聂春雨 郎亚军 殷亚杰 任国领 袁改霞 张志国

摘要 微生物工程作为生物技术专业一门重要的专业核心课程，对学生工程设计、工程实践和创新思维能力的培养具有重要作用。通过引入CDIO教学模式，以“构思、设计、实现和运作”为目标导向，对微生物工程课程的理论教学和考核方式进行了改革。此次改革充分发挥了以学生为中心的教学理念，提高了学生对微生物工程知识的理解和掌握，培养了学生的创新能力、实践能力和团队合作能力，教学效果明显。

关键词 微生物工程;CDIO模式;课程改革

中图分类号 S-01-  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）13-0274-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.13.069

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on the Reform of Microbial Engineering Curriculum Based on CDIO Model

NIE Chun yu1，2，LANG Ya jun1，2， YIN Ya jie1，2 et al

（1.School of Biological Engineering， Daqing Normal College， Daqing，Heilongjiang 163712;2.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oilfield Applied Chemistry and Technology， Daqing，Heilongjiang 163712）

Abstract Microbial engineering is an important core course of biotechnology major， and has an important role for cultivating the engineering design， engineering practice and innovative thinking of undergraduates. This paper introduced CDIO teaching model to make the reform on the theory teaching and assessment methods of microbial engineering course with “conceive design implement operate” as the goal orientation. This reform gave full play to the student centered teaching concept， improved students understanding and mastery of microbiological engineering knowledge， and cultivated students innovative ability， practical ability and team cooperation ability， and the teaching effect was obvious.

Key words Microbial engineering;CDIO model;Curriculum reform

21世紀初期，美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所高校提出了以学生为主体，注重学生知识-能力-素质综合培养的CDIO（conceive-design-implement-operate）教育模式[1]。该模式倡导“做中学”（learning by doing）和“基于项目的教育和学习”（project based education and learning）理念[2]。鼓励学生参与整个教学过程中，学生在学习过程中扮演不同的角色，真正实现“做中学”;同时，以完成项目为驱动，让学生积极投入工作并认真思考，真正培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力[3]。CDIO模式改变了传统教学过程中以教师为主，重理论、轻实践的不足，尤其是对于应用型高校理工科专业和实践性较强的工程类课程，CDIO教学理念的引入更能激发学生的求知欲，提高学生的创新能力、设计能力和解决实际问题能力[4]。

自2008年起，我国开始开展CDIO工程教育模式的研究与实践，2016年成立“CDIO工程教育联盟”[5]。近年来，各高校不断开展CDIO模式的理论课程、实验课程和课程群等方面的教学改革研究，均取得了一定的教学效果。对于一些地方本科院校，CDIO模式的研究仍处于起步阶段，根据学缘结构和培养目标开展CDIO教学模式的改革，对于地方应用型人才培养具有非常重要的作用。

1 微生物工程课程特点及CDIO教学模式的提出

微生物工程是高校生物工程、生物技术和生物制药等专业的核心课，其与基因工程、细胞工程、蛋白质与酶工程并称生物技术专业四大工程课程，其中微生物工程技术是生物技术产业化的基础和关键。传统上，将微生物工程课程内容分为上游、中游和下游三大模块，上游主要侧重菌种的选育和保藏，中游以发酵过程控制及参数优化为主，下游主要学习生物产品的分离纯化技术。通过该课程的系统学习，让学生掌握微生物工程相关理论知识，培养学生具备微生物工程相关领域工艺设计、产品研发和技术创新等方面的技能[6]。

近几年，随着专业认证工作的全面开展，专业核心课学时不断被压缩，导致很多高校注重理论知识的讲解，而忽视了实践环节，开设的实验内容较少，且大部分实验属于验证性实验，导致学生自主设计能力和创新能力很难得到提高，同时也影响了学生对理论知识的理解和掌握。微生物工程作为一门生产实践和行业紧密联系的专业核心课，其教学涉及微生物学、生物化学、细胞生物学和生物工程设备等课程内容，知识点繁杂，实践性强。通过近10年的教学发现，单纯依靠多媒体教学等传统方法授课相对枯燥，无法调动学生的学习积极性，对于发酵装置内部构造、工作原理和工艺流程等比较抽象的知识，学生很难理解和掌握。因此，必须要改变传统的“以教师为中心、以教材为中心、以课堂为中心”的教学思想，逐渐转向“以学生为中心、以项目为驱动、以实践活动为平台”的CDIO教学理念[7-8]。

2 基于CDIO模式的教学改革

2.1 教学理念的改革

CDIO教学模式要求以“教师为主导，学生为主体”，教师要从“教书匠”转变成“大学教师+准工程师”的角色，不再是课堂主角的扮演者、不再以自己的结论代替学生的分析讨论，而是充当引导教学的角色，启发学生去思考，让学生大胆设计，敢于实施和运行，提升学生解决工程实际问题的能力[9-10]。作为一所地方应用型本科院校，以培养地方应用型人才为培养目标，在微生物工程课程内容设置时不能仅仅考虑基本专业知识的传授，更要考虑学生毕业后就业岗位相关知识和技能的需求，因此教师要建立“学生-学校-企业”三明治式的教学设计和改革，切实做好应用型人才培养工作[11]。

2.2 课程设计思路的改革

微生物工程课程与行业领域、生产实践结合紧密。随着我国发酵行业的不断发展，微生物工程的应用领域越来越广泛，对专业人才的要求不断提高，因此必须对传统课程设计进行改革。在微生物工程上游、中游和下游三大经典模块学习的基础上，以发酵产品或获得的工艺设计、设备操作、产品实现、质量评价等全部过程作为学习环境，将CDIO“构思、设计、开发和运行”四个过程作为专业人才培养的构架，将个人职业技能和职业道德训练、团队协作交流以及系统整合运行等与理论知识有机结合并形成要点，并将各要点细化为相应的能力，融入教学体系中（图1）。

2.3 CDIO教学模式改革

2.3.1 理论教学环节的改革。

为了加强学生对专业基础知识的学习，系统掌握微生物工程课程的基本概念和核心知识，依据新的教学大纲和企业对技术人才培养的需求，要不断整合课程内容，优化教学方法。在课程安排上，充分体现了“教师为主导，学生为主体”的教学思想，采取任务驱动的方式，不断提高学生对知识的掌握程度，逐步将CDIO教学理念应用到理论教学中[12]。

微生物工程理论部分由原来的48学时压缩到目前的32学时，这样教师无法对所学知识进行扩展，很多内容还是学生必须要掌握的知识，基于此，应结合CDIO教学理念，开展了任务驱动式的理论教学，让学生利用课余时间完成任务。将整个班级分成几个小组，每个小组5～6人，学生自由组队，全员参与，每组推荐出一名同学担任组长，负责组内的协调工作。教师在课程设置时，要根据课程内容的重难点和企业对专业知识的要求，设置一些专题或任务供学生选择，学生也可以自己设计专题。小组接到任务后，要对任务内容进行分析和研究，最后要向全体同学进行展示，大家积极开展评论，从而完成知识的共同学习。比如，酸奶发酵生产工艺这部分内容，由于学时较少，无法全面向学生讲授，但酸奶是很多家庭中必不可少的饮品，种类繁多，营养价值也存在一定的差异，为了让学生对酸奶及其生产有全面的认识和了解，掌握酸奶发酵的相关知识，因此设置了一个专题——酸奶及其发酵生产工艺。小组接到这个任务后，要对如何完成这项任务进行构思（conceive）。小组将构思情况与任课教师进行沟通，任课教师结合学习目标和要求进行针对性辅导和答疑，引导学生自主进行课外查阅参考文献、介绍阅读技巧，如何围绕选题进行文献总结分析等。学生通过查阅酸奶种类、营养价值及发酵生产等资料，对要讲授的内容进行细致的优选和设计（design）。各小组通过整理完成方案设计后，不断完善方案，制作PPT，并对论证报告进行答辩，然后组内同学需要共同参与并讨论，创新方案，找到解决问题方法和实现（implement）途径，使方案切实可行。方案确定后，再通过组内分工、共同协作来完成项目的运作（operate）。实验结束后，各小组撰写实验论文，教师组织同学们对实验结果进行组内和组间评价，使整个实验过程形成闭环循环。通过组内采用不同角色互换，如组长、答辩人、操作者，使学生体验不同角色的职责和要求，突出了学生的主体地位，实验整个过程如何换位思考，体验团队协作的重要性，培养学生的团队精神。

为了保证CDIO教学质量，初案设计完成后，教师要做好学生的指导工作，确保设计的方案紧密结合课程内容、难易适中。然后，组织小组对研究内容进行细致的优选和设计，进一步丰富和完善，确保研究内容的科学性和完整性[13]。

2.3.2 考核方式的改革。

考核是对学生学习效果的检验手段，探索CDIO教学理念下适应微生物工程课程的考核方式，也是微生物工程课程教学改革中的一项重要内容。传统的微生物工程课程考核一般由平时成绩（30%）和期末成绩（70%）两部分组成;平时成绩主要体现在上课出勤、作业和课堂表现，期末成绩为闭卷形式，由5～7种题型构成。这种考核方式使学生过分关注卷面成绩，而忽视平时锻炼，导致学生在考试前才开始大量背题，虽然考试合格了，但学生根本没有学到应会的技能和知识，课程考试一旦结束，临时背的知识也基本忘掉。为此，必须进行考核方式的改革。

改变了过去理论部分和实验部分独立考核的方式，将二者结合起来、注重学生实际能力的考核。成绩评定由原来的平时成绩（30%）和期末成绩（70%）两部分变为平时成绩（20%）、实验考核成绩（20%）和期末成绩（60%）三部分。平时成绩包括出勤（5%）、课堂表现（10%）、笔记（10%）、作业（15%）、小组汇报（20%）、实习报告（20%）和实验报告（20%）构成。实验考核成绩主要考查学生仪器使用及实验操作能力，采取抽签的方式进行，教师根据学生仪器使用和实验操作规范情况进行打分。期末成绩采取闭卷形式进行，主要考查学生对微生物工程相关知识的掌握情况。考核内容上，加大主观题的比例，同时将实验案例设计作为期末考试的一项内容。

改革后的考核机制对于培养和评估学生能力，提高学生的综合素质以及独立分析问题、解决问题的能力都具有重要的意义。

3 CDIO教学模式的教学效果评价

将CDIO教学模式引入微生物工程课程学习中，形成了“以学生为中心、以项目为驱动、以实践活动为平台”的教学理念，取得了较好的教学效果。学生的学习兴趣和积极性大大提高，学生考试及格率也大大提升。在生物技术专业2014—2017级4届学生中，共获批微生物工程方向实验室开放项目8项、大学生创新创业训练计划项目6项，获得全国大学生生命科學竞赛三等奖3项，全国大学生生命科学创新创业大赛二等奖2项、三等奖3项，学生发表文章6篇，10人考取了微生物工程方向硕士研究生。

4 结语

综上所述，微生物工程课程是一门非常重要的工程类课程，在生物技术专业的教学中占据非常重要的位置，提高教学质量非常重要。引入CDIO教学模式，通过理论教授+实际演练+小组讨论+合作学习+成果展示及共享，以学生为中心，侧重工作过程，在“做中学”，理论与实践紧密结合，解决实际问题等教学理念，开启学生自主学习的兴趣和责任，让每位学生获得各自学习成长的经验，促进团队协作和学生独立思维等能力，构建了适用、高效的教学模式，达到学以致用，解决传统教学中存在的问题，对于促进学生对工程项目的认识，是符合生物技术人才培养方案和社会需求的一种具有良好前景的新教学模式。

参考文献

[1] 王健，张士，王晓，等.CDIO模式在高校创新创业教育中的应用初探：以广东培正学院为例[J].成都师范学院学报，2019，35（3）：37-41.

[2] 李维娜，张旺倩，王舒宁，等.CDIO教学模式在本科生《生物制药学》教学中的应用[J].药物生物技术，2018，25（3）：250-252.

[3] 赵力超，方祥，潘忠礼，等.基于专业人才能力提升的食品微生物检验学CDIO教学模式创新[J].微生物学通报，2017，44（9）：2239-2246.

[4] 顾佩华，陆小华，沈民奋.CDIO大纲与标准[M].汕头：汕头大学出版社，2008.

[5] 胡文龙.创新时代的工程教育发展：挑战与应对——2016年“CDIO工程教育联盟成立会议”纪要[J].高等工程教育研究，2016（2）：32-33.

[6] 余润兰，曾伟民，周洪波，等.专业系列课程的开放式精品示范课堂的探索与实践：以中南大学基于微生物工程的专业系列课程为例[J].创新与创业教育，2016，7（1）：110-113.

[7] 雷娜，邹龙庆，唐友福.基于CDIO教学理念的《石油钻采机械》課程改革研究[J].内江科技，2018，39（5）：145-146.

[8] 刘晓娟，赵力超，周爱梅，等.基于PBL/CDIO理念的《功能食品学》课程教学改革与实践[J].食品工业，2018，39（2）：255-257.

[9] 张红莲，夏立群，刘慧玲.微生物工程课堂教学改革的实践与探索[J].吉林省教育学院学报，2014，30（4）：43-44.

[10] 李发宗，崔仲华，黄永青，等.汽车服务工程专业CDIO教育模式的探索与实践[J].宁波工程学院学报，2010，22（1）：128-132.

[11] 王新艳.项目导向的CDIO理念在应用电子技术专业课程中的应用[J].青岛职业技术学院学报，2013，26（6）：46-49.

[12] 阎欲晓，粟桂娇，莫柏立，等.基于成果导向教育理念的“微生物工程工艺与设备”课程教学改革与实践[J].微生物学通报，2020，47（4）：1011-1018.

[13] 路景涛，王怡，薛绍礼，等.Seminar教学法在《生物制品学》教学中的应用[J].皖西学院学报，2018，34（3）：20-24.