“真实情境”下人才培养模式的探索——以南京工业大学创新型生物工程人才培养模式为例

雍晓雨，周 俊，胡 南，贾红华，韦 萍

(南京工业大学 生物与制药工程学院，江苏 南京 211816)

生物工程是20世纪70年代兴起的一门综合性应用学科，是以生物科学与生物技术为基础，结合化学工程、微电子技术、机械以及计算机科学等基础学科而形成的交叉学科，包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和生物反应器工程[1]。生物工程技术在社会发展的各个领域中都发挥着重要的作用，为人类的生产生活提供了极为丰富的物质基础[2]。

生物化工制造是生物工程的一个重要分支，是发展低碳经济的重要途径。利用生物技术大规模生产人类社会所需要的能源、材料和化学品，是我国实现生产方式变更、社会可持续发展的必由之路。生物工程专业是一门基础性强、涵盖面广的新兴的综合性应用学科，被看作是21世纪高新科学技术的核心。其目标是培养德智体美劳全面发展，适应市场经济体制和技术革新需要，掌握现代生物工程技术及其产业化科学、工艺过程和工程设计等基本理论和基本技能，能在生物技术与工程等领域从事生产、产品技术研发、质量检测和企业管理的高级应用型技术人才[3]。

进入21世纪，生物技术革新突飞猛进，相关产业发展迅速，社会对生物工程专业人才的专业技能要求越来越高。在目前工科专业特点不突出、毕业生难以适应产业化需要及严峻的就业压力形势下，以培养地方实用人才为根本任务，为社会提供工科特色鲜明的“一专多能”的高端高层次生物工程专业创新人才，已经成为21世纪我国培养生物行业人才的重要渠道，以此引领我国生物学科发展。

1 目前国内高校生物工程教学方面的现状

1998年，教育部对高等学校的本科专业目录进行了调整和修订，将发酵工程、生物化学工程、微生物工程等专业合并，继而建立了生物工程专业[4-6]。该专业以培养能在生物技术与工程领域从事设计生产管理和新技术研发、新产品开发的生物学应用型工程技术人才为目标。目前全国生物类专业点总共有548个，分布在498所高等学校，而其中约有300所高校开设了生物工程专业[7]。经历了20年的良好发展，目前生物工程专业在人才培养上均进行了完善和创新，但相较于国际名牌大学的名牌专业，依然存在一些亟待解决的问题。

1.1 教学方法单一

由于传统教学观念的影响，国内生物工程专业教学仍借助于传统的理科专业教育方式，以灌输专业知识为主要标准，较少采用师生互动式、启发式、翻转式和案例式等新教学方法[8]；同时，在教学手段上，没有充分利用教学工具和实验器材，实验与实践教学课时不足，使生物工程专业教学的课堂缺乏生动性，显得乏味无趣[9]。

1.2 实验模块单调

生物工程是以实验现象为基础的应用型专业，但目前大多数该专业实验模块缺乏合理体系，教材或教学大纲更新速度慢，实验室硬件条件落后。更严重的是，很多实验室后期缺少资金维护和支持[2]，实验课教师相对脱离科研一线，这对学生“透过现象看本质”的启发性教育造成了一定的阻碍。

1.3 实习基地缺乏

生物工程专业是一个实践性很强的专业，也是一个“与时俱进”的专业，现代生物技术产业的快速发展，使得其对从业人员的专业技能要求越来越高[10]。但目前，国内生物工程专业的教学实践环节基本上是采用去生物科技公司走马观花式的参观形式，高校聘请的企业导师没有在产业及技术上发挥出应有的优势，校企之间并没有形成紧密的协同合作与创新关系，双方没有很好地配合完成将理论知识巩固成实践动手能力的培养环节，没有为生物工程产业培养足够多高质量的一线从业人员。

2 基于生物化学产品工程真实情境下的创新型人才培养模式探索

2.1 南京工业大学的自身特色及优势资源

南京工业大学生物工程专业前身是我国首批生物化工专业，是我国生物制造领域中最具品牌影响力和竞争力的高等教育基地之一，是国家生化工程技术研究中心、材料化学国家重点实验室、国家级生物化学工程实验教学示范中心、江苏省先进生物制造协同创新中心、江苏省工业生物技术创新中心、江苏省工业生物技术重点实验室等国家和省部级科研机构的依托单位，是首批国家级“2011计划”先进生物与化学制造协同创新中心的共建单位。作为地方高校和新办专业，面向国际前沿和国家需求，针对技术难题和产业标准，以科研为灵魂，以生物化工为特色，立足自我发展和自主创新，强化学生的工程素质培养，目前已经走出了一条创新发展之路。

2.2 理论基础与专业课程教学改革上的创新

目前，我校在教学形式上实现了教学交流多样化，邀请国家级教学名师郑用琏进行“分子生物学”现场教学，邀请兄弟学校的专家进行“卓越讲堂”讲座，并邀请企业及杰出校友进行职业规划讲座等。将科研成果转化为教学内容，构建了强化工程实践能力培养、与国际工程教育互动的精品课程体系；通过科研锻炼教师，形成了一支以院士领衔的高水平师资队伍；科研经费反哺专业建设，为仪器设备添置提供支撑；产学研结合形成了以国家生化工程中心、江苏省工业生物技术创新中心等为代表的学科基地，为学生实践能力的培养与提升提供了一流的教学基地。经过多年建设，形成了大团队(院士领衔的具有丰富工程背景的教师队伍)，建成了大平台，承担了大项目，获得了大成果(国家科技三大奖4项)，促进了教学创新，培养了一批生物工程专业的优秀人才。未来，将把科研作为教学的灵魂以及创新的重要源泉，继续在教学中传授最新的生物学科知识，提升教学水平，培养前沿性前瞻性的创新思维，从而培养创新型生物工程高端人才。

2.3 实验与实践教学改革上的创新

创新源于实践，能力源于实践，素质源于实践。我校以生物反应工程—生物分离工程—生物过程装备为主线，建立了与企业生产实际紧密结合的培养环境，设计、执行了一整套基于生物化学产品工程“真实情境”下的培养模式。通过工程案例建立了以能力为导向的课程体系。为了紧密结合世界以及我国生物工程产业未来发展的潮流，学院极其注重实验与实习实践教学环节的改革。鼓励学生参加大学生创业创新项目情况，并提供相关专业指导老师(包括兄弟学院的跨专业导师)及项目经费保障。同时，通过校外企业及车间实习、校内自建的生产车间、实验室内模拟的生产线、计算机仿真生产流程等学习环境，实现了从注重知识传授向更加重视工程实践能力和素质培养的转变。经过多年建设，南京工业大学生物工程专业教学团队2007年已成为国家级教学团队，2007年生物工程专业成为国家特色专业，2008年生物化学工程实验教学中心成为国家级实验教学示范中心，多门课程及教材获得省部级精品课程及重点教材，生物工程专业入选江苏高校品牌建设工程一期项目并于2017年成为国内首批通过专业认证的5个生物工程专业之一。培养了一大批生物工程优秀人才，成功探索了强化工程素质培养的创新生物工程人才的模式。

3 有关教学改革及相关成果方面的主要内容

3.1 构建基于生物化学产品工程真实情境下的教学体系

生物工程专业是跨学科新办专业，没有现成教材和课程体系供参考。生物化工专业成立伊始，欧阳平凯院士组织任课教师和本科学生翻译国外最新资料，充实授课内容。1990年翻译出版了国外的最新生物分离工程著作；同时编撰了《生物分离原理及技术》，并将最新科研成果编入教材中，2011年获得全国普通高等教育精品教材、2016获得年江苏省高等学校重点教材立项。为便于学生理论与实践的融会贯通和学习提高，编写了《工业生物转化过程》《生物催化工艺学》《生物基高分子材料》等专著作为教学参考书。

在生物反应工程教学方面，加强了生物催化剂的多样性理论、高效生物催化剂的快速改造方法、多酶耦合催化技术、反应与分离耦合技术等知识点的教学，形成了有特色的生物反应工程课程体系。其中“反应分离耦合技术及其在酶法合成手征性化合物中的应用”获得2000年国家科技进步一等奖。

在生物分离工程教学方面，编著《生物分离原理及技术》教材列入国家“十一五”规划教材，“生物分离工程”2005年获国家精品课程称号，2008年评为国家双语教学示范课程、2016年被评为教育部“国家级精品资源共享课”，2017年入选江苏省高校在线开放课程建设项目。“生物磷酰化新技术制备高能磷酰化合物”成果获得2007年国家技术发明奖二等奖、“基于高能磷酰化合物的关键技术研究及其应用” 获得2006年中国石油和化学工业协会科技进步技术发明奖一等奖，“基于微流场反应技术的生物基无毒增塑剂及其衍生物连续绿色制造”获得2017年国家技术发明奖二等奖，“生物法制备二十二碳六烯酸油脂关键技术及应用” 获得2018年国家技术发明奖二等奖。

在产品工程教学方面，强化了精细化学品、生物基大宗化学品、生物材料、生物能源等知识点的教学，出版了《生物化工产品》《生物资源学导论》等专著。2005年生物工程专业成为江苏省品牌专业，2007年成为国家特色专业。据统计，本专业的科技成果产业化产生经济效益逾10亿元。

通过科学研究，分析本专业的科学前沿和企业实际需求，针对科学前沿和企业的需求，形成了以微生物学、生物化学、分子生物学、基因工程、酶工程、生物信息学等专业学科为基础，生物反应工程—生物分离工程—产品工程等应用实践课程为主线，强化生物学、化学和工程学的交叉，构建了面向生物工程专业人才培养的知识体系和课程体系。

3.2 通过科学研究和教学反哺，锻炼高水平的师资队伍，同时构建高水平的实验平台

3.2.1 通过科学研究，锻炼高水平的师资队伍

通过高水平的科学研究，锻炼出了一支以欧阳平凯院士为带头人，在全国有影响力、高水平的师资队伍。本专业拥有中国工程院院士、教育部长江学者特聘教授、国家自然科学基金杰出青年、全国模范教师、全国优秀教师、国家自然科学基金优秀青年、全国优秀科技工作者、教育部跨世纪优秀人才、科技创新领军人才、江苏省教学名师、“伦世仪教育基金”杰出青年学者、江苏省科技创新十大女杰等众多杰出人才。在众多优秀人才的共同努力下，生物学与生物化学学科2018年12月进入ESI全球前1%。每年度新入职的教职员工及博士后研究人员在欧阳平凯院士的带领下进行就职宣誓，传承生工精神。学院着力打造班级导师、助教、助理班主任、兼职辅导员、基于班级教学团队、辅导员等组成的学生管理团队，构建了“新生适应性教育体系”。生物工程专业教学团队入选江苏高等学校优秀科技创新团队，2007年生物工程专业团队被评为首批国家级教学团队。

3.2.2 通过教学反哺，改善科研及实验条件

针对专业建设伊始资金匮乏、专业基础条件差的客观现实，通过科研经费反哺教学，形成良性循环。近年来，本专业承担了国家级、省部级科研项目及企业委托项目100余项，其中国家973项目、国家863项目以及国家重点研发计划等30余项。科研经费4亿元，产学研合作成果支撑相关企业经济效益达10亿元以上。近年来通过科研反哺专业建设、本科教学与专业实践，添置了大批国际一流先进水平的大型仪器设备，通过校内自建的生产车间、实验室内模拟的生产线以及计算机仿真生产流程等学习环境，显著地改善了目前教学和实践的条件。

3.2.3 考虑本科实习和实验实践教学的需求，构建高水平的实验平台

另外，针对本科生实习教学和实践教学难的现状，本专业在建设“国家生化工程技术研究中心”“材料化学工程国家重点实验室(生物材料)”“江苏省工业生物技术创新中心”“江苏省工业生物技术重点实验室”等高水平科研基地的同时，已经充分考虑到本科实习和实验实践教学的需求，构建了国内一流的生物工程实践教学基地。逐步形成了基础性实验→综合性实验→创新性实验→工程实训的“递进式、结构化”的创新实践教学体系，强化了学生的实践动手和创新能力，近年学生参加国家级和省级各类科技竞赛，共获国家级奖项8项，省级10余项，毕业生受到用人单位好评。其中，2014级硕士研究生张文涛获得2016“创青春”全国大学生创业大赛金奖，99级校友、厦门恩成制药有限公司销售总监管霏2011年在母校设立“管霏奖学金”，至2019年初，共资助了全院200多名品学兼优的学生。生物工程基础实验和工程实训中心被评为江苏省实验教学示范中心，生物化学工程实验教学示范中心被评为国家级实验教学示范中心。

生工学院的就业工作按照“市场建设常态化、就业形式多样化、参会单位稳定化”的目标，打造“330专业招聘会”的品牌，科学创新就业市场建设和就业创业指导工作，为学生打造更加多元的就业平台，从而促进了毕业生更高质量的发展。扬子江药业、恒瑞医药、正大天晴润众药业、奥赛康药业、柯菲平医药、金斯瑞生物科技、山东鲁抗医药等全国六十家企业来校招聘。与众多企业签署了《“国家地方联合实验室”合作协议》《学生实习培训基地合作协议》。深化了学院与企业间的交流合作，通过就业创业实习实践基地平台让学生学习企业文化，提升了专业素质，优化了职业规划，为学院科研工作、学生实习实践等拓宽升级了平台，将推动生工学科的高水平发展和学生的高质量发展。

3.3 通过对外交流合作，开展“卓越讲堂”，推进国际化教育教学

学院成立“海外教育办公室”，设立《“生工海外学习奖学金”实施办法》，资助优秀学生赴新加坡国立大学、新加坡科技设计大学、新加坡理工大学、韩国科学技术院(KAIST)和韩国圆光大学(WKU)进行访学交流活动，学生的综合素质、国际视野和科学精神得到全面提升。持续推进研究生国际化教育教学，引进全英文课程2门，聘请荷兰瓦赫宁根大学的朱阳教授开设“Modern Biotechnology”课程，聘请美国麻省理工学院协办马来西亚科技大学(MIT-MUST)的Dungang Mou(牟敦刚)教授开设“Biochemical Engineering”的案例课程。同时资助相关专业的研究生出席国际会议并通过oral presentation和/或poster presentation的方式进行学术交流。通过“走出去、请进来”的方式提升本科生国际化交流能力。2017年共有60位本科生赴新加坡和韩国访学，新加坡理工大学共有29位师生先后两次来我院访学，在校本科生有海外学习经历比例达7.5%，总体达17.3%。

4 结论

经过20多年的发展，我校生物工程专业建设和人才培养方面已经取得了显著成绩，2007年专业所支撑的生物化工学科成为国家重点学科。2017年，生物工程专业通过中国工程教育专业认证协会组织的现场考查，成为国内首批通过专业认证的5个生物工程专业之一。诺贝尔化学奖获得者、以色列工学院Aaron Ciechanover教授评价道“南京工业大学的生物工程专业极具特色，你们的学生给我留下了非常深刻的印象”。生物工程领域世界著名学者、德国科技部高级科学顾问Rolf Schmid教授称赞“南京工业大学的生物工程专业是中国最好的”。这些充满正能量的同行专业评价，以及发展突飞猛进的现代生物技术，将促使我们不断分析、研究国内外相关领域的发展动态和趋势，改善和优化人才培养教育体系和模式，以满足我国未来生物工程技术领域人才的培养需要。