新工科背景下生物工程专业实践教学体系建设

摘  要：在新工科建设背景下，以培养应用型人才为目标，结合工程教育理念，构建生物工程专业实践教学体系，以满足社会发展对应用型人才的需求。体系建设实现以课堂教学为主向课堂教学与课外教学相结合转变，突出强化创新创业教育。实践教学体系兼顾理论和工程知识，提高学生参与工程设计的兴趣，加强校企合作。从教学实施上，师生成果能很好地转化为科学研究，对其他高校相关专业应用型人才实践教学体系的建立具有一定参考价值。

关键词：新工科；生物工程；工程教育；实践教学；体系建设

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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

在经济发展的新形势下，特别是第四次工业革命的出现，工科教育与产业之间的互动与合作程度空前增长。传统的高等工程教育已不能有效地适应当前经济发展的需要[1]。如何培养适应新技术、新产业、新经济的新型应用工程人才，是世界各国教育工作者面临的挑战。新工科建设为国际工程教育的发展提供了新的视角和“中国方案”。新工科建设是以《卓越工程师教育培养计划》为基础，应对新经济挑战、服务国家战略、满足产业需求、面向未来发展，不断深化工程教育改革的重大行动计划[2]。作为应用型本科院校工科专业的教师，应充分把握“新工科”学科建设的内涵，注重工程人才培养的改革[3]。工程专业学位课程必须使毕业生能够胜任毕业后的工程实践工作，并为他们未来的职业发展做好准备[4]。然而从传统的角度来看，高校普遍对工程实践能力的培养重视不够[5]。在此背景下，国家教育部印发了《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》，明确提出要大力加强实践教学，切实提高大学生的工程实践能力。通过对历次用人单位反馈和对毕业生的跟踪调查发现，笔者所在高校生物工程专业（以下简称“本专业”）实践教学面临以下问题：①实践性教学与产业发展脱节，实践主题与工程实际需求衔接不紧密；②实践性教学课程设置少，不能形成完善的实践机制；③实践教学体系不健全，没有足够的教学控制和评价机制；④实践教学关联性不强，没有考虑到学校的专业特色。

在这种教学模式下，学生可能对于工程实际缺乏足够了解，有的学生到毕业还不清楚本专业能够做什么工作。课程教学内容中理论知识多而具体实践过程少，学生缺乏对工程应用探究的主动性和积极性，感觉知识虚而无用，对于考试也大多应付了事，学习态度消极，教学效果差[6]。以新工科建设为契机，在推进工程教育“以学生为中心、产出导向、持续改进”核心理念全面改革过程中，亟需对课程的教学内容和教学方式进行改革创新[7-8]。

通过对专业培养目标的不断修订和完善，旨在培养学生综合运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力，使学生具备工程师的基本素质，建设了以期有推广意义的实践教学体系，为强化学生的工程能力探索一条可行之路。这是大学生向工程师转变的一个重要的教学环节，最大的特点是需要在低年级从纯理论学习过渡到工程学习。工程能力的培养需要大量的实践，让学生熟练运用所掌握的理论知识解决工程实际问题。希望通过教学改革，进一步提高实践教学在生物工程专业教学中的比重，充分满足行业企业需求，满足要求实施《卓越工程师教育培养计划》，提高教师的工程实践教学能力，满足“双师型”教师的要求，为学生毕业后从事工程设计工作奠定基础。

一  生物工程专业实践教学体系建设

（一）  建设目标

随着社会的不断发展，行业对毕业生的需求标准也在不断提高[9]。本专业以合理性评价征集的各方意见和建议，尤其是企业专家的意见为修订依据，结合学校培养目标定位、专业调研的生物工程产业发展及人才需求分析、《生物工程类教学质量国家标准》、T/CEEAA 001—2022《工程教育认证标准》、《工程教育认证专业类补充标准-化工与制药类、生物工程类及相关专业补充标准》等文件要求，修订了2017版生物工程专业培养目标，致力于培养“能够在生物工程及医药、食品、能源等相关领域，从事生产加工、品质控制、新产品开发、科学研究、工程设计及企业管理等工作，富有社会责任感、创新精神和实践能力的高素质应用型人才”。在此基础上，调整了2017版课程体系，建设了实践教学体系。在修订课程体系中，推进课程改革，落实工程教育专业认证核心理念，突出强化创新创业教育，科学构建层次递进的教育课程群，全方位推行实践教育。

（二）  建设内容

以学院平台为依托，将学科建设、重点实验室建设与本科生校内实践紧密结合，整合校内外优质办学资源，构建了高水平、多层次、教学科研一体化的生物工程特色专业实践教学体系。本专业实践教学体系主要包括实验、设计、企业、团队、创新创业和毕业设计实践等多种形式（表1），如实验实践包括基础实验、专业基础实验和专业实验；综合型、设计型实验项目在生物基础实验、生物专业基础实验、生物工程专业实验、发酵工艺课程实习和分离原理课程实习等实践课程中体现；工程设计包括单元设备设计和工艺设计在化工原理课程设计和工厂设计课程实习课程中体现；实习包括认识实习和生产实习等在工程见习、生产实习和毕业实习课程中体现；科技创新、创业和社会实践活动在创新创业课程中对实践学分的要求体现。本专业2017版修订培养方案中，实践教学共计39学分，约占毕业最低总学分（178学分）要求的21.9%。在2017版修订课程体系中，开设了“创新创业类”选修课程大学生创新基础和创新创业实践，在自主发展体系创新拓展类开设4门选修课。此外，在整体压缩学时的基础上，维持创新创业类实践需达到4学分的要求，鼓励学生积极参加到各类学科竞赛、创新创业项目以及导师的科研项目中。

二  实践教学实施过程措施

（一）  强化安全教育，保障实践教学实施

实验课程可以有效地培养学生的实践能力和创新能力。目前还没有一门实验课程将安全教育作为工程教育的独立内容。然而，安全教育在事故预防中发挥着不可替代的重要作用，对提高个人安全意识也至关重要[10]。中国的“十四五”规划强调，建立应急文化是建设应急管理体系的主要任务之一。GB/T 33000—2016《企业安全生产标准化基本规范》包含了安全教育培训的规定[11]。基于此，本专业学生在进入实验室开展实验前，除学习学生实验守则相关的安全知识外，指导教师必须进行相关安全知识教育，强调安全注意事项。学生经考核通过获得安全培训合格证书后（图1），方可开展后续实验。

（二）  搭建实践平台，服务学生科研需求

依托学院的实践平台，按照国家级大学生创新创业训练计划的要求，本专业搭建了一个创新实验室和6个创新创业孵化基地，适宜学生创新创业，全部对本科生开放实施一系列创新项目。大学生创新创业项目实施全程导师制，实行研究小组学习计划（要求年级梯队），本科生直接参与前沿科研项目。项目实施过程中，通过导师指导，使不同阶段学生接受系统科研训练，提高了学生的专业兴趣和学术素养。

依托学校教学科研资源，积极联系企业建立良好合作关系，建立了仰韶生物工程实验室、微生物制剂实验室2个实习基地，生物与医药、生物质利用与转化、多糖生物技术3个研究方向。实习基地的设施条件和教学内容能够为学生提供工程实践平台。学校聘请企业的高级技术人员作为企业指导教师，指导学生进行工程实习，加深学生对工程知识的掌握，锻炼学生的实践动手能力。《生物工程专业人才培养方案（2017修订版）》中增加了全部学生至少参加两周毕业实习环节，所有工程类学生都要完成工厂设计类论文（实验内容作为辅助）。在毕业设计实施阶段，实行“校内导师+企业指导教师”双导师制，从选题阶段到毕业答辩的全程参与，指导学生进行充分的工程锻炼。

（三）  以赛促教，提高学生实践能力

许多高校的实践证明：以赛促教是提高学生工程实践能力的有效途径[12-14]。本专业在人才培养中实行创新创业实践学分制度。在学校政策的支持和鼓励下，专业教师结合自己的科研，积极组织学生申报校级、省级，国家级创新创业项目及各项省、国竞赛项目，全程指导立项、中期检查、结题等环节，让学生参与到科学研究和产品开发中，了解和解决所涉及的工程问题，从而培养学生的实践能力。本专业学生在“互联网+”“挑战杯”“生命科学联赛”等国家级创新创业大赛中屡获佳绩，2017—2022年共有43个项目获奖，其中国家级奖项16项，河南省奖项27项。学生通过竞赛设计内容的准备和答辩，提高专业知识应用水平和工程意识，对培养学生的团队合作精神和创新意识具有重要的现实意义。

（四）  开展案例教学，培养学生应用能力

案例通常来自教师的实际科研项目，一般都是最新的研究理念和前沿科研成果。如基因工程课程实习中“代谢工程实验”由任课教师的省部级项目“以枯草芽孢杆菌为底盘合成新型维生素吡咯喹啉醌的关键技术研究”（已结项）转化而来。在案例教学过程中，学生通过解决实际问题将理论应用到实践中，同时使学生从广泛的信息中了解课程的体系结构和主要内容，把握课程的要点，提升前沿知识水平。

发酵工艺课程实习替换了部分传统实习内容，结合本专业特色，新增了任课教师从博士期间以来一直进行的“微生物油脂”科研内容，紧跟新时期社会对生物能源的需求，有利于学生进入工作单位即可进行相应工作。另外，为应对新形势下教学要求，在发酵工艺课程实习中加入了白酒酿造工艺虚拟仿真实验教学，借助虚拟现实技术的可视化、直观性等特点，充分利用视频、动画、图片等多媒体形式将抽象的基础理论和陌生的技术更直观地呈现给学生。学生可以采用线上学习方式从所学知识中回忆自己感兴趣的概念，这比单纯阅读课本更有效。白酒酿造工艺虚拟仿真实验教学在生产实习和毕业实习中也得到了充分应用，得到了学生的一致好评。