生化工程课程设计嵌合产业技术路线图教学模式

张俊杰，王丽萍，田亚红

(河北理工大学 化工与生物技术学院，河北 唐山063009)

生化工程课程设计嵌合产业技术路线图教学模式

张俊杰，王丽萍，田亚红

(河北理工大学 化工与生物技术学院，河北 唐山063009)

生化工程；课程设计；产业技术路线图；教学模式；教学法

生物技术专业开展课程设计是未来发展的必然，是快速提高学生应用生物知识能力和开发学生实际工程能力的最佳途径。阐述了生物技术专业开展课程设计教学模式的选择，并针对嵌合产业技术路线图模式开展生物技术课程设计提出了独到的见解。实际操作中也体现出了良好的教学效果。

作为二十一世纪支柱产业的生物技术越来越深刻地影响着人类的生存方式和生活方式，生物技术已成为世界各国研究的重点和全世界高科技竞争的焦点。近十几年来，国内高校纷纷开设生物技术专业，然而由于生物技术产业规模较小，加之目前金融危机的影响，使生物技术专业本科生就业出现了相对困难的现象；另一方面，生物技术教学方面也存在着严重滞后社会需求的问题，国内绝大多数院校由于资金问题，使得生物技术专业基本上是纯粹理论教学，学生和教师实验和实习的机会少，为此出现照本宣科式的教学模式。如何增加学生的实际工程能力成为亟待解决的课题，本文在剖析影响生物技术专业建设各因素的基础上，提出了将我院《生化工程》课程考试改革为课程设计方式的设想，并就课程设计的方式与产业技术路线图相互结合的教学模式进行了探讨。

一 《生化工程》课程改革的必要性

1 市场对生物技术专业人才的需求

高等教育的终极目标是培养面向社会的专门化人才，随着我国经济的快速发展，经济建设模式从劳动密集型企业为主转变为知识或技术密集型企业为主，知识或技术的密集呼唤高等教育培养复合型高级人才，这种复合不仅要求不同学科知识、学科思维方式的大量综合，而且要求非智力因素的高度整合，尤其是生物技术，其理论是生命科学的前沿，其应用是高新技术产业，这就对生物技术专业学生提出了更高的要求[1]。

2 生物技术专业发展现状

生物技术作为众多领域如食品、制药、医学、农业、林业、环境工程等的理论和技术基础，本应给生物技术专业学生带来良好的机遇，但教育成本的加大，使资金条件较差的学校无法更好的开设生物技术实验课，课程过多的讲授理论，缺少实践环节，学生动手能力非常差，缺乏工程意识和其他学科的知识。人才培养明显地落后于现实的需求。

另一方面，现代生物工程的特点之一是生物上游技术工程化[2]，也就是说，由于生物技术本身的特点，一些关键性、共性的技术在生物行业上游领域已经被普遍接受和应用，上游技术的研究越来越需要大资金的支持，而研发队伍的发展速度相对饱和，更多的人才需求还是在应用技术和下游技术的开发上。这就要求在学科建设上多增加学生实验和实习的机会，多培养学生的工程意识。

此外，在专业课的学习中，生物技术专业的学生往往会感到所学知识零乱，不够牢固，不能解决工程实际问题。用什么方法让所学的基本概念、基本原理、基本理论连成一串，解决实际问题，同时调动学生的积极性？课程设计便是最好的方法之一。

3 《生化工程》课程的特点

《生化工程》课程目前是生物技术系唯一的工程设计型课程，和实际生产最为接近，也是学生走入社会参加工作后应用最多的学科。《生化工程》的最重要特点是综合性，它不仅涉及到生物学的所有学科，而且还和化工、材料、设备等，甚至投资经济学等有关。

生化工程的四大理念是，理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性和经济上的合理性[2]。可见《生化工程》课程是一个综合性的系统工程课程。它涉及的内容庞杂，这点也可以从目前国内外教课书上看到，很少有内容相似的书，每本书的内容都会有很大不同。在实际教学中，也不可能有那个学校能系统讲授完生化工程所涉及的内容，绝大部分学校是以案例为主进行教学。

二 课程改革方式的选择

课程设计是实践教学中的重要环节，是学生进行理论联系实际的纽带，也为后续的毕业设计、科研工作奠定一定基础。高校课程设计的教学模式的选择至关重要，直接影响到学生的“学以致用”能力。

很多传统的专业都有课程设计，并且单独设课。他们所积累的经验可以很好地为我们的工作提供参考。目前课程设计的模式主要有任务型、嵌合型和项目引导型等[3-6]。任务型课程设计是指教师指定一个含有一定理论基础、涉及到多方面知识的题目，学生相当于接受一个确定的任务，进行课程设计。目前国内大多专业采用这种方式进行设计，其特点是任务具体，学生的思路被限定在一定范围，教师容易管理，容易建立稳定的评定体系，缺点是管理困难，学生相互抄袭不易防范。嵌合型是指将课程设计和实际项目结合起来，如生产实习、参观的工厂等，其特点是设计均来自可以操作的实际项目，有资料可以参考，设计可能理论性不强，但很实际，需要考虑工厂的实际场地等因素，更能培养学生的理论设计和实际经济性相结合的意识。项目引导性是指导教师以项目研制的形式向学生给出设计问题与可利用的资源，学生根据设计要求主动去查阅有关资料，并给出初步的设计方案。而最优设计方案则需要通过学生与指导教师的反复讨论才能确定，最终由学生来完成整个设计过程，其特点是项目变化大，不确定因素多，评定系统建立困难。

技术路线图在二十世纪七八十年代为摩托罗拉和康宁（Corning）用于公司管理。目前在世界范围内已经得到广泛应用，但并没有统一、规范的定义。技术路线图是一个过程工具，帮助识别行业、部门、公司未来成功所需的关键的技术，以及获得执行和发展的这些技术所需的项目或步骤[7]。

技术线路图本身就是以“市场拉动”为动因，采取的是以能力、机会为基础的战略，形成的是竞争性市场的、中长期的发展规划。技术路线图实施阶段主要包括六个步骤：①确定技术路线图的主要产品；②确定系统关键需求与目标；③确定主要技术领域；④确定技术驱动及目标；⑤确定替代性技术与时间表；⑥确定需要推进的替代性技术[8]。

图1给出了常见技术路线图的流程图。从技术线路图的特点可以看出，该技术是一个非常完整的系统工程，它从市场需求出发，通过产业目标技术、技术壁垒分析、研发需求分析，系统地对目标需求进行讨论后，确定技术路线图。技术路线图的完成既要有团队的领军人物，也要保证团队的密切合作和共同的辩论分析。可见技术路线图非常适合和课程设计嵌合应用，特别是适合学生分组训练，既可以增强学生的合作精神，又可以防止学生相互抄袭。

图1 技术路线图的流程图

三 课程改革实施方法

1 课程设计选题

设计题目的选择是课程设计中最重要的环节，题目既要有体现专业的特性，又要体现综合性、典型性和实用性。

不言而喻，设计题目应结合专业特点，体现出专业特色，但鉴于课程设计时间受到限制，题目的难易也是重要的考虑因素， 故选题应难度适中，符合学生实际知识水平，经过努力能够圆满完成。相关数据能从文献上查得或能预测出来，否则学生由于缺乏数据不能完成设计任务，难以达到教学目的。

题目的综合性表现在题目要设计多学科、知识面广的特点，这样有利于提高学生的综合素质，而且也容易吸引学生，对本课程产生兴趣。

题目的典型性表现在要能很好地符合产业技术路线图的模式，可以提供更多的需求，产生讨论和辩论的机会，达到开发学生智力和提高工程能力的目的。

题目的实用性表现在题目尽量结合生产实际，既可以容易获得相关资料和数据，不至于使题目太难，导致学生很难在规定时间内完成，达不到课程设计的目的；也容易建立完善的评价体系和邀请相关工厂工程人员参与指导设计。

2 团队精神培养

技术路线图方式的最大特点在领军人物的协调下，通过与专家组的讨论，形成市场需求和技术需求，甚至研发需求，最终形成。这种运行模式非常适合课程设计的管理，每个课题组学生 5-7人，指派教师一人专职辅导，有条件的可以邀请工厂的技术专家参与其中，这样的模式非常有利于管理，可以很好地防治学生缺勤、抄袭、懒惰等缺点，锻炼了同学间的协作精神，教师也能积极地参与其中。

教师和专家在团队中作为领军人物，只是负责协调学生的工作，监督进度，适时地提出建议和意见，学生作为技术路线图设计的主题，他们互相合作，相互独立，但最终目标一致。

3 设计过程中的管理

设计过程中的管理是近年来课程设计的一个难点。技术路线图模式由于需要不断地讨论和研究很好的解决了学生出勤差和试图靠抄袭蒙混过关的问题。保证学生主动思考是设计过程中的管理重点，教师可以通过不断地督促和帮助学生检索资料；学生也要为这个技术路线图的完成负有责任；同时不断受到下游设计学生的督促等都极大地促进了学生的主动思考意识。

教师作为领军人物和设计参与者主要的管理任务是组织团队的研讨会，协调团队的合作状态，督促个体的设计进展。在指导课程设计过程中不仅要突出学生实践能力培养，还要有助于发展学生的个性，激发其潜在的创新思维以及学习兴趣。

4 评分体系的建立

评分体系的建立是课程设计中的一个重要环节。由于以前缺乏完善的管理体制，无法防止抄袭或作假等带来的成绩不公平，主要靠答辩、出勤登记或老师印象等等来辨别学生的设计情况，由于答辩多采用导师回避制，总成绩还要看指导教师的主观印象，不能很好的体现设计和答辩的重要地位。

技术路线图模式本身就加强了教师的指导责任，教师自始至终做为领军人物参与设计的指导，有效的监督了学生的参与，学生必须全身心的参与其中，这有效的保证出勤和管理。评分体系也更多的建立在答辩和设计本身的完善性上，更加客观，也容易实现标准化。

课程设计是工程类专业课程结束后的一个总结性教学环节，对学生毕业设计将有很大的帮助。产业技术路线图独特的运行模式为课程设计提供了理想的管理方法。课程设计嵌合产业技术路线图不仅能有效的提高课程设计的管理水平和提高课程设计的质量，更重要的是锻炼了学生独立思考能力、团队协作能力、工程设计能力，同时也增加了课程设计评价体系的客观性和标准化。

[1]刘晓敏，夏文秀. 如何围绕课程设计加强实践性教学[J]. 法制与社会，2009，(8)：363-363.

[2]陈洪章. 生物过程工程与设备[M]. 化学工业出版社, 北京, 2004.

[3]杜志云,谭伟,郑杰,等. 课程设计嵌合生产实习的PBL教学模式探讨[J]，广东化工, 2009, 199(11): 188-189.

[4]罗运虎,邢丽冬,王勤,等. 基于项目教学法的课程设计改革[J]. 电气电子教学学报, 2009, 31(6): 14-15.

[5]王任芳. 化工原理课程设计教学改革与实践[J]. 长江大学学报(自然科学版), 2009, 6(4): 325-326.

[6]刘春华. 谈以学习者为中心的课程设计[J]. 长春理工大学学报( 高教版), 2009, 4(12):127-128.

[7]李兴华. 产业技术路线图[M]. 广东科技出版社, 广州: 2008.

[8]曾路, 孙永明. 产业技术路线图原理与制定[M]. 华南理工大学出版社, 2009年3月, 第三次印刷.

Key words: biochemical; engineering curriculum design; industry technology roadmapping; teaching model; teaching methodology

Abstract：It is necessary for the future development of biotechnology major to have a curriculum design. And it is also a optimal way for students to improve the ability of both applying biological knowledge and solving actual engineering problems. In the paper,a novel teaching model for biotechnology was selected and the methodology of Curriculum Design Combined industry technology roadmapping for biochemical engineering was explored, with a good purpose in the actual teaching process.

The Exploration of Teaching Model Combining Curriculum Design of Biochemical Engineering and Industry Technology Roadmapping

ZHANG Jun-jie,WANG Li-ping,TIAN Ya-hong
(College of Chemical Engineering and Biotechnology, Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 063009, China)

G642.3

A

1673–2804(2010)02-0072-03

2010-04-22