案例教学法在生物工程工厂设计概论课程教学中的应用

案例教学是教师依据课程的教学大纲，结合教学目标和内容，精心设计和选择适用于本课程的案例，再将这些案例引入课堂教学，通过学生自主设计和分析，提高他们对本课程的学习兴趣和积极性，活跃课堂氛围，提升他们综合素质能力的一种有效教学方法[1-2]。近年来，这种教学模式已被越来越多的人所接受，并被高等院校中的众多课程所采用，教学效果也得到了学生的普遍认同。

生物工程工厂设计概论是湖南科技大学生物工程本科专业必修的核心专业教育理论课。这门课程是以工业微生物学、生物分离工程、发酵工程和工程制图等相关理论和技术为基础，是学生在完成上述课程，并扎实掌握相关基础知识、理论和技能的基础上开设的，具有很强的综合性、实践性和抽象性特点;再结合后期的生物工程工厂课程设计，专业生产实习、毕业实习和毕业设计等课程的学习，完成工程学科的综合性基本技能训练，使学生具备生物工程工厂设计的能力和素质[3-4]。生物工程工厂设计概论课程涉及的知识面广、且内容比较抽象，在教学过程中，如果运用生动、形象和直观的实践案例，学生就能更容易的理解和掌握课程的基础知识，也可激发学生的兴趣和积极性。此外，与传统教学方法相比，案例教学还具有增强师生互动，提升学生自主学习能力、语言表达能力等综合素质[5]。本文阐述了生物工程工厂设计概论课程的教学困境，探讨如何将案例教学应用于本课程的教学过程中，以期为同行提供参考。

1生物工程工厂设计概论课程的教学困境

作者通过多年的教学实践，深感生物工程工厂设计概论课程教学中存在一些弊端，总结归纳如下。

(1)课程教材和参考书种类比较少，且更新慢[6]。目前，与课程关系密切的教材有吴思芳主编的《生物工程工厂设计概论》，参考书有段开红等主编的《生物发酵工厂设计》，这些教材或参考书中一些知识没有及时更新，内容相对比较陈旧，不能满足现代教学要求[6]。比如教材列举的工艺计算实例，某些产品选择的生产工艺比较落后;设备设计与选型章节，有些设备的知识比较陈旧，没有及时更新，从而导致学生的知识面狭窄、起点低、毕业后不能很好的适应工作岗位。

(2)生物工程工厂设计概论课程本身难度较大[7]。生物工程工厂设计概论课程的核心内容主要有：生物工厂的厂址选择及总平面布置设计、产品生产方法的选择和工艺流程设计、产品生产过程中涉及到的工艺计算以及生产所需设备的设计与选型、主要生产车间设备布置和管道布置等。这些核心内容需要学生具备扎实的、多学科的专业基础知识和实践技能，如果学生在学习本课程之前未能牢固的掌握工业微生物学、生物分离工程、发酵工程和发酵设备等课程的基础知识和实践技能，会造成学生在学习本课程时感到力不从心、有些抽象的知识理解困难，从而导致缺乏学习兴趣和主动性。

(3)课程的内容和整体结构学生了解不深，很难体会课程的体系和各个核心内容间的联系[7]。生物工程工厂设计概论课程知识面广、内容丰富，课程内容具有逻辑性强、知识点多和生产实践联系紧密等特点，如果学生在学习本课程时只有片段式的认识，不能将课程内容互相联系起来，会导致学生学习困难、学习效果差。

(4)课程具备较强的实践性和应用性特点，理论教学和实际应用严重脱节[8-9]。作为一门实践性强的学科，由于学生对生物工厂没有直观的认识，不了解生物工厂的组成结构，甚至对于什么是生物工厂完全不知道，因此，学生在学习本课程时专业知识接受程度有限、导致学习效果差。虽然本校生物工程专业学生在学习本课程之前去了五洲通药业，康普药业，龙牌酱油等工厂进行一周的认识实习，学生对这些工厂有了一定的印象，有助于在教学过程中提高他们的认知能力，但由于实习时间较短，缺乏针对性和系统性，且大多是走马观花，使学生对产品生产工艺过程的理解较浅，缺乏对新技术和新设备的认识，导致工厂设计的理念淡薄、设计内容不完整，而且不能很好的将实习内容与课程中的知识点联系起来，造成实习实践效果大打折扣[7]。

(5)教学方式太过单调[6,9]。目前，课程主要通过任课教师的常规多媒体教学来开展，导致学生学习难度大，且感到枯燥费力。再加上很多教师制作的课件以文字为主，缺少图文并茂的动画，使得学生在听课过程中缺乏兴趣，造成对课程内容的理解有限，对一些重要的知识点一知半解，从而打击了学生的学习积极性，教学效果就差[10]。

(6)对课程涉及到的软件讲授不够，没有强化计算机在工厂设计中的应用[3]。

(7)课程的考核方式单一[6,9]。生物工程工厂设计概论课程是一门实践性强的学科，常规的闭卷考试方式不能考察学生综合运用知识的能力，很难激发学生的主动性，造成对课程知识的理解不深，且对于学生综合能力的培养，尤其是创新能力的培养没有太大的优势和作用。

针对上述教学过程中存在的弊端，作者根据本校特点、本学科的特点及自己的教学实践，在生物工程工厂设计概论课程教学中引入案例教学，通过几年的实施，取得了良好教学效果。

2案例教学法在生物工程工厂设计概论课程教学实践中的应用

2.1案例的选取

案例是实施案例教学的基础，选择合适的案例是开展案例教学的关键，且直接影响教学质量。因此，案例选择时，要熟悉课程的教学大纲、明确课程的教学目标和内容，要调查和了解学生的基础知识水平和分析问题的能力，要使选择的案例具备真实性、实践性，要能够通过案例的实施引起学生深思、并能将所学的知识灵活运用于分析问题和解决问题的过程中[11-12]。本课程的案例，笔者根据自己多年的教学经验，再结合我校生物工程专业校外实习基地，确定了几个具有真实性、实践性和探索性的教学案例，题目有年产10万吨糖化酶发酵工厂厂址的选择和总平面布置，年产10万吨糖化酶发酵工厂的工艺流程设计，年产10万吨酒精厂的物料衡算和年产10万吨糖化酶发酵工厂的发酵车间设备选型及车间布置设计。这些案例与本课程的教学内容和教学安排相一致，且都源于学生熟知的实际生产。

2.2案例教学实施过程

2.2.1理论教学

理论教学大多是采用多媒体展示，教师根据课程的教学目标、内容和计划将各章节的基础知识通过教材中的“小案例”阐述清楚。小案例具有典型、简单、易于掌握等特点，学生学习时能够及时掌握，且能提升学习信心，激发学习兴趣。

2.2.2案例实战

章节理论教学结束后，教师可以引入实战案例，将案例相关材料给学生。学生在认真阅读案例材料后，根据要求查询和收集必要的文献资料。例如在介绍工艺流程设计章节时，引入年产10万吨糖化酶发酵工厂工艺流程设计案例，要求学生搜集材料，了解糖化酶的特征、糖化酶的生产方法等，再根据理论教学所掌握的基础知识，初步形成关于案例中问题的设计思路，完成糖化酶生产方法的选择和工艺流程设计。

为了提高学生的参与度和积极性更高，可以让学生自主组织队伍，每队3~4人，并选定一位同学为队长。各队根据实战案例的要求，完成相关资料收集、整理和分析等工作，教师安排1~2学时的课堂讨论，讨论时教师要就学生的疑惑给予针对性的指导，且要把握讨论的节奏。课堂讨论也要融入竞争机制，讨论时的纪律、每位学生的表现等要与成绩挂钩，这样才能激发学生的积极性、活跃讨论氛围、收到良性的教学效果。课堂讨论结束后，要求学生利用课外时间继续完成学习任务。

2.2.3成果分享

学生按照要求完成设计任务后，每队推荐一位代表上台展示并汇报本队设计成果。汇报时，教师鼓励其他队的学生踊跃发言，根据汇报的内容提出自己的疑问，指出汇报设计中存在的不足，准确表述自己的独特见解。教师也要把握好汇报的节奏，学生汇报和讨论时要紧扣主题，不能陷入无休止的辩论中。

2.2.4教师点评及设计整改

教师要针对各队的案例设计进行详细的点评。根据每队汇报情况、项目特征描述是否完整、设计是否正确、绘制图形是否规范等因素合理评述学生的案例设计，指出每队案例设计的优缺点，且要求学生根据教师的点评和其他学生的建议，对自己的案例设计进行整改和完善。

2.2.5案例教学的成效

生物工程工厂设计概论课程案例教学已在2015级、2016级和2017级生物工程专业学生教学中实施，每年课程结束后，都会线下或线上向学生发放调查问卷，就是否能提高学习兴趣和学习主动性、案例内容和实施过程是否合理、是否能活跃课堂的学习氛围，是否能提升自我学习能力、表达能力、创新能力和团队协作能力等问题调查案例教学的成效。三年共发放问卷165份，共收回有效问卷139份。从调查问卷结果看，大多数学生对生物工程工厂设计概论课程案例教学的内容(认同率97.6%)和实施过程(认同率93.8%)比较认同，且也认为案例教学能活跃课堂的学习氛围(认同率100%)、提升学习兴趣(认同率100%)、学习主动性(认同率100%)、自我学习能力(认同率100%)、表达能力(认同率100%)、创新能力(认同率94.5%)和团队协作能力(认同率100%)等。此外，学生也给出了许多建议，如增加案例的数量，案例教学的比例等。

3结束语

生物工程工厂设计概论课程综合性较强，它是以工业微生物学、生物分离工程、发酵工程和工程制图等相关课程理论和技术为基础，如果学生前续课程学习不扎实，教师又采用教学效果较差的传统教学方法，那么学生在学习本课程时将会力不从心、学习效果差，造成在后续的课程设计、毕业设计等教学环节应用本课程的知识时，学生表现出较差的实践能力、创新能力、分析和解决问题的能力。案例教学相比于传统教学，具有活跃课堂氛围，增强师生互动，提升学生自主学习能力、语言表达能力等综合素质的优点[5,11]。在教学过程中，运用生动、形象和直观的实践案例，学生能更容易的理解和掌握课程的基础知识，能引起他们积极思考和提升他们实践能力、创新能力以及分析和解决问题的能力。

参考文献

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