新工科背景下地方高校生物工程類專業多學科交叉共建的探索與實踐

張良　　袁永俊　陳祥貴

摘 要：隨著我國經濟社會發展的不斷深入，學科交叉與產業變革催生了“新工科”教育理念。本文嘗試在產業升級與教育教學多學科交叉的背景下，探討地方傳統工科高校重構生物工程專業多學科交叉復合人才培養體系，以期促進產學研用人才培養模式和地方經濟發展。

關鍵詞：生物工程 新工科 多學科交叉復合

中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）08-0079-03

隨著我國經濟社會發展的不斷深入，發展模式已經由從依靠勞動力和能耗的經濟拉升轉向依靠科技創新提升。面對知識經濟、新一輪科技和產業革命蓬勃發展的情況，現有高等工程教育已不能適應新經濟的現實，亟需采用新技術建設、充實和發展一批新工科，或者改造升級一批傳統工科，達到除舊革新的目的。

在此背景下，2017年2月，國家教育部在復旦大學召開了關于新工科的高等工程教育發展戰略研討會，探討新工科學科發展和工程教育問題[1]。與此同時，有關專家也將“新工科”的內涵與行動歸納為：“以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才，具有戰略型、創新性、系統化、開放式的特征[2]。”新工科建設將按步驟和計劃推進，需要重點關注學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化以及他們之間的密切聯系，關鍵核心在于實現依法治校、擴大辦學自主權、改革教育評價體系[3]。

新工科建設是主動應對新一輪科技革命與產業變革、大力培養“大國工匠”和高層次工科創新人才的重要舉措。立足21世紀，國家提出創新驅動發展等7大戰略、制造強國等12個強國目標。深入實施國家發展戰略任務，提升綜合實力，迫切需要改造升級傳統工科，從未來發展、交叉融合、工程師地位等角度全面推進新工科建設。

新工科建設中，地方本科高校重點是改造升級傳統的工科專業，面向地方產業，重構應用型人才培養體系，以別于工科優勢高校和綜合性高校。西華大學作為一所擁有六十年辦學歷史的地方傳統工科院校，面對兄弟高校的飛速發展，以及“雙一流”院校的巨大沖擊，甚至大量專科乃至中專基礎上升級而來的激烈競爭；面對全球經濟熱點的快速轉換，就業市場的不斷變化，社會需求的持續提高，如何在保持自身優勢，不斷緊跟趨勢，使得學校能夠得到可持續和“彎道超越”一直是學校思考的主題。

1 立足新工科，重構生物工程專業多學科交叉復合人才培養體系

新時代建設新工科，需要面向復雜現實思考多學科交叉與產學研融合。將人類知識劃分為學科，主要是為了方便教學，而現實情境中的工程問題并不遵循學科的分類邏輯。過去一百年來的諾貝爾獎各個獎項中，就有41%屬于交叉學科的創新與突破[4]。產業結構和布局的深度調整，需要工科專業進行相應的布局和調整。

“中國制造2025”提出的新一代信息技術產業、節能與新能源汽車、生物醫藥、新材料等重點領域都離不開多學科交叉、產學研融合[5]。因此，我們需要積極發展多學科交叉的新工科專業，促進“理工”“工工”結合、“工醫”“工農”“工文”“工管”交叉，推進產教融合、校企合作協同育人，培養具有跨學科、跨產業、跨界別整合能力的復合型新工科人才。

1.1 立足四川地方經濟發展特點，優化人才培養結構

據2017年2月發布的《四川省“十三五”戰略性新興產業發展規劃》[6]，“十三五”期間，將面向健康、農業、資源、環境等經濟社會發展重大需求，加大生物產業科技成果轉化應用力度，重點加快生物醫藥、生物醫學工程產品的研發和產業化，加快生物農業、生物制造、生物技術服務發展，開發培育具有自主知識產權和關鍵技術的名牌產品，推動醫療向精準醫療和個性化醫療發展，推進生物醫學工程技術與信息技術融合發展，培育生物技術服務新業態，將生物經濟打造成為繼信息經濟后的新經濟形態，力爭打造一批具有較強競爭力的生物產業集群。

為響應以上變革與規劃，我們在對《生物工程設備》、《生物分離工程》《生物工程下游技術實驗》《儀器分析》《發酵工藝優化及參數檢測》《發酵調味品工藝學》《實驗設計與優化》等基本實驗技能的學習與訓練，使學生掌握了相當的實驗技能要素，具備自主開展生物工程實驗設計的能力。依托“創新、創業”大環境，在給定條件的情況下，以學生感興趣的專業方向為牽引，讓學生自己設計實驗內容和方案，學生通過科學實驗實踐產生不同的解決問題的方案與途徑。在整個過程中，教師只是在旁觀察，甘當“顧問”角色，主要依靠學生主觀能動性，綜合運用所學知識進行不斷地思考修正，最終解決問題。當然，如果學生陷入困境或者明顯出現方向性錯誤，指導教師也要用于擔當，實現對專業素養的再學習再強化培訓。

具體舉措有：立足課本，利用微信公眾號、專業論壇、數據庫查閱國內外相關專業資料，制定實驗方案。對學生的專業寫作能力與綜合語言表達能力進行培訓，使部分優秀學生們能夠達到撰寫專業論文的水平，能夠對核心技術提煉出關鍵點，申請專利保護。能夠做出完整的商業計劃書或投資招股計劃書，能夠以團隊的模式開展“路演”等簡單的商業宣傳。讓學生在項目實踐中學習分工合作，貫徹團隊內部相互融合共同進步的團隊精神，糾正部分“90后、00后”學生過于以自我為中心，盲目自大或盲目自卑的群體缺點。

總之，在整個項目實施過程中教師只起引導、啟發和糾偏作用，明確學生的主體地位，使學生積極主動地從事創新實踐，在探索中掌握知識、激發自我、培養綜合技能。

1.2 充分利用新媒體渠道，實現專業教育方式變革

在微博、微信、空間、組群等自媒體傳播速度與影響力迅速擴大的新形勢下，必須以積極主動、開放包容的態度面對新媒體，趨利避害，充分利用新媒體開展專業教育課程改革[7]。

實踐性強是“新工科”背景下生物工程專業公認的特性，專業教學內容要以三個方面為框架：

（1）講授生物工程的基本理論（包括蛋白質工程、細胞工程、基因工程等在內專業經典課程）。

（2）根據工藝傳授生物產品的生產方式方法（包括生物工程設備、生物分離工程、發酵工程等涉及產品的相關課程）。

（3）將實驗工藝技巧貫穿在各類生物工程實踐中（包括但不僅限于學科競賽、學術夏令營、團隊創意實踐、實驗設計、課程實驗、認知實習、畢業實驗、畢業實習等實踐與創新課程）。

實踐環節的逐步展開，也需要學生在實現理論框架的建構和基本概念的清晰，基本理論知識的先行引領。

生物工程專業理論的基本框架構建主要依賴于教材和課堂教學。但是，各大出版社權威教材的編寫和修訂，均未充分考慮到新媒體時代的教學過程與變化，無論是理論還是案例選擇都偏傳統，部分內容與時代脫節。例如：一些新型生物工程設備就已經能夠通過移動終端實時監控；一些國外的教材已經將課程內容與生產企業密切結合，可以在課堂講述的同時，可以實時連線附近工廠監控系統，進行相關生產工藝參數與設備的教學指導。

因此，作為教授生物工程專業的教師，依賴于一本或幾本現成的教材是不行的，教材的編訂永遠無法跟上科技革命變遷的時代步伐。授課教師要實行“網絡備課”、“終身學習”、“24小時在線”，積極跟蹤行業的最新動態，將各類熱點資訊穿插入每日的授課內容當中。還可以利用“微信朋友圈”、“組群內推文分享”等自媒體手段與學生及時互動，啟迪學生思維和吸引學生關注。

總的來說，只有緊跟時代，以開放負責的心態與時俱進，才能采擷到生動精彩的教學內容，才會使枯燥的理論條塊變得引人入勝，激發學生課后探索學習的激情，充分達到專業教育方式的變革。

2 加強政產學研合作，開拓教學資源

生物類專業就業難、實習難、教學資源缺乏已成為社會的共識，其中原因很多。我們認為其中一個原因就是學校教育與實際需求脫節，造成學生“在學校學的苦，出去用不上”的尷尬局面，這也對學生學習專業信心以及主觀能動性造成較大的沖擊[8，9]。要解決這一難題，加強政產學研合作，樹立開門辦學思路不失為一個好辦法。

西華大學食品與生物工程學院生物工程系從2003年開始摸索建立政產學研一體化辦學模式，走校企合作、產教結合、教研結合的道路，把培養人才同完成教學、科研任務、企業生產、政府服務等需求有機地結合起來，朝著“多贏”的目標奮斗。例如：2016年，我院承擔了四川省食藥監局關于四川30個縣區的“食品安全示范縣”驗收工作；2017和2018年，我院又先后承擔了四川省環保廳關于“環境污染治理效果跟蹤評價”等政府課題。我院就組織大量學生，參與了課題的問卷調查、現場采樣、分析檢測等工作。讓學生能夠切實感受到專業學習的社會價值。

另外，還積極動員專業教師主動參與地方經濟建設，到企業去找課題，為企業排難解憂，贏得企業信賴，建立真正意義上牢不可破的“教學實踐實習基地”。各類實踐教學環節，既包括傳統的培訓、科研、生產、產品開發、管理和營銷等各個環節，還將端頭前移，依托“四川省食品質量與安全協同創新中心”和各類專業實驗室，提前進行校內實習實訓，提前組建實習小組，開展校內認知實習和組內討論，實習小組除指導老師外，還吸納校外人員參與，聘請工程技術人員兼任實踐教學指導教師，簽訂共同遵守的協議，確保實習基地的相對穩定與正常運轉。

我院目前已建立了包括劍南春集團、水井坊集團、五糧液集團、衛生部下屬蓉生集團公司、中國科學院下屬地奧集團公司、成都高福記生物公司、通威集團、四川光友集團公司四川省質量技術監督局、四川省疾控中心、中國計量測試研究院、四川省營養學會等數十家定點定向掛牌合作實習基地。

據統計2017年，邀請來自企業、學會的專家，開展了超過30場的專題報告會，開拓了學生的眼界，使學生初步熟悉來自生產管理第一線的情況，還擴大了影響力和知名度。總的來說，生物工程專業學生實習和工作均得到相關單位的一致認可，他們認為西華大學生物工程專業畢業學生的專業素質高用起來比較順手，通過幾年的沉淀和鍛煉，一般都能夠晉升道生產管理或者其它關鍵部門工作，學生在單位能夠“留得下，用得上，有發展”，達到有人單位和學生雙贏的局面。

3 動出擊應對產業升級，多學科交叉復合模式開展生物新工科專業建設

生物工程類專業的學科背景及產業門類龐雜，而地方工科院校通常具有食品、農業、機械、自動化、材料等相關的基礎及應用學科優勢，以筆者所在單位-西華大學為例，進行相關分析，以期探求更具有可操作性的多學科交叉復合模式開展生物新工科專業建設路徑。

3.1 解決課程設置偏理化的問題

一般來說，全國生物工程專業相關授課教師的學科背景通常為生物技術、分子生物學、動物學、植物學等理科專業。發酵工程、過程控制等工科專業學科背景教師較為缺乏，導致了工程類課程設置不足，少數已開設的工程類課程也僅僅涉及理解原理的層面，有嚴重的理學傾向[10]。借助新工科的啟示，生物工程專業要健全工程類知識的滲透，以工程教育認證標準為藍本，強化工科特色[11]。我校生物工程專業引入了部分交叉學科并強化了一定實踐操作環節，例如：引入《電工技術》《機械工程原理》等交叉學科課程，針對實踐性較強的課程如《蒸餾酒工藝學》、《釀造酒工藝學》等課程，適當減少已有相關成熟設備和工藝的理論講述，提高生產實踐環節課時比例，將動手實踐、雙創教育貫穿課程體系之中。

3.2 加大投入改進教學場地和設備，改善課程設置提升學生適應產業升級

我院依托“四川省食品質量與安全協同創新中心”、“四川省發酵調味品工程技術研究中心”等多個科研和人才研發平臺，抓住工程認證契機，從學校層面和各級部門爭取了大量經費，新建了“釀造酒工藝中試實驗室”、“膜分離技術應用實驗室”、“通氣發酵設備實踐金工實習車間”，改變了以往學生只能觀摩，無法動手，使得學生的在校訓練與產業發展匹配。

另外，立足傳統工科學校特點，將全部實踐教學涵蓋傳統工程技術基本金工技能、專業基礎實驗、專業實驗、前瞻性實驗、產業實踐等5個層次的內容，并且將精密加工、3D打印、激光技術、微加工技術等當代前沿的工程技術與技能納入培訓教學體系中。依托學校各專業開展的100多門實驗操作課程充分考慮了實踐能力的漸次培養與生物工程專業新工程技術的結合。

4 結語

工程類專業是現代各項科學技術的集成器，其教學也是一個不斷完善改進、與時俱進的過程[12]。面對經濟“轉型升級、提質增效”的新形勢，生物工程專業應當肩負起優化行業整體素質，為引領行業發展方向的重任，以迎接新的挑戰，適應新的需求。

我們將緊扣為新時期地方經濟發展輸送高素質合格“新工科人才”這根主線，強化西華大學的傳統工科特色，利用學校多學科知識人才密集度高的優勢，強化學生的專業基礎素養和工程實踐能力，主動出擊建立合作，把西華大學生物工程專業辦成“省內一流，國內知名”的特色“新工科”。

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作者簡介：張良（1982-），男，西華大學生物工程學院副教授，理學博士，研究方向：食品生物技術。

李玉鋒（1964-），男，西華大學生物工程學院教授，理學博士，研究方向：食品生物技術。