新工科背景下专业学位研究生课程的教学改革与实践——以“生物基产品过程工程”课程为例

王孝辉，王守娟，孔凡功，任明光

（齐鲁工业大学 生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，山东 济南 250353）

引言

近年来，随着我国对“中国制造2025”“工业4.0”“智能制造”等一系列重大战略的提出［1］，急需大量具有创新实践能力和扎实专业知识的应用型高层次专业技术人才。而新时代专业学位研究生教育是培养高层次应用型专门人才的主要渠道。2020年，国务院学位委员会、教育部印发的《专业学位研究生教育发展方案（2020—2025）》指出，发展专业学位研究生教育是主动服务创新型国家建设的重要路径［2］。这表明，当前社会的发展对我国专业学位研究生的实践应用创新能力提出了更高要求。新工科背景下，加强轻工领域专业学位研究生的创新实践能力培养，不仅是时代和社会发展的需要，同时也是高等教育改革的需要［3-4］。在新工科背景下，面对行业所需，如何为社会输送优质的高质量创新人才，是轻工领域专业硕士研究生培养急需解决的问题。

“生物基产品过程工程”是以生物质为原料，通过物理、化学或生物等技术手段加工成各种生物基产品的一门学科［5］。生物基产品的原料主要为农林生物质，农林生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分构成，三大组分可以被定向转化为羟甲基糠醛、葡萄糖、木糖、糠醛和酚类等多种平台化学品［6］，替代以石油炼制生产的化合物，进而实现社会和环境的可持续发展。因此，生物基产品的开发不仅有助于清洁生产和智能制造，而且对我国可持续发展和缓解石油短缺具有促进作用。“生物基产品过程工程”是材料与化工领域生物医药与工程方向专业硕士研究生的专业学位必修课程，是专业学位研究生培养工程实践创新能力的基础。然而，目前该课程在内容设计上存在“重理论、轻实践”的现象，缺乏专业应用实践性，脱离企业生产实际；在教学方式上以课堂教授为主，缺乏以问题引导思考的设计，工程案例和实际问题少，学生缺少主动思考的过程，参与感不强，体会不到解决问题的乐趣，难以培养学生的创新意识。由于该课程由生物基产品和过程工程两部分组成，强调工程过程且涉及内容较多，实际授课过程中受多种因素影响，传统的授课方式和培养模式不足以提高硕士研究生的创新实践能力和独立解决问题的能力。

基于此，本文将依据专业学位硕士研究生培养要求，以“生物基产品过程工程”课程为例，进行优质课程建设，解决目前专业学位研究生培养模式存在的重理论、轻实践等问题。重构课程体系，更新教学内容，创新教学方式方法，融专业信念、基础理论和实践创新于一体，解决课程与行业需求不匹配、教学方式单调低效的重点问题，进而建立注重学生学习过程、实践能力和创新考核的课程模式，提高轻工科学与工程学科研究生的综合素质和创新实践能力，培养适应实际工作需要的应用型高层次专门人才。

一、课程改革—教学案例

“生物基产品过程工程”课程中的《生物基化学品过程工程》一章主要介绍了生物基化学品的种类、制备方法、研发思路和过程开发等内容。本文节选该章节中的《生物基化学品的过程开发》一节作为教学案例，简介课程改革方法和教学模式。

（一）授课思路

本次授课的基本思路为：调整以课堂讲授为主的传统教学模式，采用翻转课堂、案例教学、讨论式等，创新“学中做，做中学”，丰富多种教学形式，具体为以分组讨论为基础，以微视频导学为辅助，讲授课程内容为主线，最新文献分享与讲解为提高，实验操作为强化。同时，把科研项目引入教学环节，培养学生的应用创新能力，构建“基础理论—工程实践—问题解决”全链条模式，打造专业素养和大国工匠精神的培养新高度；进而构建以引导、讨论、讲授、分享和实践为一体的教学新模式，摈弃传统以讲授理论知识为主的教学模式，实现研究生创新实践应用能力和独立思考能力的训练与提高。

（二）具体实施过程

首先，授课前按照专业和学号以3～4人为一组进行分组；同时，以巴斯夫、安德里茨等国际生物基产品公司中的宣传微视频为课程导入，激发学生的学习兴趣，从实际生产出发，引出本次课程的学习主题——生物基平台化学品。紧接着以中国科学技术大学杨涛2021年的博士论文《生物质制备呋喃类化合物及其衍生物二酸的研究》［7］和2020年7月在线发表在国际著名期刊Chemical Reviews上的SCI论文“Continuous Flow Upgrading of Selected C2-C6 Platform Chemicals Derived from Biomass”［8］为前沿视野，同时鼓励和教给学生搜索文献资料，获取一手科研成果的相关技能与方法，培养学生自主查阅知识和解决问题的能力，进而建立“有问题，找百度”的思考模式。通过自主查阅和教师引导，抛出课程相关问题，即发现问题。生物基平台化学品在当前社会发展中的地位如何？生物基平台化学品包括什么？如何实现从生物质转化而来？当前在科研和产业化过程中存在哪些问题？等等。以小组为单位，提出或领取问题，查阅资料，分组讨论，寻找答案。

其次，在授课过程中，发挥小组作用，按照顺序轮流对所提出的问题进行阐述和讨论，教师对回答进行逐一点评并给出建设性鼓励意见，强化学生自主发现问题、解决问题的快乐，结合课程所需教授内容，引导学生总结讨论，给出答案，潜移默化地让学生在发现问题、解决问题的同时掌握相关知识。深刻认识从生物质到平台化学品的思考和研究思路，进而深入理解生物基平台化学品的重要地位、定义和生成机理以及生物基化学品在生产过程中的影响因素，培养学生探究未知、发现问题、解决问题的创新思维和方案设计能力。与此同时，以常见的生物基平台化学品如木糖、糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸［9-10］等举例，给出相应产品的车间生产照片或微视频，为学生展现实际生产中的过程工程，分组讨论在实际生产中采用的生物基化学品的生产工艺和方法以及采用该种方式方法的原因，让学生理解科研和落地之间的鸿沟，在学生心中播下务实的科研思维种子，同时联系和强调课程学习的基础和重要性，强化记忆和增加理解。

最后，为学生提供更加具有针对性的参考文献和开放实验平台，如制备糠醛的文献、生产5-羟甲基糠醛的文献、合成2，5-呋喃二甲酸的文献等。将最新的文献和成果抛给学生，引导学生阅读并总结其优缺点，并根据实验室的真实情况制备可行的工艺流程，在教师的指导下，以小组为单位到开放实验室进行实践和操作，进而培养学生动手和实际操作的能力，加深学生对生物基平台化学品的制备方法和研究进展的了解，进一步理解实践生产和科研之间的关系，强化实践是检验真理的唯一标准等理论，强调实践和应用的重要性。在考核方式上，则更注重学生创新思维和实践能力的表达，破除单一的理论知识分数考核。以课堂讨论、文献查阅、方案设计、实验操作以及期末论文报告等综合项目进行评定，鼓励学生的创新思考和应用实践。

二、课程改革的成效与反馈

在学习课程结束后，通过QQ群进行线上匿名问卷调查，设计问卷调查题目和选项分别为：学习本门课程之前，你了解生物基产品吗？（选项：A完全了解、B了解一些、C不了解）；授课内容是否有助于你对生物基产品和过程工程的理解？（选项：A有、B中立、C没有）；授课中的微视频是否有利于你增加对本课程的理解？（选项：A有、B中立、C没有）；授课中的文献是否有利于你学习本课程或对本领域的了解？（选项：A有、B中立、C没有）；课后的实验实践是否有利于你加深对本门课程的理解？（选项：A有、B中立、C没有）；你是否愿意增加课堂上的互动时间？（选项：A愿意、B还行、C不愿意）；其他建议和意见？［11］调查研究生对该门课程的授课方式和内容的意见及建议，及时汇总和分析问卷结果，并有针对性地进行纠正和修改。2020年到2022年间，共收集到有效调查问卷30份。通过对问卷的总结和分析可以发现，学生本科学习背景差异较大，只有35%的学生听说过本门课程及课程的相关知识与内容，高达65%的学生根本不了解生物基产品。而课程讲授中引入的微视频和文献解读等授课方式深受学生欢迎，100%的学生认为有利于其对本门课程的学习和理解，部分学生对视频非常感兴趣，希望增加此类内容，这也说明了课程改革的有效性。实验课得到学生的一致好评和推崇，100%的学生表示认可和对学习及实践能力起到了重要作用，而且有学生单独提议增加实验内容，这充分说明了研究生教育过程中实践和动手能力培养的必要性，也反映了本次课程改革的有效性。此外，85%的研究生认为课程内容设计得当，小组讨论、文献解读等时间安排合理，另外15%的学生则表示本门课程中投入过多的时间可能会影响其他课程的准备，毕竟要想达到理想的教学和实践效果，需要课下时间充分准备。

三、课程改革的展望与结论

本次课程改革在新工科背景下进行，为了提高研究生的创新思维和实践应用能力，有针对性地进行了课程讲授内容、授课方式等方面的改进和完善，在保持课程总体体系基本稳定的基础上，重新优化设计课程各环节的培养目标，构建“基础理论—工程实践—问题解决”全链条模式，丰富教学模式，调整以课堂讲授为主的传统教学模式，改革效果显著。但也存在一定的局限性，如研究生专业背景差异较大且研究方向各有不同，在课程内容上无法做到兼顾，进而导致研究生在查阅文献资料和理解课程内容上需要花费更多时间；受限于课时，缺乏完整的企业实践经历和锻炼等。因此，以“生物基产品过程工程”课程的改革为契机，不断完善和探索研究生的创新培养模式，以适应新工科背景下的社会发展对高质量人才的需求。

综上所述，传统的研究生教学方法无法适应新工科背景下我国社会发展对轻工领域技术人才的需求。只有不断地进行有效的课程改革，培养具有独立创新思维和实践能力的高素质人才，才能在我国轻工行业快速发展的今天，满足相关行业对人才的需求，进而推动我国轻工领域的创新和快速发展。