生物工程專業(yè)創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)方案與運行模式的設計與實踐

朱文優(yōu)，陳文浩，張超，游玲，侯茂

(宜賓學院 生物工程學院，固態(tài)發(fā)酵資源利用四川省重點實驗室，四川 宜賓,644000)

隨著我國科學技術水平的不斷提高和產業(yè)結構調整的不斷深入，高新技術一線崗位不斷產生和增加，這些崗位對從業(yè)者應用創(chuàng)新能力的要求也不斷提高，專科層次應用技能型人才已不能滿足這一新要求[1]。社會發(fā)展需要比例協(xié)調的學術研究型、應用技術型和應用技能型人才，而亟需的應用技術型人才卻無對口培養(yǎng)高校[2-3]。地方本科院校由地方投資興辦，承擔著90%的本科教育，是我國高等教育的重要組成部分[4-6]，應當是地方發(fā)展所需應用型人才的主要輸出地[7]。然而，盡管地方本科院校的資源條件難以滿足學術研究型人才培養(yǎng)的需要，但擔心“降格”而不愿走應用型方向，使其處于既不能“頂天”、也不能“立地”的尷尬境地。應用技術型人才匱乏成為制約產業(yè)調整和技術升級的主要“瓶頸”，為解決滿足這一問題，我國高等職業(yè)教育必須向本科層次延伸[1]。因而，國家不僅將地方本科院校的轉型作為滿足對應用技術型人才需要的重要手段，更將其視為高等教育領域改革的重點[6,8]。為此，國務院于2014年印發(fā)了《關于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》，提出采取試點推動、示范引領等方式，引導一批普通本科高校向應用技術類型高校轉型，重點舉辦本科職業(yè)教育。教育部、國家發(fā)展改革委和財政部也于2015年出臺了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，提出建設一批適應社會發(fā)展的、保障青年就業(yè)的應用型本科院校。培養(yǎng)方案是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的重要保證和教學組織的重要依據，也是專業(yè)特色建設的根本保障[9]。目前，應用技術型人才培養(yǎng)缺乏系統(tǒng)設計，其培養(yǎng)方案與培養(yǎng)模式尚未完全建立，應加強其探索力度[3, 10-11]。

宜賓學院于2016年成為四川省整體轉型發(fā)展改革試點的地方本科高校，確立了為地方經濟社會發(fā)展培養(yǎng)創(chuàng)新型應用人才的辦學目標。傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵產業(yè)是四川和宜賓的核心支撐產業(yè)，亟需能創(chuàng)新應用生命科學知識、工程控制與裝備技術，分析和解決生產運行管理、品質控制管理、技術營銷管理、技術創(chuàng)新與產品開發(fā)等一線工程技術問題的應用人才[12]。為此，在四川省應用型示范專業(yè)建設項目(川教函〔2017〕33號)等本科教學工程項目的支持下，本文以宜賓學院生物工程專業(yè)為例，就地方本科院校創(chuàng)新型應用人才的培養(yǎng)方案及運行模式進行了探索和實踐，以期實現(xiàn)學科專業(yè)差異化發(fā)展，同時為地方發(fā)展提供支撐的目標。

1 以產業(yè)需求為導向，確定創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)目標

應用型本科教育是面向生產、管理、服務一線，以“應用能力”為核心，以學歷教育與崗位素能培養(yǎng)相融合，培養(yǎng)知識、能力和素質全面而協(xié)調發(fā)展，既能適應一線工作需要，又具備較強創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型應用人才[13-14]。創(chuàng)新型應用人才應具備自然科學、社會科學和人文科學基本知識，掌握扎實的專業(yè)基礎知識，擁有復合性、動態(tài)性和先進性的知識結構，具備分析和解決一線工作實際問題及運用新知識形成新方法和新技術的能力，擁有較強的專業(yè)實踐能力和終身學習能力，能夠適應并促進行業(yè)發(fā)展的一類專門人才[14-15]。因此，地方本科院校轉型發(fā)展的首要問題是，如何適應地方經濟發(fā)展，合理確定創(chuàng)新型應用人才的培養(yǎng)目標。

為把握本專業(yè)的辦學方向、找準人才培養(yǎng)的目標定位，系統(tǒng)分析了《四川省工業(yè)“7+3”產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2008—2020年)》、《四川省關于加快構建“5+1”現(xiàn)代產業(yè)體系推動工業(yè)高質量發(fā)展的意見(2018—2022年)》、《四川省關于加快建設現(xiàn)代農業(yè)“10+3”產業(yè)體系推進農業(yè)大省向農業(yè)強省跨越的意見(2018—2022年)》、《宜賓市“8+2”產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2017—2021年)》等省市產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，調研了中國川菜產業(yè)園、郫都區(qū)人社局、五糧液集團、步長(瀘州)藥業(yè)集團、川酒集團、宜賓食品藥品檢驗所等行業(yè)代表及主管部門，掌握了作為四川和宜賓核心支柱產業(yè)的傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵產業(yè)升級和結構調整狀況，清楚了地方企事業(yè)單位對本專業(yè)人才的崗位群、需求情況及知識和素能要求；同時，調研了江南大學、貴州大學、成都大學、西華大學、四川輕化工大學等相關高校代表，均無為固態(tài)發(fā)酵產業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新型應用人才的專業(yè)辦學定位。

在此基礎上，結合《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》和《關于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》對地方本科高校特色建設的要求，確立了“培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展，具有較強社會責任感和較高職業(yè)素養(yǎng)，掌握扎實的生物技術及產業(yè)化的理論基礎和基本技能，具備較強創(chuàng)業(yè)精神和創(chuàng)新能力，勝任固態(tài)發(fā)酵產業(yè)生產管理、工程工藝設計、新技術研究及應用、新產品開發(fā)及推廣等崗位的創(chuàng)新型應用技術人才”的培養(yǎng)目標。該定位面向區(qū)域支柱產業(yè)，以“創(chuàng)新型”、“應用性”為特征，以“固態(tài)發(fā)酵產品及工藝技術創(chuàng)新研發(fā)能力”、“固態(tài)發(fā)酵工廠及設備創(chuàng)新設計能力”、“固態(tài)發(fā)酵產品生產及質量管理創(chuàng)新應用能力”為特色能力，聚焦應用能力、創(chuàng)新能力、特色能力等“三能”培養(yǎng)，以期實現(xiàn)專業(yè)辦學的差異化和特色化。因此，“實基礎、強實踐、能創(chuàng)新”人才的培養(yǎng)方案成為探求的重點。

2 以“三能”培養(yǎng)為中心，構建創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)方案

2.1 課程體系優(yōu)化設置

課程體系是人才培養(yǎng)方案的主體，是培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標直接的體現(xiàn)[16]。課程體系是否科學合理，直接影響學生思想政治、理論基礎、應用能力、創(chuàng)新意識等的培養(yǎng)。構建通識基礎教育、專業(yè)理論教育、應用創(chuàng)新教育平衡的課程體系是創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)的基礎[11, 13-14, 17]。因此，在滿足《生物工程類專業(yè)本科教學質量國家標準》的條件下，結合本專業(yè)人才培養(yǎng)目標定位，以產業(yè)需求為導向，以“實基礎、強實踐、能創(chuàng)新”為目標，以“三能”培養(yǎng)為中心，設計了由“創(chuàng)新思維課程”+“通識基礎、專業(yè)核心及應用創(chuàng)新課程”組成的“1+3”課程體系(表1)；優(yōu)化構建了“項目”驅動“三能”培養(yǎng)的逐級遞進的實踐教學體系，大幅度提高了實踐學時數(shù)比例；增設了“通識與專業(yè)相溝通、理論與實踐相融通”的創(chuàng)新能力課程體系。因此，該培養(yǎng)方案夯實了通識基礎、保證了專業(yè)理論、強化了應用實踐、提高了創(chuàng)新能力，具有“理論與實踐、科學與應用、技術與能力”三并重的特點，強化了學生“應用能力”和“創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)。

表1 生物工程專業(yè)創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)“1+3”課程體系Table 1 The “1+3” curriculum system of bioengineering major oriented by cultivating the innovative and applied talents

2.2 教學運行模式設計

為使保障培養(yǎng)方案有效運行，達成人才培養(yǎng)目標，根據學生知識、能力、素質培養(yǎng)循序漸進交替進行的基本規(guī)律，運用“協(xié)同教學”理論，按照“知識、能力、素質”三位一體和“產教交互協(xié)同”教學理念，筆者設計了“3+1”與“交互式”融合的教學運行新模式(圖1)。

所謂“3+1”，是指在大學前3年主要完成理論教學和實驗教學，重點強化學生基本知識、基本理論和基本技能的學習、鍛煉和培養(yǎng)；第4年主要安排畢業(yè)(頂崗)實習及畢業(yè)論文(設計)等的教學。通過前3年“夯實通識基礎、保證專業(yè)理論”的學習，提高學生的人文素質和專業(yè)理論素養(yǎng)，增強學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力；通過第4年“強化應用實踐、增強創(chuàng)新能力”的訓練，提升學生解決實際問題的能力，提高學生職業(yè)適應的能力。“交互式”則是按照學生在大學學習中應用實踐訓練4年不斷線的建設思路，前3年在學校學習期間，根據不同課程教學內容(案例)和學生科研創(chuàng)新的需求，隨時到生產一線進行短時學習或實踐；后1年在企業(yè)實踐訓練期間，將實際生產中遇到的問題帶回學校科研實驗室進行理論研究。

因此，“3 + 1”與“交互式”融合的教學運行新模式，能充分利用兩種教學運行模式的優(yōu)勢，既遵從了學生知識、能力和素質培養(yǎng)循序漸進的教學基本規(guī)律，又使企業(yè)和高校在人才培養(yǎng)過程全程參與、交互進行，實現(xiàn)了校內與校外、實驗與生產、理論與實踐的“交互式”運行，有效克服了理論教學與實踐訓練脫節(jié)等問題[18-19]，有利于實現(xiàn)創(chuàng)新型應用人才的培養(yǎng)目標。

圖1 “3 + 1”與“交互式”融合的教學運行新模式框架Fig.1 The framework of new teaching mode integrating the “3 + 1” mode and the interactive mode

2.3 課程內容優(yōu)化調整

面向固態(tài)發(fā)酵產業(yè)，培養(yǎng)創(chuàng)新型應用人才，以創(chuàng)新能力、應用能力、特色能力等“三能”培養(yǎng)為核心，分類建設或優(yōu)化調整了課程教學體系及教學內容。

(1)以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，以“通識與專業(yè)、理論與實踐”相融通為導向，開發(fā)三類創(chuàng)新課程。新開了《創(chuàng)新性思維與方法》、《生物產品創(chuàng)新與開發(fā)》、《生物產業(yè)發(fā)展與革新》、《生物工程創(chuàng)新實驗》和《生物工程設計實訓》等5門創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程，其教學學時數(shù)占比近12%，其中《生物產品創(chuàng)新與開發(fā)》和《生物工程創(chuàng)新實驗》成為省級和校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范課程，強化了學生“創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)。

(2)以應用能力培養(yǎng)為目標，以“科學與應用并重”為導向，將部分理論課程改造成應用性課程。通過系列課程的內容更新、優(yōu)化調整、體系重建，解決了各門課程知識點互相割裂、重疊、知識鏈條不連續(xù)、內容過于理論化等問題。如將《現(xiàn)代儀器分析》等課程內容，從傳統(tǒng)的設計導向調整為使用維護導向，同時《生物統(tǒng)計學》調整為《試驗設計與科技論文寫作》，使理論教學更加注重應用性。又如，將《工廠設計實訓》和《生物工程設備設計實訓》整合而成《生物工程設計實訓》，同時《工廠設計》調整為《工廠設計與環(huán)境保護》，消除了各門課程內容的割裂或重疊問題，使知識鏈條連續(xù)，提高了課堂效率。

(3)以特色能力培養(yǎng)為目標，按“課程內容模塊化、教學過程生產化”的思路，開發(fā)了行業(yè)特色課程。立足四川固態(tài)發(fā)酵產業(yè)特色，以“產品及工藝技術創(chuàng)新研發(fā)能力”、“工廠及設備創(chuàng)新設計能力”、“產品生產及質量管理創(chuàng)新應用能力”為專業(yè)特色能力，打破原有的課程理論體系。從行業(yè)問題出發(fā)，重構了《微生物工程工藝原理》、《生物工程分析與檢測》和《中國白酒生產技術》等3門專業(yè)課程的教學體系和內容，上述3門課程均入選了省級應用示范課程。增設了《發(fā)酵食品安全生產與品質控制》、《固態(tài)發(fā)酵工藝學》和《食品標準與法規(guī)》等3門課程，重視應用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時，強化了行業(yè)特色能力培養(yǎng)。

2.4 實踐教學體系建設

按照“基本技能-綜合應用-創(chuàng)新能力”逐級遞進培養(yǎng)的思路，以產業(yè)需求為導向，重構了實踐教學內容，構建了“項目”驅動“三能”培養(yǎng)的逐級遞進的實訓實驗教學體系。首先，按照“基礎、綜合、創(chuàng)新”功能分類和“模塊化”課程建設思路，對依附于理論課程的實驗項目進行歸并重構，獨立設置實踐課程，構建了由《生物工程基礎實驗》、《生物工程綜合實驗》、《生物工程創(chuàng)新實驗》和《畢業(yè)論文》組成的實驗教學體系，及由《金工實習》、《生產實習》、《生物工程設計實訓》、《畢業(yè)實習》和《畢業(yè)設計》組成的實訓體系。然后，按產業(yè)崗位工作要求，依據“工作任務項目化”原理，重新整合和編排了各實踐課程內容，建設了“項目”驅動“三能”培養(yǎng)的實踐課程。對于《生物工程綜合實驗》、《生物工程創(chuàng)新實驗》和《生物工程設計實訓》等高階實踐課程，由學校教師和產業(yè)教師共同參與，以行(企)業(yè)技術需求和教師科研項目及成果為課程主要內容，優(yōu)化教學內容，形成了科研反哺教學的實驗內容動態(tài)調整機制。同時，將實踐教學學時數(shù)從原來占總學時的28%提高到了46%，強化了學生創(chuàng)新能力和應用能力的培養(yǎng)。

2.5 課程教學方法改革

根據培養(yǎng)目標、大學生的身心發(fā)展特點，以“學習產出”(outcomes-based education, OBE)教學理念為指導，提出了本專業(yè)自主式課堂教學模式：①共同確定學習目標；②激發(fā)學生學習動機；③教師推送學習資料；④學生自學教學內容；⑤組織檢查自學成果；⑥教師精講學生精練；⑦學生課后練習鞏固；⑧學生自我測試評估；⑨教師組織測試評估。為了順利實施上述教學過程，綜合運用基于“雨課堂”/企業(yè)實踐實施的混合教學方法，對課程教學進行組織和管理(圖2)。為了激發(fā)和提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習的能力和創(chuàng)新思想，促成教學目標的實現(xiàn)，要求教師貫徹知識傳授與能力培養(yǎng)并重的原則，充分運用翻轉課堂，將課堂教學過程分為課前感知學習、課堂深入學習與實踐學習等3個階段，積極采用啟發(fā)式、互動式、案例式、討論式、參與式、探究式等教學方法，同時積極開展答辯制課程考核方式改革，倡導和支持研究性學習。總之，通過學生自學與教師講授協(xié)作學習的混合、互動教學與翻轉課堂教學的混合、數(shù)字化教學資源與實體資源的混合等，實現(xiàn)了各教學要素的優(yōu)勢互補，在翻轉課堂教學和實踐平臺的支持下，實現(xiàn)了良好的銜接與優(yōu)化。

圖2 基于“雨課堂”/企業(yè)實踐實施的混合教學方法Fig.2 The hybrid teaching approach based on “rainclassroom” and enterprise practice

2.6 教學改革實踐案例

“創(chuàng)新實驗”是以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目標而嶄新設計與開設的一門實踐課程。該課程基于CDIO(conceive, design, implement, operate)理念，以學生為中心，以固態(tài)發(fā)酵技術項目為載體，采用探究式教學方法，運用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模擬實訓模式，在教師的指導下，學生自發(fā)組建3～5人的創(chuàng)新團隊，通過文獻資料查閱和聯(lián)盟企業(yè)調研，自主完成問題提出→方案設計→實驗研究→產品測試→營銷策劃的工程實踐全過程，讓學生體驗企業(yè)技術攻關的真實過程，激發(fā)學生成為技術型專家的潛能。導師對文獻綜述、實驗方案、研究報告、商業(yè)計劃書等4項成果進行考核，并采用學生-導師交叉、隨機挑選小組成員進行項目匯報及質詢的答辯考核，這5個部分經加權后確定最終成績。通過上述訓練，提高了學生的學習積極性,改善了教學的整體效果，促進了學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、社會實踐技能及團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

“中國白酒生產技術”是在大三開設的一門專業(yè)核心課程。該課程以專精川酒生產應用人才培養(yǎng)為目標，立足川酒三大主體香型產品，組建了由專任教師與企業(yè)教師組成的課程團隊，按“課程內容模塊化、教學過程生產化”的建設思路，構建了由“白酒生產基礎、瀘型白酒生產、五糧川酒生產、兼香川酒生產”4大板塊21個項目組成的教學體系及內容,合作開發(fā)了“瀘型酒生產歷史及對中國白酒發(fā)展貢獻、包包曲生產工藝技術”等6個真實案例。在教學過程中，學生在專任教師為主、企業(yè)教師為輔的講授下完成理論知識學習，涉及6個案例的教學則到生產一線在企業(yè)教師的指導下完成。通過“專任教師與企業(yè)教師、學校與企業(yè)、理論與實踐”的交互協(xié)同，使學生掌握白酒生產的基本理論和川酒生產的特色技能。

3 建設成效

該培養(yǎng)方案及教學運行新模式在宜賓學院生物工程專業(yè)實施多年來，學生的創(chuàng)新能力、應用能力、科學素養(yǎng)與人文素養(yǎng)得到有效培養(yǎng)，全面提高了人才培養(yǎng)的質量。

首先，在創(chuàng)新類課程開設的帶動下，學生積極參與課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓練，并取得了大量創(chuàng)新成果，實現(xiàn)了學生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的全覆蓋。近3年共獲大學生科研項目68項，包括我校首獲四川省科技廳苗子工程項目1項、國家級項目16項、省級項目8項。同時，共獲學科競賽獎勵29項目，其中國家級3項、省級一、二等獎14項。申請國家發(fā)明專利15項，實用新型專利7項目。數(shù)十名學生在核心期刊上發(fā)表學術論文，學生項目申報、學科競賽、專利申請和文章發(fā)表的數(shù)量及質量有顯著提高。調查表明：約80%的學生表示“可以”或“基本可以”獨立完成企業(yè)技術攻關項目，學生的創(chuàng)新實踐能力得到了有效培養(yǎng)。

其次，通過充分挖掘中國酒文化等專業(yè)獨特的文化及技術相關的思政元素，并將其有機融入教學新模式，與思想政治理論課同向同行，發(fā)揮“價值引領”功能，培養(yǎng)學生具有良好的思想道德素質、較強社會責任感和較高職業(yè)素養(yǎng)。同時，這種教學新模式要求學生主動投入、團隊作戰(zhàn)，能充分調動學生探索學科前沿的主動性，通過資料查閱、企業(yè)調研、課程匯報、項目答辯、案例學習等訓練，拓展了學生視野，了解了社會實際，強化了表達訓練，鍛造了協(xié)作能力。調查顯示：91%的學生表示自己的團隊合作能力有“顯著提高”或“有一定提高”，學生的自主學習能力、團隊能力和人文素養(yǎng)明顯加強。

最后，本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率超過95%、就業(yè)質量高，近年大批學生進入五糧液、步長藥業(yè)、新希望等二十余家大型企業(yè)，普遍反應學生的理論知識扎實、應用能力過硬、創(chuàng)新能力充足、工作作風樸實；約10%的畢業(yè)生進入四川大學、華南理工大學、中國農業(yè)大學、江南大學等知名“雙一流”大學深造，研究能力獲得導師的高度認可，體現(xiàn)出學生具有良好的崗位適應能力、較高的科學素養(yǎng)及優(yōu)良的綜合素質。

4 結語

該培養(yǎng)方案的實施，提高了學生學習的積極性和主動性，提升了學生的創(chuàng)新能力、科學素養(yǎng)與人文情懷。該專業(yè)的社會影響力也得到增強，入選了四川省一流專業(yè)，獲得了四川省第八屆高等教育教學成果獎，同時在校友會專業(yè)排名中位列全省第一。但也凸顯出“雙師型”教師數(shù)量不足、產教融合深度不夠、理論課程改革不徹底、學生學業(yè)考評體系不科學、質量管理系統(tǒng)不完善等問題。今后將按照新工科建設的思路，進一步深化專業(yè)綜合改革，為地方經濟社會發(fā)展培養(yǎng)“實基礎、強實踐、能創(chuàng)新”的一流創(chuàng)新型應用人才。