生物技术专业多维度实习实训体系构建与实践——以河北大学为例

吕志堂, 赵丽坤, 李景晨, 郑艳菊, 李红梅, 杨丽坤

(河北大学 生命科学学院,河北 保定 071002)

将理论与实践教学深度融合是现代教育教学,特别是高等教育教学的基本规律,也是新时代教育改革发展和世界格局变化的要求[1]。在生命科学与技术体系中,生物技术是将基础理论成果转化为具有应用价值的技术和产品的枢纽与桥梁[2]。作为高新技术的一个重要领域和实践性极强的学科,生物技术具有应用性、交叉性、前沿性、实践性及新颖性等特点,生物技术产业和研究对人才的要求也不断提高[3-5]。由于上述原因,实践教学就成为学生巩固课堂理论知识、获取掌握实践技能、训练科研素养、培养创新创业意识的重要途径和实现人才培养目标的重要环节[6-7]。虽然近年来多数高校实践教学得到了进一步重视,内容不断丰富,形式不断拓展,取得了一定成效,但实践教学依然是多数高校人才培养中的薄弱环节,课堂实验教学之外的实践教学体系还不完善[8-9],特别是校外实习基地建设困难,校外实习往往只参观不动手,使产教融合流于形式,学生实习没有热情,严重影响了实践育人的效果[10-13]。在2018年制定的生物技术专业教学质量国家标准中也要求各高校要根据本校专业特色和学生的就业去向,与科研院所、学校、行业、企业加强合作,建立相对稳定、具有特色的实习与实训基地,以满足本专业人才培养的需要[2]。多年来,河北大学生物技术专业教学团队坚持以服务京津冀生物产业发展以及学生深造需求,提高就业质量为导向,不断优化、完善实践课程体系,优选校外实践教学基地,更新教学内容,革新教学方法,逐步形成了集“虚拟仿真训练、参观认知实习、教学式生产及实操训练”于一体的多维度实习实训体系和全方位、全过程的实习实训教学管理制度体系,取得了良好的育人效果。

1 多维度实习实训体系建设的指导思想和设计思路

1.1 多维度实习实训体系建设的指导思想

河北大学生物技术专业实习实训体系建设的指导思想为结合专业建设发展规划目标,坚持服务京津冀生物产业发展需求和学生进一步深造需求,以成果为导向,以思政为引领,通过不断拓宽产教融合的广度、加大产教融合的力度、延伸合作的深度带动实践教学基地建设,构建学思结合,知行合一的长效实践育人机制,为全面提高教学质量,为党育人,为国育才提供有力保障。

1.2 多维度实习实训体系建设的设计思路

河北大学生物技术专业在微生物学等[3]研究型设计性实验教学改革方面进行了多年的探索与实践,已经改变了以往“重理论轻实践,重验证轻探究”的根本问题[14-15],为多维度实习实训体系的建设奠定了基础。在此背景下,综合考虑校情、省情和服务需求,成效导向的基本原则,设计了密切结合专业培养目标,密切结合京津冀特别是河北省生物产业发展实际需求,充分考虑实习实训内容的系统性、学生兴趣和发展需求的“两密切一充分”的多维度实习实训体系建设思路。

1.2.1 专业培养目标 为支持和提升中西部高等教育发展,教育部于2018年启动“部省合建”的新机制、新模式,重点支持河北大学等14所高校建设。河北大学在教育部指导下,以1+6的模式建立“生命科学与绿色发展学科群”,生物学是学科群的牵头学科。在此背景下,河北大学生物技术专业2019版人才培养方案中明确本专业的人才培养目标是培养“富有创新精神和实践能力的生物技术复合型高素质人才”。这就要求必须将创新精神培养和实践能力培养同等重视,避免陷入“重技能,轻创新”的误区[16]。在构建实习实训体系时,设计了先进行为期1 d的虚拟仿真训练(异槲皮素发酵生产与工艺优化虚拟仿真实验https://www.ilab-x.com/details/page?id=6667&prev=1),再进行现场讲授与参观性认知实习,最后进行教学式生产与实操训练的实习实训教学实施流程。在实习实训过程中加强过程记录与成绩评定,实习实训后进行总结与反思,构建了“学思结合,知行合一”的实践育人模式。其中,在虚拟仿真训练中引入了大规模平行反应器发酵工艺优化的研究型训练、教学式生产过程中允许学生根据自己设计的方案进行调控,实现了技能训练和创新思维训练的有机结合,为人才培养目标的达成提供了保障。校外实践教学基地中,华北制药集团是新中国制药工业的摇篮,共和国医药长子,拥有微生物药物国家工程研究中心和抗体药物研制国家重点实验室,对于学生了解生物技术在微生物药物和抗体药物研究和生产中的作用,培养创新研究的思维以及进行课程思政教育,都是国内不可多得的机会;保定保利瑞合生物科技有限公司、河北好菌多生物科技有限公司都是河北大学生物技术专业教师科技成果转化培育成长起来的企业,产教融合深度大,有利于提高学生“科学技术是第一生产力”的认知,增强专业自信和自豪感。

1.2.2 生物产业发展需求 据统计,河北大学生物技术专业毕业生90%以上就业地域为京津冀地区。在京津冀协同发展国家战略背景下,北京、天津、河北三地产业互补协作发展,已成为我国生物医药产业发展重要聚集地和强大驱动力。河北省生物医药门类齐全,医药企业制造能力和制造水平位于全国前列,抗生素和维生素原料生产能力居全球领先地位。石家庄是中国最大的医药工业基地和首批国家生物产业基地之一。《河北省制造业高质量发展“十四五”规划》中提出要争创国家级京津冀生物医药健康先进制造业集群,打造生物医药产业先进研发制造基地。同时,京津冀在生物肥料、生物兽药等生物农业领域及传统酿造行业也具有一批颇具影响力的企业。既提供了丰富、优质的校外实践教学基地建设资源,也是学生未来就业的重要去向。为此,我们在校外实践教学基地建设时密切结合京津冀特别是河北省生物产业的行业布局实际情况,以生物医药领域为主,兼顾生物农业、生物提取、生物环保和食品酿造业,并在多年合作的基础上对原有实习实训基地进行了优选,淘汰了一些在京津冀生物产业中占比低或技术水平一般的企业,补充了一批优质基地,特别是开展深度合作、可以提供教学式生产与实操训练的企业(表1)。

表1 河北大学生物技术专业校外实践教学基地及行业分布Table 1 Off-campus practice teaching base and industry distribution of biotechnology major in Hebei University

1.2.3 实习实训内容的系统性、学生兴趣和发展需求 在结合京津冀生物产业布局和发展需求的同时,在建设实习实训基地时坚持“生物技术上下游技术兼顾,所属行业类型兼顾,认知实习和实操训练兼顾,重点行业生物药与化学原料药兼顾”的基本原则,既确保了实习实训内容的系统性和完整性,又兼顾了学生兴趣和职业规划的差异。为保证教学式生产与实操训练的实施效果,2019级起河北大学生物技术专业生产实习时间由原来的一周改为两周,其中包括1 d虚拟仿真训练和9 d工厂实习(表1)。

2 多维度实习实训体系的管理与运行

2.1 总体架构及内涵

河北大学生物技术专业实习实训体系由校内虚拟仿真训练平台、校外认知实习基地、校外教学式生产及实操训练实习基地三个模块组成“一体两翼”式系统,分别从虚拟仿真训练、参观认知实习、教学式生产及实操训练三个维度共同开展实践教学,其中,虚拟仿真训练和参观认知实习是教学式生产及实操训练实习的基础(图1)。

图1 “一体两翼”式多维度实习实训体系总体架构Fig.1 Overall framework of "one body and two wings" multi-dimensional practice training system

2.2 管理与运行

2.2.1 实习实训工作领导小组和工作协调小组的建立 为切实保障实习实训教学质量,参照国内外通行做法成立了实习实训工作领导小组[17-19],由学院主管教学的副院长任组长,各校外基地所在公司技术或生产副总及河北大学生物技术系系主任任副组长,相关课程骨干教师任组员。另外,针对每个校外实习实训基地成立一个工作协调小组,学校和基地所在公司分别指定一名骨干教师和技术或生产负责人任组长,会同实习实训过程中所涉及部门的负责人,做好实习实训工作安排和教学管理与服务、生活保障、安全等事宜。

2.2.2 VOTOPAS管理体系 规范的管理是提高实习实训质量与教学目标达成度的先决条件和基本保证。为加强实习实训教学管理,制定了覆盖“虚拟仿真训练(Virtual simulation training)、现场讲授与参观认知(On-site teaching and visiting cognition)、教学式生产与实操训练(Teaching style production and Operation training)、过程记录与成绩评定(Process record and Achievement evaluation)、总结与反思(Summary and reflection)”等实习实训前、中、后三个阶段的关于教师和学生的管理制度——VOTOPAS管理体系,该管理体系通过强化实习实训教学过程监控,完善实习教学考核评价机制,实现了实习实训管理的全方位、全过程覆盖(表2),大幅度提高了实习教学质量。

表2 VOTOPAS管理体系组成Table 2 Composition of VOTOPAS management system

以学生们最为关心的实习成绩为例,考核内容包括纪律考核、表现考核和成效考核三方面,其中涉及教学式生产实操训练过程的考核由企业指导教师和学校指导教师现场打分,实习实训笔记作为成绩评定的一部分,改变了过去单纯依靠实习实训报告评分的状况,确保了实习实训考核成绩的公正性和合理性。

2.2.3 实习实训教学内容的开设顺序 总体上,在开展实习实训时需先进行虚拟仿真训练,充分利用虚拟仿真实训沉浸性、交互性、多感知性、构思性等特点,使学生深入了解实习实训中会接触到乃至进行实操训练的设备,强化学生的技能训练,培养学生的创新思维;然后再进行参观性认知性实习,现场学习生物技术研发和生产应用;最后进行教学式生产及实操训练,确保学生在动手操作前从感性认识到理性认识都具备了一定基础,以减少实操训练过程可能出现的错误及带来的损失。在进行虚拟仿真训练及到每一个基地进行实习实训时,都要按照相应管理制度现行培训,特别是进行参观性认知性实习前要请企业技术人员(校外导师)进行专题培训,进行教学式生产和实操训练前请企业技术人员(校外导师)进行各工段岗位职责与安全生产专题培训,并进行操作示范。

2.2.4 保障措施 校外实习实训基地作为高校教学和科研的重要组成部分,也是大学生实习实训等实践教学的重要平台。实习实训教学中学生是主体,学校(教师)是主导,企业是关键[20-21]。实习实训体系的良好运转重点在于校外实习实训环节,我们从以下几个方面提供了保障:①加强师资建设。师资队伍建设是保障校外实习实训基地建设的重要支撑。学校尽可能多吸收专业相关教师参与实习实训教学,新加入的教师必须在开展教学前到企业学习、交流,了解企业的研发及生产设备、技术和工艺;同时,学校聘请企业技术人员作为校外导师,在企业制度培训、现场讲授、参观性实习、操作示范和现场考核等环节作为实施教学过程的主角,由校内导师协助其完成在本企业的实习实训过程。②落实经费保障。学校通过设立校外实践教学基地建设专项经费,并配套严格的经费使用管理制度以保障校外实习实训教学的顺利开展。经费支出包括但不限于实习实训期间交通费、住宿费、学生意外伤害保险费、企业专家讲课费。特别是教学式生产和实操训练不同于顶岗实习[22-23],企业不仅需要根据教学周期协调各部门安排生产,投入较大,而且存在设备损坏、生产污染等巨大风险,学校需尽量给予企业适当的经济补偿。③企业积极配合,协商共治。校外实习实训基地建设和良好运行的关键在于企业的积极配合[24-25]。企业生产的主要目的是为了追求商业利益,而学校建设校外实习实训基地的目的是希望利用企业的实践资源让学生进行校外实践,培养全面发展的优秀人才,学校和企业两者巨大的责任差异,是建设和运行校外实践基地都会面临的主要难题。因此,在建设校外基地时实践教学资源和质量同等情况下优先选择与河北大学开展深度合作、愿意为学生实习实训教学提供便利条件,参与基地协商共治的企业进行建设[26]。④产学研深度合作,携手共赢共发展[27-28]。传统的普通本科高校实习基地的正常运行多数属于“输血式”,全部依赖学校经费投入运行,企业积极性不足。河北大学利用人才和技术优势与企业进行合作,通过承担企业技术委托研发项目、与企业联合进行技术攻关、合作申报科技项目、共建实验室、为企业员工提供技术培训等多种形式与校外实习实训基地依托企业开展了多层次、全方位合作。例如,河北大学生物技术专业与华北制药集团共建了河北省微生物育种与保育工程实验室和生物工程专业学位研究生培养基地;与十里香酒业进行科研及人才合作,共建“河北省浓香白酒酿造工程技术研究中心”;保定保利瑞合生物科技有限公司是我校科技成果转化基地,该公司核心产品5-羟基色氨酸生产技术是由我校生物技术专业吕志堂教授负责研发的;保定保利瑞合生物科技有限公司、河北好菌多生物科技有限公司等均通过与我校合作承担了河北省重点研发项目。在深度合作过程中校企双方实现了携手共赢共发展,因此,企业也愿意投入一定的人力、财力、物力用于我校实习实训教学和基地建设,有力缓解了学校校外基地建设资金不足问题。

3 多维度实习实训体系的实践效果

“书上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,这是绝大多数学生经过多维度实习实训收到的最大收获。学生普遍表示我们的实习实训体系完整,安排合理,通过实习实训教学实践,不仅巩固和加深了所学的理论知识,弥补了理论教学的不足,而且巩固了专业思想,拓展了视野,构建了知识与实践的桥梁,提高了实践及专业应用能力。

多维度实习实训体系在教学实践中的应用对于提升河北大学生物技术专业人才培养质量起到了显著作用。根据麦可思-河北大学 2019、2020、2021 三届毕业生培养质量评价数据[29-31],教学中应用本体系后2020届、2021届生物技术专业毕业生较应用前在“用人单位对毕业生行业相关知识水平满意度、用人单位对毕业生知识水平满意度和毕业生的工作与专业相关度”三方面都呈稳步提高,特别是2021届毕业生的工作与专业相关度高达82%,较2019届提高17个百分点,效果显著(图2)。

图2 多维度实习实训体系实践应用效果Fig.2 Comparison of practical application effects of multi-dimensional practice and training system

4 小 结

高质量的实习实训不仅有助于坚定学生专业信念,而且对于学生巩固课堂理论知识、掌握实践技能,以及训练学生科研素养,培养学生创新创业意识都具有重要作用,是实现人才培养目标的重要环节,并最终影响学生深造或就业的选择。

加快深化高等教育教学改革的一个基本要求就是主动适应社会需要,而其主要问题在于拓宽专业方向[32]。所以,校外实习实训基地建设也要不断拓宽范围,满足学生“宽口径”出路需求。深度的产教融合是高质量实习实训基地建设的基础,没有深度的产学研合作做基础,要想在校外实习实训基地建设中变被动为主动,使企业积极参与基地建设和学生培养,必须通过基地建设使企业受益,例如学校和教师为企业解决生产中的问题、带来新技术新产品、提升企业研发能力等,只有这样企业才甘心为学生培养付出。如果企业在实习实训基地建设中无法获利,企业就没有参与基地建设的积极性,实习实训教学质量就得不到保障,特别是教学式生产和实操训练的开展将沦为空谈。此外,必须切实加强实习实训教学的组织领导,加强实习实训全过程管理,提高教师参与实习实训教学的待遇,形成重视实践教学的良好氛围,为实习实训教学提供全方位保障。

虽然实习实训教学改革经过多年持续不断的探索取得了一定成绩,但仍存在部分问题,例如,由于经费原因,虚拟仿真训练系统覆盖尚不够全面,与教学式生产和实操训练无法完全匹配;教学式生产成本高,无法保证所有同学做到每个岗位都进行实操训练等,但是,我们相信,实习实训教学改革永远在路上,只要我们不忘初心,人才培养质量就会有保证。