基于Bio-X思維的科教融合課程體系探索與實踐

曾凡力，司賀龍，吳立柱，張新杰，王冬梅，候春燕

(河北農業大學 生命科學學院, 河北 保定 071001)

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視中國高等教育的建設和發展，將一流大學和一流學科建設作為重要切入點，引領中國高等教育高質量發展[1-2]。國家“十三五”規劃明確提出“推進科教融合發展”，并“支持一批高水平大學和科研院所組建跨學科、綜合交叉的科研團隊”[3]。目前，科研和教育是當今國際競爭的兩大核心要素，是國家發展的重要引擎，是為社會進步提供的持續源動力。高校普遍存在教學科研矛盾[4]，科學研究密度高，而教學創新不足。作為科研和教育中心單位的高等學校是“科教融合”時代課題的主要承擔者，需要從根本上改變人才培養理念和培養方式，培育創新型人才。

“21世紀是生命科學的世紀”，基因編輯、合成生命、智慧農業等相關領域科研水平與日俱增，保持生命學科持續發展要求創新型教育的不斷探索，科教融合模式的不斷深化[5-6]。生命學科范圍大，層次廣，理、工、醫、農等多學科交叉較多，較容易形成多學科師生共同創新，知識創新和傳承的交匯點。生命學科相關專業開展科教融合教學模式改革，就要營造鼓勵探索、自主創新的學習氛圍，支持專業教師將最新科研成果與學生培養有機整合。要使科教融合模式在生命學科行之有效，專業教師要創新育人思維，多開設專創融合的研究性課程，培養學生學科交叉思維，建設學生創新研究平臺，構建適于生命學科的科教融合育人體系。

一、新時代生命學科創新型人才培養勢在必行

2018年習近平同志站在新的歷史起點上，從“發展是第一要務，人才是第一資源，創新是第一動力”的戰略層面出發，分析國內外形勢，將創新人才工作擺到核心位置，對創新人才的選拔、培養、使用、引進等方面提出了許多新思想、新觀點、新論斷，為深入理解和把握新時代高等教育的根本任務，推進高等教育現代化指明了前進方向[7]。深刻學習把握習近平總書記關于一流大學建設的重要論述，對于我們全面把握黨的教育方針，堅持社會主義辦學方向，為中華民族偉大復興培養更多德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人具有重要的理論和實踐意義。

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》明確提出，高校要加強實驗室、校內外實習基地建設，支持學生參與科學研究，強化實踐教學環節，促進多學科交叉融合，重點推進具有多學科背景的應用型、復合型、技能型人才培養[8]。2017年4月，國家宣布成立雄安新區。雄安新區位于河北省保定市境內，雄安新區的建設發展對保定市有著重要的意義。2018年5月《河北雄安新區規劃綱要》明確指出雄安新區的產業發展重點為新一代信息技術產業、生命科學和生物技術產業、新材料產業、高端現代服務業和綠色生態農業等[9]。其中生命科學和生物技術產業、綠色生態農業、新材料產業中的生物醫學材料和生物質材料等領域與我校生命科學的研究密切相關。在“雙一流”建設和雄安新區發展的背景下，我校充分認識到這一發展契機，針對我國高校生命學科專業人才培養存在的不足，圍繞生命學科創新型人才培養，積極調整人才培養政策，改革高校人才培養方案，組建創新創業導師團隊；大力開展創新創業教育，積極培養大學生的創新思維，增強大學生的動手創新能力，為學生提供全新的創新創業實踐活動，帶入全新的創新思維盛宴，幫助學生在未來的創新創業實踐中少走彎路，為專業化發展提供強大的源動力。

Bio-X是生物學(Biology)和任意相容學科(X)的跨學科綜合創新研究的簡稱。隨著現代生命科學的發展，高校教師生物學科的研究課題往往需要其他不同學科的基礎理論和技術支持。如生物芯片技術的高速發展需要基因組學、材料科學、化學生物學，甚至是半導體科學的進步和交叉。培養交叉學科綜合創新人才是當代高校適應和服務于經濟社會及科學技術發展的重要途徑。因此，對于生命科學相關專業而言，Bio-X思維的科教融合探索具有重要意義。我校是以生命科學為特色的農業院校，大多數學科均以生物學為基礎，因此培養具有生命科學創新素質，適應多學科交叉發展的創新型人才是學生培養的主要目標之一。在“新時代”“新農科”“新工科”和“雙一流”的背景下，培養交叉復合型創新人才是地方特色高校發展的核心目標。

二、健全師生共創支持政策，完善生命學科交叉創新平臺

為建立健全師生科技創新支持和獎勵政策，學校和學院出臺了《河北農業大學創新創業競賽暫行管理辦法》《河北農業大學本科專業實踐技能競賽管理辦法》《本科學生綜合素質測評辦法》等文件和辦法。創新競賽獲獎、發表創新學術論文的學生可獲得創新學分，在推免研究生、國家獎學金評定、學院綜合素質測評中進行加分支持，同時給予獎金、稱號等方面鼓勵；參與科技創新活動的班級也是評選校級優秀學風班、校級先進個人的重要條件；對指導教師在職稱評定、評獎評優等方面予以加分支持。

近5年學校投資3 000余萬元用于學院本科教學實驗室儀器設備的更新和提升，改善研究條件，組建Bio-X創客空間，為學生實踐能力提高和科技創新培養提供了有力支撐。學校積極打造、完善生命學科交叉創新平臺，率先在河北省建立“生物制造+”創新實踐平臺，獲得河北省發改委千萬元投入。“Bio-X創新科研綜合實訓”課程成為學生團隊入駐平臺的先修課程，和創新平臺實現了有機整合。

學院注重科教融合氛圍營造，倡導“高水平科技學術報告啟迪學生創新思維”。學院大力引進人才，每年定期舉辦學術報告周活動，聘請國內外生命科學領域知名專家做l0場專題報告，其中部分專家為科技界的精英人物，在科技創新領域做出突出貢獻。濃厚的科教融合氛圍提升了學生的創新意識，激發了學生的創新積極性，引導學生走進科研實驗室。創業成功人士在報告中講述科技創新促進企業飛速發展的實例，為學生開展發明創新活動增添動力。學術報告周活動年年不斷線，迄今為止，學術報告周活動已連續開展了19屆，共邀請專家做了190場報告，加之平時不定期的學術報告，始終使學生感觸到學術的氛圍和科技的力量，培養了學生科技創新精神。

三、組建創新導師隊伍，優化Bio-X創新課程體系，加強學生科技創新實訓

在學校和學院的大力扶持下，Bio-X科教融合育人體系強調教師自身學習，使教師的創新意識不斷增強。學院提出建設“學習型學院”的號召，每周定期召開全體教師會議，要求優秀模范教師、新引進教師、留學回國人員等作學術報告，分享科學教研經驗。要求教師結合自身實際，提出教學科研融合設想，開展教師公開課，分享典型案例等，目前已經舉辦了50余場。學院始終堅持“引進來、送出去”的師資培養模式，派出教師到美國、加拿大、澳大利亞等國家訪問培訓，從來自美國、西班牙、德國等國家優秀留學人員中引進具有合成生物學、生物物理學、生物數學等交叉學科背景教師10余名。這些新引進的青年人才創新思想活躍，舉辦了“大學生Bio-X暑期夏令營”系列活動、組建創客空間、擔任學生班主任、向本科生開放科研實驗室等，進一步促進了學院“科教融合”創新人才培養工作。

課程實訓是Bio-X科教融合育人體系中不可或缺的重要環節，是滿足學生創新愿望的基礎，學生的動手能力和實踐技能得到切實提高。在徹底理清相關課程的“先行”“后續”關系，保證課程體系的整體性、邏輯性和銜接性的基礎上，在課程體系中設置了創新創業基礎、生命科學研究進展、農業科技發展等啟發和推動學生創新意識和創新活動的課程。為探索Bio-X科教融合育人體系，學校開辟了大學生實踐訓練中心，學院為全校生命類學生開設“Bio-X創新科研綜合實訓”課程，推進專創融合、科教融合。Bio-X創新課程體系中設立了基礎平臺項目，以實現學生創新夢想。學院積極爭取國家、省級和校級的大學生科技創新項目。此外還自籌資金，每年設立20項以上的院級創新課題，每項資助5 000～7 000元，基本惠及全體學生。學生自己組織團隊申報(每組5人左右)，通過專家論證和師生互選確定指導教師，研究周期2～3年。項目結題條件，要求以學生作為第一作者在核心期刊及其以上學術刊物上至少發表1篇研究論文。

四、“Bio-X創新科研綜合實訓”課程模式與改革實踐

(一)“Bio-X創新科研綜合實訓”課程模式

“Bio-X創新科研綜合實訓”(以下簡稱“Bio-X”)是我校在創新創業背景下開設的科教融合改革實踐課程。該課程對當今環境下人才培養模式進行了革新和探索，與社會對生命學科專業人才的培養模式需求相匹配。“Bio-X”課程積極創造條件讓學生較早參加科研實踐活動，提高學生創新與實踐能力，增加學生科研訓練、學術報告和社會實踐教學計劃和任務，增加學生參與實踐鍛煉的機會。增加課程的綜合性、設計性實驗比例，培養學生設計實驗的能力、獨立性和創新性，以促進大學生創新能力的形成，提高大學生創新實踐能力，實現生命類專業創新型人才培養的目標。

惟創新者進，惟創新者強，惟創新者勝。“Bio-X”課程以教師和學生自行立題的生命科學相關科研項目為基礎，研究性學習為主要特色，通過主講教師的講述和不同學科學生組成團隊的參與來啟發學生突破專業局限找到有價值的原始創新思路。以課堂講授、學生報告、師生討論、實際動手實驗完成創新課題為主，并輔以其他課外教育。通過學生團隊的自主創新來實踐一個原始創意到創新想法并形成一個初步創新項目的過程，以具體的項目來促進學生實踐從創新(創意)到初步成果的過程，從而認識和掌握多學科交叉的創新研究方法和實現途徑。課程以創新思維培養為核心，按照現代科學研究立題-實踐-報告的主要程序設立七大研究性學習模塊：現代生命科學基礎專題培訓，頭腦風暴式立題討論，綜合調研，課題立項分析與報告，實驗與實踐，科技論文寫作與演講培訓，科研報告與科技演講。

“Bio-X”課程設置“48學時+課下學時”的模式，其中24學時為理論課講授，24學時為實驗和基礎培訓，課下學時學生承擔課題研究性學習。考核方式為平時成績(20%)+項目報告成績(40%)+項目展示成績(40%)。以近一學年課程情況為例，“Bio-X”設置了“普通生物學導論”“細胞分子生物學基礎”“生物細胞工廠”“生命科學史”“生物數學之美”“科學與技術”“創新設計思維”和“頭腦風暴式思維”等七大創新思維引導章節，在理論課程后的24學時實驗和基礎培訓開設了“綜合調研技術”“科學研究的流程”“項目分組及執行”“項目展示方案”“科技論文寫作”和“科技演講”等六大板塊的實驗或基礎培訓。由于課程時長限制，所有板塊均為“翻轉課堂”形式開展，相關主題均以點帶面，引導為主。48學時的課堂學習過程中，逐步將學生分組，確定研究性學習主題，根據相關主題研究內容選定指導教師，開展后續研究工作。通過這樣的課程設置，充分調動了學生興趣和積極性，同時為研究團隊匹配指導教師的過程，也是學生立項的分析過程。這樣的過程能更好的實現指導教師“科教融合”的有效性。

“Bio-X”課程目標是通過整體性、研究性學習讓學生掌握生命科學研究的主要模式和創新科研的主要過程。最終實現學生七大能力的綜合提升，即發散思維能力、實驗技能、調研能力、科技演講能力、科技寫作能力和團隊協作能力。課程通過精簡課堂內容、制定學習指南、設計問題和改革考核方式等形式，使學生由被動聽課學習形式，轉變為自主學習和研究性學習。這種教學模式，由原來教師單純講授唱獨角戲、學生被動接受，到把傳統的知識點灌輸轉化為任務驅動、問題導向的自主學習，對教師和學生都提出了較高的要求。這一教學模式充分體現了研究性學習的學習主體的自主性、研究內容的問題性、學習過程的探究性和學習成果的實踐性。

(二)“Bio-X創新科研綜合實訓”課程改革實踐與成效

強調大學基于自身的院校特色、學科優勢的人才培養，就是要打破既有的學科教學與科研壁壘，構建新的“科研教學學習”的連續體。為促進Bio-X科教融合育人體系的改革實踐，“Bio-X”課程團隊充分調研我校生命學科科研方向。在平臺基礎上重點凝練“微生物制藥”“微生物肥料”“農林廢棄物能源轉化”和“功能食品”等4個具有農業特色的生命科學科教融合方向，配備創新導師50余人，負責對接“Bio-X”課程設置的研究性學習課題。目前，“Bio-X”課程已完成3輪授課實踐，收效顯著。三次課程共有來自生物科學、生物技術、生物信息、制藥工程等專業126名學生完成課程學習。這些學生組成25個團隊，每個團隊由平臺至少1位青年教師擔任導師，指導探索性課題的研究。“Bio-X”課程的首次授課就引起學校領導和全校師生的高度關注，在學生團隊舉行結課匯報會上邀請相關專業教師擔任評委；課程小組分別進行報告和答辯，評選出優秀匯報獎若干名；課題分別涉及實驗類、科普類、調研類等科學研究；現場還舉行了各小組的海報展示，學生們分享課程學習心得。

課程結束不代表學生團隊課題研究的結束，課程孵化好的項目，師生會在創新平臺上繼續高效進行。本課程實踐過程中真正實現了將專業教育與創新教育的深度融合，進而引發示范擴大效應，達到“培養具有良好專業技能、較高創新能力和交叉學科視野的高素質創新型優秀大學生”的基本目標，對落實“科研反哺教學”和“深化創新創業教育”具有探索和示范意義。有利于探索卓越創新人才培養模式，促進科研與教學互動，及時把科研成果轉化為教學內容。

課程實施和改革過程中，課程組提出了“學術報告啟迪學生創新思維、知識競賽培育學生創新精神、課程實訓滿足學生創新愿望、平臺項目實現學生創新夢想”的創新型人才培養的教學模式。“Bio-X”課程將學術報告、課堂學習、科學研究和雙創競賽等有機整合，實現了資源的高效利用，有效落實了“科教融合”及“學科交叉”的育人理念。課程育人體系探索出“以創新型人才培養為中心，充分調動師生創新積極性；以激勵政策為導向，全面激發師生創新活力；以專創融合課程為抓手，穩步提高師生創新動力；以實踐平臺為載體，持續提升師生創新能力”的創新型卓越人才培養的教育模式。

課程開展3年來，高素質青年師資隊伍穩步形成，人才培養質量穩步提升。45%以上學生在課程結束后繼續在平臺上開展項目研究。3年內，課程參與學生申請國家級、省級創新創業項目12項，以第一作者發表論文15篇，獲得國家級雙創競賽獎勵8項，大大提高了本科生的實踐創新能力。課程改革堅持立德樹人和創新引領的指導思想，全方位培養了學生的創新思維和創新能力，培養了大批生命科學類優秀創新人才。取得的預期效果，得到校內外同行專家的廣泛認可，有較強的推廣應用價值。目前“Bio-X”課程正在我校農學院、園藝學院、植物保護學院、資源與環境學院等十幾個相關專業推廣。

五、結語

教學是立校之本，科研是強校之路，科教融合一直是世界一流大學辦學的核心理念，人才培養質量是高等教育的出發點和落腳點[11]。在“雙一流”和科教融合世界潮流的引領下，我校積極響應“大眾創業、萬眾創新”的國家戰略，積極探索創新教學方法，建立“Bio-X科教融合”人才培養體系，大力推動創新人才培養模式。其中“Bio-X創新科研綜合實訓”課程以學生發展為中心，把優質科研資源轉化為專業創新育人資源和優勢，積極整合教學科研平臺資源，把科研成果轉化為教學內容，在一定范圍內營造了鼓勵探索、自主創新的學習氛圍，為學生開展科學研究搭建了平臺，為學生提供了早進課題、早進實驗室、早進科研團隊參與各種科研活動的各種渠道；設立專創融合課程，探索科研反哺教學思路，既促進青年教師科研能力的提高，又能促進教師對知識的把握，為專業化發展提供強大的源動力。