用卓越工程師教育理念構建生物工程專業新的實踐教學體系

高夢祥，夏 帆，余知和

(長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

用卓越工程師教育理念構建生物工程專業新的實踐教學體系

高夢祥，夏 帆，余知和

(長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

從卓越工程師教育計劃的目標出發，在闡述生物工程專業的專業特點和人才培養目標的基礎上， 提出了構建以卓越工程師教育計劃為指導思想的生物工程專業實踐教學體系，即實踐教學目標體系、實踐教學內容體系、實踐教學管理體系和實踐教學條件體系，以及實踐教學運行安排。

卓越工程師教育；生物工程；實踐教學體系

為了提高大學生工程技術能力，美國政府在2006年2月公布了旨在通過加強科研投資、教育質量和人才培養從而繼續在“基礎研究方面領先世界、在人才和創造力方面領先世界”的《美國競爭力計劃》。隨后，麻省理工學院于2007 年開始實施的 Gordon 工程領導力計劃，即在提高工程和科技教育的質量、培養學生的領導力方面的新的改革措施。而普渡大學早在2004 年就在工程學院成立了工程教育系，該系由新生工程學系與跨學科工程部合并而成，專門致力于工程教育師資的培養，并提出了工程人才培養的三大支柱體系，并希望普渡的工程教育能夠在 2020 年之前達到此目標。加州大學伯克利分校為了提高學生的工程設計、工程研發和工程應用能力，構建了“大工程課程模式”[1]。

在德國，應用科技大學的培養目標是培養掌握科學的方法、擅長動手解決實際問題的工程技術專門人才，其課程體系和教學模式面向職業和實踐，采取了學校與企業緊密結合的人才培養方式，實踐教學的過程與管理均以企業為主。這一教學模式使得德國應用科學大學培養了德國將近70%的工程師以及半數的企業管理人員和計算機信息技術人員[2]，也使得德國應用科學大學成為德國高等教育體系不可分割的一部分。

我國雖然在過去的60年中，工程教育取得了巨大的成就，但是，重理論輕實踐、重規范輕創新、重研究輕應用、工程實訓缺乏、教育資金匱乏等依然是困擾我國高等教育發展的瓶頸。鑒于此， 近年來我國政府教育部門積極支持一些大學與德國應用科學大學開展國際合作教育以借鑒德國應用科學大學的辦學模式，并提出實施“卓越工程師培養計劃”(卓越計劃)，卓越計劃旨在為建設新型工業化和創新型國家做工程技術人才儲備[3-4]。

卓越計劃的關鍵是企業實踐學習能否取得實效。首先，企業作為用人單位，最清楚本行業需要的工程人才最好具備哪方面的素質，這也體現企業在工程人才培養中重要性。其次，企業擁有最先進的生產設備和制造技術，企業擁有管理生產、開發技術、開拓市場等一整套的特有的現實運行模式，企業擁有工程經歷豐富和實踐能力強的工程技術人才，這些都是培養工程人才能力的最好的 真實的條件，是工程人才未來工作的工程環境，也是作為教學單位的高校所無法達到的[3-4]。因此，創立了高校與企業聯合培養人才的新機制，使企業由單純的用人單位變成共同培養單位，充分發揮企業在整個工程人才培養過程中的指導作用，這樣培養出來的工程人才能在知識、能力和素質方面達到卓越工程師培養計劃的培養目標。

基于以上背景，為提高生物工程專業學生的工程應用能力，本研究提出并構建了以“卓越計劃”為指導思想，充分考慮高校和企業在培養人才體系中的各自作用，使企業充分發揮其指導作用，真正成為人才的共同培養單位的新的實踐教學體系。

1 生物工程專業的專業特點和人才培養目標

1.1 專業特點

生物工程專業是化學、生物學、工程學等多學科交叉，以工為主，以理為輔，工理管結合的復合型專業。由于生物技術產品具有研發周期長，需經過小試、中試、臨床實驗和產業化生產等多個步驟，對資源和設備的依賴性強等特點，使得對該專業學生除了要求有扎實的專業基礎知識外，對實驗技能、工程問題解決能力和實踐經驗提出了更高要求[5-7]。

1.2 培養目標

生物工程專業通過掌握生物技術及其產業化的科學原理、工藝技術過程和工程設計等基礎理論和基本技能，能在醫藥、食品、環保、商檢等部門中生物產品的技術開發、工程設計、生產管理、產品性能檢測分析和新產品開發的高級工程技術人才[5-7]。

2 生物工程專業新的實踐教學體系的主要內容

2.1 實踐教學目標體系

實踐教學目標分為：認知目標、技能目標和思想目標。通過系統的實踐訓練，鞏固理論知識，強化專業技能，提高知識技能的綜合應用能力，結合工程設計、產品制造工藝和檢測的執行等過程中的實際問題，培養能夠靈活應用本專業的基礎理論知識，具有較強的創新意識與解決實際問題能力。

(1)認知目標 通過實踐教學活動，認識生物工程專業在國民經濟中的地位和作用，了解生物行業的發展狀況，熟悉生物產品的生產、管理和營銷的各個環節[8-9]。

(2)技能目標 通過參與實踐活動，使學生掌握生物工程專業的基本知識與技能，能從事生物產品工業化生產、組織管理、新產品開發和設計及市場營銷。具有創新意識和從事科學研究、科技開發的初步能力[8-9]。

(3)思想目標 具有良好的道德品質和健康的心理素質。具有很好的集體意識、團隊協作精神和奉獻精神，具有一定的組織管理能力、較強的表達能力和人際交往能力以及在團隊中發揮作用的能力。具有較強的社會適應能力，能應對生產中的危機與突發事件發生時的心理承受能力、對危機或突發事件的處理能力。

2.2 實踐教學內容體系

2.2.1 工程實訓

工程實訓由學校機械工程中心統一安排，在第二學期安排1～2周，讓學生直接參加鉗工、車工、焊工、鑄工等金工各工種的生產實踐。由機械工程中心組織實施。工程實訓是在工程制圖課程學習后安排的，是對工程制圖理論的進一步加深和理解，是培養學生對機械加工的各工種、各個環節和工序的認識和感受，也有利于后續工程類課程理論的理解，亦是鍛煉動手能力的重要手段。

2.2.2 認知實習

認知實習是實踐教學的前期感性認識階段，包括社會實踐和生物類工廠的認知實習，由專業教師指導。社會實踐活動在第一、二、三學年暑假各安排一周，進行社會現象、生物行業發展狀況及人才需求調查，了解社會經濟發展。生物類工廠的認知實習安排第三學期，旨在到醫藥、啤酒、白酒等生物類企業實地考察其生產和經營狀況及特點，通過感性認識，鞏固專業思想。

2.2.3 技能訓練

包括課程實驗、課程設計、課程實習、科研訓練、生產實習、畢業實習和畢業設計(論文)等。

(1)實驗課 實驗課教學旨在鞏固學生所學理論知識，加強學生采集和處理實驗數據、繪制實驗圖表、撰寫實驗報告等基本技能的訓練，鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，以形成實事求是的科學態度[9]。

(2)課程設計和課程實習 結合生物工程技術所需的工程科學基礎，包括化工原理、發酵工程、生化反應工程、分離工程等相關學科的知識和生物工程專業基礎理論知識，包括細胞生物學、生物化學、微生物學、分子生物學、基因工程、遺傳學等以及生物產品生產過程、工藝過程原理與檢測技術，包括生物原理與工藝、生物計算、生物工藝流程及工廠設計基礎、生物產品設計原理和現代設計方法等，應用工程制圖基本理論和工程圖樣表示方法，進行工藝方案(如抗生素生產、啤酒生產)的設計、生產流程和車間平面布置設計，并能根據設計合理的選用與設計生產裝備。參觀相關企業，了解工廠的布局、生產流程和車間布局和運行，并與企業技術骨干交流，通過課程實習，結合課程設計，完善設計內容，提升理論知識的實際運用能力。

(3)科研訓練 一般安排在專業課開設的第三、第四學年，分小組，集中2周時間，在實驗室完成。同時，為了培養學生的創新精神和創造能力，采取自愿的形式，可參與教師的科研課題或結合生產實際問題選題，在教師的指導下，完成相關內容后寫出論文或報告。一般安排在第三學年進行。

(4)生產實習、畢業實習和畢業設計(論文) 生產實習和畢業實習安排學生到企業參加頂崗實習。要求學生通過在主體車間的現場實踐學習，全面地了解所在企業的具體情況，包括企業規模、發展歷程、機構設置、主要產品及特點、產品生產方法及全流程、環保及安全措施、企業管理模式等。熟悉該車間各工作崗位的技術和管理特點。掌握所在車間的詳細工藝流程、主體設備結構及工作原理、操作規程﹑技術經濟指標以及主要產品的質量控制方法，熟悉發生事故的現象和處理手段。熟悉車間的管理體制與方法，結合現代管理理論對企業的現有管理模式進行分析和討論。畢業設計(論文)以某一生產系統或工程項目為對象，由企業高級工程技術人員與骨干教師指導小組成員進行項目的開發或工藝的改進等工作；撰寫開題報告、項目進展分析報告等。通過前期工程的訓練，對生產線工程、車間設計改進、產品工藝改進等的設計和試驗進行歸納總結，按大學本科要求撰寫畢業設計論文，并組織相關專家進行畢業設計論文答辯。

2.3 實踐教學管理體系

學院成立以教學院長為組長的實踐教學領導小組，負責實踐教學的全程宏觀管理。實踐教學實行目標管理、責任到人。根據實習性質(課程實習、生產實習、畢業實習等)和企業特點安排詳盡的實習內容和相關實習指導教師。學院實踐教學領導小組成員負責監督和協調實踐教學的實施以及運行質量的評估，最后把實施運行情況以書面形式向學院實踐教學領導小組匯報[8-9]。

2.4 實踐教學條件體系

把企業中生產一線的工程技術人員聘任為兼職教師，同時，提高專任教師的工程實踐技能。如長江大學生命科學學院近年來以實驗室啤酒生產線為依托，要求學生掌握啤酒生產的各工序的基本操作，并參加相關發酵類企業如宜都市東陽光實業發展有限公司、潛江永安藥業股份有限公司、華潤雪花啤酒(湖北)有限公司、英博金龍泉啤酒(湖北)有限公司、湖北白云邊酒業股份有限公司、枝江酒業股份有限公司等的頂崗實習，完成化工原理、發酵工程和微生物工程等教學內容的理解和提升。該學院還以為期2周分子生物學全程實驗訓練為基礎，結合在相關企業和研究所如北京吉比愛生物有限公司、天津華大基因、北京農林科學院、江蘇同人生物科技有限公司和湖北省農科院等單位的頂崗實訓和參與具體課題，完成細胞生物學和分子生物學等教學內容的理解和提升。同時，結合畢業論文的要求，部分學生在這些單位完成畢業論文。該學院與這些單位的多年合作，已建立了友好關系，這些單位也已經成為該學院穩固的實踐教學基地。

3 生物工程專業新的實踐教學運行安排

生物工程專業對學生實踐技能及創新性和創造能力的培養，分為3個階段。

第一階段為認知實習階段。安排在1～2年級，以社會實踐和生物類工廠的認識實習為主線。

第二階段為技能訓練階段。安排在3年級，以課程設計、課程實習、科研訓練為主線。

第三階段為技能訓練強化提高階段。安排在4年級，以生產實習、畢業實習和畢業設計(論文)為主線，走向社會，走向生產第一線。

4 結語

通過以上的實踐教學改革，能達到國家卓越工程師培養計劃的要求，使培養的生物工程專業畢業生具有扎實自然科學和生物工程專業基礎知識，良好的人文科學素養，較強生物工程開發與設計實踐能力、知識更新與自我完善能力、良好溝通與組織管理能力的生物工程專業優秀人才，成為大中型生物骨干企業高級工程人才和后備管理人才。

[1]宋 偉，盛四輩.科技法學研究應關注《美國競爭力計劃》[J].科技與法律，2008，(6)：37-40.

[2]劉建強.德國應用科學大學模式對實施“卓越工程師培養計劃”的啟示[J].中國高教研究，2010，(6)：50-52.

[3]林 健.“卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案研究[J].清華大學教育研究，2011，32(2)：47-55.

[4]蘇 磊.交叉學科人才培養模式探索[J].中國高校科技，2012，(5)：43-44.

[5]黃 敏，邱建平，張影陸，等.產學研合作教育是培養工程應用型人才的有效途徑[J].江南大學學報(人文社會科學版)，2004，3(2)：111-114.

[6]徐亞維.生物工程專業綜合實踐教學創新體系的構建[J].化學工程與裝備，2010，(10)：201-202，206.

[7]張 藝，郭 艷，楊 華，等.生物工程特色專業教學體系的構建[J].中國輕工教育，2010，(6)：73-75.

[8]吳立根.食品質量與安全專業的實踐教學體系構建與改進[J].河南教育學院學報(自然科學版)，2008，17(1)：60-62.

[9]高海生，康維民，張紅新，等.高校“食品科學與工程專業”新的實踐教學體系[J].河北科技師范學院學報(社會科學版)，2006，5(1)：24-27.

2012-09-20

長江大學教學研究項目(JY2011006)。

高夢祥(1971-)，男，陜西武功人，博士，教授，主要從事食品科學和微生物發酵的教學與研究。

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.10.015

G642.0

A

1673-1409(2012)10-S056-04