生物工程立體化畢業設計教學體系探索與實踐

[摘 要]生物工程立體化畢業設計教學體系的建設，應以工程實踐創新能力培養為主線，以校內實驗室和企業規模生產兩大平臺為支撐，體現創意、創新、創業三個實踐教學層次，采取技術改造、產品研發、質量評價、規模實施四種方式，還要融入學科交叉及創新創業一體化教育，構建體現工程特色的立體化畢業設計教學體系。

[關鍵詞]畢業設計 教學體系 立體化 工程能力

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）15-0124-04

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》分別從全面提高高等教育質量、提高人才培養質量、提升科學研究水平、增強社會服務能力、優化結構辦出特色等幾個方面，對高等教育提出了更高的要求。提高質量是高等教育發展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求。作為應用型地方院校，提高人才培養質量、深化教學改革、形成鮮明特色是其賴以生存的生命力。地方應用型本科工科院校的特征在于與工農業生產實踐聯系緊密，其實踐教學環節的重要性不言而喻，畢業設計的教學體系，也是特色專業建設的重要內涵之一。畢業設計是大學生在校學習的最重要的實踐環節，是對學生四年來學習效果和實踐能力的綜合、全面檢驗，為學生實現實踐、創新、創業奠定結實的基礎。淮陰工學院生物工程專業是江蘇省特色專業、國家特色專業建設點、江蘇省高等學校本科重點專業類建設專業，以該專業為依托的生物化工學科是江蘇省重點學科。學院經過幾年的努力，在地方應用型本科院校的辦學模式特別是畢業設計（論文）立體化教學體系建設方面做了初步探索。

一、立體化畢業設計教學體系的內涵

根據構成應用型本科人才的綜合素質、創新精神、實踐能力和創業能力的培養要素，將畢業設計分成一般性、綜合性、創造性和開發性四個類型，根據各類型要求，在先期準備中，適時增加相應的教學環節，并儲備相應知識和技術，構建與之對應的教學體系，綜合專業特色、工程實踐、學科交叉等諸多因素，逐步建立了畢業實踐理論學習與動手實踐并重、學校與企業結合、工程實踐與技術改造并舉的立體化育人機制。以培養具有工程實踐能力與創新精神的應用型工程師為主線，以校內實驗室和企業規模生產兩大平臺為支撐，體現創意、創新、創業三個實踐教學層次，采取技術改造、產品研發、質量評價、規模實施四種方式，利用學科交叉及知識組合，融入創新創業一體化教育，構建畢業設計立體化實踐教學體系，見圖1。

■

圖1 立體化畢業設計教學體系內涵

二、立體化畢業設計教學體系的特征

（一）目標明確特色化

明確專業建設總體目標，立足辦學定位，以面向工程一線的應用型高級工程技術人員為培養目標，以技術創新與工程技術管理為專業定位，以產學研合作培養為模式，以工程實踐能力與創新意識培養為重點的生物工程專業人才培養體系。通過教學實踐特別是畢業設計環節，凸顯工程化特色教育，并通過特色專業的示范作用，向其他專業輻射。

生物工程技術是多學科、綜合性的科學技術，具有實驗性學科的特征。生物工業是生物技術領域中的重要分支之一，是在受控條件下利用生命過程本身作為產品的生產和加工的手段，由此產生種類數以千萬計的產品，形成新的現代工業。生物技術產業成為世界各國經濟社會發展戰略的重點，我國也將生物技術產業作為高新技術產業置于優先發展的地位，產業發展對人才的需求不斷增長。[1][2]在江蘇省加快發展蘇北的戰略需求下，隨著蘇北工業化進程的加快，作為位于蘇北腹地的淮安市唯一的一所工科本科院校，承擔著向社會輸出大量工程實踐能力強的應用型人才的重要使命。釀酒是蘇北的地方特色產業，有著洋河、今世緣、雙溝、古順河等多個名酒生產企業。具有工程實踐能力的生物工程應用型專門人才是提升傳統釀造及企業現代生物工程相關技術的主力軍。同時，淮安境內的江蘇天士力帝益藥業有限公司、江蘇清江藥業有限公司等企業均采用生物發酵法生產螺旋霉素等常見藥物。現代生物技術是這些企業產品升級改造及企業生存的保障，需要生物工程專業培養出 “有創意、會創新、能創業”且經過系統訓練的應用型工程師。

（二）校企聯合工程化

在畢業設計教學實際過程中，將校內實踐與企業規模生產有機結合。以培養卓越工程師為追求，以工學交替為手段，以工程實踐為重點，在生產一線培養動手能力強、會設計、懂運行、能管理的生物工程應用型工程師。[3]通過企業工程實際訓練，鞏固和拓寬專業理論知識、熟悉專業領域，增強大學生學習的主動性和針對性，培養學生理論聯系實際及解決實際問題的能力、專業工程素質和工程能力，增強學生的綜合能力的訓練和獨立工作能力的培養，增加學生的創新意識和適應社會的能力，了解并掌握生物制品的生產、運行、管理與營銷，學會生物制品制備工程項目的設計、安裝、施工與維護，達到應用型工程師所具備的技術和能力要求。

淮陰工學院生物工程專業有著穩定的大學生工程實踐與就業基地18家，聯合培養應用型工程師，其中包括洋河酒業、今世緣酒業、天士力藥業等著名企業，這些能為本專業工程培養階段提供保障，有效地保證了培養效果與培養質量。

（三）課題來源多面化

畢業設計選題很關鍵，它直接影響著畢業設計的成敗。采集的課題來源廣泛，有的是導師的縱向課題或橫向課題，有的是學生自主申報的國家級、省級或校級大學生科技創新創業項目，有的是大學生創業大賽項目，還有的是學生自主提出的新創意。這些課題分別來自于工程實際、企業創新及技改（包括技術革新、產品研發等）、各類橫向課題、國家及省市基金、工農業科技支撐、科技攻關、科技扶貧、星火計劃、蘇北專項、大學生科技創新等，與地方特色的生物制品優勢資源密切相關，如凹凸資源與生物緩釋、傳統釀造與工程菌株、蔬菜糧食與功能開發、農業秸稈與綜合利用、生物安全與質量控制等。

學院在多年的辦學實踐中，充分發揮科學研究與社會服務功能，不斷分析地方產業的發展需求，圍繞地方支柱產業和優勢資源，堅持“有所為，有所不為”和錯位競爭的原則，緊密圍繞地方特色的生物制品優勢資源，積極開展科學研究和社會服務。生物工程專業與企業共同進行課題研發工作，共同申報并實施科技廳企業博士基金、農業支撐、工業支撐以及蘇北專項等項目，先后獲國家、省、市立項科研項目共75項，其中國家級項目2項，省部級項目近20項。目前本專業與相關企事業單位共研的省科技廳立項項目共8項。本專業學生2011年新獲批江蘇省大學生科技創新項目4項、淮陰工學院大學生科技創新立項10項。

（四）實施場地平臺化

生物工程專業多年來一直致力結合地方經濟建設與優勢資源，構筑多元化的產學研用合作平臺，采取自主建設或省市及企業共建的方式，建有江蘇省生物質轉化與過程集成工程實驗室、淮安市生物轉化與生物制品高技術研究重點實驗室、產學研共建淮安市生物能源研究與轉化中心、淮安市乳品工程研究中心、淮安市農副產品檢測中心、淮安市農業廢棄物綜合利用與新型基質工程技術研究中心、江蘇省凹土工程技術研究中心、淮安市天然及合成香料工程技術研究中心和淮安市新型飼料添加劑工程技術研究中心等，這些多層次的實踐教學平臺為推進學科、專業發展，更好地為地方經濟建設服務奠定了堅實的基礎。學生能通過各類平臺，學會并掌握產品研發、技術革新、設備改造、質量評價、規模實施等一系列問題的解決方法。

（五）指導教師多元化

為適應培養應用型本科人才需求，要加強指導教師隊伍工程化建設。

淮陰工學院生物工程專業的前身是淮陰工業?？茖W校生物工程專業，專業具有良好的工程教育背景?，F有教師隊伍中有從企業引入的多年從事企業管理及產品生產的高級工程師，有經過企業工程學習的年輕碩士和博士，有企業的技術顧問或兼職技術總監，有企業的科技特派員等。此外，學校還在相關企業聘請了企業高級工程一線技術人員為兼職教授，與校內教學人員共同承擔培養任務。學生在四年的學習中所涉及的工程實踐環節均在各相關企業實施，工程教育基礎較好。

（六）學科交叉組合化

學科交叉是“學科際”或“跨學科”的研究活動，是將不同的學科理論、方法或思維有機地融為一體的研究活動，其結果導致的知識體系構成了交叉科學 。[4]學科交叉體現了科學的整體性，實質上是知識體系的滲透和融合，是學術思想的交融，是交叉思維方式的綜合、系統辯證思想的體現。

畢業設計是學生在校期間綜合性最強的也最能體現能力培養的教學環節，產學研用等各個部門都很關注。隨著人們對自然界認識的不斷深入，當前科學技術的發展呈現既高度分化又高度綜合的趨勢，各個學科分化得越來越精細，不同領域的科研人員所關注的知識范圍也越來越窄，一些問題往往需要許多學科共同協作才能解決，這就要求畢業生在具有扎實專業基礎的同時，還能從事跨學科背景的交叉復合型創新，人才的要求向多元化、復合型轉變。特別是對于面向工程一線的、以培養應用型人才為目標的地方性本科院校，更需要跨專業、跨學科的知識組合。

傳統的創新往往把注意力集中在單個創新、產品創新、重大創新以及顯性創新效益上，缺乏多重性、動態性、協同性。因此，要改變這一傳統視角，以系統的觀點、組合與集成的角度來研究技術創新行為，以提高創新能力和創新效益。[5]“新型豆渣制品的開發──可食用紙研制”的課題中需要測定產品應力及耐破度，由于可食用紙的受力很小，沒有相應的機械強度測試儀器。學生和指導教師根據跨專業組合創新理論，創新性地自制了簡單的測試拉應力的拉伸試驗裝置和耐破度的測試裝置，及提出了可食用紙耐破度檢測項目的檢測方法，考查了將機械強度測試知識應用于可食品生物類畢業設計的創新及工程實踐的可行性，并付諸實施。“太陽能控溫生化制品運輸箱的研制”課題，需要生物學、生物傳感器、電子學、機械學、測控學等多學科的知識組合?！暗~無水?；钸\輸技術開發”課題需要將生物技術、生理生化、運輸方式、運輸工具、振動控制、質量評判等諸多知識點有效組合。“紅外法測定西紅柿的含糖量、土豆中蛋白質的含量、藥物中含水量、維C銀翹片中維生素C的含量”等課題，綜合了紅外檢測、糖、蛋白質分子振動方面的知識，用振動方面的知識，通過非線性建模分析紅外檢測結果。這些跨學科畢業設計的創新實踐表明，用組合創新理論指導跨專業畢業設計是可行的，組合創新理論適合在跨專業畢業設計中應用。

（七）培養能力層次化

在立體化畢業設計教學體系中，能力培養需要分層次實施，創意、創新、創業三個能力層次呈階梯式提升。學會創意是基本，掌握創新是手段，能夠創業是目標。創意、創新、創業能力培養，需貫穿于整個教學過程。實踐環節教學是實現創意、創新、創業能力提升的最好體現。校內實驗學習和學會創意是基礎，經過一系列的訓練，最終可以實現創新創業及科技產品規?；a的總體目標，可以在不同的層次、以不同的方式實現這一培養目標。根據具體的畢業設計課題，有些表現為單一層次或方式，有些則屬于多層次或方式的綜合。

（八）學生參與階段化

畢業設計需要綜合性的知識，涉及各年級的知識點。學校實行本科生導師制，鼓勵學生盡早進入實驗室或企業，從大二開始，在具備了一定的專業基礎知識之后，學生跟隨導師進入課題組，結合科學研究及生產實際，學會解決實際問題的本領。學生可以根據自身的知識結構以及課題的需要，在不同階段不同時期有選擇地參與。低年級學生因其知識結構的限制，可以作為高年級學生的助手，逐漸學會并熟練基本技能，初步了解畢業設計的過程與要求。從大二進入專業基礎課學習開始，讓學生提早進入畢業設計的課題選擇、資料查找、方案設計、實施操作、數據處理等環節，每個年級所掌握的知識階段不同，則對課題的認識會有差別。

按照教學體系，參與課題或工程實踐訓練的方式有多種，包括技術革新、設備改造、新品研發、市場調研、方案設計、質量控制、規模生產等，其目標是達到實踐能力與創新精神的培養和提高。對于具體的單一方式，能力訓練主要內容有所區別，如設備改造側重機械結構與電路的改進或設備選型等，質量評價側重分析檢測與指標控制，而產品研發則需在市場調研及確立目標的基礎上，進行方案設計并實施。有的參與的只是局部工作，有的則可能全程參與。

（九）創業創新一體化

高校作為人才培養的重要基地，擔當著培養具有創新意識、創新精神和創業能力的高素質人才的重要使命。在大學生就業形勢及國家倡導自主創業的形勢下，高校實施創業教育，培養創業人才，以創業帶動就業，成為解決大學生就業的重要途徑。[6]在創業、創新的教育背景下，將創業技術儲備與創新實踐有機結合，成為一體化，產生并儲備創新創業技術，是創業與創新教育的具體化和提高，是創業技術的學習、儲備與創新實踐的有機結合。創新創業技術與創業技術不同，創業技術不一定是新技術，不一定具有技術的新穎性。即使是新技術，在創業技術儲備與創新實踐一體化的理念下，也要再改進，至少要根據自主創業的條件，作技術改進，形成適合自主創業條件的創業新技術，力爭達到新技術的最高水平或代表新技術的最高水平。創新創業一體化與創新實踐不同，創新實踐不一定產生創業技術，創新實踐的結果可以是一個新的理論、方法、理念、技術，而創業技術儲備與創新實踐一體化的結果一定是創新創業技術。江蘇省淮安大學科技園是大學生創新創業基地，為創新創業一體化提供了很好的平臺。

畢業設計活動中最易實現一體化。在畢業設計中，讓學生在校嘗試創新與創業技術結合，體驗創新創業技術。創新是畢業設計的基本要求，產生一項技術是常事，如提出一種產品生產工藝，完成產品的設計與加工，研制一種新形食品等，學生均可獲得一項技術，若這些技術可用于創業，則在畢業設計通過創新創業一體化達到了能力培養的目的。一體化的成果可以通過申請專利的手段，實現知識產權保護。用此方法，現已申請及授權的專利包括：活魚無水運輸裝置（專利號ZL200720040594.4），食品霉變評判新方法（申請號201010248822.3），反復休眠無水?；畹~的方法（申請號201010241746.3），太陽能半導體果蔬冷藏運輸車（專利號200820042047.4）等，這些專利技術都可用于創業。活魚無水運輸裝置是學生在畢業設計中完成的可用于創業的技術，具有該裝置的全套設計圖紙和設計說明書，并實現了專利保護。專利技術由師生共同完成，成果共享。師生共同申請專利還能激發學生參與創業技術儲備與創新實踐一體化的熱情，并在學習、體驗申請專利中，提高了保護成果的能力。

三、結語

總之，畢業設計是培養面向工程一線工程師的核心教學環節，需要先期的各種訓練基礎支撐。學生的創新創業能力、科研能力、解決工程實際問題能力均與此不可分割。體現專業特色的畢業設計立體化教學體系成果來自于各方面的綜合，目前成果已在生物工程以外的制藥工程、車輛工程等專業推廣使用，效果普遍較好，這表明該體系適用于其他本?？茖I。運用組合創新理論，結合生產實際，進行知識綜合型畢業設計，能形成畢業設計的創新成果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 鄭超，王伯初，祝連彩.中國生物技術產業化發展的現狀及對策分析[J].重慶大學學報（社會科學版），2011，17（2）：46-50.

[2] 趙新川.生物技術——未來經濟發展的增長點[J].高科技與產業化，2011，（3）：26-27.

[3] 倪依純.工學交替培養模式面臨的主要問題及其對策[J].中國職業技術教育，2010，（24）：68-69.

[4] 周永明，樓程富.注重學科交叉培養復合創新人才[J].中國大學教學，2010，（8）：16-17.

[5] 許兆棠，張恒.談高校創業技術儲備與創新實踐的一體化[J].中國成人教育，2011，（16）：71-72.

[6] 馬德秀，印杰，王方華等.扎實開展創新與創業教育的實踐與思考[J].中國高等教育，2008，（23）：9-11.

[責任編輯：陳 明]