駱健美 滕玉鷗 張成林 李玉銀 趙青 殷利眷 徐雪天 袁媛

天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院 天津 300457

0 引言

為主動適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新趨勢和新要求，服務(wù)于“中國制造2025、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”的國家戰(zhàn)略，滿足經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型需求和面向未來發(fā)展，2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”［1］“天大行動”［2］和“北京指南”［3］等。這些建設(shè)項目不斷豐富和完善新工科的內(nèi)涵，即：以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承和創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才［4-5］。工程教育專業(yè)認證是針對高等教育機構(gòu)開設(shè)的工程類教育實施的專門性認證，是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)。認證標準中各項指標的邏輯關(guān)系為：以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，通過足夠的師資隊伍和完備的支持條件保證各類課程教學(xué)的有效實施，并通過完善的內(nèi)外部質(zhì)量保障機制保證質(zhì)量的持續(xù)改進和提升，最終使學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量滿足要求[6]。

生物制藥是國際和國內(nèi)發(fā)展最迅速的行業(yè)之一，普遍認為是21世紀的“鉆石行業(yè)”和“朝陽產(chǎn)業(yè)”，是我國的國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[7]。生物制藥是由生物學(xué)、生物技術(shù)、化學(xué)、藥學(xué)、工程學(xué)等多門學(xué)科相互滲透和融合形成的交叉學(xué)科，具有綜合性強和實踐性強的特點。目前，我國從事生物制藥行業(yè)的人數(shù)僅為美國同行業(yè)人數(shù)的四分之一，中高端人才更是嚴重不足，嚴重制約了產(chǎn)業(yè)升級和跨越發(fā)展，因此，急需培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型人才。

天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院擁有 “生物工程”和“制藥工程”兩個本科專業(yè)。依托“發(fā)酵工程”國家重點學(xué)科和輕工學(xué)科的深厚歷史積淀，生物制藥已成為學(xué)院本科專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的鮮明特色，已支撐生物工程、制藥工程獲批為國家一流本科專業(yè)建設(shè)點，生物工程專業(yè)通過工程教育專業(yè)認證，獲批生物與醫(yī)藥專業(yè)學(xué)位博士點，并在天津市“1+3+4”現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)體系中發(fā)揮著重要作用。本文在新工科建設(shè)和專業(yè)認證的背景下，圍繞生物制藥課程群的建設(shè)和應(yīng)用進行了有益探索，其成果為地方高校專業(yè)課程群的內(nèi)涵建設(shè)和特色發(fā)展提供了借鑒和參考，為提高天津產(chǎn)業(yè)競爭力和匯聚發(fā)展新動能提供人才支持和智力支撐。

1 生物制藥課程群構(gòu)建的必要性

傳統(tǒng)的高校教學(xué)管理體系主要以教研室為基本單位，組織方式帶有明顯的行政色彩，涵蓋的教師數(shù)量多，課程差異大。因此，工作以日常的教學(xué)管理活動為主，較少關(guān)注相關(guān)課程的深度融合和協(xié)同作用，造成一定的組織壁壘。另一方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動多在單門課程內(nèi)形成閉環(huán)，容易忽略知識和能力譜系中具有內(nèi)在邏輯性和協(xié)同作用的關(guān)聯(lián)知識點的融會貫通，存在一定的學(xué)習(xí)壁壘。綜上，這種傳統(tǒng)的“單門課程各自為教和各自為學(xué)”的方式容易產(chǎn)生教師授課內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容上的“孤島”效應(yīng)和“碎片”效果，嚴重制約人才的培養(yǎng)質(zhì)量，成為教學(xué)活動和育人過程的痛點和難點。

課程群是指若干門彼此獨立，但內(nèi)容上密切相關(guān)、相承和滲透，具有某一共同屬性的一組課程集群[8]。生物制藥核心內(nèi)容主要涉及藥物合成的理論原理、藥物制備的基本過程、藥物生產(chǎn)技術(shù)及其工藝控制等，具有“先修與后續(xù)課程關(guān)系緊密、理論和實踐結(jié)合緊密、基礎(chǔ)和應(yīng)用融合緊密”等特點。為此，急需從生物制藥領(lǐng)域的整體知識和能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，將核心知識和關(guān)鍵能力涉及的多門課程和實踐環(huán)節(jié)進行有序規(guī)劃、統(tǒng)籌優(yōu)化和有機集成。本文以開設(shè)在不同學(xué)期的六門理論課--微生物學(xué)、微生物遺傳與育種、分子生物學(xué)、藥物生物合成原理、代謝控制發(fā)酵、生物制藥工藝學(xué)和四個實踐環(huán)節(jié)--“微生物學(xué)實驗”“微生物遺傳與育種實驗”“制藥工程工藝實驗”“生產(chǎn)實習(xí)”為對象，構(gòu)建主題突出、銜接順暢、層次遞進、完整閉環(huán)的“生物制藥課程群”（見圖1）。課程群的建設(shè)將促進學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化和立體化，為培養(yǎng)符合新工科和專業(yè)認證要求的高質(zhì)量人才提供組織新范式和育人新范式。

圖1 生物制藥課程群的課程信息

2 專業(yè)認證和新工科建設(shè)背景下生物制藥課程群的建設(shè)策略

2.1 組建“虛實結(jié)合、動態(tài)調(diào)整”的教研組，為課程群建設(shè)提供有力的組織保障

以群落化的思想，將課程群的全體授課老師組建為線下教研組，定期召開會議進行交流研討。為了更好地滿足新工科建設(shè)在學(xué)科交叉融合、服務(wù)國家戰(zhàn)略和支撐引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，采取產(chǎn)科教融合思路，將教研組的成員從課程群內(nèi)拓展到課程群外，從校內(nèi)延伸到校外，組建可根據(jù)需要進行動態(tài)調(diào)整的線上教研組。如“藥物生物合成原理”在介紹合成原理前沿進展時，邀請“生物信息學(xué)”“計算生物學(xué)和人工智能”“工程生物學(xué)導(dǎo)論”等其他課程的授課老師或者科研院所的研究人員參與，強化前沿內(nèi)容的交叉性和前瞻性；“生物制藥工藝學(xué)”“代謝控制發(fā)酵”在介紹工藝設(shè)計和生產(chǎn)控制時，邀請行業(yè)和企業(yè)的專家或技術(shù)骨干加入，強調(diào)能力的工程化和實用性。

基于教學(xué)活動的全周期，建立了聯(lián)動和共享相結(jié)合的教研組工作機制。開課前，教研組組長（由課程群內(nèi)每門課程的負責(zé)人輪換）組織大家對開設(shè)課程的教學(xué)大綱、授課計劃、教案和PPT 等教學(xué)材料進行集體查閱和研討，根據(jù)專業(yè)工程認證的要求，重點關(guān)注課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系、課程內(nèi)容對課程目標的支撐關(guān)系、課程考核形成性評價的合理性等。按照知識能力的遞進規(guī)律和學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對具有互聯(lián)、互通、互作、互動關(guān)系的知識點在課程群內(nèi)不同課程中的分布情況、講解層次和考核方式進行統(tǒng)籌規(guī)劃，減少內(nèi)容的簡單重復(fù)，突出關(guān)聯(lián)知識點在不同課程中的邏輯重點和講授亮點。開課過程中，組織不同課程的老師對關(guān)聯(lián)知識點的內(nèi)容進行隨堂聽課，現(xiàn)場收集學(xué)生對先修知識和現(xiàn)學(xué)知識掌握情況的一手資料，并將建議直接反饋給相關(guān)老師。課程結(jié)束后，老師們對過程化考核、考試試卷、課程目標達成情況等材料進行集中核查，關(guān)注學(xué)生對關(guān)聯(lián)知識點在不同課程上的學(xué)習(xí)效果，找到教學(xué)內(nèi)容的痛點、堵點和盲點，用于指導(dǎo)本課程和相關(guān)課程教學(xué)活動的持續(xù)改進。

2.2 突出關(guān)聯(lián)知識點的“銜接性、協(xié)作性、融合性”，為課程群建設(shè)提供有力的內(nèi)容保障

課程群建設(shè)是一個教學(xué)系統(tǒng)工程，不是簡單地將幾門課程直接拼湊。對于關(guān)聯(lián)知識點，在不同課程間容易出現(xiàn)銜接性差、協(xié)作性弱、融合性低等問題。為此，課程群通過教師教研和學(xué)生調(diào)研相結(jié)合的方式，對標新工科建設(shè)和專業(yè)工程認證的要求，參照《高等學(xué)校制藥工程專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》要求，并結(jié)合生物制藥行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，通過重構(gòu)課程目標和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，完成知識和能力在教學(xué)鏈和學(xué)習(xí)鏈上的點、線、面的立體融合。下面以微生物培養(yǎng)這一關(guān)聯(lián)知識點為例，進行介紹。

微生物的培養(yǎng)是貫穿生物制藥的核心知識點，在課程群的多門課程中都會涉及，但針對不同課程的培養(yǎng)目標，其內(nèi)涵和外延各不相同。微生物學(xué)課程中主要介紹微生物的形態(tài)、生理、營養(yǎng)、遺傳、生長控制和菌種保藏等方面的知識，具有內(nèi)容基礎(chǔ)性強，覆蓋面廣的特點；分子生物學(xué)課程中主要對DNA、RNA 和蛋白質(zhì)等生物體內(nèi)大分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其作用機制進行闡述，是對微生物遺傳知識的深化；微生物遺傳與育種課程是在微生物學(xué)、分子生物學(xué)等先修課程的基礎(chǔ)上，介紹微生物遺傳育種的基礎(chǔ)原理和應(yīng)用方法，在連接微生物基礎(chǔ)理論知識和實際生產(chǎn)應(yīng)用之間發(fā)揮著橋梁作用；代謝控制發(fā)酵課程中將微生物的生理生化和代謝特點放到工業(yè)發(fā)酵的復(fù)雜過程中講述，選取的多為大腸桿菌、谷氨酸棒桿菌、酵母等模式工業(yè)微生物，知識點的系統(tǒng)性和工程化屬性進一步增強，開始引導(dǎo)學(xué)生對實際生產(chǎn)中的問題進行獨立分析和全局思考；生物制藥工藝學(xué)課程則是在各類藥物全周期、全流程的實際案例中，有針對性地進行菌株構(gòu)建和生產(chǎn)工藝的講解，進一步培養(yǎng)學(xué)生運用工藝研究的指導(dǎo)思想和基本方法，解決復(fù)雜工程實際問題。其中，發(fā)酵工程制藥部分與代謝控制發(fā)酵課程相關(guān)內(nèi)容具有良好的銜接性，但側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生思考，如何選擇合理的菌株和工藝工程技術(shù)，如何優(yōu)化影響設(shè)計目標和技術(shù)方案的各種因素，以滿足不同藥品生產(chǎn)的特定需求，獲得最大生產(chǎn)效率。而基因工程制藥部分，與分子生物學(xué)和微生物遺傳與育種課程的相關(guān)內(nèi)容前后呼應(yīng)，但強調(diào)了菌株構(gòu)建和發(fā)酵工藝的耦合關(guān)系和協(xié)同效應(yīng)。

此外，通過四個實踐環(huán)節(jié)--“微生物學(xué)實驗”“微生物遺傳與育種實驗”“制藥工程工藝實驗”“生產(chǎn)實習(xí)”對微生物的關(guān)聯(lián)知識點進行知識印證和能力培養(yǎng)。其中，“微生物學(xué)實驗”主要對一些基本實驗技能進行培訓(xùn)，包括微生物形態(tài)觀察、培養(yǎng)基的配制和滅菌、微生物培養(yǎng)、微生物的分離純化和微生物指標的檢測等；“微生物遺傳與育種實驗”主要完成誘變育種、基因工程和分子生物學(xué)等代表性實驗的訓(xùn)練，加深學(xué)生對“微生物學(xué)”“分子生物學(xué)”“微生物遺傳與育種”等理論課程中理論知識的理解；“制藥工程工藝實驗”則是對微生物培養(yǎng)的代表性設(shè)備（如發(fā)酵罐）和工藝參數(shù)檢測（如殘?zhí)?、溶氧）等?nèi)容進行培訓(xùn)；“生產(chǎn)實習(xí)”則是帶領(lǐng)學(xué)生進入制藥企業(yè)進行現(xiàn)場觀摩和實地操作，參與到工業(yè)生產(chǎn)過程中關(guān)于微生物培養(yǎng)、培養(yǎng)基制備、接種、發(fā)酵過程控制、產(chǎn)物分離提取等各個環(huán)節(jié)。

同時，積極引入國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)的線上教學(xué)資源，如中國大學(xué)慕課線上資源、B 站、學(xué)堂在線、學(xué)習(xí)強國、公眾號等，特別是可視化和虛擬仿真類的資源。綜上所述，通過對關(guān)聯(lián)知識點邏輯關(guān)系、培養(yǎng)目標和實踐應(yīng)用的全鏈條優(yōu)化，課程群相關(guān)內(nèi)容的銜接性、協(xié)作性和融合性得到提升。

2.3 設(shè)計“聯(lián)動、遞進、多元化”的考核構(gòu)架，為課程群建設(shè)提供有力的質(zhì)量保障

首先，通過課程聯(lián)動，構(gòu)建能全面覆蓋課程群內(nèi)關(guān)聯(lián)知識點，且前后呼應(yīng)、逐級提升的知識和能力考核素材庫，并根據(jù)學(xué)科和行業(yè)的最新發(fā)展，實施動態(tài)調(diào)整，定期更新。其次，每門課程均構(gòu)建“過程考核+終結(jié)考核”的二級考核體系。通過優(yōu)化過程考核指標的類型和權(quán)重、提升終結(jié)考核中開放式和交叉式問題的內(nèi)涵和比重，強調(diào)對學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程素養(yǎng)的考查。為了更好地調(diào)動學(xué)生的參與度，除了傳統(tǒng)的老師點評，還設(shè)置了生生互評和學(xué)生自評等。最后，基于OBE理念，在每個考核體系里設(shè)計能反映學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的多元化指標。如引入課程展示環(huán)節(jié)，圍繞不同的主題，要求學(xué)生以團隊或個人方式參加。如最美筆記和我當(dāng)小老師的活動，要求學(xué)生對課程群中的某個關(guān)聯(lián)知識點進行思維導(dǎo)圖的繪制和講解，通過本人自述、他人提問、教師點評的方式，加深理解和融會貫通；要求學(xué)生圍繞諾獎、國家科技獎、本領(lǐng)域的經(jīng)典和最新文獻進行解讀，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿和交叉，開拓視野。在終結(jié)考核的試卷中，通過加大綜合性和設(shè)計性題型的比例，考查學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。

3 結(jié)束語

本文通過生物制藥課程群的建設(shè)，促進了相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生知識能力譜系的有效銜接和深度融合。通過教學(xué)內(nèi)容和考核體系上的聯(lián)動優(yōu)化，更好地滿足新工科建設(shè)和專業(yè)工程認證背景下高質(zhì)量育人模式的新需求。