面向區(qū)域生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的工科實踐體系改革與實踐

張辰露 張濤 霍科科 馮自立 梁宗鎖

[摘 要]基于國家工程教育認證和新工科建設要求，結合生物工程專業(yè)建設實踐，項目組通過優(yōu)化構建面向區(qū)域生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的實踐教學體系，多維度創(chuàng)新了實踐教學模式和考評機制，建設了多學科交叉融合師資隊伍，建設了實踐教學示范基地和平臺，全面融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，全方位提升了生物工程專業(yè)工程實踐教育質(zhì)量，切實促進了生物產(chǎn)業(yè)領域高級應用型工程技術人才培養(yǎng)。

[關鍵詞]實踐教學;生物;工程教育;新工科

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）11-0020-03

近年來，國內(nèi)外工科教育認證和新工科建設陸續(xù)興起，在OBE（Outcomes-based Education）理念基礎上，行業(yè)社會對工程類專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了重大改革要求。即以學生為主體，遵循成果導向，以學生培養(yǎng)質(zhì)量“結果”評價專業(yè)辦學水平，以行業(yè)需求確定培養(yǎng)目標，以崗位需求確定畢業(yè)要求，以畢業(yè)要求確定實踐教學體系的教學目標和內(nèi)容。深化工程人才培養(yǎng)改革，針對產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，依托自身與相關行業(yè)產(chǎn)學研優(yōu)勢，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力，工程能力強、綜合素質(zhì)高的各類交叉復合型卓越工程科技人才[1-2]。國家新版生物工程專業(yè)標準已于2018年公布實施，高考自主招生改革正在全國穩(wěn)步推進，由此推動了全國高等教育教學改革的全面展開，專業(yè)建設迎來了關鍵改革契機，高校工程教育認證和新工科建設工作正緊鑼密鼓地進行。工科人才被理科化培養(yǎng)、行業(yè)交叉融合度不足是以往工科人才培養(yǎng)中常見的問題，工程實踐教育是工程教育改革中的重要抓手，本科工程實踐教育體系是培養(yǎng)符合現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求人才的重要平臺。本文以地方本科院校的生物工程專業(yè)實踐教學體系改革為例，總結探討了生物類工科專業(yè)實踐體系的創(chuàng)新思路與措施。

一、現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)的人才需求特點

在我國，生物產(chǎn)業(yè)是正處于高速發(fā)展和巨大變革階段的新興產(chǎn)業(yè)之一，其在緩解能源資源、改善人類生存環(huán)境、改善人類生活水平與生命質(zhì)量方面做出了重要貢獻。伴隨生物技術在醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、輕工食品、再生能源等重要領域的廣泛應用，生物企業(yè)如雨后春筍般蓬勃發(fā)展，特別是在新興疫苗、生化診斷、新興中藥、生物制藥、農(nóng)作物優(yōu)良品種、生物農(nóng)藥、生物能源、環(huán)境生物治理等領域尤為活躍。生物產(chǎn)業(yè)對生物技術的依賴性強，高新技術的產(chǎn)業(yè)化應用是生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特征。生物工程是以生物技術研究成果為基礎、借助工程技術實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化為基本任務的工學專業(yè)，作為現(xiàn)代最為活躍、影響最為深遠的新興產(chǎn)業(yè)，其體現(xiàn)了科技與產(chǎn)業(yè)的高度融合發(fā)展。面對現(xiàn)代生物科技的快速更新，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局的巨大變化，行業(yè)人才的工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力顯得極為重要。

二、地方高校生物工程教育現(xiàn)狀

以新科技和產(chǎn)業(yè)為根本，以新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟給高校工科教育帶來了新的巨大沖擊。生物工程專業(yè)是培養(yǎng)符合現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展要求，具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和國際視野的高級應用型工程技術人才的工科專業(yè)，要求畢業(yè)生的工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強，并具備國際競爭力。地方本科院校的專業(yè)建設主要依托于區(qū)域自然資源和經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢，應與區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局高度融合，緊密結合生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并形成鮮明的專業(yè)人才培養(yǎng)特色，提高畢業(yè)生就業(yè)競爭力。

以陜西理工大學生物工程專業(yè)為例，學校地處陜西南部秦嶺腹地，自然生態(tài)資源極優(yōu)，是我國南水北調(diào)工程的水源涵養(yǎng)地，區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局以環(huán)境友好的綠色產(chǎn)業(yè)為主，因此生物產(chǎn)業(yè)在陜南及周邊地區(qū)具有天然的資源優(yōu)勢和政策支持。生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)主要側重于生物醫(yī)藥、生物化工、農(nóng)業(yè)生物工程、輕工食品以及環(huán)境生物工程等相關領域的具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和國際視野的高級應用型工程技術人才。經(jīng)過廣泛調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)畢業(yè)生的人才培養(yǎng)目標達成度不夠理想，人才培養(yǎng)特色不夠鮮明，畢業(yè)生質(zhì)量達成度不足是很多地方高校生物工程專業(yè)面臨的共同問題。學生畢業(yè)以后，很多人職業(yè)目標不夠清晰，感覺什么課都學了，但在生產(chǎn)實際中又顯得能力不足。這些情況說明人才培養(yǎng)和行業(yè)需求沒能高度匹配。因此生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)必須盡快改革，要讓學生在生物產(chǎn)業(yè)關鍵崗位上站得穩(wěn)、擔得起，并具有承擔產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展任務的能力。

三、工程實踐教育體系的特殊性

為滿足21 世紀創(chuàng)新最為活躍、影響最為深遠的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才需求，建設和完善適應應用型本科專業(yè)領域的新工科理論和實踐已成為當前應用型本科院校的改革工作重心。工程實踐教育體系是卓越工程科技人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的搖籃，是“創(chuàng)新成果→創(chuàng)業(yè)成果”轉(zhuǎn)化能力培養(yǎng)的基礎平臺。實踐教學體系應從“知識、能力、素質(zhì)”三個層次對實踐教學內(nèi)容、課程目標、教學方法和組織形式等進行精心設計構思，各個實踐環(huán)節(jié)之間的銜接、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的融入、教學考評機制等均應遵從OBE理念，畢業(yè)生需具備在生物工程領域從事設計、生產(chǎn)、管理和新技術研究、新產(chǎn)品開發(fā)的能力。

工程實踐能力是工科人才培養(yǎng)的核心任務，依托工程實踐教學體系和各類實踐平臺，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。對照工科教育專業(yè)認證的基本畢業(yè)要求，各類實習實踐環(huán)節(jié)可支撐80%以上畢業(yè)要求（二級指標），因此實習實踐教學體系是“人才工科化”的關鍵。在實踐環(huán)節(jié)中未得到充分鍛煉的學生畢業(yè)后在行業(yè)內(nèi)職業(yè)生涯的發(fā)展中將會受到極大限制。針對過去人才培養(yǎng)中暴露出的問題，我們對實踐教學體系開展了改革研究與實踐。

四、構建注重工程實踐能力培養(yǎng)的實踐教學體系

（一）基于OBE理念的實踐課程體系結構優(yōu)化

針對區(qū)域生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，結合國家生物工程專業(yè)標準和人才培養(yǎng)計劃的畢業(yè)要求，生物工程專業(yè)共設置了11個專業(yè)實習實踐環(huán)節(jié)，可歸納為5個能力培養(yǎng)層次，具體如圖1所示。

1.建立基本認知和創(chuàng)新意識：專業(yè)認知實習和科研訓練，通過多看、多聽、多練和多思考使學生建立專業(yè)基本認知，通過科研訓練啟動大學生課內(nèi)外科技活動，由 本科生導師制導師負責跟蹤指導。

2.鍛煉基本工科技能：電子電工實習和機械工程訓練，培養(yǎng)學生的電子電工以及金工制造等基本工科技能，鍛煉其生產(chǎn)實踐的動手能力，培養(yǎng)工科思維。

3.培養(yǎng)工程設計能力：課程設計Ⅰ、課程設計Ⅱ和課程設計Ⅲ，通過以化工原理、發(fā)酵工程、生物大分子的分離純化為主要理論基礎，應用工程制圖技能，開展生化反應單元、發(fā)酵工藝、產(chǎn)品生產(chǎn)線等相關項目的“由點到面”的工程設計訓練，使學生掌握生物制造的化工單元設計、加工流程設計與生產(chǎn)線設計等基礎理論和實用技能。

4.培養(yǎng)生產(chǎn)實踐運用能力：生產(chǎn)實習和專業(yè)實訓，通過在企業(yè)、事業(yè)單位的實習鍛煉，學生所學理論知識和專業(yè)技能在生產(chǎn)實踐中得以綜合應用，并鍛煉提升工科實踐能力和工科素養(yǎng)。

5.培養(yǎng)解決生產(chǎn)實踐問題的創(chuàng)新能力：專業(yè)社會調(diào)查和畢業(yè)設計，結合生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際，通過系統(tǒng)試驗研究，培養(yǎng)學生生物產(chǎn)品的設計開發(fā)以及解決生產(chǎn)實際問題的能力，鍛煉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

上游課程分段支撐各個實習環(huán)節(jié)，確保先理論后實踐，環(huán)環(huán)相扣，循序漸進，共同構建了生物工程專業(yè)的實習實踐教學體系，結合校內(nèi)實踐平臺和校外實踐基地，為培養(yǎng)學生的工程實踐能力提供了較為全面的鍛煉機會。實踐教學體系以豐富扎實、特色鮮明的專業(yè)理論知識學習為支撐，將理論知識轉(zhuǎn)化為實際工程實踐能力，將學生培養(yǎng)成為符合現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)需求的高級應用型工程技術人才。

（二）實踐環(huán)節(jié)的實施方式創(chuàng)新

根據(jù)生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的畢業(yè)要求制定各個實習實踐環(huán)節(jié)的教學目標，設計具體實踐內(nèi)容和實施方式，并從課程體系規(guī)劃、實踐管理模式和實習效果評價等方面，構建了課程、實習平臺、指導教師及學生之間緊密的相互支撐關系[3]。以專業(yè)認知實習為例，其以學生為中心，從知識、能力和素質(zhì)三個層次設置了前期自主調(diào)研、現(xiàn)場參觀學習、專家報告、專題培訓、實習報告撰寫、集中匯報交流等多種教學形式[4]，并要求學生根據(jù)專業(yè)認知結果做出個人職業(yè)生涯規(guī)劃，促使學生思考專業(yè)培養(yǎng)目標，建立產(chǎn)業(yè)概念，盡早確立職業(yè)發(fā)展目標，走出思想迷茫狀態(tài)，將“苦學”變?yōu)椤皹穼W”。生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)主要側重于對生產(chǎn)活動的全面認知和專業(yè)技能的綜合運用，強調(diào)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設計開發(fā)、工藝流程、廠區(qū)規(guī)劃、環(huán)保設施、管理運營、產(chǎn)品銷售、企業(yè)文化等內(nèi)容，其實施方式更加靈活多樣，注重小組分工合作。

（三）實踐課程體系的考評與質(zhì)量監(jiān)控機制建設

根據(jù)畢業(yè)要求與課程目標，提出明確的實習實踐考核要求，規(guī)范教學過程，確保教與學的效果。從“知識、能力、素質(zhì)”三個層次建立多維度的實習實踐考評機制，考評依據(jù)可包括自主調(diào)研報告、現(xiàn)場問答、小組討論、設計說明書、設計圖紙、實習實踐報告、指導教師評價、實習成果PPT匯報等。具體考評方式和評分標準應根據(jù)實習實踐項目的內(nèi)容特點和實施方式來“量身定做”[5]。同時，應注重實習實踐的過程管理，加強過程質(zhì)量控制，組織實習學生、實習單位和實習教師對實習活動的課程目標達成度進行評價與問題反饋[6]。構建校外實踐教學質(zhì)量評價與反饋體系有利于其的持續(xù)改進。

（四）多學科交叉融合師資隊伍建設

以實習實踐活動為橋梁，搭建校企協(xié)同育人、科教協(xié)同育人的產(chǎn)學研合作平臺。搭建產(chǎn)學研合作平臺是建設“雙師型”教師隊伍的快捷方式，也是實現(xiàn)新工科教育轉(zhuǎn)型的重要部分。應盡量安排與生產(chǎn)實習內(nèi)容關系緊密的專業(yè)課授課教師加入實習指導教師隊伍，如生物工程設備、生化分離工程、發(fā)酵工程及生物工程工廠設計等[7]課程的教師。通過專業(yè)教師入企業(yè)，增強工科素養(yǎng)，充分了解生物產(chǎn)業(yè)領域的發(fā)展現(xiàn)狀，既提高了教師的實踐能力，又豐富了課堂教學素材，使他們真正獲得“雙師型”教師所需具備的能力和素質(zhì)。同時，聘請相關企業(yè)、事業(yè)單位的研究員、高級工程師作為專業(yè)教師，定期授課指導，使學生獲得最新的產(chǎn)業(yè)技術和人才需求信息，能有效補充在校教師工程實踐經(jīng)驗不足的短板。因此，多學科交叉融合的師資隊伍是學生工程實踐能力培養(yǎng)的重要保障。

（五）實踐教學示范基地和平臺建設，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育全面融入

充分利用校內(nèi)實踐平臺，通過校企雙向交流活動，建設示范實習基地。以企業(yè)需要解決的工程技術問題為切入點，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為紐帶，聯(lián)合指導學生參加各級競賽，積累實戰(zhàn)經(jīng)驗，培養(yǎng)學生成為具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的高級應用型工程技術人才。例如在科研訓練中設置大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目申請環(huán)節(jié)，由跨學科導師小組指導其完成一項大創(chuàng)項目申請，并在實驗室參與相關科研工作，讓學生早進實驗室，發(fā)現(xiàn)學習興趣，明確學習目標。充分利用學科科研平臺反哺教學。在課程設計和生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)也可設定項目形式，在畢業(yè)設計選題中鼓勵教師提供“校企雙導師制”項目，增強綜合實踐環(huán)節(jié)的工程應用性[8]。通過實踐教學示范基地和平臺建設，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的全面融入，實現(xiàn)科教協(xié)同育人、校企協(xié)同育人。

五、結語

通過優(yōu)化構建面向區(qū)域生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的實踐教學體系，經(jīng)過幾年的持續(xù)改革，我校生物工程專業(yè)的實踐教學形成了多維度創(chuàng)新實踐教學模式和考評機制，將產(chǎn)學研合作落到了實處，注重培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，逐漸實現(xiàn)了學生工程實踐能力的全面提升。教師加強了對國家工程教育認證工作的認識理解，學生從改革中獲得了更多的能力素質(zhì)鍛煉。因此，構建面向區(qū)域生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的實踐教學體系，凸顯生物產(chǎn)業(yè)領域的工科培養(yǎng)特色，為現(xiàn)代生物科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)人才，使畢業(yè)生不僅能滿足當前生物產(chǎn)業(yè)崗位要求，還具有承擔生物產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展創(chuàng)新驅(qū)動任務的能力。

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[責任編輯：劉鳳華]