養的要求，因此工程教育認證可以說是新工科建設過程中一個強有力的抓手。

微生物學是現代生物科學和生物技術的起點，微生物實驗也是生物工程專業的基礎實踐類課程，同時也是實用性很強的工具課，其獨特的實驗方法和技術在生物工程乃至生命科學領域中占有重要地位[3]。我院生物工程專業一直重視微生物實驗的教學，為了更好地進行新工科建設和工程教育專業認證，現行的微生物學實驗教學體系與方法也亟待改革。近些年，通過將微生物學實驗從微生物學理論課程中進行剝離，建立獨立的科學的課程體系，并結合教學方法和手段的變革，對微生物實驗課程教學進行了系列的改革和探索，現就改革探索的實踐總結如下。

1 以新工科建設為契機，構建科學的獨立的微生物實驗課程體系

目前微生物學實驗課程作為微生物學理論課程的實驗實踐部分，開設的大多數是理論教學知識的驗證性基礎實驗，綜合性、設計性實驗內容偏少。雖然基礎實驗內容較多，覆蓋的知識面較廣，但是對學生來說，只能得到實驗操作技能的最基本的訓練，甚至多數同學僅停留在實驗操作層面，不問對錯，不計結果，實驗報告相互借鑒，千篇一律，缺乏思維創新性訓練和應用實踐的鍛煉，實驗教學效果不甚理想。

因此，傳統的實驗教學模式亟待變革，我們將微生物實驗課程進行獨立設置，獨立考評，微生物學實驗不在是理論課程學習效果考核的依據。對實驗教學內容進行重新設置，增加綜合性和設計性實驗比例，在微生物實驗課程體系創建過程中，突出微生物實驗技術學的特點，突出學生綜合創新能力的培養。整個實驗內容分為三大部分：基礎性實驗，綜合性實驗和設計性實驗，其中后兩者占比達到60%以上。基礎性實驗將著重賦予學生基本的微生物實驗技能和方法，而以往的驗證性實驗將整合到綜合性實驗或設計性實驗中去，作為綜合性或設計性實驗的一部分。綜合性實驗內容涉及微生物學的綜合知識或與微生物學相關的專業知識，需要學生在掌握一定基礎知識和基礎實驗技能后，運動一門或多門課程知識，對實驗技能和實驗方法進行綜合運用的一種復合性實驗；設計性實驗一般是安排在微生物實驗學習的后期，學生具備微生物學理論知識，熟練掌握微生物實驗的基本技能。老師下達實驗課題任務，包括實驗目的和原理，由學生自主設計實驗方案，以4～5人為小組，自己動手完成實驗，觀察并記錄實驗現象和數據，并分析實驗數據，自主解決實驗中可能遇到的問題，最后形成科學規范的實驗報告。設計性實驗，需要學生在實驗過程中對知識進行消化、吸收、重組，不僅提高了學生對微生物實驗課的學習興趣，變被動接受為主動索取，從而讓學生真正體會實驗研究的過程是怎么一回事。

2 以工程教育認證為抓手，構建能力導向的實驗實踐教學體系

2016年，我國成為“華盛頓協議”的第18個正式成員國，標志著我國工程教育認證進入一個新的發展階段[4]。微生物實驗是生物工程專業的基礎實踐課程，具有基礎性、技術性和應用性等特點，為后續專業實踐課程的開設奠定基礎，因此微生物實驗教學質量將直接關系到學生專業綜合能力的培養乃至畢業質量。

為適應工程教育認證對人才培養的要求，落實OBE的教育模式“以學生為中心，以產出(成果)為導向”，采用“以學生為中心，以生物工程相關的微生物學問題為引導”的教學方法，著力推行研究實踐性學習。獨立設置的微生物實驗課程通過增加綜合性實驗和設計性實驗的比例，注重學生自主分析問題和解決問題能力的培養，強化學生創新性思維能力、自主學習能力的培養，并通過4～5人的團隊合作模式培養鍛煉團隊解決問題的實踐能力。學生在解決問題的同時，也是對其所學理論知識進行再消化吸收，并以解決問題的實踐能力對知識進行再輸出。

3 以OBE教育模式為指導，建立實驗實踐過程評價體系

與傳統的教學模式不同，工程教育認證是基于“學習產出”(OBE)的新的教學模式，是一種行之有效的、可測量的、先進的、基于學生學習結果的教育模式，是面向培養目標又確保培養目標實現的有效模式[4]。微生物實驗課程作為技術性和應用性很強的課程，應該以學生動手能力的表現和實驗效果為評價指標。學生學習效果的評價不能像以往一樣以學生提交的一紙實驗報告為依據，特別是新課程體系設置的綜合性實驗和設計性實驗。因此，亟需建立一套科學的實驗實踐學習過程評價體系。

針對綜合性和設計性實驗的過程評價，要增加實驗前，實驗中和實驗后三個環節的學習過程評價體系。實驗前，學生結合所學知識查閱文獻，實驗方案并自己動手完成實驗準備階段；實驗中，學生自己動手操作，完成實驗操作過程并自主解決實驗中可能存在的問題，記錄實驗現象和原始實驗數據；實驗后，學生自主完成實驗數據分析，實驗結果分析與總結。最后撰寫實驗報告要求從設計到實施再到結果分析總結均要有原始資料和分析結果。在整個過程中，教師有三個任務：(1)下達實驗任務；(2)提供實驗咨詢，并點到為止；(3)實驗過程與結果的最后評價。一改傳統微生物實驗中，教師沖在前，學生跟在后被動參與的局面，充分調動學生的能動性和創新力，激發學生對專業實驗和對科學研究的興趣。因此，建立合理的學習過程評價體系有利于幫助學生樹立正確的科學觀，對培養學生獨立分析解決問題的工程實踐能力具有重要意義。

4 結 語

新工科建設為我國工科教育指明了道路和方向，對人才培養提出了新的要求[5]。工程教育認證為新工科建設提出了一條切實可行的途徑。因此在專業課程建設和改革中積極融入新工科理念，并以更快的速度、更高的標準落實工程教育認證工作對新工科建設具有重要意義。微生物實驗課程是生物工程專業的基礎實踐類課程，是生物工程專業學生專業實踐能力培養的基礎和起點。微生物實驗課程教學改革同樣是一項長期的探究性的工作。以新工科建設為導向，以工程教育認證為推力，通過不斷的改革、實踐、總結，到再改革、再實踐、再總結，才能在微生物實驗課程教學中改變學生被動的學習模式，化被動接受知識為主動索取知識，充分調動學生的主觀能動性，培養學生對專業知識的自主學習能力，理解創新能力和應用實踐能力。