新工科背景下地方高校生物工程类专业多学科交叉共建的探索与实践

2018-09-10张良袁永俊陈祥贵

读与写·教育教学版 2018年8期

张良　　袁永俊　陈祥贵

摘要：随着我国经济社会发展的不断深入，学科交叉与产业变革催生了“新工科”教育理念。本文尝试在产业升级与教育教学多学科交叉的背景下，探讨地方传统工科高校重构生物工程专业多学科交叉复合人才培养体系，以期促进产学研用人才培养模式和地方经济发展。

关键词：生物工程新工科多学科交叉复合

中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2018）08-0079-03

随着我国经济社会发展的不断深入，发展模式已经由从依靠劳动力和能耗的经济拉升转向依靠科技创新提升。面对知识经济、新一轮科技和产业革命蓬勃发展的情况，现有高等工程教育已不能适应新经济的现实，亟需采用新技术建设、充实和发展一批新工科，或者改造升级一批传统工科，达到除旧革新的目的。

在此背景下，2017年2月，国家教育部在复旦大学召开了关于新工科的高等工程教育发展战略研讨会，探讨新工科学科发展和工程教育问题[1]。与此同时，有关专家也将“新工科”的内涵与行动归纳为：“以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征[2]。”新工科建设将按步骤和计划推进，需要重点关注学与教、实践与创新创业、本土化与国际化以及他们之间的密切联系，关键核心在于实现依法治校、扩大办学自主权、改革教育评价体系[3]。

新工科建设是主动应对新一轮科技革命与产业变革、大力培养“大国工匠”和高层次工科创新人才的重要举措。立足21世纪，国家提出创新驱动发展等7大战略、制造强国等12个强国目标。深入实施国家发展战略任务，提升综合实力，迫切需要改造升级传统工科，从未来发展、交叉融合、工程师地位等角度全面推进新工科建设。

新工科建设中，地方本科高校重点是改造升级传统的工科专业，面向地方产业，重构应用型人才培养体系，以别于工科优势高校和综合性高校。西华大学作为一所拥有六十年办学历史的地方传统工科院校，面对兄弟高校的飞速发展，以及“双一流”院校的巨大冲击，甚至大量专科乃至中专基础上升级而来的激烈竞争；面对全球经济热点的快速转换，就业市场的不断变化，社会需求的持续提高，如何在保持自身优势，不断紧跟趋势，使得学校能够得到可持续和“弯道超越”一直是学校思考的主题。

1 立足新工科，重构生物工程专业多学科交叉复合人才培养体系

新时代建设新工科，需要面向复杂现实思考多学科交叉与产学研融合。将人类知识划分为学科，主要是为了方便教学，而现实情境中的工程问题并不遵循学科的分类逻辑。过去一百年来的诺贝尔奖各个奖项中，就有41%属于交叉学科的创新与突破[4]。产业结构和布局的深度调整，需要工科专业进行相应的布局和调整。

“中国制造2025”提出的新一代信息技术产业、节能与新能源汽车、生物医药、新材料等重点领域都离不开多学科交叉、产学研融合[5]。因此，我们需要积极发展多学科交叉的新工科专业，促进“理工”“工工”结合、“工医”“工农”“工文”“工管”交叉，推进产教融合、校企合作协同育人，培养具有跨学科、跨产业、跨界别整合能力的复合型新工科人才。

1.1 立足四川地方经济发展特点，优化人才培养结构

据2017年2月发布的《四川省“十三五”战略性新兴产业发展规划》[6]，“十三五”期间，将面向健康、农业、资源、环境等经济社会发展重大需求，加大生物产业科技成果转化应用力度，重点加快生物医药、生物医学工程产品的研发和产业化，加快生物农业、生物制造、生物技术服务发展，开发培育具有自主知识产权和关键技术的名牌产品，推动医疗向精准医疗和个性化医疗发展，推进生物医学工程技术与信息技术融合发展，培育生物技术服务新业态，将生物经济打造成为继信息经济后的新经济形态，力争打造一批具有较强竞争力的生物产业集群。

为响应以上变革与规划，我们在对《生物工程设备》、《生物分离工程》《生物工程下游技术实验》《仪器分析》《发酵工艺优化及参数检测》《发酵调味品工艺学》《实验设计与优化》等基本实验技能的学习与训练，使学生掌握了相当的实验技能要素，具备自主开展生物工程实验设计的能力。依托“创新、创业”大环境，在给定条件的情况下，以学生感兴趣的专业方向为牵引，让学生自己设计实验内容和方案，学生通过科学实验实践产生不同的解决问题的方案与途径。在整个过程中，教师只是在旁观察，甘当“顾问”角色，主要依靠学生主观能动性，综合运用所学知识进行不断地思考修正，最终解决问题。当然，如果学生陷入困境或者明显出现方向性错误，指导教师也要用于担当，实现对专业素养的再学习再强化培训。

具体举措有：立足课本，利用微信公众号、专业论坛、数据库查阅国内外相关专业资料，制定实验方案。对学生的专业写作能力与综合语言表达能力进行培训，使部分优秀学生们能够达到撰寫专业论文的水平，能够对核心技术提炼出关键点，申请专利保护。能够做出完整的商业计划书或投资招股计划书，能够以团队的模式开展“路演”等简单的商业宣传。让学生在项目实践中学习分工合作，贯彻团队内部相互融合共同进步的团队精神，纠正部分“90后、00后”学生过于以自我为中心，盲目自大或盲目自卑的群体缺点。

总之，在整个项目实施过程中教师只起引导、启发和纠偏作用，明确学生的主体地位，使学生积极主动地从事创新实践，在探索中掌握知识、激发自我、培养综合技能。

1.2 充分利用新媒体渠道，实现专业教育方式变革

在微博、微信、空间、组群等自媒体传播速度与影响力迅速扩大的新形势下，必须以积极主动、开放包容的态度面对新媒体，趋利避害，充分利用新媒体开展专业教育课程改革[7]。

实践性强是“新工科”背景下生物工程专业公认的特性，专业教学内容要以三个方面为框架：

（1）讲授生物工程的基本理论（包括蛋白质工程、细胞工程、基因工程等在内专业经典课程）。

（2）根据工艺传授生物产品的生产方式方法（包括生物工程设备、生物分离工程、发酵工程等涉及产品的相关课程）。

（3）将实验工艺技巧贯穿在各类生物工程实践中（包括但不仅限于学科竞赛、学术夏令营、团队创意实践、实验设计、课程实验、认知实习、毕业实验、毕业实习等实践与创新课程）。

实践环节的逐步展开，也需要学生在实现理论框架的建构和基本概念的清晰，基本理论知识的先行引领。

生物工程专业理论的基本框架构建主要依赖于教材和课堂教学。但是，各大出版社权威教材的编写和修订，均未充分考虑到新媒体时代的教学过程与变化，无论是理论还是案例选择都偏传统，部分内容与时代脱节。例如：一些新型生物工程设备就已经能够通过移动终端实时监控；一些国外的教材已经将课程内容与生产企业密切结合，可以在课堂讲述的同时，可以实时连线附近工厂监控系统，进行相关生产工艺参数与设备的教学指导。

因此，作为教授生物工程专业的教师，依赖于一本或几本现成的教材是不行的，教材的編订永远无法跟上科技革命变迁的时代步伐。授课教师要实行“网络备课”、“终身学习”、“24小时在线”，积极跟踪行业的最新动态，将各类热点资讯穿插入每日的授课内容当中。还可以利用“微信朋友圈”、“组群内推文分享”等自媒体手段与学生及时互动，启迪学生思维和吸引学生关注。

总的来说，只有紧跟时代，以开放负责的心态与时俱进，才能采撷到生动精彩的教学内容，才会使枯燥的理论条块变得引人入胜，激发学生课后探索学习的激情，充分达到专业教育方式的变革。

2 加强政产学研合作，开拓教学资源

生物类专业就业难、实习难、教学资源缺乏已成为社会的共识，其中原因很多。我们认为其中一个原因就是学校教育与实际需求脱节，造成学生“在学校学的苦，出去用不上”的尴尬局面，这也对学生学习专业信心以及主观能动性造成较大的冲击[8，9]。要解决这一难题，加强政产学研合作，树立开门办学思路不失为一个好办法。

西华大学食品与生物工程学院生物工程系从2003年开始摸索建立政产学研一体化办学模式，走校企合作、产教结合、教研结合的道路，把培养人才同完成教学、科研任务、企业生产、政府服务等需求有机地结合起来，朝着“多赢”的目标奋斗。例如：2016年，我院承担了四川省食药监局关于四川30个县区的“食品安全示范县”验收工作；2017和2018年，我院又先后承担了四川省环保厅关于“环境污染治理效果跟踪评价”等政府课题。我院就组织大量学生，参与了课题的问卷调查、现场采样、分析检测等工作。让学生能够切实感受到专业学习的社会价值。

另外，还积极动员专业教师主动参与地方经济建设，到企业去找课题，为企业排难解忧，赢得企业信赖，建立真正意义上牢不可破的“教学实践实习基地”。各类实践教学环节，既包括传统的培训、科研、生产、产品开发、管理和营销等各个环节，还将端头前移，依托“四川省食品质量与安全协同创新中心”和各类专业实验室，提前进行校内实习实训，提前组建实习小组，开展校内认知实习和组内讨论，实习小组除指导老师外，还吸纳校外人员参与，聘请工程技术人员兼任实践教学指导教师，签订共同遵守的协议，确保实习基地的相对稳定与正常运转。

我院目前已建立了包括剑南春集团、水井坊集团、五粮液集团、卫生部下属蓉生集团公司、中国科学院下属地奥集团公司、成都高福记生物公司、通威集团、四川光友集团公司四川省质量技术监督局、四川省疾控中心、中国计量测试研究院、四川省营养学会等数十家定点定向挂牌合作实习基地。

据统计2017年，邀请来自企业、学会的专家，开展了超过30场的专题报告会，开拓了学生的眼界，使学生初步熟悉来自生产管理第一线的情况，还扩大了影响力和知名度。总的来说，生物工程专业学生实习和工作均得到相关单位的一致认可，他们认为西华大学生物工程专业毕业学生的专业素质高用起来比较顺手，通过几年的沉淀和锻炼，一般都能够晋升道生产管理或者其它关键部门工作，学生在单位能够“留得下，用得上，有发展”，达到有人单位和学生双赢的局面。

3 动出击应对产业升级，多学科交叉复合模式开展生物新工科专业建设

生物工程类专业的学科背景及产业门类庞杂，而地方工科院校通常具有食品、农业、机械、自动化、材料等相关的基础及应用学科优势，以笔者所在单位-西华大学为例，进行相关分析，以期探求更具有可操作性的多学科交叉复合模式开展生物新工科专业建设路径。

3.1 解决课程设置偏理化的问题

一般来说，全国生物工程专业相关授课教师的学科背景通常为生物技术、分子生物学、动物学、植物学等理科专业。发酵工程、过程控制等工科专业学科背景教师较为缺乏，导致了工程类课程设置不足，少数已开设的工程类课程也仅仅涉及理解原理的层面，有严重的理学倾向[10]。借助新工科的启示，生物工程专业要健全工程类知识的渗透，以工程教育认证标准为蓝本，强化工科特色[11]。我校生物工程专业引入了部分交叉学科并强化了一定实践操作环节，例如：引入《电工技术》《机械工程原理》等交叉学科课程，针对实践性较强的课程如《蒸馏酒工艺学》、《酿造酒工艺学》等课程，适当减少已有相关成熟设备和工艺的理论讲述，提高生产实践环节课时比例，将动手实践、双创教育贯穿课程体系之中。

3.2 加大投入改进教学场地和设备，改善课程设置提升学生适应产业升级

我院依托“四川省食品质量与安全协同创新中心”、“四川省发酵调味品工程技术研究中心”等多个科研和人才研发平台，抓住工程认证契机，从学校层面和各级部门争取了大量经费，新建了“酿造酒工艺中试实验室”、“膜分离技术应用实验室”、“通气发酵设备实践金工实习车间”，改变了以往学生只能观摩，无法动手，使得学生的在校训练与产业发展匹配。

另外，立足传统工科学校特点，将全部实践教学涵盖传统工程技术基本金工技能、专业基础实验、专业实验、前瞻性实验、产业实践等5个层次的内容，并且将精密加工、3D打印、激光技术、微加工技术等当代前沿的工程技术与技能纳入培训教学体系中。依托学校各专业开展的100多门实验操作课程充分考虑了实践能力的渐次培养与生物工程专业新工程技术的结合。

4 结语

工程类专业是现代各项科学技术的集成器，其教学也是一个不断完善改进、与时俱进的过程[12]。面对经济“转型升级、提质增效”的新形势，生物工程专业应当肩负起优化行业整体素质，为引领行业发展方向的重任，以迎接新的挑战，适应新的需求。

我们将紧扣为新时期地方经济发展输送高素质合格“新工科人才”这根主线，强化西华大学的传统工科特色，利用学校多学科知识人才密集度高的优势，强化学生的专业基础素养和工程实践能力，主动出击建立合作，把西华大学生物工程专业办成“省内一流，国内知名”的特色“新工科”。

参考文献：

[1] “新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（01）：

10-11.

[2] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，

2017，38（02）： 26-35.

[3] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，

2017（03）： 1-6.

[4] 门伟莉，张志强.诺贝尔科学奖跨学科师承效应定量研究[J]. 科学学研究，2015，33（04）：498-506.

[5] 李拓宇，李飞，陆国栋.面向“中国制造2025”的工程科技人才培养质量提升路径探析[J].高等工程教育研究，2015（06）： 17-23.