面向新工科的生物工程专业实践教育体系改革与实践.pdf
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1、21 世纪,新技术的不断涌现及快速发展带来了一系列产业革命。习近平总书记多次指出,未来几十年,新一轮科技革命和产业变革将同我国加快转变经济发展形成历史性交汇1。工程在社会中的作用发生了深刻变化,工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎。掌握先进技术、综合能力强、创新能力强的工程类人才是产业发展的关键支撑。注重培养工科学生创新能力和工程实践能力不仅是历史赋予的使命,更是国家产业发展的内在要求2。为了适应我国产业快速发展对工程人才能力需求的新变化,2017 年教育部适时提出“新工科”的理念与思路,启动新工科建设,大力推动高等工程教育全面改革和实践3。以生物医药为代表的生物产业是我国战略新兴
2、产业,对掌握先进生物技术、工程能力和创新能力强的生物工程人才有迫切需求4。但现有生物工程专业人才工程能力和创新能力培养中尚存在诸多难题:首先,师资的工程化能力急需提升,我国高校的工科教师,绝大多数从高等学校及科研院所引进,以从事基础研究与应用基础研究为主,产业背景比较薄弱,工程实践经验和能力相对不足;其次,在实验和实践训练环节,各部分实验内容比较陈旧且相互独立、缺乏交叉融合,系统性不够,学生缺乏对工程过程的整体认识;还有,目前新兴生物产业主要集中在生物制药行业,如抗体类药物、疫苗等,面向新工科的生物工程专业实践教育体系改革与实践袁文杰,贾凌云(),杨君,姬芳玲,王淼,孜力汗大连理工大学生物工程
3、学院,大连,116024摘 要:“服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展”是新工科建设对战略性新兴领域的工程科技人才培养提出的新挑战和高要求。大连理工大学生物工程专业针对生物工程新工科实践教育体系中普遍存在的工程能力、创新能力不足的难点问题,立足产业需求和本专业人才培养特色,聚焦生物工程实践教育的师资建设、课程体系建设、实践平台建设、创新体系建设等关键要素开展工作,以工程能力和创新能力培养为目标,建成了理实融合、科教融合、产教融合的“三融合”实践创新平台,构建了生物工程全周期实践教学体系,有力支撑了生物工程领域高素质人才培养。为培养满足新时代要求的创新型人才,以及其他新工科领域专业人才提供了
4、可借鉴的思路和方案。关键词:新工科,产业需求,理实融合,科教融合,产教融合,实践教育Reform and Practice of Practical Education System for New Bioengineering YUAN Wen-jie,JIA Ling-yun(),YANG Jun,JI Fang-ling,WANG Miao,ZI LihanSchool of Bioengineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China收稿日期:2022-09-07;修回日期:2022-12-06基 金 项 目:教
5、育 部 第 二 批 新 工 科 研 究 与 实 践 项 目(E-SWYY20202505);教 育 部 产 学 合 作 协 同 育 人 项 目(202002204006);辽宁省新工科建设项目(辽教办202056 号);辽宁省教改项目(辽教办2021254 号);本科质量工程项目(大工教发202124 号)作者简介:贾凌云,E-mail:生物(23年4月刊)-正文.indd 152023-6-12 15:21:3416 袁文杰等:面向新工科的生物工程专业实践教育体系改革与实践由于生产过程有严格的 GMP 管理体系限制,学生生产实习很难进入现场深入了解生产工艺及工程化实际;最后,创新创业教育体系
6、化不足,学生缺乏主动性。大连理工大学生物工程学院以对学生相关能力培养非常重要的工程实践教育体系为突破口,通过师资建设、课程体系建设、实践平台建设、创新体系建设等方面大力改革与实践,提高了生物工程本科生工程能力、综合素质和创新能力,助推了高校工科人才培养质量的内涵式发展。1 新工科实践教育体系改革的理念与思路大连理工大学生物工程专业一向注重学生实践能力和创新能力的培养5-6。针对以生物医药为代表的新兴生物产业的特点与需求,以培养适应行业需求和时代要求的高级工程技术人才为出发点,提出“能力导向、突出创新、理实一体”的工程教育理念,贯穿人才培养全过程。紧密围绕“服务国家战略”“对接产业行业”“以学生
7、为中心”等新工科建设的教育教学理念,从师资建设、专业模块化教学体系的组织、基于实际工程案例的教学模式的改革、分层次阶梯化创新教育体系的构建、校内外互补的全周期多环境实践教学平台的搭建等方面进行实践教育体系的改革与实践,提升学生的工程实践综合能力和创新能力。满足产业对人才多样化、个性化和动态变化的需求,保障产业与教育的深入融合发展,培养一批具有创新创业能力、动态适应能力、高素质的交叉复合型创新人才(图 1)。2 新工科实践教育体系改革的实践2.1 校企深度合作,组建强工程背景师资队伍与传统行业不同,生物医药是典型的高技术引领的战略新兴产业,其中集聚了一批掌握最新生物技术、工程产业经验丰富的优秀人
8、才,包括很多回国创业的企业“千人计划”成员等高端人才。学院通过与企业共建博士后工作站、共建工程硕士联合培养基地等方式建立了校企长期深度合作,激发了校企协同育人内生动力,以此带动了本科生培养机制体制创新,实现了“双吸引”和“双走进”。高校教师走进企业,帮扶企业进行科技合作,同时提升了教师自身的产业认知和工程化能力;学院邀请企业研发专家、高级工程师等高端人才走进课堂,将最新的产业知识及工程化实践案例讲授给学生,同时也将国家的产业需求、国际竞争态势及鲜活的创新创业经验和感受带给学生,也带动了课程思政建设。企业导师参与本科生专业课的教学,同时也参与培养方案及教学大纲的修订,促进了本科专业课工程化环节教
9、学效果的显著提升,弥补了高校工科师资产业背景薄弱、工程实践经验不足的缺陷。2.2 按照生物产业工程过程,理实一体,重构专业教学模块化体系针对目前多数工科高校理论与实验教学管理相对分散、结合深度不够等问题,按照生物产业的上图 1 新工科实践教育体系改革的理念与思路生物(23年4月刊)-正文.indd 162023-6-12 15:21:34袁文杰等:面向新工科的生物工程专业实践教育体系改革与实践 17下游工程化过程,学院构建了专业模块化教学管理体系,即上游种子相关模块、下游生产相关模块,并配备相关实验课程(附图 1)。每个教学模块均由经验丰富的资深教授作为模块负责人,课程负责人负责理论课和相应实
10、验课教学大纲的制订及课程管理、负责与引进的企业兼职教师沟通协调。各模块在负责人的组织下,进行了教学大纲的修订、课程内容的组织协调及教学模式、教学内容、教学方法的改革与实践。模块化课程体系使学生明确了课程地位、有效地建立了课程间的知识关联,提升了对生物工程产业链条全过程的理解和把握,为进一步提升学生工程能力和创新能力奠定了基础。实验教学由之前的单一实验改为生物产品生产的综合性实验。以产品生产过程为主线,构建与产业接轨的实验教学体系,促进学生解决复杂工程问题能力的显著提升。2.3 深化教学内容、教学方式及评价机制改革,突出学生创新能力培养对实验教学方式进行了改革,以学生为中心,建立了基于问题引导的
11、项目完成的全流程过程管理机制,提高学生的学习主动性(附图 2)。学生按四人组成实验小组,查阅相关资料完成研究项目调研;团队协作设计实验,并参考教师和企业专家意见完善设计方案,经过多次反复讨论修改后,最终形成可行实验方案。实验中,教师现场答疑解惑,学生自行完成相关数据采集。实验完成后,学生对实验结果进行分析讨论,剖析存在的问题及并提出改进方案。实验课程的考核由实验设计及实验过程评价、课程答辩和实验报告等各部分成绩加和形成7。例如,基因工程实验构建蛋白质 A 的原核胞内表达(或真核细胞的胞外表达)细胞株,学生可以利用不同宿主和质粒自主设计,并对表达的效果进行分析讨论;进一步利用构建的蛋白质 A 基
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