成果导向教育(outcome-based education，OBE)是一种以学生为中心、以学习产出为导向的先进教育模式^[1]。成果导向理念将传统教学以“教师教学”为主体、以“教学内容”为导向改变为以“学生学习”为主体、以“学生预期能力获得”为导向^[2]，将教学的重点聚焦于“学生产出”，以此来组织教育活动的各个环节，注重学生创新、实践等能力的培养，突出能力本位教育。

随着微生物工程产业的迅猛发展，社会对微生物工程方面专业人才的需求已由理论研究型人才逐渐转向应用创新型人才^[3]，用人单位不仅要求毕业生具备熟练掌握与灵活运用微生物工程知识的能力，还要求具备较强的实践能力、动手能力、创新能力和团队协作能力。OBE教育理念代表了工程类专业教育改革的主流方向，是一种面向产业需求、强调能力培养和能力训练的教育模式，契合微生物工程行业对人才培养的需求。

“微生物工程工艺与设备”课程是生物工程专业的核心课程，该课程将现代微生物技术原理与工程学原理相互交叉与融合，从微生物工程的范畴出发，阐明生物产品生产的工艺原理和微生物工程产业设备的工作原理、结构、操作、设计、工程放大以及设备选型，具有明显的工程化特色。在深刻理解OBE教育理念基础上，以学生未来就业岗位需要与职业发展为导向，以“成果导向”模式改革微生物工程与设备课程，明确课程学习对学生培养成效的贡献度，以此为依据设计学习目标、教学内容、教学方式以及考评方法，持续改进教学质量。

1 明确课程目标，建立与专业培养能力的关联，定义学习产出

成果导向教育的一个重要原则就是反向设计、正向实施^[4-5]，设计过程为：根据需求确定专业培养目标，根据培养目标确定毕业要求，根据毕业要求确定能力指标点^[6]，能力指标点需要映射到各门课程目标(预期学习成果)来达成。

课程培养目标涉及到学生、教师和用人单位等多方利益，应该由教育者和利益相关者共同参与课程教学改革。我们通过对用人单位的走访、学生的问卷调查以及教师参与行业教学、科研会议获得的信息，以社会对生物工程人才的需求结合生物工程专业的培养目标，反向设计教学过程，重构微生物工程工艺与设备课程的目标定位，明确学生毕业时通过本课程的学习和培养所能达到的“知识、能力、素质”要求，并按照本课程与本专业毕业要求的支撑关系将预期的学习产出分解为能力指标点，见表 1。教师利用这些指标点宏观把握教学进程，围绕学生的最终“成果”来组织和开展教学，引导学生有目的地学习，并通过有效合理的课程考评机制判断学生培养目标的达成情况。表 2列举了微生物工程工艺与设备课程中生物反应器篇的教学内容、教学策略对课程目标的支撑关系。

2 优化教学过程，实现预期学习产出 2.1 整合教学内容，强调与其他课程的协调性

OBE理念强调教学的协同性，为了学生达成顶峰成果的共同目标，要求教师之间协同合作来设计和实施课程教学，强调知识整合而不是知识割裂^[7]。微生物工程工艺与设备课程组成员在备课过程中多次与“化工原理” “微生物学” “生物下游技术”及“生物工厂设计”等相关课程的任课教师进行沟通协调，理清与相关课程之间知识点的交叉和联系，精简了互相重复的内容，在授课时强调知识单元之间的联系，有助于学生将所学习的课程有机组织起来，由点连成线、由线连成面，在头脑中形成有效的知识结构，而不是课程知识的简单堆积。例如讲授“培养基的设计与灭菌”这章时，对微生物学课程中已经详细讲授过的知识点(如微生物培养基的成分、微生物培养基的种类)只进行简单回顾，重点讲解工业微生物培养基的制备、设计及优化；在讲授“微生物发酵产物的分离纯化设备”环节时，有选择性地删除或减少纯理论知识点(生物分离工程原理、化工单元操作原理)的介绍，重点讲解设备工作原理、结构计算和选型及工程应用实例等，引导学生重点分析工艺技术条件与设备之间的关系，思考设备选型及计算过程中的工程问题，以提高学生工程应用能力。

2.2 多元化教学策略

构建“课堂理论强化—网络教学平台—工厂现场教学—虚拟仿真教学”的多元立体型教学体系，将“教”与“学”从课堂内向课堂外延伸、从教室转至工厂车间。

2.2.1 建构“双主互动”的教学模式

采取“主导与主体”的教学理论，教师是教学活动的组织者和学习情境的创设者，激发学生的求知欲，引导学生对问题进行主动探索，获得发现问题、分析问题、处理问题、沟通交流、创新等能力。

(1) “双主互动”模式下的研讨式教学

在“双主互动”模式中，灵活创设问题情境较为关键，可以从两方面入手^[8]：一是从教学内容的重点和难点出发确定需要探究的问题，帮助学生掌握知识点；二是从微生物工程实践中寻找与微生物工程工艺与设备课程相关的知识点，发现有价值的问题。例如在介绍好氧发酵设备时，针对在发酵过程中容易发生染菌的现象提出问题，要求学生从设备角度出发，探讨哪些设备和部件容易引发染菌，以及如何解决。在教师导向作用下，激发了学生主动参与解决复杂工程问题的兴趣和积极性，增强了发现问题和解决问题的能力。

(2) “双主互动”模式下的案例式教学

案例教学法是工科课程教学中必不可少的部分，其核心是理论联系实际，在采用案例教学法教学时，选取能够反映生物工程行业技术发展和创新的典型案例，把枯燥的设备融入具体的产品工艺技术路线中去，结合具体的工程实例组织学生进行分析讨论，提出解决方案。在对案例进行讨论过程中注意教学前后内容的连贯性，使学生明白知识的融会贯通是解决实际工程问题的基础。例如以两家校外实习基地由于产品不同而选择不同的发酵罐及分离纯化设备为主题，进行案例式教学。学生在充分了解和掌握发酵罐及各种分离设备的结构、工作原理的基础上，针对设备的应用范围、场合等真实的工程问题开展独立的思考，从个案中分析共性问题，有效提升了学生分析、解决设备选型及工艺生产线设计等工程问题的能力。案例教学法强化了学生的工程意识、创新意识和成本意识，促进学生工程素质的培养。

(3) “双主互动”模式下的项目教学法

在教学过程中专门安排了部分教学内容布置成若干个项目，学生自行分组，并通过抽签的方式选择其中一个项目，以小组合作、任务驱动、自主学习的方式进行。OBE强调合作式学习，将学生之间的竞争转变为自我竞争，通过团队合作协同学习，使学习能力较强者变得更强，使学习能力较弱者得到提升。学生以项目涉及的知识点为基础，通过查阅资料构建相应的知识网络，制作成PPT在全班进行展示，老师根据知识网络的全面性、层次性、逻辑性及表达能力给该组学生评分。项目教学法激发了学生的逻辑归纳能力和自学能力。

2.2.2 充分利用网络平台

在广西大学生命科学与技术学院网站下的“微生物工程工艺与设备课程网站”上将教学大纲、授课方案、授课视频、多媒体课件、资料库(习题库、动画库、图片库、科研成果、文献、车间工段等)都上网公开，随时添加资源、更新资源，并开设学习论坛，通过在线实时交流聊天室、论坛、邮件等方式满足学生之间或学生与教师就教学内容及其相关问题进行网上交流和答疑。此多维度的学习平台，延伸了课程的内涵和空间，实现了资源共享，提高了学生线上自主学习的热情和效率，学生运用互联网平台及数据库资源获取有利于复杂工程问题解决的各种文献、信息和数据，实现课堂教学与在线教学的深度融合，从而获得更佳的教学效果。

2.2.3 现场教学

微生物工程工艺与设备课程在进行到设备知识讲授时，涉及的内容比较抽象，学生需要通过书本展示的众多设备平面图想象其立体结构及工作过程。由于许多学生空间想象力不足，对于没有接触过设备实体的学生来说，对设备的立体结构、机械原理、运转方式的掌握会有难度，现场教学可以让企业正在生产的车间、正在运转中的成套生产设备成为鲜活的教学内容，使学生对机械设备有“眼见为实”的感觉，是提高学生掌握微生物工程设备原理及实际操作的关键环节。例如在讲解机械搅拌通风发酵罐时，将学生带到广西大学生命科学与技术学院微生物工程实训基地的低聚木糖中试车间进行现场教学，教师对照现场设备讲解其主要结构与部件，使学生对通用式发酵罐形成直观的认识。在讲解板框过滤机、管式离心机、碟片式离心机、喷雾干燥设备时，均采取现场讲解教学、直观示范和演示等，充分发挥“工程环境”教学优势，创造让学生接触生产实际的机会，起到事半功倍的效果。

2.2.4 虚拟仿真教学

由于微生物工程涉及的工艺多样、设备结构复杂，学生在课堂教学及企业现场学习时仍可能对某些工艺环节及设备内部结构缺乏清晰的认识，因此在课堂教学的过程中，采用了虚拟仿真软件对本课程的学习进行补充和完善，可视化剖析真实工厂的生产操作、设备内部结构与运行过程。借助我校生物科学与工程虚拟仿真实验教学中心具有的“啤酒发酵工厂三维虚拟仿真实训系统”和“微生物制药工厂三维虚拟仿真实训系统”，展示给学生微生物工程企业从原料处理—微生物反应—产品分离提纯—废渣(水)处理等整个生产工艺过程，实现生产工艺流程的动态体验、工艺的选择组合、关键设备(原料预处理设备、空气过滤装置、发酵罐、分离纯化设备)的三维动画仿真模拟组装与安装、安全应急预案、智能考评等多项教学功能，让学生既能感受生产工艺全过程，又能学习相关设备的内部结构、运转方式及设备的操作程序，树立设计—制造—运行—安全的连贯概念，建立微生物工程设计的多因素综合理念。

3 评估学习产出，课程持续改进 3.1 考核方式及成绩构成

采用多元化、过程化的考核内容和考核手段，从学生的知识、能力、态度、创新性等方面做出多维度的评价，将以往的“终结性考核”向“过程性考核”转变。微生物工程工艺与设备课程的考核以课程目标达成作为主要目的，以考查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容。

采用“4+1”的多元考核方法，课程考核的环节及权重见表 3，总成绩由平时成绩(4项)和期末考试成绩(1项)组成，平时成绩在总评成绩中的权重系数r₁为0.4，期末考试成绩在总评成绩中的权重系数r₂为0.6。具体的考核方式及成绩构成如表 3所示。

过程性考核体现在平时成绩的认定，包括综合作业1、综合作业2、课堂表现和期中考试4项，每项在平时成绩中的权重系数r分别为0.2、0.3、0.25和0.25。作业以综合大作业形式布置，涉及的是综合性的工程问题，为解决该问题，学生需要将若干个章节的内容经过思考、理解、消化、掌握，还需进行额外的自学才能完成，是学生将书本知识通过加工处理升华后，变为自己所掌握的知识的重要环节。综合作业1涉及课程目标1的达成情况，作业2涉及课程目标2、3的达成度。课堂表现以课堂提问、学生参与讨论热情度及小组成员PPT制作内容和水平为考核依据，主要涉及课程目标1的达成度。期中考试主要是针对目标1的达成度。

期末考试的内容针对课程知识点和能力点设置，涉及课程目标1和课程目标2的达成度。期末考试成绩包含两部分：期末考试(A)成绩为期末考试中对应课程目标1的试题得分，主要考核学生对基本概念、设备原理、特性的掌握程度，题型为填空题、选择题、简答题等；期末考试(B)成绩为期末考试中对应课程目标2的试题得分，主要考核学生知识点的分析及综合运用能力，考试题型为论述题。

3.2 学习效果评价

评估学习产出是OBE教育模式中十分重要的环节^[9]，要建立一种有效的持续改进机制^[10]，从而能够持续地改进培养目标和教学活动，以保障其始终与毕业要求相符合。为此，我们对微生物工程工艺与设备课程的目标达成度进行了量化分析，目的是要发现学生的能力短板，改进教学环节、教学内容等。课程目标达成度评价通常包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价，具体计算方法如式(1)、(2)所示^[11]。

(1)

(2)

将课程的分目标与考核环节相对应，根据式(1)、(2)，并考虑平时成绩和期末考试成绩在总评成绩中的权重系数，分别获得课程分目标1、2、3的达成度及课程总目标达成度的计算公式，具体如表 4所示。

应用以上课程目标达成度评价方法，对我校生物工程专业2016级微生物工程工艺与设备课程目标达成度进行了计算，课程分目标1、2、3的达成度分别为0.77、0.73、0.82，课程总目标达成度为0.75，评价值均大于预期目标值0.70，评价结果为达成。同时可以看出，课程目标2的达成度值勉强达到，说明学生在前后知识点融会贯通及分析问题方面还有待加强，可以通过对实际案例的分析和探究等途径来加强和改善。

4 结束语

微生物工程工艺与设备作为生物工程专业的核心课程，受到广大师生的高度重视，很多国内高校对该门课程开展了教学改革。本文介绍了以“成果导向”教育理念重塑微生物工程工艺与设备课程的改革和实践探索。围绕课程的预期学习产出开展教学活动，通过多元立体化的教学策略促成预期学习产出，提升学生的工程经验、素养以及解决实际工程问题的能力，并通过构建客观和具指导性的课程评价体系，促使课程持续改进，使课程目标定位更精准、课程实施更加具有可操作性。在今后的教学过程中，我们还要继续贯彻执行OBE教育理念，逐步完善课程体系和建设模式，总结出一套具有鲜明工程化特色的微生物工程工艺与设备课程的教学方法。