真实问题导向下生物技术专业创新应用型人才培养模式改革与实践

郑方亮, 付 琳, 王翔宇, 韩传玉, 李 辉, 霍雅鹏, 朱春玉

(辽宁大学 生命科学院,辽宁 沈阳 110036)

生物技术是世界科学发展中极为重要和活跃的一门学科,广泛地应用于医药、农业、能源、环保、制造等诸多领域,与人类生存和可持续发展关系十分密切[1]。特别是2019年新冠疫情的爆发更加凸显了生物技术在疫苗研制、药物研发和检验检测等方面的重要作用。近年来,我国生物技术产业发展迅速,“十四五”规划明确将生物技术作为九大战略性新兴产业和七大科技前沿攻关领域之一,并提出“推动生物技术和信息技术融合创新,加快发展生物医药、生物育种、生物材料、生物能源等产业,做大做强生物经济”[2-3]。在此背景下,为满足我国生物技术相关产业发展需求,迫切需要培养理论知识扎实、实践动手能力过硬并具有创造性思维的创新应用型生物技术人才。随着国家高等教育改革的不断深化和新形势下社会发展对人才的需求,坚持问题导向,探索符合我国生物技术产业发展需求的人才培养新模式,是当前推进高校人才供给侧结构性改革的重要途径[4-5]。辽宁大学生物技术专业作为国内一流本科专业,从学校“双一流”大学的办学定位出发,立足我国经济结构战略性调整要求和生物技术产业对创新应用型人才的需要,聚焦人才培养中存在的真实问题,以科教融合、产教融合和校企合作为基础,以将学生培养成理论知识扎实、实践动手能力过硬并具有创造性思维的创新应用型人才为目标,着眼于教学内容与方法的改革,着力于产学研融合长效机制的建立,通过探索和实践,构建了以培养人文与科学精神、创新与实践能力、创造与创新思维为核心的创新应用型人才培养新模式,为培养厚基础、强技能、善应用的生物技术人才提供了新的参考。

1 生物技术专业人才培养中存在的真实问题

辽宁大学生物技术专业以成立于1958年的微生物学专业为基础,组建于1998年,是辽宁大学传承最久的专业之一,2009年获批辽宁省教育示范专业。随着时代的不断进步,在专业的发展过程中,一些教学问题逐渐显现出来。

1.1 原有培养模式定位存在偏差,难以对接生物技术产业发展的真实需求

21世纪,生物技术的热潮正席卷全球,世界各国都在大力发展生物技术及其产业,以扩大生物经济领域的全球市场份额[6]。在全球生物技术研究都处于高投入的当下,我国生物技术产业只有储备好战略性人才,才能在技术端实现突破与创新,抢占全球生物技术产业的制高点[7-8]。新形势下,生物技术领域正呈现出多学科、多领域的多元融合发展趋势,生物技术产业需要的是既具有扎实的理论基础,又能够将专业知识和实践技能应用于解决实际生产问题,具有创新精神和创造思维的应用型人才。原有的生物技术专业人才培养模式注重学生的基础理论知识水平和科学研究能力,而忽视了对学生实践技能和创新能力的培养。由此可见,原有的培养定位与目标难以适应生物技术产业发展需求,所培养毕业生具有的能力已经不能够完全满足各企业用人单位的需要,生物技术专业人才培养模式亟待改革[9]。

1.2 原有教学内容与方法单一陈旧,难以适应新形势下创新应用型人才培养要求

由于生物技术专业很多专业课程涉及知识体系较广,内容复杂、抽象,为了将尽量多的知识传授给学生,教师总是采用“满堂灌”的课堂教学方式,很容易导致学生学习主动性不强、参与度不高,出现“沉默式”教学。加之,单纯线下授课的教学方式无法提供多元化的信息和足够的消化吸收时间,导致部分学生不能快速理解课上讲授的内容,更不能回答老师提出的延展性问题。在这样的情况下,教师很难拓展知识点,并充分将理论和实践结合起来,无法达到理想的教学效果。另外,传统的教学停留在对学生知识的传授,忽略了对学生的思想教育,学生可能对自己未来的职业规划和正确的价值观认识模糊。

1.3 原有科研训练环节薄弱,学生创新意识差、创新能力不强

生物技术属于实验性学科,此领域人才需要扎实的科研训练和勇于创新的精神去完成相关产品的研发。但是相较于发达国家,我国生物技术产业起步较晚,各大院校开设生物技术专业的时间也不长,科研训练环节薄弱,对本科生的教育只停留在理论环节和一些最基本的实验操作上,学生跟着已有的实验步骤进行机械的操作,独立思考与团队协作能力差。加之,本科通常实行大班授课制,一名教师同时教授几十甚至上百名学生,教师与学生没有深度的交流,导致科研创新意识和创新能力得不到很好的训练。此外,学生缺乏将专业理论知识和实验技能有效地转化为具体实践的平台,不愿参加各种专业竞赛或创新创业大赛,更无法参与到生物技术产品和相关的研究中去,面临毕业即失业的问题,生物技术创新应用型人才匮乏[10-11]。

1.4 原有实习实践体系脱离行业产业真实现状,产教融合低、学生实践能力弱

虽然国内众多高校均设有生物技术专业,但是普遍存在重理论教学、轻实践实习以及实习脱离实际等现象[12-13]。具体问题主要有以下三方面:第一,实习实践课程质量不高,理论和实习课程过于以书为本,脱离生产实践真实问题及需求,导致课程学习与未来工作需求脱节;第二,专业培养体系中缺乏创新创业教育,创新创业教育只是针对部分积极主动参与创新创业训练计划项目或参与教师科研项目的学生开展,学生受众面较小;第三,实习基地实践教学模式单一、合作企业积极性不高以及实习基地资源利用不充分,导致学生开展创新创业实践的质量较差。这些问题就会导致培养的学生普遍存在动手能力不强、创新意识薄弱、科学素养不高,影响学生毕业后的择业。随着生物技术的快速发展,企业对生物技术毕业生的实验技能经验和问题解决能力也提出了更高的要求。因此推进培养符合社会需求的科技创新人才,针对有效提升大学生创新创业实践能力的教育改革势在必行[14]。

1.5 原有师资力量薄弱,教师能力有限,无法胜任创新型人才培养任务

在师资方面,高校教师以教学为主要任务,缺乏从业背景和行业实践,无法胜任创新型人才培养的任务。专业授课教师不接受相应创新创业思想的培训和交流学习,即使学生有创新创业的愿望和想法,没有人理解和指导,也只能纸上谈兵[15]。因此,要想向社会高质量地输出生物技术创新应用型人才,就得有一批具有创新创业教育指导能力和行业实践经验强的师资队伍[16]。

2 解决真实问题的主要改革措施

2.1 对接生物技术产业发展的真实需求,构建基于OBE(Outcomes-based Education)理念的创新应用型人才培养模式

OBE(Outcomes-based Education)教育理念即目标导向教育[17]。通过深入用人单位及相关领域进行广泛调研,了解企业对人才能力的精准需求,确定了生物技术专业定位为“培养具有一定科学研究素质和创新能力的应用型人才”。以专业定位为基础,以人才需求为导向,以学生为中心,科学制定培养方案,课程设置突出基础课程的“厚”、专业基础课的“精”、选修课的“广”。通过对人才培养方案的反向设计和正向实施,达到“宽口径+创新能力+应用型”的知识与能力的结构目标,构建由通识教育课程、学科教育课程、专业教育课程、交叉学科教育课程和实践教学环节构成的“五位一体”课程体系;在体系中突出实践能力和创新思维培养,实习实践学分数占总学分比例提升至32%。

2.2 加强课程建设、深化课堂改革,服务创新应用型人才培养目标

2.2.1 建立以行业需求为导向、突出现代生物技术应用为特色的课程体系 2019年《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》中指出“课程是人才培养的核心要素,课程质量直接决定人才培养质量”[18],依据行业需求和人才培养目标,需要建设适应创新应用型人才培养需要的优质课程[19]。在专业教育课程中,在原有的“基因工程”“细胞工程”“蛋白质与酶工程”“生物信息学”等核心主干课程的基础上,增设“生命组学”“细胞信号转导”“微生物高通量测序与数据分析”等学科前沿领域选修课程,提升课程高阶性,注重培养学生对前沿技术方法的掌握和高级思维;在交叉学科教育课程中,通过增设“生物制药学”“食品微生物检验”“动植物检验检疫学”等课程,渗透生物技术专业的新知识、新方法和新应用,突出创新性,体现多学科交叉融合,培养学生将所学知识用于解决实际问题的能力及勇于创新的精神;在实践教学环节中增加“生物技术综合实践”“实验室安全与操作”等技能课程,加大学生在实践中的学习投入,增加挑战度和体验感,着重培养学生解决复杂问题的综合能力与创造性思维。

2.2.2 增强课程内容的前沿性和时代性,与时俱进、不断更新教学内容 在教学内容方面,及时将学科相关的热点问题、学术研究和科技发展的前沿成果引入课程,强调课程内容的广度和深度,增强教学内容鲜活度,提高学生的科学视野与专业素养[20]。2020年在新冠疫情爆发之初“微生物学”课程内容增加了“新冠病毒溯源”“新冠病毒传播途径”等内容,2021年随着科学界对新冠病毒了解的深入,进一步增加了“新冠病毒感染机制”等内容。“免疫学”课程在2020年增加了“免疫系统如何清除新冠病毒”等内容,2021年又增加了“新冠病毒各种疫苗优缺点”等内容。“分子生物学”课程内容增加了新冠病毒核酸与抗原抗体检测技术、RNA干扰技术、肿瘤免疫调节与靶向治疗等内容。“基因工程”课程内容增加了CRISPR-Cas9基因编辑技术的应用、转基因动物模型的建立、新冠疫苗的制备等内容。

2.2.3 积极推动课堂革命,探索启发式、探讨式和参与式教学方法 以提升教学效果为目的进行教学方法创新,强化课堂设计及现代信息技术与课堂教学的深度融合[21-22]。“微生物学”自2014年起开展跨校修读,将以往单纯的线下课堂授课变为多维度、多元化的线上线下混合式教学,同时在翻转课堂中增设讨论和辩论环节,内容紧密结合生产实践中的真实问题及领域内最新的学术进展,如:抗生素引发的耐药性问题、微生物在固体废弃物处理中的应用及肠道菌群与人类的关系等,激发学生的学习兴趣。“生物制药学”课上插入师生角色互换方式,调动学生的学习积极性和强化师生互动。“免疫学”“分子生物学”“植物学”等课程运用雨课堂互动、课下小组项目讨论等方法,“细胞生物学”等课程安排前沿文献阅读并进行“每人一点评”,通过教学方法的创新积极引导学生进行探究式与个性化学习。

2.2.4 推动“课程思政”教学设计,做到课程门门有思政、教师人人讲育人 落实“立德树人”根本任务,把育人要求落实到人才培养全过程,从更深的层次、更宽的范围中挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思想政治教育元素[23]。要求每门课程围绕专业培养目标中的核心素养来完善教学大纲,科学合理设计思政教育内容。教学实施过程中,教师根据实际教学情况,常采用“案例式”思政育人的方法,以学生关注的、鲜活的现实问题为切入点,引导学生思考和探究国计民生中的热点问题,做到思政与专业相长。同时,开展“遗传学”“微生物学”“生物制药学”等课程的思政示范课程建设,将学科育人和课程育人充分融合,引领学生树立正确的科学观、人生观和价值观,力争实现学生人格塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的思政育人目标[21]。

2.2.5 以学生为中心,完善过程考核制度、实施科学课程评价 2019年《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中指出,深化教育教学改革要完善考核评价机制、建立过程性考核与结果性考核有机结合的学业考评制度[24]。通过课堂互动、课后作业、线上视频、文献小组展示、阶段性测试、期末测试等多种形式,科学确定过程考核比重,加强对学生课堂内外、线上线下学习的评价,让过程性考核落实到每门课程,激发学生主动学习的意识,更加全面、科学地对学生知识、能力水平与道德素养等各方面进行全过程考核。同时,鼓励和丰富探究式、论文式、报告答辩式等作业评价方式,增强学生课程学习的深度和挑战性,帮助学生通过考试与评价实现学习,并提高分析、探索与创造能力。

2.3 建立多层次科研训练平台,科教融合培养学生创新能力与创新思维

强化科研与教学的紧密结合,建立既重基础又能培养科学思维和综合应用创新能力的实验实践教学体系[25]。根据人才定位推进以下教学改革措施:①通过对实验、实践课程内容和教学方法的调整,建立以学生为中心,以自主式、合作式、研究式为核心的实验教学模式,培养学生的创新能力和团队协作精神;②依托“创新型实验”“生物学野外实习实践”“生物技术综合实践”等实习实践环节,将教师的部分科研项目转化为本科教学资源,将教学内容与社会实际需求紧密结合,培养学生创新性解决实际问题的能力;③通过鼓励和引导学生参加教师科研项目、创新创业实践班及各类大学生创新创业训练计划,以实践来理解与巩固理论知识,以实践为基石培养创新能力,拓展学生专业实践能力和创新能力;④开展本科生“导师制”,任课教师和学生可进行双向选择,一名教师负责几个学生,而不是传统式的大班管理,有利于学生和教师的深度沟通,确保学生接受指导全覆盖,为深度培养其实践创新能力提供机会和保障。通过以上改革措施的推行,培养学生在未来竞争中发现问题、创造性解决问题的能力和科学素养。

2.4 深化产教融合与校企合作,强化学生实践能力培养

辽宁大学生命科学院与21家专业相关的企事业单位保持着密切的合作关系,并在此基础上建立了14个校外实习实践基地。为了充分发挥实习实践基地在实践教学中的作用,通过一系列改革措施对实习实践基地的教学功能进行了深度挖掘。①改变以往“参观式”实习方式,建设现代复合型实践基地,与校外多个实习基地建立深度合作关系,在双方共同的努力下,改善学生实习环境,增加实习人数,延长实习时间,有效提升了教学水平和学生实践能力;②依据校外实习基地特有的资源,完善实践课程内容,改变生物学基地的单一实践教学模式,实习科目涵盖多门课程和多种形式,拓展了教学内容和教学模式,提高了教学质量;③校企合作申请科研项目,组织教师与实习基地人员不定期开展讨论,充分了解实习基地需要解决的实际问题,将高校人才培养过程与实习基地的利益需求相结合,互利双赢提高企业配合实践教学的积极性,提升实习实践课程质量,形成人才、技术和产业相互促进的良好局面;④将各类大学生实践类竞赛选题与实践基地的资源和需求紧密结合,不仅解决了学生缺乏课题材料、竞赛选题难的问题,还可激发学生对创新创业的热情,提升学生解决实际问题和创新的能力。

2.5 坚持内培外引的原则,组建一支既懂理论教学又懂实习实践的“双师型”教学队伍

教师既是教学的主体,也是影响人才培养质量的关键因素。培养创新应用型人才要靠一支既懂专业理论教学又能够指导实习实践的“双师型”教学队伍[26]。为此,我校生命科学院采取以下几种措施对教师进行引进和培养提高:①学院坚持“以人为本、人才强院”的理念,加大人才引育力度,引进一些专业知识扎实,科研能力强的教师,提高师资队伍水平;②实施“名师培育计划”和高层次人才领衔建设核心课计划,加强教师专业能力、创新创业教育能力的同时增加对教师师德、课程思政的培训,打造一支综合素质较高的教学队伍;③注重青年教师培养,实施“青椒培训计划”,通过国内进修和出国访问等多种途径加大对青年教师的培养力度;④聘请具有丰富实践经验的企业工程技术人才来学校教学或指导学生进行实践,吸引优秀科学家及企业高级工程师到学院兼职,开展教学和科研活动,拓展学生的视野和理论联系实际的能力。

3 创新应用型人才培养模式的应用效果

培养模式自2014年9月起开始构建,2016年9月开始实施,经过5年实践,显著提升了人才培养质量,取得了丰硕的理论和实践成果。

3.1 人才培养体系更加科学合理,定位明确、彰显特色

专业人才培养方案是培养人才的顶层设计,是实现人才培养目标的主要依据,也是建立专业标准的载体。在结合区域经济、社会发展的基础上,团队紧紧围绕辽宁大学人才培养目标定位,制定了专业培养标准,细化了专业培养目标,为专业的快速发展奠定了基础。修订的人才培养方案从2016年9月开始实施,至今取得了丰硕的成果。2018年专业下属实验中心获批辽宁省生物学实验教学示范中心,2019年获批辽宁省一流本科专业建设点,2021年获批国家一流本科专业建设点。

3.2 通过课程建设和课堂改革,教师教学能力、课程质量、教学效果显著提升,成绩斐然

生物技术专业现有专任教师43人,通过深入的教学改革,教师的教学积极性、教学水平,课程质量均大幅提升,近五年,获批教育部产学研育人项目6项,省级教学改革项目7项,辽宁省一流本科课程6门,辽宁省教学成果奖4项。为了明确教学改革后学生对课堂的切身体会,在实施教改的学生中抽调2019级生物技术专业学生59人和2021级生物技术专业学生61人对教学改革的效果进行了问卷调查(图1)。随着课程建设和课堂改革的持续进行,上述改革措施解决了传统教学易出现的“满堂灌”和“沉默式”等问题,评分结果表明学生学习兴趣、主动性和参与度显著提升;此外,在科学素养、实践能力、创新性思维培养等方面,2021级学生的评分均高于2019级,表明学生对教学效果的满意度有所提升,教学内容与方法的持续改进效果良好。

图1 教改后教学效果的问卷调查Fig.1 Questionnaire survey on the teaching effects after the teaching reform

3.3 毕业生培养质量稳步提升,创新创业能力不断增强

系列改革措施实施以来,生物技术专业学生的培养质量显著提升,学生参与教师科研项目的积极性明显高于过往,参与科研项目人次逐年增加。2016年学生参与科研项目的比例仅为39.7%,经过5年的改革与实践,2021年学生参与科研项目的比例上升至65.1%,共计参与科研项目14项。毕业生到国内外名校和科研机构深造升学率平均31.71%。2017～2020年共主持“大学生创新创业训练计划”项目88项,其中国家级12项,省级23项,荣获中国“互联网+”大学生创新创业大赛国家级铜奖1项,省级创新创业类大赛奖项19项。获得省级优秀本科毕业设计(论文)6项,毕业生实践能力、创新能力获得用人单位的高度认可,毕业生就业率连续5年达到99%以上。

3.4 学生能力的提升及产教融合、校企合作的深化促进教师科研硕果累累

产教的深度融合、校企的深度合作打开了知识服务社会的巨大空间,企业生产实践中的实际问题和需求给教师们提供了丰富的科研灵感和素材,在此基础上,生物技术专业教师先后承担国家级课题、省部级课题及企业横向课题55项,荣获省部级科研奖项10项。在这些课题的完成过程中,参与其中的学生起到了不可或缺的作用,几年来参与发表高水平科研论文22篇,申请专利11项。

3.5 师资力量不断壮大,教学成果显著增加

目前生命科学院有专业教师34名,全部具有博士学位,教授12名,副教授10名,其中博士生导师9人,辽宁省“百千万人才工程”人才6人,兴辽人才1人,辽宁省教育厅优秀人才6人。教师教学能力不断提升,本专业教师未出现师德师风失范情况,学生评教教师优秀率100%。近5年获批辽宁省优秀教学团队1个,辽宁省教学名师荣誉称号2人,辽宁省优秀创新创业指导教师5人。辽宁省优秀创新创业导师1人,辽宁省创新创业大赛优秀指导教师7人,发表教改论文11篇。构建“双师型”教学队伍政策实施以来,生命科学院生物技术专业聘请了兼职教师12名,均是来自生物技术公司的技术人员,如大连海关技术中心植物检疫实验室科员、万类生物科技有限公司科学业务事业部总监、吉林省林业科学研究院研究员等,明显增强了学生对知识的掌握和实践应用能力。

4 小 结

随着国家人才创新驱动发展模式的深入实施,党和国家对高等教育提出新要求新使命。为顺应新形势下我国生物技术产业发展需求,辽宁大学生物技术专业从学校“双一流”大学的办学定位出发,结合高等教育的发展战略方针,提出了“以解决真实问题为导向,对接生物技术产业发展需求”的人才培养理念,围绕培养“创新应用型生物技术人才”目标,开展了辽宁大学生物技术创新应用型人才培养模式的实践探索。该模式建立了有利于学生创新与实践能力培养的科研训练和实践平台,构建“双师型”教学队伍,突出科教融合、产教融合和校企合作深度协同育人。将前沿科研成果导入教学资源,促使学生创新意识与能力培养从课程体系延伸到科研与实践体系,从校内延伸到校外,形成了多平台多层次的“产学研”长效机制,实现了学生知识获取、能力培养从“浅层兴趣激发”型向“深度创新研发”型转化,为培养厚基础、强技能、善应用的创新型生物技术人才提供强有力支撑。