生物医学工程专业科教深度融合的创新人才培养模式与实践

王大珅，刘晓梅，乔清理

（天津医科大学生物医学工程与技术学院，天津300070）

0 引言

2017 年以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，这是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[1]，因此，创新人才培养始终贯穿高等教育全过程，是提高教育质量的抓手。从生物医学工程专业本身的发展历史和培养目标来看，它是一个非常适合培养“三创型”（创新、创造、创业）人才的工科专业[2-3]。因此，创新能力培养对专业转型发展和学生本人都具有重要的现实意义。

天津医科大学是我国早期设置生物医学工程专业的高校之一，具有生物医学工程硕士、博士学位授权点，2017 年生物医学工程学科获批天津市高校重点学科。教师队伍以中青年骨干为主，博士学位教师有30 名。专任教师近3 a 主持省部级以上科研项目37 项，其中国家级科研项目20 项。整个学院具有较为突出的科研优势。长期以来，在人才培养过程中，科学研究与人才培养没有得到很好的结合，教师往往重视科研而轻视教学，但是教师尤其年轻教师开始做科研项目时却缺乏团队力量。另一方面，本科生参与科研项目的机会相对较少，只有做课程设计或申请“大创”项目或项目结题时才主动找教师，不能稳定地进入实验室，这样，培养本科生做项目成为负担。调动教师和学生两方面的积极性是解决问题的关键。本文在分析科教融合培养学生创新能力的基础之上[4-5]，提出了科教深度融合的方法。

1 方法

科教融合是指科学研究与教书育人有机地结合，充分发挥高校科学研究的优势培育高素质专业人才。如何实现融合是近年来众多学者一直在探讨的问题。近5 a 来，我校针对在人才培养实践中遇到的问题，积极探索培养创新人才的科教融合模式，形成了一种可操作、可行的且与大学生本科4 a 课堂教学平行的学生创新能力培养方法。该方法解决了第二课堂中学生创新能力培养过程中需要解决的人（教师、学生的积极性）、财、物等问题，称之为科教深度融合法。

学生直接参加科学研究或技术研发对于创新人才培养是一种最为重要和有效的途径。因此，利用学院学科优势，以国家自然科学基金项目等科研项目和天津市教学创新团队为科学研究资源，打破学科平台与教学平台的界限，并以共享和建设教学实验平台调动青年教师的带教积极性，让学生作为准研究生参与科研团队，贯通课内外实践教学环节，实现科学研究与学生创新能力培养在第二课堂的有机融合。

1.1 科研成果反哺课堂教学

根据科研成果及时更新教材内容，增强教材先进性。生物医学工程专业是新技术不断渗入的学科。近几年年轻教师结合自己的研究方向，将前沿科学技术研究成果不断融入到课堂教学中去，深化教学内容，开设了5 门新课程。在课程教学内容上教师结合自己的科学研究，实现生物医学工程专业的培养目标[6]。

理、工与医学结合的课程设计是整个学院，也是生物医学工程专业培养复合型人才创新能力和实践能力的特色实践环节之一[7]。每年课程设计的选题都是医工/医理交叉学科课题，教师把自己的科研预研题目分解一些子课题，作为课程设计题目，学生自主地从教师提供的科研课题中选择感兴趣的研究课题。还有些选题来自不断积累的成熟的科研题目和科研数据。这样解决了年轻教师科研中缺少科研助手的困难，也增加了专业教师早期接触和了解学生的机会。

另外，鼓励教师根据毕业设计的要求从科研项目中拟订毕业设计题目。在2018 届本科毕业设计的88 个题目中，有50 个题目来自于科研项目，有超过57%的题目与老师的在研项目有关。每个学生从毕业设计过程中受到知识、能力素质各个方面的训练，提高了创新能力和实践能力。

1.2 学科与专业一体化建设

地方院校教学和科研资源有限，为了拓宽教学资源，充分挖掘我院科研优势，保障创新人才培养，提出了学科与专业一体化建设思路，在专业建设上搭建科研平台。主要通过以下几个方面的工作来实现。

1.2.1 本科生学术导师制度

从2015 年开始学院在2014 级全面推行了导师制，做到了“人人有导师”，首批聘请了具有博士学位的28 位教师为本科生导师。导师制的推行使得学生与教师之间有了更多的机会和时间进行交流，学生座谈会上反映的专业培养目标、“大创”指导教师、学科竞赛等方面的问题都得到解决。同时，导师制的推行使年轻教师很早就有机会接触学生，在没有自己带研究生之前可以组建科研团队；而且教师承担的横向应用型课题使实践教学能够“真题真做”[8]。

1.2.2 电子协会促科研创新实践活动

学院在2010 年成立了电子协会。电子协会营造了良好的创新环境，搭建了教师和学生之间、不同年级学生之间的联系。学院可通过电子协会向学生介绍教师用人信息和科研课题，学生可选择感兴趣的科研项目，还可以以微信方式宣传在第二课堂取得的创新成果。协会活动包含一些知识讲座，特别是一些有关设计和发明类的竞赛（“挑战杯”）讲座，向学生讲述创新的重要性，拓宽学生的知识面，激发了学生参与科研项目的兴趣，提升了学生的创新意识，开阔了他们的视野。

1.2.3 建立本科生科研资助体系

大学生科技创新活动需要人、财、物等多方面的保障，其中资金是最为重要的因素。近几年，本科生科研经费形成了5 个方面的稳定渠道：（1）学生直接参与指导教师的科研课题，在教师科研项目资金的支持下做科研项目。（2）多数学生是自己申请国家级、市级和校级“大创”项目资金，并作为科研项目的主持人开展研究工作。（3）学院对校级以上没有申报成功的较好项目给予立项资助。（4）学院针对每年举行的各种设计竞赛都从教学经费中给予资助。（5）拓宽资金来源，利用企业设立的基金，以项目为载体资助学生开展创新创业活动。

1.2.4 建立学生创新实验室

实验室是培养学生创新能力和实践能力的必备条件。年轻教师开始工作时都没有自己的实验室，近几年学院与教师的科研方向紧密结合，建设了一批既可以做科研，又面向本科生开放的实验室。这有利于调动年轻教师带教的积极性，切实增加学生专业工程实践的机会。

目前学院已经建立了3 类16 个对本科生开放的实验室，包括天津市生物医学工程实验教学中心的6 个实验室，2 个学生创新实验室和8 个科研实验室，如图1 所示，其中后10 个实验室是近5 a 逐步形成规模，成为对学生开放的实验室。

图1 生物医学工程学院实验平台

1.3 基于项目学习组织创新人才培养

在本科生创新培养的人、财、物问题解决之后，还需要“软”的方法把本科生创新能力的培养过程清晰地组织起来。教师科研项目本身具有工程项目的特性，学生参与教师科研项目的过程可以用工程项目管理的方法进行实施[9]。

科教融合落到实处之一就是第二课堂，为此学院2015 年制订了第二课堂的一系列规章制度。为了提高质量，避免学生打一枪换一个地方，采用3 a 一个周期，让学生每个学年完成不同阶段的任务，形成了基于项目学习方式的第二课堂。基于项目学习的培养过程根据本科生在大学4 a 的成长过程进阶式地进行，可以概括为：大学第一年学生通过学生社团了解教师和感兴趣的方向，然后主动接触教师。教师让学生阅读几篇论文，熟悉课题，学习工程工具如Lab-VIEW、MATLAB 等；然后深入查阅文献，找到要解决的关键科学问题。大二时，深入查阅文献，写出科学问题的综述，在课题组内进行交流，然后以科学问题申请各类基金（如图2 所示）[9]……总之，不同年级有不同任务，随着时间的推移，项目也按项目管理的方式进入不同阶段。通过教师指导下阅读文献，找到科学问题，学生申请各类科研项目形成以科学问题需求为导向、科研项目为载体，学生为主体、教师为主导的“科教融合，协同育人”方法[10]。

2 结果

2.1 创新成果丰硕

近3 a，本科在校生有319 人，报名参加各类比赛100 人次，在各种学科竞赛中表现突出。36 人次参加各类专业学科竞赛并获奖，其中，全国数学建模大赛一等奖3 项、二等奖3 项，“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛市级二等奖2 项，2017 年第三届全国大学生生物医学工程创新设计竞赛一等奖1 项、三等奖1 项，天津市单片机大赛一、二、三等奖6 项，天津市物理竞赛获奖14 项，天津市化学竞赛获奖13项，天津市数学建模大赛二等奖1 项，全国大学生电子设计竞赛市级三等奖1 项，第六届天津市大学生计算机鼠走迷宫二等奖1 项、三等奖1 项。尤其是生物医学工程创新大赛，这是体现我校生物医学工程专业办学水平、学生创新能力的大赛。以前本专业的专业比赛没有学生参赛，而近2 a 有9 名2 队参赛，6 人获奖。

同时，在校学生参与一些高水平论文主要工作的有10 多人，有7 篇期刊论文发表，其中，发表SCI论文1 篇、国内核心期刊论文4 篇，参加国内会议10 余人次。

2.2 提高了学生进行科研的积极性

本科生早期进入实验室开展创新活动是我校“早期接触临床”办学特色在非医学专业的实现。近3 a，进入实验室进行各种科研创新实践活动的学生不完全统计有216 人。大二、大三学生科研申报项目每年有30 项，逐年增多。近4 a，参与全国大学生创新创业项目4 项、天津市大学生创新创业项目2 项、校级大学生创新创业项目31 项。2016 年，开始设立院级大学生科研训练项目。项目参与学生占大二、大三学生的50%多。近4 a 学院大学生科技项目立项情况如图3 所示。

2.3 毕业生受用人单位的好评

近几年，学生培养质量受到学校和用人单位的高度评价。生物医学工程专业学生考取研究生比例上升，达42%。有近50 名大学生到国内外著名大学深造。在免试推荐攻读研究生时，备受北京大学、清华大学、北京生命科学研究所、上海交通大学、东南大学等生物医学工程学科强校的青睐。

为了解用人单位对毕业生的评价，委托第三方机构对本科生培养质量进行了跟踪调查。对近3 a的毕业生调查显示，用人单位对应届毕业生总体满意度为97%，84%的用人单位认为我院应届毕业生整体表现高于平均水平，表示未来愿意继续招聘我院应届毕业生。

图2 基于项目学习的第二课堂

图3 近4 a 学院大学生科技项目立项情况

3 结语

通过科教深度融合，学生在教师的指导下，从大一开始进入实验室，参加科学研究或技术研发。在该方法实施过程中，学生从阅读文献熟悉问题开始，经历申请项目，到出成果完整的科研训练过程。在资源有限的情况下，利用本科生导师制、学科与专业建设一体化和学生社团等制度和组织，调动教师和学生的积极性，从人、财、物上为创新能力培养实现给予保障。该方法目前还在不断完善中，对于研究生较多、学科资源平台很丰富的学院不一定可行。但对于研究生和实验室资源有限的地方院校，3 a 多的实践表明，科教深度融合可将学院科研与学科优势转化为本科生创新能力培养的资源，对于创新人才培养是一种重要和有效的途径，解决了科研与教学矛盾的问题，使教学质量得到大大提高。