工程教育背景下的《专业产品设计》教学改革与实践

伍国强，李善家，巩慧玲，刘左军

（兰州理工大学 生命科学与工程学院，甘肃兰州，730050）

工程教育背景下的《专业产品设计》教学改革与实践

伍国强，李善家，巩慧玲，刘左军

（兰州理工大学 生命科学与工程学院，甘肃兰州，730050）

《专业产品设计》是兰州理工大学生物工程专业自主设置的一门综合性实践类课程，对培养本科生的设计能力、创新能力、工程实践能力和科研素质具有重要作用。针对《专业产品设计》课程教学过程中存在的问题，从选题、过程指导、设计报告撰写和答辩等环节进行了改革与实践，取得了较好教学效果，可为提高生物工程专业人才培养质量提供借鉴。

专业产品设计；生物工程；创新能力；教学改革

生物工程专业是以工为主、理为辅、工理管结合的复合型专业，是培养掌握现代生物学和生物技术基本科学原理、基本技能、工艺技术过程和工程设计等基本理论，能在生物技术与工程领域从事产业化工程设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术高级人才[1]。生物工程具有工程学科属性，赋予了工科人才培养目标和教学内涵[2]。由此，决定了生物工程专业本科教学过程中，实践教学占了非常重要的地位。实践教学不但是生物工程专业本科教学的重要组成部分，而且是培养具有创新精神和实践活动的高素质工程技术人才的重要环节[3]。为了培养学生的工程实践能力，兰州理工大学生物工程专业于2005年自主设置了一门综合性实践类必修课程——《专业产品设计》，该课程是在学生修完《工程制图基础》《机械设计基础》《化工原理》《基因工程》《蛋白质与酶工程》《细胞工程》《生物工程设备》和《生物工艺学》等课程的基础上开设的。在整个专业课程体系中，《专业产品设计》起着承前启后的作用，是培养学生创新能力、形成设计观念和手段的主要阶段，也是理论知识与工程实践相结合的重要过程，在生物工程专业实践教学中的地位尤为突出。笔者以兰州理工大学生物工程专业为例，就《专业产品设计》的重要性、教学中存在的主要问题以及教学改革与实践，教学改革效果等方面加以论述和讨论，为提高生物工程专业人才培养质量提供借鉴。

1 、《专业产品设计》的重要性

1.1 加深学生对理论知识的理解

通过《专业产品设计》使学生进一步理解和掌握生物学理论知识、工艺技术过程和工程设计等基础理论，初步学会市场调研、文献资料查阅、设计方案制定到产品试制（或实验实施）等基本过程、方法和思路，为下一阶段的毕业实习和毕业设计（论文）奠定基础。

1.2 培养学生的创新能力

《专业产品设计》自始至终要求学生明确自己是产品设计教学实践活动的主体，从领会设计任务、调研市场、查阅文献资料、制定设计方案、试制产品（或实验实施）、最后撰写设计报告和答辩，都要亲力亲为，扎实做好每一环节。因此，该课程突出以学生为主体、提高培养人才质量为目标。此外，鼓励学生尝试新方法和新工艺，充分发挥学生的主观能动性和创造性，使学生逐步养成如何运用理论知识思考问题、分析问题和解决问题的能力，激发学生的创造性思维，培养学生的创新意识和能力[4,5]。

1.3 培养学生的工程实践能力

《专业产品设计》可以结合学生个人兴趣及将来的发展方向选择感兴趣的设计内容。在《专业产品设计》教学中要求学生自己准备实验材料、设计方案、完成实验、分析实验结果等全过程，以培养学生应用已经学到的理论知识，根据实验需要再学习的能力，通过完成实验全过程来培养学生实际工程操作能力以及综合实验能力。

1.4 培养学生的科研素质

鼓励产品设计的学生参与教师所承担的各类科研项目研究工作，将在研课题引入产品设计的选题范围内。指导教师提前给学生讲清楚课题研究的目的及主要内容，安排学生查阅国内外文献资料并设计实验方案，由指导教师审核后实施。通过参与指导教师的科研课题，促使学生查阅最新文献资料，了解生物工程学科的研究进展，弥补教材内容的不足，为教学过程注入研究性学习，促进教学与科研互动，激发学生的学习兴趣和热情，培养学生的科研意识和能力[6]。

2、 《专业产品设计》教学中存在的主要问题

2.1 产品设计类题目偏少，科学研究类题目偏多

《专业产品设计》以科学研究类题目为主，而设计类题目较少，仅占20%，且所选题目水平相对较低。

2.2 产品设计题目过大，在规定的时间内很难完成

部分产品设计题目过大、过泛，如“xx工艺优化”、“xx技术研究”等，致使部分学生不知从何下手，加之极个别指导教师疏于指导，学生无法在规定的3学周内完成任务。另外，极少数学生自律性差，对待专业产品设计课程不认真、敷衍了事，3学周时间内得不到像样的设计结果。

2.3 报告撰写不规范

从往年教学资料检查发现，《专业产品设计》的报告格式不统一、不规范的现象经常出现。即使是同一指导教师指导的若干名学生，撰写的产品设计报告也存在格式欠规范、统一的问题。

2.4 经费投入不足

无论是实践教学条件还是实验仪器设备方面，经费投入不足，影响了《专业产品设计》在内的实践教学的优质、高效运行。

3、 《专业产品设计》 教学改革探索与实践

基于《专业产品设计》教学过程中存在的问题，我们经过充分的调研，对该课程有针对性地进行了改革与实践。改革的重点是《专业产品设计》的教学过程中要充分调动学生的积极性和主动性，培养学生的实践动手能力，使学生在方案设计、文献资料查阅、产品试制（实验实施）、数据统计与分析，设计报告撰写、答辩等各个环节中得到综合训练。

3.1 完善优化课程教学大纲

教学大纲是学科教学的指导性文件，科学、严谨的教学大纲有利于提高教学质量。我们结合2013版生物工程专业培养方案的修订，完善和优化了《专业产品设计》教学大纲，从而使指导教师和学生在选题、方案设计、产品试制、报告撰写、答辩等各个环节有章可循、有据可依。

3.2 重视产品设计的选题，强调选题的新颖性

《专业产品设计》选题时主要从以下4方面考虑：（1）题目必须符合生物工程专业培养目标，满足教学基本要求，题目内容能涵盖生物工程专业若干主干课程的内容；（2）要求一人一题，题目与往届不能重复，真题真做；（3）题目要难易适中，工作量饱满，过程完整，在规定的时间内能够完成；（4）选题能与科研、生产实际、实验室建设相结合，能反映生物技术发展水平，且具有一定的新颖性。

3.3 提高教师的工程实践背景，增强题目的工程应用性

高素质的教师是保证工科应用型人才质量的根本。要培养一流的生物工程专业人才，必须要有一流的师资[7]。开展《专业产品设计》课程教学改革，提高教学质量，关键在于建立一支结构合理、工程实践能力强的教师队伍。目前，参与《专业产品设计》的指导教师大多是青年教师，他们学历层次高、学缘结构好、综合素质高，但是没有工厂、企业工作的经历，缺乏深入的工程背景。因此，每年有计划地安排青年教师到生物工程相关生产企业或公司去锻炼实践，深入生产一线了解急需解决的工程问题，积累工程经验，既可提高他们的理论教学水平和科学研究能力[8]，又能提高专业产品设计的指导水平。

3.4 提早布置产品设计任务，保证充足的教学时间

在第六学期末开始征集专业产品设计题目，组织专家对征集到的题目进行审核，然后学生根据自己的兴趣和能力选择题目，汇总后确定每位指导教师指导的学生名单。在放暑假前，指导教师安排学生在假期查阅文献资料、设计方案、撰写开题报告。设计方案由指导教师审核后，学生在第七学期的第1-3学周进行产品试制或实验实施。第4学周后利用课余时间分析实验结果、撰写产品设计报告，直到第8-9学周（10月下旬）完成专业产品设计答辩。这样既保证了产品设计的时间，又保证了产品设计的质量。

3.5 严格学生考勤，加强产品设计的过程管理

在《专业产品设计》教学过程中，指导教师严格考核学生的出勤，并指导和督促学生按时完成专业产品设计的每个环节。院、系两级组织专家定期、不定期地抽查专业专业产品设计过程记录、出勤情况，将发现的问题及时反馈给指导教师，从而确保《专业产品设计》教学的有序进行。

3.6 加大经费投入，改善产品设计条件

从去年以来，学院拨付部分经费来补助专业专业产品设计，在一定程度上缓解了产品设计经费不足的问题。另外，指导教师利用自己的科研课题经费购置了一批仪器设备（如低温离心机、人工气候箱、电泳仪等），改善了专业产品设计的教学条件。

3.7 建立完善的课程考核评价办法

科学、完善的成绩考核评定方法对提高《专业产品设计》课程的质量具有良好的促进作用[9]。正确的考核方式可以提高学生的积极性，反之将挫伤学生的学习积极性[10]。《专业产品设计》的成绩包括平时成绩（50%）和答辩成绩（50%）两部分组成。平时成绩由指导教师来评定，评分项目包括学习态度、出勤率，查阅资料及对资料的分析能力，设计能力、实验实施能力和工作量，产品设计报告撰写能力及质量和综合基础理论。答辩成绩由答辩小组成员（5-7人）来评定，评分项目包括产品设计讲述、产品设计能力、产品设计质量、产品设计报告质量及回答问题能力。这种考核方式，不但增强了学生的积极性和主动性，而且提高了产品设计教学质量。

3.8 重视产品设计总结与交流

答辩结束后，组织指导教师就《专业产品设计》的教学进行总结与交流，并推荐成绩优秀的学生参加学校组织的生物质资源大赛。在历届兰州理工大学生物质资源大赛中，生物工程专业的学生取得了很好成绩。近3年来，有5名同学获得一等奖，6名同学获得二等奖。学生通过参加生物质资源大赛，一方面可与其他专业的学生进行交流产品设计成果；另一方面可锻炼学生的综合能力。

4、《专业产品设计》教学改革的效果

通过近几年的专业产品设计，我们不断改进教学方式，实践证明，通过上述改革，充分调动了学生的积极性和主动性，使学生的工程实践能力、科创能力及综合素质得以提升。近年来，生物工程专业的毕业生基础理论知识扎实、实验技术过硬、工程实践能力强，深受用人单位的好评。

5、结语

通过教学改革与实践，《专业产品设计》教学效果不断改善。生物工程专业的学生通过产品设计锻炼了设计能力、实践操作能力和创新能力，培养了良好的思维习惯，提高了学生的工程实践能力。

[1] 郭雷． 生物工程专业本科人才培养模式的探讨—以淮海工学院生物工程专业为例[J]． 甘肃科技, 2012, 28(24): 86-87．

[2] 黄训端． 生物工程本科专业实验教学内容设计与体系建设[J]． 生物学杂志, 2013, 30(3): 103-105．

[3] 乔长晟, 贾士儒, 谭之磊, 等． 生物工程专业实践教学改革探讨[J]． 中国轻工教育, 2003(3): 65-66．

[4] 张宏梅, 谭竹钧, 唐国军． 生物工程专业学生创新能力的培养[J]． 中山大学学报论丛，2007, 27(5)：230-232．

[5] 郭新红, 何晓晓, 周苹, 等． 生物技术专业实验教学改革与实践[J]． 生物学杂志, 2015, 32(5); 111-114．

[6] 吕中, 陈嵘, 户业丽． 结合科研项目开展科技活动与创新实验的探索与实践[J]． 生物学杂志, 2013, 30(5): 109-112．

[7] 孟建宇, 张峰, 陶宇, 等． 微生物实践课程与学生创新能力的培养[J]． 生物学杂志, 2015, 32(1): 105-109．

[8] 魏群, 于大禹, 刘月华, 等． 生物工程专业“学科交叉、产学研结合”多元化毕业设计（论文）模式的改革与实践研究[J]． 读与算, 2012, 65: 301-302．

[9] 任海伟, 赵拓, 赵萍, 等． 工程教育背景下的《食品工厂设计课程设计》教学改革与探索[J]． 粮油加工, 2015(11): 68-71．

[10] 栗孟飞, 杨德龙, 李唯． 生物制品专业综合性实验教学改革与探索[J]． 生物学杂志, 2013, 30(2): 98-112．

Teaching reformation and practice on Professional Product Design under engineering education background

WU Guo-qiang, LI Shan-Jia, GONG Hui-ling, LIU Zuo-jun
(School of Life Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Gansu, Lanzhou 730050, China)

∶ Professional Product Design is a comprehensively practical curriculum set up by Biological Engineering major at Lanzhou University of Technology, which plays important roles in training the designed ability, innovative ability, engineering practical ability and scientific research quality of undergraduates. In this paper, some problems existed in the teaching process of Professional Product Design have been pointed out, and the reforming and practical measures are carried out in the aspects of the selection of the topic, the process of the guidance, the writing of design report and the oral defense. Some good teaching effects have been obtained. This should provide some references for improving the training quality of Biological Engineering talents.

∶ Professional Product Design; Biological Engineering; Innovative Ability; Teaching Reformation.

兰州理工大学教学研究项目资助（项目编号：2013-22和2015-24）。