多学科交叉融合下实践教学体系的探索与实践

胡尚连, 龙治坚, 任 鹏, 陈红春, 曹 颖, 黄 艳

(西南科技大学 生命科学与工程学院, 四川 绵阳 621010)

环顾当今世界重大的科技创新成果,大多是多学科技术交叉、融合和汇聚的结果[1]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》明确提出,高校要加强实验室、校内外实习基地建设,支持学生参与科学研究,强化实践教学环节,促进多学科交叉融合,重点推进具有多学科背景的应用型、复合型、技能型人才培养[2]。如何利用多学科优势,构建多学科交叉融合的实践教学体系,培养具有多学科背景的应用型、复合型、技能型人才,是现阶段摆在我国高校面前重要而迫切的任务[1,3]。以下介绍我校生命科学与工程学院实践教学体系建设情况。

1 建设与优化概况

我校生命科学与工程学院立足于“培养厚基础、宽口径、强实践、创新能力强、综合素质高、具有强烈社会责任感”的应用复合型人才和创新型人才,对人才培养实践教学体系进行了系统改革和实践。鉴于涵盖理学、工学、农学三大学科门类,包括分属生物学(生物技术专业)、作物学(农学专业)、畜牧学(动物科学专业)、园艺学(园艺专业)、食品科学与工程(食品科学与工程专业)等7个专业的多学科、多专业的院情,以及我院人才创新能力培养面临“学科交叉、资源优化配置与教学改革”的新课题,形成了以学生为主体,以提升学生实践和创新能力为导向,以培养具有创新能力的应用复合型人才为目的的实践教学体系(见图1)。

图1 多学科、多专业交叉融合的实践教学体系

学院按照自我定位的人才培养目标,分别在2009年、2013年和2015年对人才培养方案进行了修订,并根据对人才能力培养要求,修订了所有课程教学大纲和考核要求。最终形成了这套适合我院情况的多学科、多专业交叉融合的实践教学体系。

2 建设思路与方案

2.1 课程体系

针对包含理学、工学、农学三大学科门类及分属7大一级学科7个专业的具体情况,经过反复研究和论证,制定了由“通识课+多学科基础课+专业主干课+跨专业或学科专业选修课+专业技能实训+创新实践+毕业论文(毕业设计)”等组成的“学科交叉融合和专业互通集成”的一体化课程体系。其主要内容为：(1)7个专业的所有学生除通识课程外,从第1学期到第3学期,要学习完全相同的高等数学、物理、有机化学、无机与分析化学、生物化学、统计与实验设计、微生物学等多学科基础课,以期奠定宽厚基础;(2)从第4学期开始,学生可自主选择专业主干课程和跨专业选修课程。要求每个专业在设立专业选修模块时,从其他专业主干课程中选择1～2门课程列为本专业选修课程,以加大学科交叉培养力度;(3)由创新实践课程和专业技能实训课程带动的课程实习与实训贯穿大学4年始终。

2.2 实践教学体系——“四化”

学生实践能力培养呈现“系统化、多元化、社会化、科研训练常态化”特点。

系统化即按照“五模块、四结合”的学习和实践,逐步实现专业实践能力培养的系统化。“五模块”主要包括：(1)学科基础基本技能：为7个专业搭建了“有机化学实验+无机与分析化学实验+生物化学实验+微生物学实验+统计与试验设计实验”的学科基础实验;(2)专业技能：基于各专业的培养要求,以专业基础实验为单元,设置生物技术等7个专业的实验课;(3)专业综合训练：建立了分离提取、生物发酵与制品、植物脱毒快繁体系、分子生物学与基因工程、设施农业、烘焙食品、自主选药设计药物分析、食用菌工厂化栽培、水稻与小麦等农作物的分子辅助育种与大田水肥耦合一体化高产高效栽培、鲜肉与腌肉制品的精深加工与标准化生产等综合性强的专业模块;(4)自主设计研究性实验模块：强化专业核心实验课程的自主设计研究性实验教学,即学生按照指导教师的要求和既定的研究目标,独立完成一篇与本学科相关的学术“小论文”。学生需利用图书馆的数据库资源和开放的实验室平台,独自完成项目的设计和实施,使自己在科研素质和创新能力方面得到一定锻炼;(5)创新创业实践模块：基于学术型和创业型的各种科技竞赛(如挑战杯、创青春)、省部级和市校级的科研项目(如四川省苗子工程、双创训练、校级创新基金)设置主题,进行创新创业实践。而“四结合”[4](即课内实验与课外实践相结合、实践教学与科研训练相结合、专业必修实验与跨专业选修实验相结合、校内实验与企业实习相结合)不仅体现了对学生科研素养的培养,也体现了对学生理论联系实际能力和学以致用理念的培养。

多元化指为7个专业架构了“分离提取、生物发酵与制品、分子生物学与基因工程、食用菌工厂化栽培”综合训练模块,实现了横跨“理学、工学、农学三大学科门类”,多学科并存与交叉集成的多元化专业综合训练模块。社会化(企业化)指人才培养要适应社会和企业发展需要，学生要结合实习课程开展自助式实习或到企业开展顶岗实习。科研训练常态化是指,学生在大二通过资产处实验室安全考核后,可申请学院科研平台门禁卡,进入科研团队实验室和学院科研平台,在教师和研究生的指导下,独立进行实验设计和实施。鼓励学生发表学术论文、参加科技竞赛,指导学生申报各级创新创业计划项目和企业项目等。

2.3 毕业论文(设计)——“523制”

毕业论文或毕业设计采用“523制”,即第5学期开始毕业论文或设计,时间持续2年,题目源自教师科研课题、企业需求、学生自主设计等3个方面。围绕解决生产实际问题开展毕业论文或毕业设计,学生在校内或校外导师的指导下完成,通过答辩获得学分。这也是体现科研训练常态化的一个重要方面。

2.4 实践教学平台

实践教学平台是夯实学生专业基础、培养学生实践能力的重要场所[5-6]。高校的实践教学存在资源分散、实验室资源短缺、使用效率低等问题[7],多学科、多专业的二级学院尤其如此。资源优化配置的目标是“统筹规划、优化整合、合理布局、资源共享、提高效益”,这是实现实践教学目标的硬件保障。我院坚持以分管院长、实验中心主任、专家组为核心的教学科研实验平台管理体制,积极整合学院基础实验教学资源,建成多专业共享、以功能为主线的学科基础实验平台;优化专业实验教学平台,按学科群及相近学科划分为“农学与生物技术实验教学、科研平台”“工科实验教学、科研平台”“动物科学实验教学、科研平台”“大型公共实验教学、科研平台”等4大类平台,建设成面向多学科、多专业学生创新能力培养的集成式实验教学平台。在建设平台时,优先进行学科基础和学科专业实验平台建设,最后搭建具有创新特色的科技竞赛实验教学平台。

在稳定实验教学队伍方面,学院通过政策倾斜、定岗定编等措施,将大量博士和硕士引进实验教学和管理队伍,并逐步完善相应的机制,解决实验教学和管理师资队伍的建设和稳定问题。在多学科交叉融合、理工农相互渗透背景下,最终建成集科研、教学、学生第二课堂于一体的,安全、有序、和谐、共享、高效的实践教学平台。

3 监管机制

3.1 实验平台管理运行机制

在管理机制上,学院生物实验中心与各系平行,直属学院领导。实验中心具有统一组织、规划和调配实验室教学资源和相应师资的权力,力求从学院层面满足每一课程的教学需要,为师生做好相应的服务工作。在运行机制上,实施仪器设备、经费和用房等资源的统管共用和校际实验资源的共享,建立实验室开放使用制度和实验室使用预约制度。

3.2 实践教学质量监控机制

实践教学质量监控机制的建立与完善是保障专业实践教学质量的有效手段之一[8-9]。在学校实践教学管理框架下,架构学院、专业、实验中心三层次的实践教学管理体系。制定了一系列的管理办法或制度,如“关于加强实验教学资源优化整合的指导意见”“本科生科技竞赛管理办法”“本科生科技创新学分认定办法”“本科毕业论文(设计)管理规定”“本科实习管理办法”“关于规范实验课教学运行的管理规定”“关于实验课程小班授课的管理办法”“关于成立教学督导组的规定”等。同时,遵循“以政策引导教学,以激励促进教学”的理念,制定了相应的激励政策,以使广大教师高度重视并积极参与实践教学改革。此外,结合学院实际情况,制定并实施了实践教学质量标准和评价体系,建立了实践教学专项检查评估机制和实践教学资料抽查机制等,开展对实践教学质量的评价及监控。

4 初步成效

经过10余年的教学改革和实践,特别是近5年来,该实践教学体系对我院多学科背景的应用型、复合型、技能型人才培养产生了很好的促进作用。在科技活动方面,《中国高校创新人才培养暨学科竞赛评估结果》[10]表明,在2012—2016年,我校学科竞赛评估得分位列全国第57位、省级第4位。越来越多的学生团队申报大学生双创训练、四川省苗子工程等省部级及以上的学生科研项目,如“规模化蛋鸡场抗病毒中草药的研究与应用”项目等。

在双创方面,2015年,我院获批立项3项; 2016年,获批立项10项;2017年,获批立项11项;2018年,获批立项21项。其中,“低木素/高纤维/高产量工业用梁山慈竹突变体的筛选研究”“显微辅助单细胞捕获装置的研发”“峨眉山野生金蝉花规模化培养工艺”“丘处鸡果冻鸡丁酱-‘互联网+’助飞脱贫”等7项获批为国家级项目，“‘互联网+’背景下的家庭园艺咨询与‘智慧园艺’产品开发”“柴胡地上部分的综合应用”“原生竹材料对自然水中污染物吸附能力的研究”“三种类型钾盐胁迫玉米的响应机制”等38项为省部级项目,项目总金额达80万元。此外，申请立项并完成西南科技大学大学生创新基金项目近40项，每年均积极参加“挑战杯”“创青春”“互联网+”“国药杯”“中国创翼”等全国大学生电子商务“创新、创意及创业”挑战赛、全国大学生生命科学竞赛、全国大学生生命科学创新创业大赛等学术型与创业型的学生科技竞赛,参赛学生400人次,参赛学生占全院学生的比例在60%以上。

在科研训练方面,学生通过参与导师的科研项目夯实知识基础，并在导师指导下,申请国家级、省部级、市校级学生科技项目,独立完成项目后撰写学术论文。同时,以学生为第一作者,将项目研究结果以学术论文形式发表,促进学生与同行的交流。培养了学生的科研素养和探索精神,激发了学生的科研热情,各专业学生考研率在35%以上,其中生物技术专业高达60%。每年为“985工程”“211工程”大学及科研院所提供优质的硕士生生源。

在毕业论文(设计)方面,自采用“523制”以来,紧紧围绕导师的科研项目或学科前沿及行业需求,形成了题目来源多样化、科研训练常态化的良好局面。在校内外导师的共同指导下,学生的论文(设计)质量不断提高。通过系统的实践和训练，学生的学习能力、科研能力、创新能力等得到了很好的锻炼,各专业学生的就业率保持在90%以上。

5 结语

实践教学是高校培养创新人才的重要环节。推进实践教学改革与创新,构建新的实践教学体系,是实现高校发展目标和人才培养目标的重要途径[11-13]。经过多年的教学改革和实践,逐步形成和完善了以培养学生综合能力为核心、以提升学生实践能力和创新能力为导向的多学科交叉融合式创新能力人才培养实践教学体系，形成了集“自主式、设计式、合作式、研究式、互动式”于一体的实验教学模式，搭建了以实践教学改革为先导的多学科、多专业交叉集成的实验教学平台，架构了多层次集成的实践教学基地，全面实施了实践教学质量监控机制,为学生实践能力和创新能力培养提供了有力保障，为多学科背景应用型、复合型、技能型人才的培养奠定了基础。