新工科视域下生物工程专业教学与人才培养探索

徐 梦 范忠军

（盐城师范学院 江苏 盐城 224007）

在当今科技快速发展的时代，新工科的概念应运而生，标志着传统工科教育的转变。新工科注重培养跨学科的工程师，强调综合应用技术、创新思维和解决实际问题的能力。这一视域下，工程教育不再局限于传统的学科边界，而是更加注重学科之间的融合和实践导向的教学方法。生物工程作为新工科领域中的重要组成部分，是连接生命科学和工程技术的纽带。生物工程的兴起不仅源于对医疗、环境、食品等领域需求的增加，更是因为生物技术、信息技术等领域的快速发展为生物工程带来了更多的可能性。在新工科中，生物工程不仅仅是一门专业，更是跨学科协同创新的平台，有助于培养具备全球竞争力的工程人才。随着新工科理念的推动，传统的生物工程专业教学面临着诸多挑战。因此，本研究旨在通过探索创新的教学方法，更好地适应新工科的要求。

1 新工科视域下的教学理念

1.1 新工科的核心特征。新工科的首要特征是跨学科融合，即在工程领域中突破传统学科的界限，积极吸纳其他学科的理论和方法。在生物工程专业中，不仅要注重生命科学领域的知识，还要整合工程、信息技术、化学等多个学科的内容。通过跨学科的融合，培养学生具备全面的知识结构，提高解决实际问题的能力。实践导向是新工科的另一个核心特征，强调学生在学习过程中通过实际项目、实验和实习等方式获取知识和技能。在生物工程专业中，实践导向的教学包括生物实验、工程设计项目、企业实习等。通过这种方式，学生不仅能够更深入地理解理论知识，还能够培养解决实际问题的能力，增强实际操作的熟练度，为未来从事相关工作做好充分准备[1]。创新思维是新工科的第三个核心特征，要求学生具备跨学科、跨领域的创新意识和创新能力。在生物工程专业中，培养创新思维包括但不限于以下方面：引导学生关注科技前沿，激发他们对未知领域的好奇心；鼓励学生参与科研项目，培养独立思考和解决问题的能力；提供创业教育，培养学生在创业和创新领域的竞争力。

1.2 生物工程专业与新工科的契合点。生物工程作为新工科中的重要组成部分，其核心特点之一是跨学科性质。生物工程不仅涉及到生命科学和医学领域的知识，还需要整合工程学、化学、信息技术等多个学科的理论和方法。这种跨学科的特性使得生物工程专业的学生能够更全面地理解和解决与生命相关的问题，培养学生具备跨学科合作的能力，有助于他们更好地应对复杂多变的工程挑战。实践性项目在新工科中被视为一种重要的教学手段，而在生物工程领域，这种实践性项目更是不可或缺的一部分。通过实际项目，学生能够将理论知识应用到实际中，加深对课程内容的理解。在生物工程专业中，实践性项目可以包括设计和开发新型生物医学器械、生物传感技术、生物制药工艺等。这样的项目不仅提升了学生的实际操作能力，还培养了他们的团队协作和项目管理能力。创新思维在生物工程领域尤为重要。生物工程是一个不断发展和变革的领域，需要工程师具备前瞻性的思考和创新能力。在新工科的理念下，生物工程专业更加强调培养学生的创新思维，这有助于他们在未来的职业中更好地适应行业的发展，推动生物工程领域的创新和突破。

2 生物工程专业教学模式创新

2.1 课程设计与结构调整。为适应新工科的要求，生物工程专业的课程设计需要引入更多跨学科的内容。这包括与计算机科学、材料科学、化学工程等相关学科的交叉课程。通过引入跨学科课程，学生可以更全面地理解生物工程的背后原理，培养跨学科思维，提高解决问题的能力[2]。例如，设立与生物信息学、生物传感器、生物材料等相关的课程，使学生能够跨足多个领域，获得更为综合的知识结构。在新工科的教育理念下，实践性课程是培养学生实际操作能力和解决实际问题的关键。因此，生物工程专业的课程结构需要增加更多的实践性课程，例如实验课、工程设计课、医疗设备制作课等。这些实践性课程应当紧密结合生物工程领域的实际需求，让学生在真实场景中应用所学知识，锻炼实际操作能力，并培养解决实际问题的能力。为促进学生团队协作和解决实际问题的能力，可以引入项目驱动型课程。这类课程以实际项目为基础，通过学生团队合作完成整个项目的设计、实施和评估。项目可以涉及到生物制药、医疗器械设计、环境监测等方面，使学生能够在实际项目中感受到工程实践的复杂性和多样性。通过这样的课程设置，学生提高了实际项目管理能力，同时培养了创新思维和团队协作精神，以更好适应未来工作的需求。

2.2 教学方法创新。在生物工程专业中，引入问题导向学习，可以通过提出实际工程问题或复杂生物工程案例，让学生围绕这些问题展开研究和学习。这种方法有助于培养学生的主动学习意识，激发他们的好奇心和求知欲。通过解决实际问题，学生不仅能够深入理解课程知识，还能够培养独立思考和问题解决的能力，提高他们在工程领域的综合素养。小组合作学习是一种强调学生协作和团队工作的教学方法。在生物工程专业中，可以通过组建小组，让学生共同参与实验、项目设计和解决复杂问题。小组合作学习有助于培养学生的团队协作精神和沟通能力。生物工程领域通常需要多学科的交叉合作，因此通过小组合作学习，学生能够更好地适应未来工作中的跨学科合作环境。同时，学生在小组中分工合作，共同解决实际问题，有助于培养实际项目管理和领导能力[3]。案例分析与解决是一种将理论知识与实际问题相结合的教学方法。在生物工程专业教学中，通过引入生物工程领域的实际案例，让学生进行深入分析和解决问题。这种方法有助于学生将理论知识应用到实际情境中，培养他们的问题识别和解决能力。通过案例分析，学生能够更好地理解生物工程领域的伦理、法规等方面的问题，提高他们的综合素养。

2.3 实验室教学的优化。为了保持生物工程专业实验室教学的前沿性和实用性，引入先进技术设备是必不可少的，这包括但不限于生物传感技术、基因编辑工具、生物信息学分析平台等。通过引入这些先进设备，学生能够接触到最新的实验技术和方法，更好地了解生物工程领域的最新进展。这种实验设备的引入也有助于培养学生独立操作和维护实验设备的能力，提高他们在未来工程实践中的实际应用能力。优化实验室教学还需要将实验设计与自主研究结合起来，不仅仅是按部就班地进行实验，学生还应当有机会设计和改进实验方案，进行自主研究。这可以通过设定开放性的实验项目，鼓励学生根据自己的兴趣和目标选择研究方向，进行独立或小组合作的实验研究。这种方式有助于培养学生的创新精神和解决实际问题的能力，同时提升他们的实验设计和数据分析能力。为了更好地培养学生的实际应用能力，实验室教学可以引入与工业界合作的实验项目，使学生接触到真实的工程问题，了解工业界的需求和标准，帮助学生更好地理解理论知识与实际应用之间的联系，提高他们的职业素养。此外，与工业界合作还能够为学生提供与专业人士互动的机会，拓展他们的职业网络，并为毕业后的就业或实习奠定基础。

3 人才培养模式的优化

3.1 实习与实践经验。产学合作项目是生物工程专业实习与实践经验的重要组成部分。通过与工业界的合作，学生能够将在课堂学到的理论知识应用到实际工程项目中，提升实际操作能力，并更好地了解行业发展趋势。建立产学合作项目有着多个方面的优势，例如学生通过参与产学合作项目，能够深入了解实际工程项目，增加实践经验，提高在实际工作中的适应能力；通过与工业界的合作，产学合作项目更容易保持与行业发展的同步，确保学生获得的知识和技能符合实际用途；学生能够接触到行业内最新的技术、设备和工程方法，促使他们保持对领域的敏感性和前瞻性。并且与企业建立联系有助于学生找到潜在的就业机会，为他们的职业发展打下基础。实习基地的建设和拓展是为学生提供更广泛实践经验的关键，这包括建立与工业界合作的实习基地，确保学生能够在真实的工作环境中应用所学知识。与生物工程领域的公司、研究机构建立合作关系，以确保学生在实习过程中能够积累丰富的实践经验，确保实习基地具备先进的实验室设施和工程工具。建立由专业人士组成的导师团队，为学生提供指导，帮助他们更好地融入实际工程团队，确保实习基地能够提供多样性的实习项目，覆盖生物工程的各个领域，以满足不同学生的兴趣和发展需求。

3.2 跨界人才培养。除了专业知识和技能，学生还需要具备一系列的职业素养，以更好地适应不同行业和工作环境。在生物工程专业中，职业素养的培养包括多个方面，例如培养学生良好的沟通能力和团队合作精神，使其能够有效地与不同背景和专业的团队成员协同工作；培养其在未来的工程项目中担任领导职务的潜力；强调职业操守和伦理观念，确保学生在工程实践中能够诚实守信、负责任；鼓励学生培养自主学习和持续创新的习惯，以适应工程领域的快速发展；培养学生独立思考和解决问题的能力，使其在实际工程项目中能够作出明智的决策。为了培养更全面的跨界人才，可以引入跨专业交叉培养项目。这种项目将不同专业的学生组成跨学科团队，共同解决涉及多个领域的复杂问题。学生有机会合作解决生物信息学、计算生物学等交叉领域的问题，提高其在计算机科学与生物工程专业的综合能力。将生物工程与材料科学结合，促使学生在两个领域中都具备专业知识[4]。引入商业管理的知识，培养学生在未来创业或从事项目管理时的商业智慧。结合环境科学的知识，共同解决生物工程在环境保护和可持续发展方面的问题。通过跨专业交叉培养项目，学生能够深化对多个领域的了解，培养综合素养，提高解决跨学科问题的能力，更好地适应未来工程领域的发展趋势。

3.3 创新能力培养。培养学生的创新能力需要引导他们参与科研项目，深入研究生物工程领域的前沿问题。提供有经验的导师指导，帮助学生选择合适的研究方向，确保他们在科研项目中能够有系统的学习和实践。鼓励学生亲身参与实验室工作，培养实际操作能力，并引导他们参与实验设计，激发创新思维。引导学生撰写学术论文，促使他们能够规范表达研究成果，提高文献检索和文献写作能力。鼓励学生积极参与学术会议、研讨会等，与同行交流思想，提高学术交流和表达能力。提供创新性的研究项目，引导学生探索未知领域，激发他们的创新精神。通过科研项目的参与，学生能够在实际问题中培养创新思维，提高独立思考和解决问题的能力，为将来深入研究或就业奠定基础。创业思维的培养是为学生提供创业机会和培训，激发他们创业的热情和能力[5]。引入创业课程和讲座，让学生了解创业的基本知识、流程和成功案例，培养他们对创业的兴趣。为有创业意向的学生提供创业导师，指导他们制定创业计划，提供专业的创业建议。鼓励学生参与创新创业竞赛，通过与其他团队的竞争，锻炼创新思维和创业能力。促进与企业的合作，提供实习和实践机会，让学生更深入地了解实际创业环境。