新工科背景下生物制藥專業工程類課程建設與教學實踐

張 靜，姜 靜，于鵬飛，張加余

（濱州醫學院，山東 煙臺 264003）

生物醫藥是21世紀最具希望和發展潛力的新興技術產業，也是我國《“十三五”生物產業發展規劃》中確定的重點發展的高新領域。2020年新冠肺炎疫情中生物診斷試劑、疫苗和抗體在診斷、預防、治療中發揮了巨大作用，生物醫藥行業也迎來了新的發展機遇，對生物制藥高級專門人才的需求也愈發迫切。

生物制藥專業作為新技術、學科交叉融合的新工科專業，肩負著為生物醫藥行業培養和輸出德智體美勞全面發展的高質量應用型工程技術人才的重任。然而，相較于生物醫藥研發企業的大量涌現和快速發展，國內高等學校對生物制藥專業人才的培養卻普遍相對滯后，難以滿足行業快速發展的需求，迫切需要提高人才培養質量[1]。課程作為人才培養的核心要素，在本科教育中發揮著重要作用，可以說，課程質量直接決定人才培養質量。2019年10月，《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》提出，要立足經濟社會發展需求和人才培養目標，建設一批培養創新型、復合型、應用型人才的一流本科課程[2]。對于生物制藥專業而言，工程類課程處于課程體系中的核心位置，是連接理論素養與工程實踐能力的橋梁，因此建設工程類課程對于培養生物制藥高質量應用型人才、實現本科教育與產業協同式、跨越式發展意義重大[3]。

1 生物制藥專業工程類課程教學現狀

我校位于以生物醫藥與健康產業為特色主導產業之一的煙臺，生物制藥專業自2013年設立以來一直致力于為區域和國家經濟社會發展培養滿足行業發展需求的具有醫學背景的應用型新工科人才，是生物醫藥技術專業人才培養模式創新試驗區，山東省高水平應用型專業群建設專業以及省級一流本科專業。目前，我校生物制藥專業開設的工程類課程包括化工原理、基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和生物制藥工藝學等，旨在幫助學生掌握現代生物技術理論與技術的基礎上具備從事生物藥物研發、生產、分析檢驗和質量保證的能力，在提高學生工程素養和專業水平中發揮了至關重要的作用。

然而，此類課程在初期教學中普遍存在教學過程單向、教學模式單一、教學資源匱乏、理論實踐脫節等現象，導致學生畢業后出現工程素養不高、創新能力不足、崗位適應能力不強等問題，難以滿足生物制藥行業對人才質量的要求。通過不斷總結教學經驗，結合國家對新工科和一流課程建設的要求，我們進行了工程類課程的教學改革與實施，建立了一套“以課程思政為引領，以行業需求為導向，以工程實踐和創新能力培養為核心”的課程體系，提高了人才培養的針對性和創造性，為培養生物制藥卓越工程技術人才打下堅實的基礎。本文以生物制藥專業必修課酶工程為例，詳細闡述了生物制藥專業工程類課程的建設與實施方案以及實施效果。

2 酶工程課程建設與實施方案

我校酶工程課程擁有扎實的學科基礎，歷經了十余年的持續建設和應用。在課程建設與實施過程中，從強化師資隊伍建設、明確教學目標、優化教學內容、改革教學模式以及完善教學考核與評價體系5方面入手，切實提高課程教學效果，培養學生工程素養和核心競爭力。

2.1 強化師資隊伍建設，提升教學能力

酶工程作為生物制藥專業工程類課程的代表，具有較強的實踐性和應用性，對授課教師的工程實踐能力和教學水平都有著較高的要求[4]。因此，打造一支實踐經驗豐富、創新能力強的師資隊伍就成為提高課程教學效果和人才培養質量的關鍵因素。我們充分利用本專業產教融合、校企合作、各方力量參與辦學的優勢，通過“引進來”和“走出去”相結合的方式優化師資結構，打造了一支專兼結合的高水平“雙師型”師資隊伍。一方面，聘請企業工作經驗豐富的行業專家擔任授課教師，在把握行業發展動態的基礎上將行業發展歷程、行業規范、生產項目實例及產業化經驗融入課程內容，提升課程的實踐性和應用性；另一方面，通過與學院理事會成員單位廣泛合作建立工程實踐基地，定期將青年教師派到基地進行培訓，及時掌握行業需求和未來發展方向，積累實踐經驗，改變課堂教學與生產實際脫節現狀，并在人才培養、科技創新、成果轉化等領域開展產學研全方位合作，推動生物制藥專業發展。

2.2 對標人才需求，明確教學目標

面向生物制藥行業，以培養卓越生物制藥人才為導向，結合我校生物制藥專業人才培養目標和《教育部 工業和信息化部 中國工程院關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》，依據布魯姆教育目標分類法確定課程教學目標，促進學生知識、能力、素質的全面發展。通過調研考察，課程教學團隊與行業專家進行充分研討，最終將本課程的教學目標確定為：培養面向生物制藥行業、具有良好職業道德、系統掌握酶工程的理論和技能、具有較強的工程實踐能力與創新意識的高級應用型人才。

2.3 優化教學內容，豐富教學資源

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

為了幫助學生更好地掌握課程內容，我們將教材內容整合為4個模塊，分別是酶學基礎，酶的生產（包括酶的發酵生產、酶的提取與分離純化），酶的改造（包括酶與細胞的固定化、酶分子修飾、非水相酶催化、生物酶工程）以及酶的應用，進行模塊化教學，幫助學生掌握完整的課程知識脈絡。不同模塊的教學內容由任課教師與行業專家結合教材內容、行業生產實際與最新研究進展共同分析、整合、重組，保證教學內容的豐富性與前沿性，并將思想引領、行業規范與學術道德等思政內容引入課程內容，做到潤物細無聲。此外，注重實踐教學，充分利用校內實驗中心、開放實驗室、教師課題研究室和企業實習基地開展實驗教學、大學生科技創新以及見習實習，從而在課上課下、科研和生產第一線培養和提高學生創新能力、工程實踐能力，提升課程的創新性和挑戰度。

為了幫助學生更全面地接觸課程內容和教學資源，提升學生的自主學習能力，滿足學生個性化的學習需要，我們根據課程內容精心制作了酶工程在線課程，并于2020年春季學期起在智慧樹平臺開放。在線課程為學生提供了豐富的教學視頻、教學課件、測試題、視頻動畫以及課外學習資源等，并通過話題討論區實現師生、生生互動。除用于本校學生線上線下混合式教學外，酶工程在線課程還面向國內各高校開放，本年度先后被華僑大學、云南大學、杭州師范大學、東北農業大學、山東第一醫科大學、青島農業大學、濰坊醫學院等28所高校及2 000余人次社會學習者學習。

2.4 改革教學模式，突出課程特色

在教學過程中，我們改變傳統教學模式，注重將立德樹人與教書育人相結合，以學生為中心，以能力培養為目標，以信息化教學技術為手段，打造了“三維—三段—六法”的酶工程線上線下混合式教學模式（見圖1）。“三維”即線上學習、課堂教學和第二課堂，“三段”即課前、課中和課后，“六法”即BOPPPS法、布魯姆教育目標分類法、案例教學法、任務驅動法、參與式教學法和項目教學法。

圖1 酶工程線上線下混合式教學模式

該教學模式利用BOPPPS法進行課前教學設計和課中教學實施，針對學生學習過程中的不同維度和階段依據布魯姆教育目標分類法設定學習目標，開展課程教學[6]。課前，通過線上預習激發學生學習興趣，引導學生完成記憶與理解簡單、基礎知識點的初級目標，鼓勵學生自主分析思考，發現問題；課中，利用雨課堂進行參與式教學，通過課前測試了解學生的預習情況，再以最新科研成果、工程項目或企業實例為案例，或者以生產實際、社會現象、熱點話題為問題組織和引導學生進行課堂討論與互動，通過啟發式、研討式教學突出學生的主體地位，培養學生發現問題、分析問題和解決問題能力，提升職業素養，達到高階目標；課后，通過在線課程的單元測試、作業及話題討論對學生進行后測，及時分析總結后測結果并引導學生完成課程內容思維導圖的繪制，幫助學生梳理課程知識脈絡，實現由點到面的系統性學習，并通過補充課外學習資源來加深學生對課程內容的理解[7-9]。此外，在第二課堂中通過校企合作、參與教師課題、申請大學生創新創業項目等方式為學生提供參加各類實踐、實驗項目的機會，鼓勵學生積極參加各類技能競賽和發表研究論文，培養學生實踐能力、創新能力和科研思維，學以致用。

2.5 完善教學考核與評價體系，堅持以評促教

為保障課堂教學設計的順利實施和教學質量的提高，必須采取有效的教學考核與評價方法，并堅持以評促改[10]。本課程通過教學評價和課程考核兩個方面對課程教學進行檢驗。構建以教師為引導、學生為主導的“自我評價、學生互評和教師評價”相結合的多元評價體系，建立多樣評價和過程跟蹤的考核體系。具體成績評定方式包括：（1）線上評價（占總成績的30%），由學習行為（30%）、在線測試（60%）和互動討論（10%）組成；（2）線下評價（占總成績的70%），由課堂表現（20%）、作業報告（20%）、期末考試（60%）組成，多角度、全方位地測評學生知識、能力和素質水平。此外，結合督導、同行和學生評價以及課程問卷調查加強對教學過程的監控與評價，并將評價結果用于指導課程教學持續改進，助力生物制藥人才培養。

3 酶工程課程建設效果與存在問題

通過酶工程課程建設，進一步強化師資隊伍建設，明確教學目標，優化教學內容，改革教學模式，完善教學考核與評價體系，提高人才培養的針對性和培養人才的創造性，滿足生物制藥行業需求。課程設計和教學實施中堅持校企合作、產教融合，形成了“三維—三段—六法”的線上線下混合式教學模式，實現了課程教學的信息化、實踐化、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生學習的自主性和積極性，滿足學生個性化學習的需求，學生學習成績有一定提升，督導、同行對課程的評價較高。通過對學生課程學習效果的問卷調查不難看出，學生對課程的滿意度高，學習能動性、實踐能力和創新意識顯著提高，工程素養也明顯提升（見表1）。

表1 酶工程課程教學效果問卷調查結果

然而，隨著酶工程技術的快速發展，為了滿足新工科以科技和產業發展最新成果來保障高質量人才培養的要求，課程教學內容和教學方法都需要不斷更新，這也對教師提出了更高的要求，教師不僅要有較高的教學水平，還要有較強的工程實踐能力[11]。目前，中青年教師仍是課程教學的主力軍，雖然定期進行工程實踐培訓對于提高中青年教師的工程實踐能力、了解行業需求、把握行業發展方向有顯著作用，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的積極性和時間難以保證；另一方面，企業因擔心技術泄密往往會對關鍵技術設置保密限制，難以滿足培訓要求。因此，后續還應進一步完善教師培養機制和激勵措施，鼓勵中青年教師多渠道鍛煉工程實踐能力，提高教學水平。

通過對酶工程課程的建設與實施，對標生物制藥行業需求和卓越工程師人才培養標準，為生物制藥專業工程類課程建立一套以工程實踐和科研創新能力為核心的教學體系，并將課程內容與思想引領、行業規范、科技發展等內容有機結合，助力學生成為具有良好職業道德、較高綜合素質、較強工程實踐能力與創新精神的高級應用型人才，為國家走新型工業化道路、實現建設創新型國家戰略目標培養卓越人才。