新工科建设和专业认证背景下生物制药课程群构建与应用*

骆健美 滕玉鸥 张成林 李玉银 赵青 殷利眷 徐雪天 袁媛

天津科技大学生物工程学院 天津 300457

0 引言

为主动适应新一轮科技革命和产业变革的新趋势和新要求，服务于“中国制造2025、创新驱动发展”的国家战略，满足经济产业转型需求和面向未来发展，2017年2月以来，教育部积极推进“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”［1］“天大行动”［2］和“北京指南”［3］等。这些建设项目不断丰富和完善新工科的内涵，即：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承和创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才［4-5］。工程教育专业认证是针对高等教育机构开设的工程类教育实施的专门性认证，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。认证标准中各项指标的逻辑关系为：以学生为中心，以培养目标和毕业要求为导向，通过足够的师资队伍和完备的支持条件保证各类课程教学的有效实施，并通过完善的内外部质量保障机制保证质量的持续改进和提升，最终使学生培养质量满足要求[6]。

生物制药是国际和国内发展最迅速的行业之一，普遍认为是21世纪的“钻石行业”和“朝阳产业”，是我国的国家战略性新兴产业[7]。生物制药是由生物学、生物技术、化学、药学、工程学等多门学科相互渗透和融合形成的交叉学科，具有综合性强和实践性强的特点。目前，我国从事生物制药行业的人数仅为美国同行业人数的四分之一，中高端人才更是严重不足，严重制约了产业升级和跨越发展，因此，急需培养高素质的应用型、复合型和创新型人才。

天津科技大学生物工程学院拥有 “生物工程”和“制药工程”两个本科专业。依托“发酵工程”国家重点学科和轻工学科的深厚历史积淀，生物制药已成为学院本科专业建设和人才培养的鲜明特色，已支撑生物工程、制药工程获批为国家一流本科专业建设点，生物工程专业通过工程教育专业认证，获批生物与医药专业学位博士点，并在天津市“1+3+4”现代工业产业体系中发挥着重要作用。本文在新工科建设和专业认证的背景下，围绕生物制药课程群的建设和应用进行了有益探索，其成果为地方高校专业课程群的内涵建设和特色发展提供了借鉴和参考，为提高天津产业竞争力和汇聚发展新动能提供人才支持和智力支撑。

1 生物制药课程群构建的必要性

传统的高校教学管理体系主要以教研室为基本单位，组织方式带有明显的行政色彩，涵盖的教师数量多，课程差异大。因此，工作以日常的教学管理活动为主，较少关注相关课程的深度融合和协同作用，造成一定的组织壁垒。另一方面，学生的学习活动多在单门课程内形成闭环，容易忽略知识和能力谱系中具有内在逻辑性和协同作用的关联知识点的融会贯通，存在一定的学习壁垒。综上，这种传统的“单门课程各自为教和各自为学”的方式容易产生教师授课内容和学生学习内容上的“孤岛”效应和“碎片”效果，严重制约人才的培养质量，成为教学活动和育人过程的痛点和难点。

课程群是指若干门彼此独立，但内容上密切相关、相承和渗透，具有某一共同属性的一组课程集群[8]。生物制药核心内容主要涉及药物合成的理论原理、药物制备的基本过程、药物生产技术及其工艺控制等，具有“先修与后续课程关系紧密、理论和实践结合紧密、基础和应用融合紧密”等特点。为此，急需从生物制药领域的整体知识和能力培养的角度出发，将核心知识和关键能力涉及的多门课程和实践环节进行有序规划、统筹优化和有机集成。本文以开设在不同学期的六门理论课--微生物学、微生物遗传与育种、分子生物学、药物生物合成原理、代谢控制发酵、生物制药工艺学和四个实践环节--“微生物学实验”“微生物遗传与育种实验”“制药工程工艺实验”“生产实习”为对象，构建主题突出、衔接顺畅、层次递进、完整闭环的“生物制药课程群”（见图1）。课程群的建设将促进学生认知结构的系统化和立体化，为培养符合新工科和专业认证要求的高质量人才提供组织新范式和育人新范式。

图1 生物制药课程群的课程信息

2 专业认证和新工科建设背景下生物制药课程群的建设策略

2.1 组建“虚实结合、动态调整”的教研组，为课程群建设提供有力的组织保障

以群落化的思想，将课程群的全体授课老师组建为线下教研组，定期召开会议进行交流研讨。为了更好地满足新工科建设在学科交叉融合、服务国家战略和支撑引领产业发展的要求，采取产科教融合思路，将教研组的成员从课程群内拓展到课程群外，从校内延伸到校外，组建可根据需要进行动态调整的线上教研组。如“药物生物合成原理”在介绍合成原理前沿进展时，邀请“生物信息学”“计算生物学和人工智能”“工程生物学导论”等其他课程的授课老师或者科研院所的研究人员参与，强化前沿内容的交叉性和前瞻性；“生物制药工艺学”“代谢控制发酵”在介绍工艺设计和生产控制时，邀请行业和企业的专家或技术骨干加入，强调能力的工程化和实用性。

基于教学活动的全周期，建立了联动和共享相结合的教研组工作机制。开课前，教研组组长（由课程群内每门课程的负责人轮换）组织大家对开设课程的教学大纲、授课计划、教案和PPT 等教学材料进行集体查阅和研讨，根据专业工程认证的要求，重点关注课程目标对毕业要求的支撑关系、课程内容对课程目标的支撑关系、课程考核形成性评价的合理性等。按照知识能力的递进规律和学生的学习习惯，对具有互联、互通、互作、互动关系的知识点在课程群内不同课程中的分布情况、讲解层次和考核方式进行统筹规划，减少内容的简单重复，突出关联知识点在不同课程中的逻辑重点和讲授亮点。开课过程中，组织不同课程的老师对关联知识点的内容进行随堂听课，现场收集学生对先修知识和现学知识掌握情况的一手资料，并将建议直接反馈给相关老师。课程结束后，老师们对过程化考核、考试试卷、课程目标达成情况等材料进行集中核查，关注学生对关联知识点在不同课程上的学习效果，找到教学内容的痛点、堵点和盲点，用于指导本课程和相关课程教学活动的持续改进。

2.2 突出关联知识点的“衔接性、协作性、融合性”，为课程群建设提供有力的内容保障

课程群建设是一个教学系统工程，不是简单地将几门课程直接拼凑。对于关联知识点，在不同课程间容易出现衔接性差、协作性弱、融合性低等问题。为此，课程群通过教师教研和学生调研相结合的方式，对标新工科建设和专业工程认证的要求，参照《高等学校制药工程专业指导性专业规范》要求，并结合生物制药行业和产业的发展现状，通过重构课程目标和优化教学内容，完成知识和能力在教学链和学习链上的点、线、面的立体融合。下面以微生物培养这一关联知识点为例，进行介绍。

微生物的培养是贯穿生物制药的核心知识点，在课程群的多门课程中都会涉及，但针对不同课程的培养目标，其内涵和外延各不相同。微生物学课程中主要介绍微生物的形态、生理、营养、遗传、生长控制和菌种保藏等方面的知识，具有内容基础性强，覆盖面广的特点；分子生物学课程中主要对DNA、RNA 和蛋白质等生物体内大分子物质的结构及其作用机制进行阐述，是对微生物遗传知识的深化；微生物遗传与育种课程是在微生物学、分子生物学等先修课程的基础上，介绍微生物遗传育种的基础原理和应用方法，在连接微生物基础理论知识和实际生产应用之间发挥着桥梁作用；代谢控制发酵课程中将微生物的生理生化和代谢特点放到工业发酵的复杂过程中讲述，选取的多为大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、酵母等模式工业微生物，知识点的系统性和工程化属性进一步增强，开始引导学生对实际生产中的问题进行独立分析和全局思考；生物制药工艺学课程则是在各类药物全周期、全流程的实际案例中，有针对性地进行菌株构建和生产工艺的讲解，进一步培养学生运用工艺研究的指导思想和基本方法，解决复杂工程实际问题。其中，发酵工程制药部分与代谢控制发酵课程相关内容具有良好的衔接性，但侧重于引导学生思考，如何选择合理的菌株和工艺工程技术，如何优化影响设计目标和技术方案的各种因素，以满足不同药品生产的特定需求，获得最大生产效率。而基因工程制药部分，与分子生物学和微生物遗传与育种课程的相关内容前后呼应，但强调了菌株构建和发酵工艺的耦合关系和协同效应。

此外，通过四个实践环节--“微生物学实验”“微生物遗传与育种实验”“制药工程工艺实验”“生产实习”对微生物的关联知识点进行知识印证和能力培养。其中，“微生物学实验”主要对一些基本实验技能进行培训，包括微生物形态观察、培养基的配制和灭菌、微生物培养、微生物的分离纯化和微生物指标的检测等；“微生物遗传与育种实验”主要完成诱变育种、基因工程和分子生物学等代表性实验的训练，加深学生对“微生物学”“分子生物学”“微生物遗传与育种”等理论课程中理论知识的理解；“制药工程工艺实验”则是对微生物培养的代表性设备（如发酵罐）和工艺参数检测（如残糖、溶氧）等内容进行培训；“生产实习”则是带领学生进入制药企业进行现场观摩和实地操作，参与到工业生产过程中关于微生物培养、培养基制备、接种、发酵过程控制、产物分离提取等各个环节。

同时，积极引入国内外优质的线上教学资源，如中国大学慕课线上资源、B 站、学堂在线、学习强国、公众号等，特别是可视化和虚拟仿真类的资源。综上所述，通过对关联知识点逻辑关系、培养目标和实践应用的全链条优化，课程群相关内容的衔接性、协作性和融合性得到提升。

2.3 设计“联动、递进、多元化”的考核构架，为课程群建设提供有力的质量保障

首先，通过课程联动，构建能全面覆盖课程群内关联知识点，且前后呼应、逐级提升的知识和能力考核素材库，并根据学科和行业的最新发展，实施动态调整，定期更新。其次，每门课程均构建“过程考核+终结考核”的二级考核体系。通过优化过程考核指标的类型和权重、提升终结考核中开放式和交叉式问题的内涵和比重，强调对学生的创新思维和工程素养的考查。为了更好地调动学生的参与度，除了传统的老师点评，还设置了生生互评和学生自评等。最后，基于OBE理念，在每个考核体系里设计能反映学生知识、能力和素质的多元化指标。如引入课程展示环节，围绕不同的主题，要求学生以团队或个人方式参加。如最美笔记和我当小老师的活动，要求学生对课程群中的某个关联知识点进行思维导图的绘制和讲解，通过本人自述、他人提问、教师点评的方式，加深理解和融会贯通；要求学生围绕诺奖、国家科技奖、本领域的经典和最新文献进行解读，引导学生关注学科前沿和交叉，开拓视野。在终结考核的试卷中，通过加大综合性和设计性题型的比例，考查学生分析和解决复杂工程问题的能力。

3 结束语

本文通过生物制药课程群的建设，促进了相关课程教学内容和学生知识能力谱系的有效衔接和深度融合。通过教学内容和考核体系上的联动优化，更好地满足新工科建设和专业工程认证背景下高质量育人模式的新需求。