生物工程专业创新型应用人才培养方案与运行模式的设计与实践

朱文优，陈文浩，张超，游玲，侯茂

(宜宾学院 生物工程学院，固态发酵资源利用四川省重点实验室，四川 宜宾,644000)

随着我国科学技术水平的不断提高和产业结构调整的不断深入，高新技术一线岗位不断产生和增加，这些岗位对从业者应用创新能力的要求也不断提高，专科层次应用技能型人才已不能满足这一新要求[1]。社会发展需要比例协调的学术研究型、应用技术型和应用技能型人才，而亟需的应用技术型人才却无对口培养高校[2-3]。地方本科院校由地方投资兴办，承担着90%的本科教育，是我国高等教育的重要组成部分[4-6]，应当是地方发展所需应用型人才的主要输出地[7]。然而，尽管地方本科院校的资源条件难以满足学术研究型人才培养的需要，但担心“降格”而不愿走应用型方向，使其处于既不能“顶天”、也不能“立地”的尴尬境地。应用技术型人才匮乏成为制约产业调整和技术升级的主要“瓶颈”，为解决满足这一问题，我国高等职业教育必须向本科层次延伸[1]。因而，国家不仅将地方本科院校的转型作为满足对应用技术型人才需要的重要手段，更将其视为高等教育领域改革的重点[6,8]。为此，国务院于2014年印发了《关于加快发展现代职业教育的决定》，提出采取试点推动、示范引领等方式，引导一批普通本科高校向应用技术类型高校转型，重点举办本科职业教育。教育部、国家发展改革委和财政部也于2015年出台了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，提出建设一批适应社会发展的、保障青年就业的应用型本科院校。培养方案是实现人才培养目标的重要保证和教学组织的重要依据，也是专业特色建设的根本保障[9]。目前，应用技术型人才培养缺乏系统设计，其培养方案与培养模式尚未完全建立，应加强其探索力度[3, 10-11]。

宜宾学院于2016年成为四川省整体转型发展改革试点的地方本科高校，确立了为地方经济社会发展培养创新型应用人才的办学目标。传统固态发酵产业是四川和宜宾的核心支撑产业，亟需能创新应用生命科学知识、工程控制与装备技术，分析和解决生产运行管理、品质控制管理、技术营销管理、技术创新与产品开发等一线工程技术问题的应用人才[12]。为此，在四川省应用型示范专业建设项目(川教函〔2017〕33号)等本科教学工程项目的支持下，本文以宜宾学院生物工程专业为例，就地方本科院校创新型应用人才的培养方案及运行模式进行了探索和实践，以期实现学科专业差异化发展，同时为地方发展提供支撑的目标。

1 以产业需求为导向，确定创新型应用人才培养目标

应用型本科教育是面向生产、管理、服务一线，以“应用能力”为核心，以学历教育与岗位素能培养相融合，培养知识、能力和素质全面而协调发展，既能适应一线工作需要，又具备较强创新能力的创新型应用人才[13-14]。创新型应用人才应具备自然科学、社会科学和人文科学基本知识，掌握扎实的专业基础知识，拥有复合性、动态性和先进性的知识结构，具备分析和解决一线工作实际问题及运用新知识形成新方法和新技术的能力，拥有较强的专业实践能力和终身学习能力，能够适应并促进行业发展的一类专门人才[14-15]。因此，地方本科院校转型发展的首要问题是，如何适应地方经济发展，合理确定创新型应用人才的培养目标。

为把握本专业的办学方向、找准人才培养的目标定位，系统分析了《四川省工业“7+3”产业发展规划(2008—2020年)》、《四川省关于加快构建“5+1”现代产业体系推动工业高质量发展的意见(2018—2022年)》、《四川省关于加快建设现代农业“10+3”产业体系推进农业大省向农业强省跨越的意见(2018—2022年)》、《宜宾市“8+2”产业发展规划(2017—2021年)》等省市产业发展规划，调研了中国川菜产业园、郫都区人社局、五粮液集团、步长(泸州)药业集团、川酒集团、宜宾食品药品检验所等行业代表及主管部门，掌握了作为四川和宜宾核心支柱产业的传统固态发酵产业升级和结构调整状况，清楚了地方企事业单位对本专业人才的岗位群、需求情况及知识和素能要求；同时，调研了江南大学、贵州大学、成都大学、西华大学、四川轻化工大学等相关高校代表，均无为固态发酵产业培养创新型应用人才的专业办学定位。

在此基础上，结合《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》和《关于加快发展现代职业教育的决定》对地方本科高校特色建设的要求，确立了“培养德、智、体、美、劳全面发展，具有较强社会责任感和较高职业素养，掌握扎实的生物技术及产业化的理论基础和基本技能，具备较强创业精神和创新能力，胜任固态发酵产业生产管理、工程工艺设计、新技术研究及应用、新产品开发及推广等岗位的创新型应用技术人才”的培养目标。该定位面向区域支柱产业，以“创新型”、“应用性”为特征，以“固态发酵产品及工艺技术创新研发能力”、“固态发酵工厂及设备创新设计能力”、“固态发酵产品生产及质量管理创新应用能力”为特色能力，聚焦应用能力、创新能力、特色能力等“三能”培养，以期实现专业办学的差异化和特色化。因此，“实基础、强实践、能创新”人才的培养方案成为探求的重点。

2 以“三能”培养为中心，构建创新型应用人才培养方案

2.1 课程体系优化设置

课程体系是人才培养方案的主体，是培养方案和培养目标直接的体现[16]。课程体系是否科学合理，直接影响学生思想政治、理论基础、应用能力、创新意识等的培养。构建通识基础教育、专业理论教育、应用创新教育平衡的课程体系是创新型应用人才培养的基础[11, 13-14, 17]。因此，在满足《生物工程类专业本科教学质量国家标准》的条件下，结合本专业人才培养目标定位，以产业需求为导向，以“实基础、强实践、能创新”为目标，以“三能”培养为中心，设计了由“创新思维课程”+“通识基础、专业核心及应用创新课程”组成的“1+3”课程体系(表1)；优化构建了“项目”驱动“三能”培养的逐级递进的实践教学体系，大幅度提高了实践学时数比例；增设了“通识与专业相沟通、理论与实践相融通”的创新能力课程体系。因此，该培养方案夯实了通识基础、保证了专业理论、强化了应用实践、提高了创新能力，具有“理论与实践、科学与应用、技术与能力”三并重的特点，强化了学生“应用能力”和“创新能力”的培养。

表1 生物工程专业创新型应用人才培养“1+3”课程体系Table 1 The “1+3” curriculum system of bioengineering major oriented by cultivating the innovative and applied talents

2.2 教学运行模式设计

为使保障培养方案有效运行，达成人才培养目标，根据学生知识、能力、素质培养循序渐进交替进行的基本规律，运用“协同教学”理论，按照“知识、能力、素质”三位一体和“产教交互协同”教学理念，笔者设计了“3+1”与“交互式”融合的教学运行新模式(图1)。

所谓“3+1”，是指在大学前3年主要完成理论教学和实验教学，重点强化学生基本知识、基本理论和基本技能的学习、锻炼和培养；第4年主要安排毕业(顶岗)实习及毕业论文(设计)等的教学。通过前3年“夯实通识基础、保证专业理论”的学习，提高学生的人文素质和专业理论素养，增强学生发现问题、分析问题的能力；通过第4年“强化应用实践、增强创新能力”的训练，提升学生解决实际问题的能力，提高学生职业适应的能力。“交互式”则是按照学生在大学学习中应用实践训练4年不断线的建设思路，前3年在学校学习期间，根据不同课程教学内容(案例)和学生科研创新的需求，随时到生产一线进行短时学习或实践；后1年在企业实践训练期间，将实际生产中遇到的问题带回学校科研实验室进行理论研究。

因此，“3 + 1”与“交互式”融合的教学运行新模式，能充分利用两种教学运行模式的优势，既遵从了学生知识、能力和素质培养循序渐进的教学基本规律，又使企业和高校在人才培养过程全程参与、交互进行，实现了校内与校外、实验与生产、理论与实践的“交互式”运行，有效克服了理论教学与实践训练脱节等问题[18-19]，有利于实现创新型应用人才的培养目标。

图1 “3 + 1”与“交互式”融合的教学运行新模式框架Fig.1 The framework of new teaching mode integrating the “3 + 1” mode and the interactive mode

2.3 课程内容优化调整

面向固态发酵产业，培养创新型应用人才，以创新能力、应用能力、特色能力等“三能”培养为核心，分类建设或优化调整了课程教学体系及教学内容。

(1)以创新能力培养为目标，以“通识与专业、理论与实践”相融通为导向，开发三类创新课程。新开了《创新性思维与方法》、《生物产品创新与开发》、《生物产业发展与革新》、《生物工程创新实验》和《生物工程设计实训》等5门创新创业课程，其教学学时数占比近12%，其中《生物产品创新与开发》和《生物工程创新实验》成为省级和校级创新创业示范课程，强化了学生“创新能力”的培养。

(2)以应用能力培养为目标，以“科学与应用并重”为导向，将部分理论课程改造成应用性课程。通过系列课程的内容更新、优化调整、体系重建，解决了各门课程知识点互相割裂、重叠、知识链条不连续、内容过于理论化等问题。如将《现代仪器分析》等课程内容，从传统的设计导向调整为使用维护导向，同时《生物统计学》调整为《试验设计与科技论文写作》，使理论教学更加注重应用性。又如，将《工厂设计实训》和《生物工程设备设计实训》整合而成《生物工程设计实训》，同时《工厂设计》调整为《工厂设计与环境保护》，消除了各门课程内容的割裂或重叠问题，使知识链条连续，提高了课堂效率。

(3)以特色能力培养为目标，按“课程内容模块化、教学过程生产化”的思路，开发了行业特色课程。立足四川固态发酵产业特色，以“产品及工艺技术创新研发能力”、“工厂及设备创新设计能力”、“产品生产及质量管理创新应用能力”为专业特色能力，打破原有的课程理论体系。从行业问题出发，重构了《微生物工程工艺原理》、《生物工程分析与检测》和《中国白酒生产技术》等3门专业课程的教学体系和内容，上述3门课程均入选了省级应用示范课程。增设了《发酵食品安全生产与品质控制》、《固态发酵工艺学》和《食品标准与法规》等3门课程，重视应用创新能力培养的同时，强化了行业特色能力培养。

2.4 实践教学体系建设

按照“基本技能-综合应用-创新能力”逐级递进培养的思路，以产业需求为导向，重构了实践教学内容，构建了“项目”驱动“三能”培养的逐级递进的实训实验教学体系。首先，按照“基础、综合、创新”功能分类和“模块化”课程建设思路，对依附于理论课程的实验项目进行归并重构，独立设置实践课程，构建了由《生物工程基础实验》、《生物工程综合实验》、《生物工程创新实验》和《毕业论文》组成的实验教学体系，及由《金工实习》、《生产实习》、《生物工程设计实训》、《毕业实习》和《毕业设计》组成的实训体系。然后，按产业岗位工作要求，依据“工作任务项目化”原理，重新整合和编排了各实践课程内容，建设了“项目”驱动“三能”培养的实践课程。对于《生物工程综合实验》、《生物工程创新实验》和《生物工程设计实训》等高阶实践课程，由学校教师和产业教师共同参与，以行(企)业技术需求和教师科研项目及成果为课程主要内容，优化教学内容，形成了科研反哺教学的实验内容动态调整机制。同时，将实践教学学时数从原来占总学时的28%提高到了46%，强化了学生创新能力和应用能力的培养。

2.5 课程教学方法改革

根据培养目标、大学生的身心发展特点，以“学习产出”(outcomes-based education, OBE)教学理念为指导，提出了本专业自主式课堂教学模式：①共同确定学习目标；②激发学生学习动机；③教师推送学习资料；④学生自学教学内容；⑤组织检查自学成果；⑥教师精讲学生精练；⑦学生课后练习巩固；⑧学生自我测试评估；⑨教师组织测试评估。为了顺利实施上述教学过程，综合运用基于“雨课堂”/企业实践实施的混合教学方法，对课程教学进行组织和管理(图2)。为了激发和提高学生的学习兴趣，培养学生自主学习的能力和创新思想，促成教学目标的实现，要求教师贯彻知识传授与能力培养并重的原则，充分运用翻转课堂，将课堂教学过程分为课前感知学习、课堂深入学习与实践学习等3个阶段，积极采用启发式、互动式、案例式、讨论式、参与式、探究式等教学方法，同时积极开展答辩制课程考核方式改革，倡导和支持研究性学习。总之，通过学生自学与教师讲授协作学习的混合、互动教学与翻转课堂教学的混合、数字化教学资源与实体资源的混合等，实现了各教学要素的优势互补，在翻转课堂教学和实践平台的支持下，实现了良好的衔接与优化。

图2 基于“雨课堂”/企业实践实施的混合教学方法Fig.2 The hybrid teaching approach based on “rainclassroom” and enterprise practice

2.6 教学改革实践案例

“创新实验”是以培养学生创新能力为目标而崭新设计与开设的一门实践课程。该课程基于CDIO(conceive, design, implement, operate)理念，以学生为中心，以固态发酵技术项目为载体，采用探究式教学方法，运用创新创业模拟实训模式，在教师的指导下，学生自发组建3～5人的创新团队，通过文献资料查阅和联盟企业调研，自主完成问题提出→方案设计→实验研究→产品测试→营销策划的工程实践全过程，让学生体验企业技术攻关的真实过程，激发学生成为技术型专家的潜能。导师对文献综述、实验方案、研究报告、商业计划书等4项成果进行考核，并采用学生-导师交叉、随机挑选小组成员进行项目汇报及质询的答辩考核，这5个部分经加权后确定最终成绩。通过上述训练，提高了学生的学习积极性,改善了教学的整体效果，促进了学生的创新创业能力、社会实践技能及团队协作能力的培养。

“中国白酒生产技术”是在大三开设的一门专业核心课程。该课程以专精川酒生产应用人才培养为目标，立足川酒三大主体香型产品，组建了由专任教师与企业教师组成的课程团队，按“课程内容模块化、教学过程生产化”的建设思路，构建了由“白酒生产基础、泸型白酒生产、五粮川酒生产、兼香川酒生产”4大板块21个项目组成的教学体系及内容,合作开发了“泸型酒生产历史及对中国白酒发展贡献、包包曲生产工艺技术”等6个真实案例。在教学过程中，学生在专任教师为主、企业教师为辅的讲授下完成理论知识学习，涉及6个案例的教学则到生产一线在企业教师的指导下完成。通过“专任教师与企业教师、学校与企业、理论与实践”的交互协同，使学生掌握白酒生产的基本理论和川酒生产的特色技能。

3 建设成效

该培养方案及教学运行新模式在宜宾学院生物工程专业实施多年来，学生的创新能力、应用能力、科学素养与人文素养得到有效培养，全面提高了人才培养的质量。

首先，在创新类课程开设的带动下，学生积极参与课外创新创业项目训练，并取得了大量创新成果，实现了学生创新思维能力培养的全覆盖。近3年共获大学生科研项目68项，包括我校首获四川省科技厅苗子工程项目1项、国家级项目16项、省级项目8项。同时，共获学科竞赛奖励29项目，其中国家级3项、省级一、二等奖14项。申请国家发明专利15项，实用新型专利7项目。数十名学生在核心期刊上发表学术论文，学生项目申报、学科竞赛、专利申请和文章发表的数量及质量有显著提高。调查表明：约80%的学生表示“可以”或“基本可以”独立完成企业技术攻关项目，学生的创新实践能力得到了有效培养。

其次，通过充分挖掘中国酒文化等专业独特的文化及技术相关的思政元素，并将其有机融入教学新模式，与思想政治理论课同向同行，发挥“价值引领”功能，培养学生具有良好的思想道德素质、较强社会责任感和较高职业素养。同时，这种教学新模式要求学生主动投入、团队作战，能充分调动学生探索学科前沿的主动性，通过资料查阅、企业调研、课程汇报、项目答辩、案例学习等训练，拓展了学生视野，了解了社会实际，强化了表达训练，锻造了协作能力。调查显示：91%的学生表示自己的团队合作能力有“显著提高”或“有一定提高”，学生的自主学习能力、团队能力和人文素养明显加强。

最后，本专业毕业生就业率超过95%、就业质量高，近年大批学生进入五粮液、步长药业、新希望等二十余家大型企业，普遍反应学生的理论知识扎实、应用能力过硬、创新能力充足、工作作风朴实；约10%的毕业生进入四川大学、华南理工大学、中国农业大学、江南大学等知名“双一流”大学深造，研究能力获得导师的高度认可，体现出学生具有良好的岗位适应能力、较高的科学素养及优良的综合素质。

4 结语

该培养方案的实施，提高了学生学习的积极性和主动性，提升了学生的创新能力、科学素养与人文情怀。该专业的社会影响力也得到增强，入选了四川省一流专业，获得了四川省第八届高等教育教学成果奖，同时在校友会专业排名中位列全省第一。但也凸显出“双师型”教师数量不足、产教融合深度不够、理论课程改革不彻底、学生学业考评体系不科学、质量管理系统不完善等问题。今后将按照新工科建设的思路，进一步深化专业综合改革，为地方经济社会发展培养“实基础、强实践、能创新”的一流创新型应用人才。