新工科視域下生物工程專業教學與人才培養探索

徐 夢 范忠軍

（鹽城師范學院 江蘇 鹽城 224007）

在當今科技快速發展的時代，新工科的概念應運而生，標志著傳統工科教育的轉變。新工科注重培養跨學科的工程師，強調綜合應用技術、創新思維和解決實際問題的能力。這一視域下，工程教育不再局限于傳統的學科邊界，而是更加注重學科之間的融合和實踐導向的教學方法。生物工程作為新工科領域中的重要組成部分，是連接生命科學和工程技術的紐帶。生物工程的興起不僅源于對醫療、環境、食品等領域需求的增加，更是因為生物技術、信息技術等領域的快速發展為生物工程帶來了更多的可能性。在新工科中，生物工程不僅僅是一門專業，更是跨學科協同創新的平臺，有助于培養具備全球競爭力的工程人才。隨著新工科理念的推動，傳統的生物工程專業教學面臨著諸多挑戰。因此，本研究旨在通過探索創新的教學方法，更好地適應新工科的要求。

1 新工科視域下的教學理念

1.1 新工科的核心特征。新工科的首要特征是跨學科融合，即在工程領域中突破傳統學科的界限，積極吸納其他學科的理論和方法。在生物工程專業中，不僅要注重生命科學領域的知識，還要整合工程、信息技術、化學等多個學科的內容。通過跨學科的融合，培養學生具備全面的知識結構，提高解決實際問題的能力。實踐導向是新工科的另一個核心特征，強調學生在學習過程中通過實際項目、實驗和實習等方式獲取知識和技能。在生物工程專業中，實踐導向的教學包括生物實驗、工程設計項目、企業實習等。通過這種方式，學生不僅能夠更深入地理解理論知識，還能夠培養解決實際問題的能力，增強實際操作的熟練度，為未來從事相關工作做好充分準備[1]。創新思維是新工科的第三個核心特征，要求學生具備跨學科、跨領域的創新意識和創新能力。在生物工程專業中，培養創新思維包括但不限于以下方面：引導學生關注科技前沿，激發他們對未知領域的好奇心；鼓勵學生參與科研項目，培養獨立思考和解決問題的能力；提供創業教育，培養學生在創業和創新領域的競爭力。

1.2 生物工程專業與新工科的契合點。生物工程作為新工科中的重要組成部分，其核心特點之一是跨學科性質。生物工程不僅涉及到生命科學和醫學領域的知識，還需要整合工程學、化學、信息技術等多個學科的理論和方法。這種跨學科的特性使得生物工程專業的學生能夠更全面地理解和解決與生命相關的問題，培養學生具備跨學科合作的能力，有助于他們更好地應對復雜多變的工程挑戰。實踐性項目在新工科中被視為一種重要的教學手段，而在生物工程領域，這種實踐性項目更是不可或缺的一部分。通過實際項目，學生能夠將理論知識應用到實際中，加深對課程內容的理解。在生物工程專業中，實踐性項目可以包括設計和開發新型生物醫學器械、生物傳感技術、生物制藥工藝等。這樣的項目不僅提升了學生的實際操作能力，還培養了他們的團隊協作和項目管理能力。創新思維在生物工程領域尤為重要。生物工程是一個不斷發展和變革的領域，需要工程師具備前瞻性的思考和創新能力。在新工科的理念下，生物工程專業更加強調培養學生的創新思維，這有助于他們在未來的職業中更好地適應行業的發展，推動生物工程領域的創新和突破。

2 生物工程專業教學模式創新

2.1 課程設計與結構調整。為適應新工科的要求，生物工程專業的課程設計需要引入更多跨學科的內容。這包括與計算機科學、材料科學、化學工程等相關學科的交叉課程。通過引入跨學科課程，學生可以更全面地理解生物工程的背后原理，培養跨學科思維，提高解決問題的能力[2]。例如，設立與生物信息學、生物傳感器、生物材料等相關的課程，使學生能夠跨足多個領域，獲得更為綜合的知識結構。在新工科的教育理念下，實踐性課程是培養學生實際操作能力和解決實際問題的關鍵。因此，生物工程專業的課程結構需要增加更多的實踐性課程，例如實驗課、工程設計課、醫療設備制作課等。這些實踐性課程應當緊密結合生物工程領域的實際需求，讓學生在真實場景中應用所學知識，鍛煉實際操作能力，并培養解決實際問題的能力。為促進學生團隊協作和解決實際問題的能力，可以引入項目驅動型課程。這類課程以實際項目為基礎，通過學生團隊合作完成整個項目的設計、實施和評估。項目可以涉及到生物制藥、醫療器械設計、環境監測等方面，使學生能夠在實際項目中感受到工程實踐的復雜性和多樣性。通過這樣的課程設置，學生提高了實際項目管理能力，同時培養了創新思維和團隊協作精神，以更好適應未來工作的需求。

2.2 教學方法創新。在生物工程專業中，引入問題導向學習，可以通過提出實際工程問題或復雜生物工程案例，讓學生圍繞這些問題展開研究和學習。這種方法有助于培養學生的主動學習意識，激發他們的好奇心和求知欲。通過解決實際問題，學生不僅能夠深入理解課程知識，還能夠培養獨立思考和問題解決的能力，提高他們在工程領域的綜合素養。小組合作學習是一種強調學生協作和團隊工作的教學方法。在生物工程專業中，可以通過組建小組，讓學生共同參與實驗、項目設計和解決復雜問題。小組合作學習有助于培養學生的團隊協作精神和溝通能力。生物工程領域通常需要多學科的交叉合作，因此通過小組合作學習，學生能夠更好地適應未來工作中的跨學科合作環境。同時，學生在小組中分工合作，共同解決實際問題，有助于培養實際項目管理和領導能力[3]。案例分析與解決是一種將理論知識與實際問題相結合的教學方法。在生物工程專業教學中，通過引入生物工程領域的實際案例，讓學生進行深入分析和解決問題。這種方法有助于學生將理論知識應用到實際情境中，培養他們的問題識別和解決能力。通過案例分析，學生能夠更好地理解生物工程領域的倫理、法規等方面的問題，提高他們的綜合素養。

2.3 實驗室教學的優化。為了保持生物工程專業實驗室教學的前沿性和實用性，引入先進技術設備是必不可少的，這包括但不限于生物傳感技術、基因編輯工具、生物信息學分析平臺等。通過引入這些先進設備，學生能夠接觸到最新的實驗技術和方法，更好地了解生物工程領域的最新進展。這種實驗設備的引入也有助于培養學生獨立操作和維護實驗設備的能力，提高他們在未來工程實踐中的實際應用能力。優化實驗室教學還需要將實驗設計與自主研究結合起來，不僅僅是按部就班地進行實驗，學生還應當有機會設計和改進實驗方案，進行自主研究。這可以通過設定開放性的實驗項目，鼓勵學生根據自己的興趣和目標選擇研究方向，進行獨立或小組合作的實驗研究。這種方式有助于培養學生的創新精神和解決實際問題的能力，同時提升他們的實驗設計和數據分析能力。為了更好地培養學生的實際應用能力，實驗室教學可以引入與工業界合作的實驗項目，使學生接觸到真實的工程問題，了解工業界的需求和標準，幫助學生更好地理解理論知識與實際應用之間的聯系，提高他們的職業素養。此外，與工業界合作還能夠為學生提供與專業人士互動的機會，拓展他們的職業網絡，并為畢業后的就業或實習奠定基礎。

3 人才培養模式的優化

3.1 實習與實踐經驗。產學合作項目是生物工程專業實習與實踐經驗的重要組成部分。通過與工業界的合作，學生能夠將在課堂學到的理論知識應用到實際工程項目中，提升實際操作能力，并更好地了解行業發展趨勢。建立產學合作項目有著多個方面的優勢，例如學生通過參與產學合作項目，能夠深入了解實際工程項目，增加實踐經驗，提高在實際工作中的適應能力；通過與工業界的合作，產學合作項目更容易保持與行業發展的同步，確保學生獲得的知識和技能符合實際用途；學生能夠接觸到行業內最新的技術、設備和工程方法，促使他們保持對領域的敏感性和前瞻性。并且與企業建立聯系有助于學生找到潛在的就業機會，為他們的職業發展打下基礎。實習基地的建設和拓展是為學生提供更廣泛實踐經驗的關鍵，這包括建立與工業界合作的實習基地，確保學生能夠在真實的工作環境中應用所學知識。與生物工程領域的公司、研究機構建立合作關系，以確保學生在實習過程中能夠積累豐富的實踐經驗，確保實習基地具備先進的實驗室設施和工程工具。建立由專業人士組成的導師團隊，為學生提供指導，幫助他們更好地融入實際工程團隊，確保實習基地能夠提供多樣性的實習項目，覆蓋生物工程的各個領域，以滿足不同學生的興趣和發展需求。

3.2 跨界人才培養。除了專業知識和技能，學生還需要具備一系列的職業素養，以更好地適應不同行業和工作環境。在生物工程專業中，職業素養的培養包括多個方面，例如培養學生良好的溝通能力和團隊合作精神，使其能夠有效地與不同背景和專業的團隊成員協同工作；培養其在未來的工程項目中擔任領導職務的潛力；強調職業操守和倫理觀念，確保學生在工程實踐中能夠誠實守信、負責任；鼓勵學生培養自主學習和持續創新的習慣，以適應工程領域的快速發展；培養學生獨立思考和解決問題的能力，使其在實際工程項目中能夠作出明智的決策。為了培養更全面的跨界人才，可以引入跨專業交叉培養項目。這種項目將不同專業的學生組成跨學科團隊，共同解決涉及多個領域的復雜問題。學生有機會合作解決生物信息學、計算生物學等交叉領域的問題，提高其在計算機科學與生物工程專業的綜合能力。將生物工程與材料科學結合，促使學生在兩個領域中都具備專業知識[4]。引入商業管理的知識，培養學生在未來創業或從事項目管理時的商業智慧。結合環境科學的知識，共同解決生物工程在環境保護和可持續發展方面的問題。通過跨專業交叉培養項目，學生能夠深化對多個領域的了解，培養綜合素養，提高解決跨學科問題的能力，更好地適應未來工程領域的發展趨勢。

3.3 創新能力培養。培養學生的創新能力需要引導他們參與科研項目，深入研究生物工程領域的前沿問題。提供有經驗的導師指導，幫助學生選擇合適的研究方向，確保他們在科研項目中能夠有系統的學習和實踐。鼓勵學生親身參與實驗室工作，培養實際操作能力，并引導他們參與實驗設計，激發創新思維。引導學生撰寫學術論文，促使他們能夠規范表達研究成果，提高文獻檢索和文獻寫作能力。鼓勵學生積極參與學術會議、研討會等，與同行交流思想，提高學術交流和表達能力。提供創新性的研究項目，引導學生探索未知領域，激發他們的創新精神。通過科研項目的參與，學生能夠在實際問題中培養創新思維，提高獨立思考和解決問題的能力，為將來深入研究或就業奠定基礎。創業思維的培養是為學生提供創業機會和培訓，激發他們創業的熱情和能力[5]。引入創業課程和講座，讓學生了解創業的基本知識、流程和成功案例，培養他們對創業的興趣。為有創業意向的學生提供創業導師，指導他們制定創業計劃，提供專業的創業建議。鼓勵學生參與創新創業競賽，通過與其他團隊的競爭，鍛煉創新思維和創業能力。促進與企業的合作，提供實習和實踐機會，讓學生更深入地了解實際創業環境。