新工科背景下生物工程專業實踐教學體系建設

楊旭 陶靜 遲雷 張志平 胡曉龍 魏濤

摘? 要：在新工科建設背景下，以培養應用型人才為目標，結合工程教育理念，構建生物工程專業實踐教學體系，以滿足社會發展對應用型人才的需求。體系建設實現以課堂教學為主向課堂教學與課外教學相結合轉變，突出強化創新創業教育。實踐教學體系兼顧理論和工程知識，提高學生參與工程設計的興趣，加強校企合作。從教學實施上，師生成果能很好地轉化為科學研究，對其他高校相關專業應用型人才實踐教學體系的建立具有一定參考價值。

關鍵詞：新工科；生物工程；工程教育；實踐教學；體系建設

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）S1-0053-04

Abstract： Under the background of emerging engineering education， with the goal of cultivating applied talents， combined with the concept of engineering education， a practical teaching system for bioengineering majors has been constructed to meet the needs of social development for applied talents. The system construction has realized the transformation from focusing on classroom teaching to the combination of classroom teaching and extracurricular teaching， highlighting the strengthening of innovation and entrepreneurship education. The practical teaching system takes into account both theory and engineering knowledge， which improves students' interest in participating in engineering design and strengthens school-enterprise cooperation. In terms of teaching implementation， the achievements of teachers and students can be well transformed into scientific research， which has certain reference value for the establishment of practical teaching systems for applied talents in related majors in other universities.

Keywords： emerging engineering education; bioengineering major; engineering education; practical teaching; system construction

在經濟發展的新形勢下，特別是第四次工業革命的出現，工科教育與產業之間的互動與合作程度空前增長。傳統的高等工程教育已不能有效地適應當前經濟發展的需要[1]。如何培養適應新技術、新產業、新經濟的新型應用工程人才，是世界各國教育工作者面臨的挑戰。新工科建設為國際工程教育的發展提供了新的視角和“中國方案”。新工科建設是以《卓越工程師教育培養計劃》為基礎，應對新經濟挑戰、服務國家戰略、滿足產業需求、面向未來發展，不斷深化工程教育改革的重大行動計劃[2]。作為應用型本科院校工科專業的教師，應充分把握“新工科”學科建設的內涵，注重工程人才培養的改革[3]。工程專業學位課程必須使畢業生能夠勝任畢業后的工程實踐工作，并為他們未來的職業發展做好準備[4]。然而從傳統的角度來看，高校普遍對工程實踐能力的培養重視不夠[5]。在此背景下，國家教育部印發了《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》，明確提出要大力加強實踐教學，切實提高大學生的工程實踐能力。通過對歷次用人單位反饋和對畢業生的跟蹤調查發現，筆者所在高校生物工程專業（以下簡稱“本專業”）實踐教學面臨以下問題：①實踐性教學與產業發展脫節，實踐主題與工程實際需求銜接不緊密；②實踐性教學課程設置少，不能形成完善的實踐機制；③實踐教學體系不健全，沒有足夠的教學控制和評價機制；④實踐教學關聯性不強，沒有考慮到學校的專業特色。

在這種教學模式下，學生可能對于工程實際缺乏足夠了解，有的學生到畢業還不清楚本專業能夠做什么工作。課程教學內容中理論知識多而具體實踐過程少，學生缺乏對工程應用探究的主動性和積極性，感覺知識虛而無用，對于考試也大多應付了事，學習態度消極，教學效果差[6]。以新工科建設為契機，在推進工程教育“以學生為中心、產出導向、持續改進”核心理念全面改革過程中，亟需對課程的教學內容和教學方式進行改革創新[7-8]。

通過對專業培養目標的不斷修訂和完善，旨在培養學生綜合運用所學知識分析和解決實際工程問題的能力，使學生具備工程師的基本素質，建設了以期有推廣意義的實踐教學體系，為強化學生的工程能力探索一條可行之路。這是大學生向工程師轉變的一個重要的教學環節，最大的特點是需要在低年級從純理論學習過渡到工程學習。工程能力的培養需要大量的實踐，讓學生熟練運用所掌握的理論知識解決工程實際問題。希望通過教學改革，進一步提高實踐教學在生物工程專業教學中的比重，充分滿足行業企業需求，滿足要求實施《卓越工程師教育培養計劃》，提高教師的工程實踐教學能力，滿足“雙師型”教師的要求，為學生畢業后從事工程設計工作奠定基礎。

一? 生物工程專業實踐教學體系建設

（一）? 建設目標

隨著社會的不斷發展，行業對畢業生的需求標準也在不斷提高[9]。本專業以合理性評價征集的各方意見和建議，尤其是企業專家的意見為修訂依據，結合學校培養目標定位、專業調研的生物工程產業發展及人才需求分析、《生物工程類教學質量國家標準》、T/CEEAA 001—2022《工程教育認證標準》、《工程教育認證專業類補充標準-化工與制藥類、生物工程類及相關專業補充標準》等文件要求，修訂了2017版生物工程專業培養目標，致力于培養“能夠在生物工程及醫藥、食品、能源等相關領域，從事生產加工、品質控制、新產品開發、科學研究、工程設計及企業管理等工作，富有社會責任感、創新精神和實踐能力的高素質應用型人才”。在此基礎上，調整了2017版課程體系，建設了實踐教學體系。在修訂課程體系中，推進課程改革，落實工程教育專業認證核心理念，突出強化創新創業教育，科學構建層次遞進的教育課程群，全方位推行實踐教育。

（二）? 建設內容

以學院平臺為依托，將學科建設、重點實驗室建設與本科生校內實踐緊密結合，整合校內外優質辦學資源，構建了高水平、多層次、教學科研一體化的生物工程特色專業實踐教學體系。本專業實踐教學體系主要包括實驗、設計、企業、團隊、創新創業和畢業設計實踐等多種形式（表1），如實驗實踐包括基礎實驗、專業基礎實驗和專業實驗；綜合型、設計型實驗項目在生物基礎實驗、生物專業基礎實驗、生物工程專業實驗、發酵工藝課程實習和分離原理課程實習等實踐課程中體現；工程設計包括單元設備設計和工藝設計在化工原理課程設計和工廠設計課程實習課程中體現；實習包括認識實習和生產實習等在工程見習、生產實習和畢業實習課程中體現；科技創新、創業和社會實踐活動在創新創業課程中對實踐學分的要求體現。本專業2017版修訂培養方案中，實踐教學共計39學分，約占畢業最低總學分（178學分）要求的21.9%。在2017版修訂課程體系中，開設了“創新創業類”選修課程大學生創新基礎和創新創業實踐，在自主發展體系創新拓展類開設4門選修課。此外，在整體壓縮學時的基礎上，維持創新創業類實踐需達到4學分的要求，鼓勵學生積極參加到各類學科競賽、創新創業項目以及導師的科研項目中。

二? 實踐教學實施過程措施

（一）? 強化安全教育，保障實踐教學實施

實驗課程可以有效地培養學生的實踐能力和創新能力。目前還沒有一門實驗課程將安全教育作為工程教育的獨立內容。然而，安全教育在事故預防中發揮著不可替代的重要作用，對提高個人安全意識也至關重要[10]。中國的“十四五”規劃強調，建立應急文化是建設應急管理體系的主要任務之一。GB/T 33000—2016《企業安全生產標準化基本規范》包含了安全教育培訓的規定[11]。基于此，本專業學生在進入實驗室開展實驗前，除學習學生實驗守則相關的安全知識外，指導教師必須進行相關安全知識教育，強調安全注意事項。學生經考核通過獲得安全培訓合格證書后（圖1），方可開展后續實驗。

（二）? 搭建實踐平臺，服務學生科研需求

依托學院的實踐平臺，按照國家級大學生創新創業訓練計劃的要求，本專業搭建了一個創新實驗室和6個創新創業孵化基地，適宜學生創新創業，全部對本科生開放實施一系列創新項目。大學生創新創業項目實施全程導師制，實行研究小組學習計劃（要求年級梯隊），本科生直接參與前沿科研項目。項目實施過程中，通過導師指導，使不同階段學生接受系統科研訓練，提高了學生的專業興趣和學術素養。

依托學校教學科研資源，積極聯系企業建立良好合作關系，建立了仰韶生物工程實驗室、微生物制劑實驗室2個實習基地，生物與醫藥、生物質利用與轉化、多糖生物技術3個研究方向。實習基地的設施條件和教學內容能夠為學生提供工程實踐平臺。學校聘請企業的高級技術人員作為企業指導教師，指導學生進行工程實習，加深學生對工程知識的掌握，鍛煉學生的實踐動手能力?！渡锕こ虒I人才培養方案（2017修訂版）》中增加了全部學生至少參加兩周畢業實習環節，所有工程類學生都要完成工廠設計類論文（實驗內容作為輔助）。在畢業設計實施階段，實行“校內導師+企業指導教師”雙導師制，從選題階段到畢業答辯的全程參與，指導學生進行充分的工程鍛煉。

（三）? 以賽促教，提高學生實踐能力

許多高校的實踐證明：以賽促教是提高學生工程實踐能力的有效途徑[12-14]。本專業在人才培養中實行創新創業實踐學分制度。在學校政策的支持和鼓勵下，專業教師結合自己的科研，積極組織學生申報校級、省級，國家級創新創業項目及各項省、國競賽項目，全程指導立項、中期檢查、結題等環節，讓學生參與到科學研究和產品開發中，了解和解決所涉及的工程問題，從而培養學生的實踐能力。本專業學生在“互聯網+”“挑戰杯”“生命科學聯賽”等國家級創新創業大賽中屢獲佳績，2017—2022年共有43個項目獲獎，其中國家級獎項16項，河南省獎項27項。學生通過競賽設計內容的準備和答辯，提高專業知識應用水平和工程意識，對培養學生的團隊合作精神和創新意識具有重要的現實意義。

（四）? 開展案例教學，培養學生應用能力

案例通常來自教師的實際科研項目，一般都是最新的研究理念和前沿科研成果。如基因工程課程實習中“代謝工程實驗”由任課教師的省部級項目“以枯草芽孢桿菌為底盤合成新型維生素吡咯喹啉醌的關鍵技術研究”（已結項）轉化而來。在案例教學過程中，學生通過解決實際問題將理論應用到實踐中，同時使學生從廣泛的信息中了解課程的體系結構和主要內容，把握課程的要點，提升前沿知識水平。

發酵工藝課程實習替換了部分傳統實習內容，結合本專業特色，新增了任課教師從博士期間以來一直進行的“微生物油脂”科研內容，緊跟新時期社會對生物能源的需求，有利于學生進入工作單位即可進行相應工作。另外，為應對新形勢下教學要求，在發酵工藝課程實習中加入了白酒釀造工藝虛擬仿真實驗教學，借助虛擬現實技術的可視化、直觀性等特點，充分利用視頻、動畫、圖片等多媒體形式將抽象的基礎理論和陌生的技術更直觀地呈現給學生。學生可以采用線上學習方式從所學知識中回憶自己感興趣的概念，這比單純閱讀課本更有效。白酒釀造工藝虛擬仿真實驗教學在生產實習和畢業實習中也得到了充分應用，得到了學生的一致好評。

生物工程專業實驗新增了500 L精釀啤酒發酵內容，為生產模擬綜合性實驗，實驗條件成熟，實驗效果良好。根據學生的不同興趣，滿足學生的個性化需求。使學生對啤酒精釀專業知識了解得更專、更精、更深，為畢業設計、升學讀研究生打下基礎。

（五）? 實踐教學質量監控規范化、閉環化、常態化管理

課程質量評價體系是引導學生主動學習的重要手段之一，是評價教學效果、實現教學目標、規范教學方法的重要依據[15]。筆者所在學校建立了校、院、系三級教學質量監控體系，規范教學質量評價和考核，明確質量評價的主體，制定質量評價具體流程和措施，做到教學質量監控閉環化、常態化管理。生物工程專業對各類理論和實踐課程定期開展課程體系設置和課程質量評價，聚焦學生的學習成果，課程內容、教學方法和考核方式，定期進行了課程體系教學質量評價（圖2）。

（六）? 實踐教學對教師的要求

上述課程的教學改革措施對教師的工程應用能力和專業水平提出了較高的要求。在一定程度上，教師也需要持續不斷地學習新的知識才能滿足實踐教學的需要，特別是專業工程設計方面。為進一步提高人才培養質量，建設滿足工程人才培養要求的高水平專、兼職教師隊伍，保障推進工程教育改革，學校鼓勵教師進企業從事工程實踐工作，要求工科各專業45歲以下沒有工程師經歷的專業基礎課和專業課教師，有計劃地進行剛性培訓，提高其工程實踐能力。對已有工程師經歷的教師實行輪訓制度，強化工程實踐能力。對接企業安排了具有豐富實際工作經驗、具有高級職稱以上的人員對派駐企業的教師進行對口指導，教師在企業從事工程實踐工作期間必須開展實質性的具體工作。

三? 結束語

基于新工科建設背景，在推進工程教育“以學生為中心、產出導向、持續改進”核心理念指導下總結實踐建設了實踐教學體系。由淺入深完成專業要求的實驗、設計、企業、團隊、創新創業和畢業設計實踐等多種教學目標，適用于生物工程及相關專業的實驗和綜合實習。通過系統實踐訓練，學生對工程實踐有了深入的理解，明晰將來工作方向和內容，對工程應用探究的主動性和積極性有了明顯提高。從2017年對培養目標的修訂開始，本專業嚴格按照實踐教學體系內容進行質量評價和持續改進，2020年通過中國工程教育認證，2021年專業獲國家一流本科專業建設點。在專業水平上取得這樣的成果，將使專業工程教育顯著轉向實踐。通過與行業的密切合作，未來的畢業生將獲得更多的工程技術和設計知識。實施教學改革需要學校領導和全體教育工作者的參與，以及行業專業人士的大力支持。不過，實踐教學工作仍需要進一步探索才能更加深入，以加強社會層面對工程實踐的重視。

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