多學科交叉融合下實踐教學體系的探索與實踐

胡尚連, 龍治堅, 任 鵬, 陳紅春, 曹 穎, 黃 艷

(西南科技大學 生命科學與工程學院, 四川 綿陽 621010)

環顧當今世界重大的科技創新成果,大多是多學科技術交叉、融合和匯聚的結果[1]。《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[2]。如何利用多學科優勢,構建多學科交叉融合的實踐教學體系,培養具有多學科背景的應用型、復合型、技能型人才,是現階段擺在我國高校面前重要而迫切的任務[1,3]。以下介紹我校生命科學與工程學院實踐教學體系建設情況。

1 建設與優化概況

我校生命科學與工程學院立足于“培養厚基礎、寬口徑、強實踐、創新能力強、綜合素質高、具有強烈社會責任感”的應用復合型人才和創新型人才,對人才培養實踐教學體系進行了系統改革和實踐。鑒于涵蓋理學、工學、農學三大學科門類,包括分屬生物學(生物技術專業)、作物學(農學專業)、畜牧學(動物科學專業)、園藝學(園藝專業)、食品科學與工程(食品科學與工程專業)等7個專業的多學科、多專業的院情,以及我院人才創新能力培養面臨“學科交叉、資源優化配置與教學改革”的新課題,形成了以學生為主體,以提升學生實踐和創新能力為導向,以培養具有創新能力的應用復合型人才為目的的實踐教學體系(見圖1)。

圖1 多學科、多專業交叉融合的實踐教學體系

學院按照自我定位的人才培養目標,分別在2009年、2013年和2015年對人才培養方案進行了修訂,并根據對人才能力培養要求,修訂了所有課程教學大綱和考核要求。最終形成了這套適合我院情況的多學科、多專業交叉融合的實踐教學體系。

2 建設思路與方案

2.1 課程體系

針對包含理學、工學、農學三大學科門類及分屬7大一級學科7個專業的具體情況,經過反復研究和論證,制定了由“通識課+多學科基礎課+專業主干課+跨專業或學科專業選修課+專業技能實訓+創新實踐+畢業論文(畢業設計)”等組成的“學科交叉融合和專業互通集成”的一體化課程體系。其主要內容為：(1)7個專業的所有學生除通識課程外,從第1學期到第3學期,要學習完全相同的高等數學、物理、有機化學、無機與分析化學、生物化學、統計與實驗設計、微生物學等多學科基礎課,以期奠定寬厚基礎;(2)從第4學期開始,學生可自主選擇專業主干課程和跨專業選修課程。要求每個專業在設立專業選修模塊時,從其他專業主干課程中選擇1～2門課程列為本專業選修課程,以加大學科交叉培養力度;(3)由創新實踐課程和專業技能實訓課程帶動的課程實習與實訓貫穿大學4年始終。

2.2 實踐教學體系——“四化”

學生實踐能力培養呈現“系統化、多元化、社會化、科研訓練常態化”特點。

系統化即按照“五模塊、四結合”的學習和實踐,逐步實現專業實踐能力培養的系統化。“五模塊”主要包括：(1)學科基礎基本技能：為7個專業搭建了“有機化學實驗+無機與分析化學實驗+生物化學實驗+微生物學實驗+統計與試驗設計實驗”的學科基礎實驗;(2)專業技能：基于各專業的培養要求,以專業基礎實驗為單元,設置生物技術等7個專業的實驗課;(3)專業綜合訓練：建立了分離提取、生物發酵與制品、植物脫毒快繁體系、分子生物學與基因工程、設施農業、烘焙食品、自主選藥設計藥物分析、食用菌工廠化栽培、水稻與小麥等農作物的分子輔助育種與大田水肥耦合一體化高產高效栽培、鮮肉與腌肉制品的精深加工與標準化生產等綜合性強的專業模塊;(4)自主設計研究性實驗模塊：強化專業核心實驗課程的自主設計研究性實驗教學,即學生按照指導教師的要求和既定的研究目標,獨立完成一篇與本學科相關的學術“小論文”。學生需利用圖書館的數據庫資源和開放的實驗室平臺,獨自完成項目的設計和實施,使自己在科研素質和創新能力方面得到一定鍛煉;(5)創新創業實踐模塊：基于學術型和創業型的各種科技競賽(如挑戰杯、創青春)、省部級和市校級的科研項目(如四川省苗子工程、雙創訓練、校級創新基金)設置主題,進行創新創業實踐。而“四結合”[4](即課內實驗與課外實踐相結合、實踐教學與科研訓練相結合、專業必修實驗與跨專業選修實驗相結合、校內實驗與企業實習相結合)不僅體現了對學生科研素養的培養,也體現了對學生理論聯系實際能力和學以致用理念的培養。

多元化指為7個專業架構了“分離提取、生物發酵與制品、分子生物學與基因工程、食用菌工廠化栽培”綜合訓練模塊,實現了橫跨“理學、工學、農學三大學科門類”,多學科并存與交叉集成的多元化專業綜合訓練模塊。社會化(企業化)指人才培養要適應社會和企業發展需要，學生要結合實習課程開展自助式實習或到企業開展頂崗實習。科研訓練常態化是指,學生在大二通過資產處實驗室安全考核后,可申請學院科研平臺門禁卡,進入科研團隊實驗室和學院科研平臺,在教師和研究生的指導下,獨立進行實驗設計和實施。鼓勵學生發表學術論文、參加科技競賽,指導學生申報各級創新創業計劃項目和企業項目等。

2.3 畢業論文(設計)——“523制”

畢業論文或畢業設計采用“523制”,即第5學期開始畢業論文或設計,時間持續2年,題目源自教師科研課題、企業需求、學生自主設計等3個方面。圍繞解決生產實際問題開展畢業論文或畢業設計,學生在校內或校外導師的指導下完成,通過答辯獲得學分。這也是體現科研訓練常態化的一個重要方面。

2.4 實踐教學平臺

實踐教學平臺是夯實學生專業基礎、培養學生實踐能力的重要場所[5-6]。高校的實踐教學存在資源分散、實驗室資源短缺、使用效率低等問題[7],多學科、多專業的二級學院尤其如此。資源優化配置的目標是“統籌規劃、優化整合、合理布局、資源共享、提高效益”,這是實現實踐教學目標的硬件保障。我院堅持以分管院長、實驗中心主任、專家組為核心的教學科研實驗平臺管理體制,積極整合學院基礎實驗教學資源,建成多專業共享、以功能為主線的學科基礎實驗平臺;優化專業實驗教學平臺,按學科群及相近學科劃分為“農學與生物技術實驗教學、科研平臺”“工科實驗教學、科研平臺”“動物科學實驗教學、科研平臺”“大型公共實驗教學、科研平臺”等4大類平臺,建設成面向多學科、多專業學生創新能力培養的集成式實驗教學平臺。在建設平臺時,優先進行學科基礎和學科專業實驗平臺建設,最后搭建具有創新特色的科技競賽實驗教學平臺。

在穩定實驗教學隊伍方面,學院通過政策傾斜、定崗定編等措施,將大量博士和碩士引進實驗教學和管理隊伍,并逐步完善相應的機制,解決實驗教學和管理師資隊伍的建設和穩定問題。在多學科交叉融合、理工農相互滲透背景下,最終建成集科研、教學、學生第二課堂于一體的,安全、有序、和諧、共享、高效的實踐教學平臺。

3 監管機制

3.1 實驗平臺管理運行機制

在管理機制上,學院生物實驗中心與各系平行,直屬學院領導。實驗中心具有統一組織、規劃和調配實驗室教學資源和相應師資的權力,力求從學院層面滿足每一課程的教學需要,為師生做好相應的服務工作。在運行機制上,實施儀器設備、經費和用房等資源的統管共用和校際實驗資源的共享,建立實驗室開放使用制度和實驗室使用預約制度。

3.2 實踐教學質量監控機制

實踐教學質量監控機制的建立與完善是保障專業實踐教學質量的有效手段之一[8-9]。在學校實踐教學管理框架下,架構學院、專業、實驗中心三層次的實踐教學管理體系。制定了一系列的管理辦法或制度,如“關于加強實驗教學資源優化整合的指導意見”“本科生科技競賽管理辦法”“本科生科技創新學分認定辦法”“本科畢業論文(設計)管理規定”“本科實習管理辦法”“關于規范實驗課教學運行的管理規定”“關于實驗課程小班授課的管理辦法”“關于成立教學督導組的規定”等。同時,遵循“以政策引導教學,以激勵促進教學”的理念,制定了相應的激勵政策,以使廣大教師高度重視并積極參與實踐教學改革。此外,結合學院實際情況,制定并實施了實踐教學質量標準和評價體系,建立了實踐教學專項檢查評估機制和實踐教學資料抽查機制等,開展對實踐教學質量的評價及監控。

4 初步成效

經過10余年的教學改革和實踐,特別是近5年來,該實踐教學體系對我院多學科背景的應用型、復合型、技能型人才培養產生了很好的促進作用。在科技活動方面,《中國高校創新人才培養暨學科競賽評估結果》[10]表明,在2012—2016年,我校學科競賽評估得分位列全國第57位、省級第4位。越來越多的學生團隊申報大學生雙創訓練、四川省苗子工程等省部級及以上的學生科研項目,如“規模化蛋雞場抗病毒中草藥的研究與應用”項目等。

在雙創方面,2015年,我院獲批立項3項; 2016年,獲批立項10項;2017年,獲批立項11項;2018年,獲批立項21項。其中,“低木素/高纖維/高產量工業用梁山慈竹突變體的篩選研究”“顯微輔助單細胞捕獲裝置的研發”“峨眉山野生金蟬花規模化培養工藝”“丘處雞果凍雞丁醬-‘互聯網+’助飛脫貧”等7項獲批為國家級項目，“‘互聯網+’背景下的家庭園藝咨詢與‘智慧園藝’產品開發”“柴胡地上部分的綜合應用”“原生竹材料對自然水中污染物吸附能力的研究”“三種類型鉀鹽脅迫玉米的響應機制”等38項為省部級項目,項目總金額達80萬元。此外，申請立項并完成西南科技大學大學生創新基金項目近40項，每年均積極參加“挑戰杯”“創青春”“互聯網+”“國藥杯”“中國創翼”等全國大學生電子商務“創新、創意及創業”挑戰賽、全國大學生生命科學競賽、全國大學生生命科學創新創業大賽等學術型與創業型的學生科技競賽,參賽學生400人次,參賽學生占全院學生的比例在60%以上。

在科研訓練方面,學生通過參與導師的科研項目夯實知識基礎，并在導師指導下,申請國家級、省部級、市校級學生科技項目,獨立完成項目后撰寫學術論文。同時,以學生為第一作者,將項目研究結果以學術論文形式發表,促進學生與同行的交流。培養了學生的科研素養和探索精神,激發了學生的科研熱情,各專業學生考研率在35%以上,其中生物技術專業高達60%。每年為“985工程”“211工程”大學及科研院所提供優質的碩士生生源。

在畢業論文(設計)方面,自采用“523制”以來,緊緊圍繞導師的科研項目或學科前沿及行業需求,形成了題目來源多樣化、科研訓練常態化的良好局面。在校內外導師的共同指導下,學生的論文(設計)質量不斷提高。通過系統的實踐和訓練，學生的學習能力、科研能力、創新能力等得到了很好的鍛煉,各專業學生的就業率保持在90%以上。

5 結語

實踐教學是高校培養創新人才的重要環節。推進實踐教學改革與創新,構建新的實踐教學體系,是實現高校發展目標和人才培養目標的重要途徑[11-13]。經過多年的教學改革和實踐,逐步形成和完善了以培養學生綜合能力為核心、以提升學生實踐能力和創新能力為導向的多學科交叉融合式創新能力人才培養實踐教學體系，形成了集“自主式、設計式、合作式、研究式、互動式”于一體的實驗教學模式，搭建了以實踐教學改革為先導的多學科、多專業交叉集成的實驗教學平臺，架構了多層次集成的實踐教學基地，全面實施了實踐教學質量監控機制,為學生實踐能力和創新能力培養提供了有力保障，為多學科背景應用型、復合型、技能型人才的培養奠定了基礎。