真實問題導向下生物技術專業創新應用型人才培養模式改革與實踐

鄭方亮, 付 琳, 王翔宇, 韓傳玉, 李 輝, 霍雅鵬, 朱春玉

(遼寧大學 生命科學院,遼寧 沈陽 110036)

生物技術是世界科學發展中極為重要和活躍的一門學科,廣泛地應用于醫藥、農業、能源、環保、制造等諸多領域,與人類生存和可持續發展關系十分密切[1]。特別是2019年新冠疫情的爆發更加凸顯了生物技術在疫苗研制、藥物研發和檢驗檢測等方面的重要作用。近年來,我國生物技術產業發展迅速,“十四五”規劃明確將生物技術作為九大戰略性新興產業和七大科技前沿攻關領域之一,并提出“推動生物技術和信息技術融合創新,加快發展生物醫藥、生物育種、生物材料、生物能源等產業,做大做強生物經濟”[2-3]。在此背景下,為滿足我國生物技術相關產業發展需求,迫切需要培養理論知識扎實、實踐動手能力過硬并具有創造性思維的創新應用型生物技術人才。隨著國家高等教育改革的不斷深化和新形勢下社會發展對人才的需求,堅持問題導向,探索符合我國生物技術產業發展需求的人才培養新模式,是當前推進高校人才供給側結構性改革的重要途徑[4-5]。遼寧大學生物技術專業作為國內一流本科專業,從學校“雙一流”大學的辦學定位出發,立足我國經濟結構戰略性調整要求和生物技術產業對創新應用型人才的需要,聚焦人才培養中存在的真實問題,以科教融合、產教融合和校企合作為基礎,以將學生培養成理論知識扎實、實踐動手能力過硬并具有創造性思維的創新應用型人才為目標,著眼于教學內容與方法的改革,著力于產學研融合長效機制的建立,通過探索和實踐,構建了以培養人文與科學精神、創新與實踐能力、創造與創新思維為核心的創新應用型人才培養新模式,為培養厚基礎、強技能、善應用的生物技術人才提供了新的參考。

1 生物技術專業人才培養中存在的真實問題

遼寧大學生物技術專業以成立于1958年的微生物學專業為基礎,組建于1998年,是遼寧大學傳承最久的專業之一,2009年獲批遼寧省教育示范專業。隨著時代的不斷進步,在專業的發展過程中,一些教學問題逐漸顯現出來。

1.1 原有培養模式定位存在偏差,難以對接生物技術產業發展的真實需求

21世紀,生物技術的熱潮正席卷全球,世界各國都在大力發展生物技術及其產業,以擴大生物經濟領域的全球市場份額[6]。在全球生物技術研究都處于高投入的當下,我國生物技術產業只有儲備好戰略性人才,才能在技術端實現突破與創新,搶占全球生物技術產業的制高點[7-8]。新形勢下,生物技術領域正呈現出多學科、多領域的多元融合發展趨勢,生物技術產業需要的是既具有扎實的理論基礎,又能夠將專業知識和實踐技能應用于解決實際生產問題,具有創新精神和創造思維的應用型人才。原有的生物技術專業人才培養模式注重學生的基礎理論知識水平和科學研究能力,而忽視了對學生實踐技能和創新能力的培養。由此可見,原有的培養定位與目標難以適應生物技術產業發展需求,所培養畢業生具有的能力已經不能夠完全滿足各企業用人單位的需要,生物技術專業人才培養模式亟待改革[9]。

1.2 原有教學內容與方法單一陳舊,難以適應新形勢下創新應用型人才培養要求

由于生物技術專業很多專業課程涉及知識體系較廣,內容復雜、抽象,為了將盡量多的知識傳授給學生,教師總是采用“滿堂灌”的課堂教學方式,很容易導致學生學習主動性不強、參與度不高,出現“沉默式”教學。加之,單純線下授課的教學方式無法提供多元化的信息和足夠的消化吸收時間,導致部分學生不能快速理解課上講授的內容,更不能回答老師提出的延展性問題。在這樣的情況下,教師很難拓展知識點,并充分將理論和實踐結合起來,無法達到理想的教學效果。另外,傳統的教學停留在對學生知識的傳授,忽略了對學生的思想教育,學生可能對自己未來的職業規劃和正確的價值觀認識模糊。

1.3 原有科研訓練環節薄弱,學生創新意識差、創新能力不強

生物技術屬于實驗性學科,此領域人才需要扎實的科研訓練和勇于創新的精神去完成相關產品的研發。但是相較于發達國家,我國生物技術產業起步較晚,各大院校開設生物技術專業的時間也不長,科研訓練環節薄弱,對本科生的教育只停留在理論環節和一些最基本的實驗操作上,學生跟著已有的實驗步驟進行機械的操作,獨立思考與團隊協作能力差。加之,本科通常實行大班授課制,一名教師同時教授幾十甚至上百名學生,教師與學生沒有深度的交流,導致科研創新意識和創新能力得不到很好的訓練。此外,學生缺乏將專業理論知識和實驗技能有效地轉化為具體實踐的平臺,不愿參加各種專業競賽或創新創業大賽,更無法參與到生物技術產品和相關的研究中去,面臨畢業即失業的問題,生物技術創新應用型人才匱乏[10-11]。

1.4 原有實習實踐體系脫離行業產業真實現狀,產教融合低、學生實踐能力弱

雖然國內眾多高校均設有生物技術專業,但是普遍存在重理論教學、輕實踐實習以及實習脫離實際等現象[12-13]。具體問題主要有以下三方面:第一,實習實踐課程質量不高,理論和實習課程過于以書為本,脫離生產實踐真實問題及需求,導致課程學習與未來工作需求脫節;第二,專業培養體系中缺乏創新創業教育,創新創業教育只是針對部分積極主動參與創新創業訓練計劃項目或參與教師科研項目的學生開展,學生受眾面較小;第三,實習基地實踐教學模式單一、合作企業積極性不高以及實習基地資源利用不充分,導致學生開展創新創業實踐的質量較差。這些問題就會導致培養的學生普遍存在動手能力不強、創新意識薄弱、科學素養不高,影響學生畢業后的擇業。隨著生物技術的快速發展,企業對生物技術畢業生的實驗技能經驗和問題解決能力也提出了更高的要求。因此推進培養符合社會需求的科技創新人才,針對有效提升大學生創新創業實踐能力的教育改革勢在必行[14]。

1.5 原有師資力量薄弱,教師能力有限,無法勝任創新型人才培養任務

在師資方面,高校教師以教學為主要任務,缺乏從業背景和行業實踐,無法勝任創新型人才培養的任務。專業授課教師不接受相應創新創業思想的培訓和交流學習,即使學生有創新創業的愿望和想法,沒有人理解和指導,也只能紙上談兵[15]。因此,要想向社會高質量地輸出生物技術創新應用型人才,就得有一批具有創新創業教育指導能力和行業實踐經驗強的師資隊伍[16]。

2 解決真實問題的主要改革措施

2.1 對接生物技術產業發展的真實需求,構建基于OBE(Outcomes-based Education)理念的創新應用型人才培養模式

OBE(Outcomes-based Education)教育理念即目標導向教育[17]。通過深入用人單位及相關領域進行廣泛調研,了解企業對人才能力的精準需求,確定了生物技術專業定位為“培養具有一定科學研究素質和創新能力的應用型人才”。以專業定位為基礎,以人才需求為導向,以學生為中心,科學制定培養方案,課程設置突出基礎課程的“厚”、專業基礎課的“精”、選修課的“廣”。通過對人才培養方案的反向設計和正向實施,達到“寬口徑+創新能力+應用型”的知識與能力的結構目標,構建由通識教育課程、學科教育課程、專業教育課程、交叉學科教育課程和實踐教學環節構成的“五位一體”課程體系;在體系中突出實踐能力和創新思維培養,實習實踐學分數占總學分比例提升至32%。

2.2 加強課程建設、深化課堂改革,服務創新應用型人才培養目標

2.2.1 建立以行業需求為導向、突出現代生物技術應用為特色的課程體系 2019年《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》中指出“課程是人才培養的核心要素,課程質量直接決定人才培養質量”[18],依據行業需求和人才培養目標,需要建設適應創新應用型人才培養需要的優質課程[19]。在專業教育課程中,在原有的“基因工程”“細胞工程”“蛋白質與酶工程”“生物信息學”等核心主干課程的基礎上,增設“生命組學”“細胞信號轉導”“微生物高通量測序與數據分析”等學科前沿領域選修課程,提升課程高階性,注重培養學生對前沿技術方法的掌握和高級思維;在交叉學科教育課程中,通過增設“生物制藥學”“食品微生物檢驗”“動植物檢驗檢疫學”等課程,滲透生物技術專業的新知識、新方法和新應用,突出創新性,體現多學科交叉融合,培養學生將所學知識用于解決實際問題的能力及勇于創新的精神;在實踐教學環節中增加“生物技術綜合實踐”“實驗室安全與操作”等技能課程,加大學生在實踐中的學習投入,增加挑戰度和體驗感,著重培養學生解決復雜問題的綜合能力與創造性思維。

2.2.2 增強課程內容的前沿性和時代性,與時俱進、不斷更新教學內容 在教學內容方面,及時將學科相關的熱點問題、學術研究和科技發展的前沿成果引入課程,強調課程內容的廣度和深度,增強教學內容鮮活度,提高學生的科學視野與專業素養[20]。2020年在新冠疫情爆發之初“微生物學”課程內容增加了“新冠病毒溯源”“新冠病毒傳播途徑”等內容,2021年隨著科學界對新冠病毒了解的深入,進一步增加了“新冠病毒感染機制”等內容。“免疫學”課程在2020年增加了“免疫系統如何清除新冠病毒”等內容,2021年又增加了“新冠病毒各種疫苗優缺點”等內容。“分子生物學”課程內容增加了新冠病毒核酸與抗原抗體檢測技術、RNA干擾技術、腫瘤免疫調節與靶向治療等內容。“基因工程”課程內容增加了CRISPR-Cas9基因編輯技術的應用、轉基因動物模型的建立、新冠疫苗的制備等內容。

2.2.3 積極推動課堂革命,探索啟發式、探討式和參與式教學方法 以提升教學效果為目的進行教學方法創新,強化課堂設計及現代信息技術與課堂教學的深度融合[21-22]。“微生物學”自2014年起開展跨校修讀,將以往單純的線下課堂授課變為多維度、多元化的線上線下混合式教學,同時在翻轉課堂中增設討論和辯論環節,內容緊密結合生產實踐中的真實問題及領域內最新的學術進展,如:抗生素引發的耐藥性問題、微生物在固體廢棄物處理中的應用及腸道菌群與人類的關系等,激發學生的學習興趣。“生物制藥學”課上插入師生角色互換方式,調動學生的學習積極性和強化師生互動。“免疫學”“分子生物學”“植物學”等課程運用雨課堂互動、課下小組項目討論等方法,“細胞生物學”等課程安排前沿文獻閱讀并進行“每人一點評”,通過教學方法的創新積極引導學生進行探究式與個性化學習。

2.2.4 推動“課程思政”教學設計,做到課程門門有思政、教師人人講育人 落實“立德樹人”根本任務,把育人要求落實到人才培養全過程,從更深的層次、更寬的范圍中挖掘各類課程和教學方式中蘊含的思想政治教育元素[23]。要求每門課程圍繞專業培養目標中的核心素養來完善教學大綱,科學合理設計思政教育內容。教學實施過程中,教師根據實際教學情況,常采用“案例式”思政育人的方法,以學生關注的、鮮活的現實問題為切入點,引導學生思考和探究國計民生中的熱點問題,做到思政與專業相長。同時,開展“遺傳學”“微生物學”“生物制藥學”等課程的思政示范課程建設,將學科育人和課程育人充分融合,引領學生樹立正確的科學觀、人生觀和價值觀,力爭實現學生人格塑造、能力培養、知識傳授“三位一體”的思政育人目標[21]。

2.2.5 以學生為中心,完善過程考核制度、實施科學課程評價 2019年《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》中指出,深化教育教學改革要完善考核評價機制、建立過程性考核與結果性考核有機結合的學業考評制度[24]。通過課堂互動、課后作業、線上視頻、文獻小組展示、階段性測試、期末測試等多種形式,科學確定過程考核比重,加強對學生課堂內外、線上線下學習的評價,讓過程性考核落實到每門課程,激發學生主動學習的意識,更加全面、科學地對學生知識、能力水平與道德素養等各方面進行全過程考核。同時,鼓勵和豐富探究式、論文式、報告答辯式等作業評價方式,增強學生課程學習的深度和挑戰性,幫助學生通過考試與評價實現學習,并提高分析、探索與創造能力。

2.3 建立多層次科研訓練平臺,科教融合培養學生創新能力與創新思維

強化科研與教學的緊密結合,建立既重基礎又能培養科學思維和綜合應用創新能力的實驗實踐教學體系[25]。根據人才定位推進以下教學改革措施:①通過對實驗、實踐課程內容和教學方法的調整,建立以學生為中心,以自主式、合作式、研究式為核心的實驗教學模式,培養學生的創新能力和團隊協作精神;②依托“創新型實驗”“生物學野外實習實踐”“生物技術綜合實踐”等實習實踐環節,將教師的部分科研項目轉化為本科教學資源,將教學內容與社會實際需求緊密結合,培養學生創新性解決實際問題的能力;③通過鼓勵和引導學生參加教師科研項目、創新創業實踐班及各類大學生創新創業訓練計劃,以實踐來理解與鞏固理論知識,以實踐為基石培養創新能力,拓展學生專業實踐能力和創新能力;④開展本科生“導師制”,任課教師和學生可進行雙向選擇,一名教師負責幾個學生,而不是傳統式的大班管理,有利于學生和教師的深度溝通,確保學生接受指導全覆蓋,為深度培養其實踐創新能力提供機會和保障。通過以上改革措施的推行,培養學生在未來競爭中發現問題、創造性解決問題的能力和科學素養。

2.4 深化產教融合與校企合作,強化學生實踐能力培養

遼寧大學生命科學院與21家專業相關的企事業單位保持著密切的合作關系,并在此基礎上建立了14個校外實習實踐基地。為了充分發揮實習實踐基地在實踐教學中的作用,通過一系列改革措施對實習實踐基地的教學功能進行了深度挖掘。①改變以往“參觀式”實習方式,建設現代復合型實踐基地,與校外多個實習基地建立深度合作關系,在雙方共同的努力下,改善學生實習環境,增加實習人數,延長實習時間,有效提升了教學水平和學生實踐能力;②依據校外實習基地特有的資源,完善實踐課程內容,改變生物學基地的單一實踐教學模式,實習科目涵蓋多門課程和多種形式,拓展了教學內容和教學模式,提高了教學質量;③校企合作申請科研項目,組織教師與實習基地人員不定期開展討論,充分了解實習基地需要解決的實際問題,將高校人才培養過程與實習基地的利益需求相結合,互利雙贏提高企業配合實踐教學的積極性,提升實習實踐課程質量,形成人才、技術和產業相互促進的良好局面;④將各類大學生實踐類競賽選題與實踐基地的資源和需求緊密結合,不僅解決了學生缺乏課題材料、競賽選題難的問題,還可激發學生對創新創業的熱情,提升學生解決實際問題和創新的能力。

2.5 堅持內培外引的原則,組建一支既懂理論教學又懂實習實踐的“雙師型”教學隊伍

教師既是教學的主體,也是影響人才培養質量的關鍵因素。培養創新應用型人才要靠一支既懂專業理論教學又能夠指導實習實踐的“雙師型”教學隊伍[26]。為此,我校生命科學院采取以下幾種措施對教師進行引進和培養提高:①學院堅持“以人為本、人才強院”的理念,加大人才引育力度,引進一些專業知識扎實,科研能力強的教師,提高師資隊伍水平;②實施“名師培育計劃”和高層次人才領銜建設核心課計劃,加強教師專業能力、創新創業教育能力的同時增加對教師師德、課程思政的培訓,打造一支綜合素質較高的教學隊伍;③注重青年教師培養,實施“青椒培訓計劃”,通過國內進修和出國訪問等多種途徑加大對青年教師的培養力度;④聘請具有豐富實踐經驗的企業工程技術人才來學校教學或指導學生進行實踐,吸引優秀科學家及企業高級工程師到學院兼職,開展教學和科研活動,拓展學生的視野和理論聯系實際的能力。

3 創新應用型人才培養模式的應用效果

培養模式自2014年9月起開始構建,2016年9月開始實施,經過5年實踐,顯著提升了人才培養質量,取得了豐碩的理論和實踐成果。

3.1 人才培養體系更加科學合理,定位明確、彰顯特色

專業人才培養方案是培養人才的頂層設計,是實現人才培養目標的主要依據,也是建立專業標準的載體。在結合區域經濟、社會發展的基礎上,團隊緊緊圍繞遼寧大學人才培養目標定位,制定了專業培養標準,細化了專業培養目標,為專業的快速發展奠定了基礎。修訂的人才培養方案從2016年9月開始實施,至今取得了豐碩的成果。2018年專業下屬實驗中心獲批遼寧省生物學實驗教學示范中心,2019年獲批遼寧省一流本科專業建設點,2021年獲批國家一流本科專業建設點。

3.2 通過課程建設和課堂改革,教師教學能力、課程質量、教學效果顯著提升,成績斐然

生物技術專業現有專任教師43人,通過深入的教學改革,教師的教學積極性、教學水平,課程質量均大幅提升,近五年,獲批教育部產學研育人項目6項,省級教學改革項目7項,遼寧省一流本科課程6門,遼寧省教學成果獎4項。為了明確教學改革后學生對課堂的切身體會,在實施教改的學生中抽調2019級生物技術專業學生59人和2021級生物技術專業學生61人對教學改革的效果進行了問卷調查(圖1)。隨著課程建設和課堂改革的持續進行,上述改革措施解決了傳統教學易出現的“滿堂灌”和“沉默式”等問題,評分結果表明學生學習興趣、主動性和參與度顯著提升;此外,在科學素養、實踐能力、創新性思維培養等方面,2021級學生的評分均高于2019級,表明學生對教學效果的滿意度有所提升,教學內容與方法的持續改進效果良好。

圖1 教改后教學效果的問卷調查Fig.1 Questionnaire survey on the teaching effects after the teaching reform

3.3 畢業生培養質量穩步提升,創新創業能力不斷增強

系列改革措施實施以來,生物技術專業學生的培養質量顯著提升,學生參與教師科研項目的積極性明顯高于過往,參與科研項目人次逐年增加。2016年學生參與科研項目的比例僅為39.7%,經過5年的改革與實踐,2021年學生參與科研項目的比例上升至65.1%,共計參與科研項目14項。畢業生到國內外名校和科研機構深造升學率平均31.71%。2017～2020年共主持“大學生創新創業訓練計劃”項目88項,其中國家級12項,省級23項,榮獲中國“互聯網+”大學生創新創業大賽國家級銅獎1項,省級創新創業類大賽獎項19項。獲得省級優秀本科畢業設計(論文)6項,畢業生實踐能力、創新能力獲得用人單位的高度認可,畢業生就業率連續5年達到99%以上。

3.4 學生能力的提升及產教融合、校企合作的深化促進教師科研碩果累累

產教的深度融合、校企的深度合作打開了知識服務社會的巨大空間,企業生產實踐中的實際問題和需求給教師們提供了豐富的科研靈感和素材,在此基礎上,生物技術專業教師先后承擔國家級課題、省部級課題及企業橫向課題55項,榮獲省部級科研獎項10項。在這些課題的完成過程中,參與其中的學生起到了不可或缺的作用,幾年來參與發表高水平科研論文22篇,申請專利11項。

3.5 師資力量不斷壯大,教學成果顯著增加

目前生命科學院有專業教師34名,全部具有博士學位,教授12名,副教授10名,其中博士生導師9人,遼寧省“百千萬人才工程”人才6人,興遼人才1人,遼寧省教育廳優秀人才6人。教師教學能力不斷提升,本專業教師未出現師德師風失范情況,學生評教教師優秀率100%。近5年獲批遼寧省優秀教學團隊1個,遼寧省教學名師榮譽稱號2人,遼寧省優秀創新創業指導教師5人。遼寧省優秀創新創業導師1人,遼寧省創新創業大賽優秀指導教師7人,發表教改論文11篇。構建“雙師型”教學隊伍政策實施以來,生命科學院生物技術專業聘請了兼職教師12名,均是來自生物技術公司的技術人員,如大連海關技術中心植物檢疫實驗室科員、萬類生物科技有限公司科學業務事業部總監、吉林省林業科學研究院研究員等,明顯增強了學生對知識的掌握和實踐應用能力。

4 小 結

隨著國家人才創新驅動發展模式的深入實施,黨和國家對高等教育提出新要求新使命。為順應新形勢下我國生物技術產業發展需求,遼寧大學生物技術專業從學校“雙一流”大學的辦學定位出發,結合高等教育的發展戰略方針,提出了“以解決真實問題為導向,對接生物技術產業發展需求”的人才培養理念,圍繞培養“創新應用型生物技術人才”目標,開展了遼寧大學生物技術創新應用型人才培養模式的實踐探索。該模式建立了有利于學生創新與實踐能力培養的科研訓練和實踐平臺,構建“雙師型”教學隊伍,突出科教融合、產教融合和校企合作深度協同育人。將前沿科研成果導入教學資源,促使學生創新意識與能力培養從課程體系延伸到科研與實踐體系,從校內延伸到校外,形成了多平臺多層次的“產學研”長效機制,實現了學生知識獲取、能力培養從“淺層興趣激發”型向“深度創新研發”型轉化,為培養厚基礎、強技能、善應用的創新型生物技術人才提供強有力支撐。