新工科背景下生物制药专业工程类课程建设与教学实践

张 静，姜 静，于鹏飞，张加余

（滨州医学院，山东 烟台 264003）

生物医药是21世纪最具希望和发展潜力的新兴技术产业，也是我国《“十三五”生物产业发展规划》中确定的重点发展的高新领域。2020年新冠肺炎疫情中生物诊断试剂、疫苗和抗体在诊断、预防、治疗中发挥了巨大作用，生物医药行业也迎来了新的发展机遇，对生物制药高级专门人才的需求也愈发迫切。

生物制药专业作为新技术、学科交叉融合的新工科专业，肩负着为生物医药行业培养和输出德智体美劳全面发展的高质量应用型工程技术人才的重任。然而，相较于生物医药研发企业的大量涌现和快速发展，国内高等学校对生物制药专业人才的培养却普遍相对滞后，难以满足行业快速发展的需求，迫切需要提高人才培养质量[1]。课程作为人才培养的核心要素，在本科教育中发挥着重要作用，可以说，课程质量直接决定人才培养质量。2019年10月，《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》提出，要立足经济社会发展需求和人才培养目标，建设一批培养创新型、复合型、应用型人才的一流本科课程[2]。对于生物制药专业而言，工程类课程处于课程体系中的核心位置，是连接理论素养与工程实践能力的桥梁，因此建设工程类课程对于培养生物制药高质量应用型人才、实现本科教育与产业协同式、跨越式发展意义重大[3]。

1 生物制药专业工程类课程教学现状

我校位于以生物医药与健康产业为特色主导产业之一的烟台，生物制药专业自2013年设立以来一直致力于为区域和国家经济社会发展培养满足行业发展需求的具有医学背景的应用型新工科人才，是生物医药技术专业人才培养模式创新试验区，山东省高水平应用型专业群建设专业以及省级一流本科专业。目前，我校生物制药专业开设的工程类课程包括化工原理、基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生物制药工艺学等，旨在帮助学生掌握现代生物技术理论与技术的基础上具备从事生物药物研发、生产、分析检验和质量保证的能力，在提高学生工程素养和专业水平中发挥了至关重要的作用。

然而，此类课程在初期教学中普遍存在教学过程单向、教学模式单一、教学资源匮乏、理论实践脱节等现象，导致学生毕业后出现工程素养不高、创新能力不足、岗位适应能力不强等问题，难以满足生物制药行业对人才质量的要求。通过不断总结教学经验，结合国家对新工科和一流课程建设的要求，我们进行了工程类课程的教学改革与实施，建立了一套“以课程思政为引领，以行业需求为导向，以工程实践和创新能力培养为核心”的课程体系，提高了人才培养的针对性和创造性，为培养生物制药卓越工程技术人才打下坚实的基础。本文以生物制药专业必修课酶工程为例，详细阐述了生物制药专业工程类课程的建设与实施方案以及实施效果。

2 酶工程课程建设与实施方案

我校酶工程课程拥有扎实的学科基础，历经了十余年的持续建设和应用。在课程建设与实施过程中，从强化师资队伍建设、明确教学目标、优化教学内容、改革教学模式以及完善教学考核与评价体系5方面入手，切实提高课程教学效果，培养学生工程素养和核心竞争力。

2.1 强化师资队伍建设，提升教学能力

酶工程作为生物制药专业工程类课程的代表，具有较强的实践性和应用性，对授课教师的工程实践能力和教学水平都有着较高的要求[4]。因此，打造一支实践经验丰富、创新能力强的师资队伍就成为提高课程教学效果和人才培养质量的关键因素。我们充分利用本专业产教融合、校企合作、各方力量参与办学的优势，通过“引进来”和“走出去”相结合的方式优化师资结构，打造了一支专兼结合的高水平“双师型”师资队伍。一方面，聘请企业工作经验丰富的行业专家担任授课教师，在把握行业发展动态的基础上将行业发展历程、行业规范、生产项目实例及产业化经验融入课程内容，提升课程的实践性和应用性；另一方面，通过与学院理事会成员单位广泛合作建立工程实践基地，定期将青年教师派到基地进行培训，及时掌握行业需求和未来发展方向，积累实践经验，改变课堂教学与生产实际脱节现状，并在人才培养、科技创新、成果转化等领域开展产学研全方位合作，推动生物制药专业发展。

2.2 对标人才需求，明确教学目标

面向生物制药行业，以培养卓越生物制药人才为导向，结合我校生物制药专业人才培养目标和《教育部 工业和信息化部 中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》，依据布鲁姆教育目标分类法确定课程教学目标，促进学生知识、能力、素质的全面发展。通过调研考察，课程教学团队与行业专家进行充分研讨，最终将本课程的教学目标确定为：培养面向生物制药行业、具有良好职业道德、系统掌握酶工程的理论和技能、具有较强的工程实践能力与创新意识的高级应用型人才。

2.3 优化教学内容，丰富教学资源

教材的选用与教学内容的安排密切相关，因此选择适合生物制药专业学生使用的教材至关重要。目前，酶工程教材版本众多，不同教材在内容设置上存在很大差异。我校选用郭勇主编、科学出版社出版的第4版《酶工程》为教材，该书内容安排合理，系统性强，重点、难点突出，被国内高校广泛使用[5]。此外，选用两本参考教材，分别是吴敬、殷幼平主编、科学出版社出版的《酶工程（案例版）》，以及赵蕾主编，科学出版社出版的《酶工程（双语教材）》，为教学提供了丰富的生产实例与双语教学素材，有助于提升课程的实践性和高阶性。

为了帮助学生更好地掌握课程内容，我们将教材内容整合为4个模块，分别是酶学基础，酶的生产（包括酶的发酵生产、酶的提取与分离纯化），酶的改造（包括酶与细胞的固定化、酶分子修饰、非水相酶催化、生物酶工程）以及酶的应用，进行模块化教学，帮助学生掌握完整的课程知识脉络。不同模块的教学内容由任课教师与行业专家结合教材内容、行业生产实际与最新研究进展共同分析、整合、重组，保证教学内容的丰富性与前沿性，并将思想引领、行业规范与学术道德等思政内容引入课程内容，做到润物细无声。此外，注重实践教学，充分利用校内实验中心、开放实验室、教师课题研究室和企业实习基地开展实验教学、大学生科技创新以及见习实习，从而在课上课下、科研和生产第一线培养和提高学生创新能力、工程实践能力，提升课程的创新性和挑战度。

为了帮助学生更全面地接触课程内容和教学资源，提升学生的自主学习能力，满足学生个性化的学习需要，我们根据课程内容精心制作了酶工程在线课程，并于2020年春季学期起在智慧树平台开放。在线课程为学生提供了丰富的教学视频、教学课件、测试题、视频动画以及课外学习资源等，并通过话题讨论区实现师生、生生互动。除用于本校学生线上线下混合式教学外，酶工程在线课程还面向国内各高校开放，本年度先后被华侨大学、云南大学、杭州师范大学、东北农业大学、山东第一医科大学、青岛农业大学、潍坊医学院等28所高校及2 000余人次社会学习者学习。

2.4 改革教学模式，突出课程特色

在教学过程中，我们改变传统教学模式，注重将立德树人与教书育人相结合，以学生为中心，以能力培养为目标，以信息化教学技术为手段，打造了“三维—三段—六法”的酶工程线上线下混合式教学模式（见图1）。“三维”即线上学习、课堂教学和第二课堂，“三段”即课前、课中和课后，“六法”即BOPPPS法、布鲁姆教育目标分类法、案例教学法、任务驱动法、参与式教学法和项目教学法。

图1 酶工程线上线下混合式教学模式

该教学模式利用BOPPPS法进行课前教学设计和课中教学实施，针对学生学习过程中的不同维度和阶段依据布鲁姆教育目标分类法设定学习目标，开展课程教学[6]。课前，通过线上预习激发学生学习兴趣，引导学生完成记忆与理解简单、基础知识点的初级目标，鼓励学生自主分析思考，发现问题；课中，利用雨课堂进行参与式教学，通过课前测试了解学生的预习情况，再以最新科研成果、工程项目或企业实例为案例，或者以生产实际、社会现象、热点话题为问题组织和引导学生进行课堂讨论与互动，通过启发式、研讨式教学突出学生的主体地位，培养学生发现问题、分析问题和解决问题能力，提升职业素养，达到高阶目标；课后，通过在线课程的单元测试、作业及话题讨论对学生进行后测，及时分析总结后测结果并引导学生完成课程内容思维导图的绘制，帮助学生梳理课程知识脉络，实现由点到面的系统性学习，并通过补充课外学习资源来加深学生对课程内容的理解[7-9]。此外，在第二课堂中通过校企合作、参与教师课题、申请大学生创新创业项目等方式为学生提供参加各类实践、实验项目的机会，鼓励学生积极参加各类技能竞赛和发表研究论文，培养学生实践能力、创新能力和科研思维，学以致用。

2.5 完善教学考核与评价体系，坚持以评促教

为保障课堂教学设计的顺利实施和教学质量的提高，必须采取有效的教学考核与评价方法，并坚持以评促改[10]。本课程通过教学评价和课程考核两个方面对课程教学进行检验。构建以教师为引导、学生为主导的“自我评价、学生互评和教师评价”相结合的多元评价体系，建立多样评价和过程跟踪的考核体系。具体成绩评定方式包括：（1）线上评价（占总成绩的30%），由学习行为（30%）、在线测试（60%）和互动讨论（10%）组成；（2）线下评价（占总成绩的70%），由课堂表现（20%）、作业报告（20%）、期末考试（60%）组成，多角度、全方位地测评学生知识、能力和素质水平。此外，结合督导、同行和学生评价以及课程问卷调查加强对教学过程的监控与评价，并将评价结果用于指导课程教学持续改进，助力生物制药人才培养。

3 酶工程课程建设效果与存在问题

通过酶工程课程建设，进一步强化师资队伍建设，明确教学目标，优化教学内容，改革教学模式，完善教学考核与评价体系，提高人才培养的针对性和培养人才的创造性，满足生物制药行业需求。课程设计和教学实施中坚持校企合作、产教融合，形成了“三维—三段—六法”的线上线下混合式教学模式，实现了课程教学的信息化、实践化、参与化，不仅有利于完整课程体系的建立，而且极大地提高了学生学习的自主性和积极性，满足学生个性化学习的需求，学生学习成绩有一定提升，督导、同行对课程的评价较高。通过对学生课程学习效果的问卷调查不难看出，学生对课程的满意度高，学习能动性、实践能力和创新意识显著提高，工程素养也明显提升（见表1）。

表1 酶工程课程教学效果问卷调查结果

然而，随着酶工程技术的快速发展，为了满足新工科以科技和产业发展最新成果来保障高质量人才培养的要求，课程教学内容和教学方法都需要不断更新，这也对教师提出了更高的要求，教师不仅要有较高的教学水平，还要有较强的工程实践能力[11]。目前，中青年教师仍是课程教学的主力军，虽然定期进行工程实践培训对于提高中青年教师的工程实践能力、了解行业需求、把握行业发展方向有显著作用，但仍存在诸多问题。一方面，在较大的科研压力下，中青年教师参与培训的积极性和时间难以保证；另一方面，企业因担心技术泄密往往会对关键技术设置保密限制，难以满足培训要求。因此，后续还应进一步完善教师培养机制和激励措施，鼓励中青年教师多渠道锻炼工程实践能力，提高教学水平。

通过对酶工程课程的建设与实施，对标生物制药行业需求和卓越工程师人才培养标准，为生物制药专业工程类课程建立一套以工程实践和科研创新能力为核心的教学体系，并将课程内容与思想引领、行业规范、科技发展等内容有机结合，助力学生成为具有良好职业道德、较高综合素质、较强工程实践能力与创新精神的高级应用型人才，为国家走新型工业化道路、实现建设创新型国家战略目标培养卓越人才。