“真實情境”下人才培養(yǎng)模式的探索
——以南京工業(yè)大學創(chuàng)新型生物工程人才培養(yǎng)模式為例

雍曉雨，周 俊，胡 南，賈紅華，韋 萍

(南京工業(yè)大學 生物與制藥工程學院，江蘇 南京 211816)

生物工程是20世紀70年代興起的一門綜合性應用學科，是以生物科學與生物技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化學工程、微電子技術(shù)、機械以及計算機科學等基礎(chǔ)學科而形成的交叉學科，包括基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和生物反應器工程[1]。生物工程技術(shù)在社會發(fā)展的各個領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要的作用，為人類的生產(chǎn)生活提供了極為豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。

生物化工制造是生物工程的一個重要分支，是發(fā)展低碳經(jīng)濟的重要途徑。利用生物技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)人類社會所需要的能源、材料和化學品，是我國實現(xiàn)生產(chǎn)方式變更、社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。生物工程專業(yè)是一門基礎(chǔ)性強、涵蓋面廣的新興的綜合性應用學科，被看作是21世紀高新科學技術(shù)的核心。其目標是培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，適應市場經(jīng)濟體制和技術(shù)革新需要，掌握現(xiàn)代生物工程技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化科學、工藝過程和工程設計等基本理論和基本技能，能在生物技術(shù)與工程等領(lǐng)域從事生產(chǎn)、產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)、質(zhì)量檢測和企業(yè)管理的高級應用型技術(shù)人才[3]。

進入21世紀，生物技術(shù)革新突飛猛進，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，社會對生物工程專業(yè)人才的專業(yè)技能要求越來越高。在目前工科專業(yè)特點不突出、畢業(yè)生難以適應產(chǎn)業(yè)化需要及嚴峻的就業(yè)壓力形勢下，以培養(yǎng)地方實用人才為根本任務，為社會提供工科特色鮮明的“一專多能”的高端高層次生物工程專業(yè)創(chuàng)新人才，已經(jīng)成為21世紀我國培養(yǎng)生物行業(yè)人才的重要渠道，以此引領(lǐng)我國生物學科發(fā)展。

1 目前國內(nèi)高校生物工程教學方面的現(xiàn)狀

1998年，教育部對高等學校的本科專業(yè)目錄進行了調(diào)整和修訂，將發(fā)酵工程、生物化學工程、微生物工程等專業(yè)合并，繼而建立了生物工程專業(yè)[4-6]。該專業(yè)以培養(yǎng)能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事設計生產(chǎn)管理和新技術(shù)研發(fā)、新產(chǎn)品開發(fā)的生物學應用型工程技術(shù)人才為目標。目前全國生物類專業(yè)點總共有548個，分布在498所高等學校，而其中約有300所高校開設了生物工程專業(yè)[7]。經(jīng)歷了20年的良好發(fā)展，目前生物工程專業(yè)在人才培養(yǎng)上均進行了完善和創(chuàng)新，但相較于國際名牌大學的名牌專業(yè)，依然存在一些亟待解決的問題。

1.1 教學方法單一

由于傳統(tǒng)教學觀念的影響，國內(nèi)生物工程專業(yè)教學仍借助于傳統(tǒng)的理科專業(yè)教育方式，以灌輸專業(yè)知識為主要標準，較少采用師生互動式、啟發(fā)式、翻轉(zhuǎn)式和案例式等新教學方法[8]；同時，在教學手段上，沒有充分利用教學工具和實驗器材，實驗與實踐教學課時不足，使生物工程專業(yè)教學的課堂缺乏生動性，顯得乏味無趣[9]。

1.2 實驗模塊單調(diào)

生物工程是以實驗現(xiàn)象為基礎(chǔ)的應用型專業(yè)，但目前大多數(shù)該專業(yè)實驗模塊缺乏合理體系，教材或教學大綱更新速度慢，實驗室硬件條件落后。更嚴重的是，很多實驗室后期缺少資金維護和支持[2]，實驗課教師相對脫離科研一線，這對學生“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的啟發(fā)性教育造成了一定的阻礙。

1.3 實習基地缺乏

生物工程專業(yè)是一個實踐性很強的專業(yè)，也是一個“與時俱進”的專業(yè)，現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使得其對從業(yè)人員的專業(yè)技能要求越來越高[10]。但目前，國內(nèi)生物工程專業(yè)的教學實踐環(huán)節(jié)基本上是采用去生物科技公司走馬觀花式的參觀形式，高校聘請的企業(yè)導師沒有在產(chǎn)業(yè)及技術(shù)上發(fā)揮出應有的優(yōu)勢，校企之間并沒有形成緊密的協(xié)同合作與創(chuàng)新關(guān)系，雙方?jīng)]有很好地配合完成將理論知識鞏固成實踐動手能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，沒有為生物工程產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)足夠多高質(zhì)量的一線從業(yè)人員。

2 基于生物化學產(chǎn)品工程真實情境下的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索

2.1 南京工業(yè)大學的自身特色及優(yōu)勢資源

南京工業(yè)大學生物工程專業(yè)前身是我國首批生物化工專業(yè)，是我國生物制造領(lǐng)域中最具品牌影響力和競爭力的高等教育基地之一，是國家生化工程技術(shù)研究中心、材料化學國家重點實驗室、國家級生物化學工程實驗教學示范中心、江蘇省先進生物制造協(xié)同創(chuàng)新中心、江蘇省工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新中心、江蘇省工業(yè)生物技術(shù)重點實驗室等國家和省部級科研機構(gòu)的依托單位，是首批國家級“2011計劃”先進生物與化學制造協(xié)同創(chuàng)新中心的共建單位。作為地方高校和新辦專業(yè)，面向國際前沿和國家需求，針對技術(shù)難題和產(chǎn)業(yè)標準，以科研為靈魂，以生物化工為特色，立足自我發(fā)展和自主創(chuàng)新，強化學生的工程素質(zhì)培養(yǎng)，目前已經(jīng)走出了一條創(chuàng)新發(fā)展之路。

2.2 理論基礎(chǔ)與專業(yè)課程教學改革上的創(chuàng)新

目前，我校在教學形式上實現(xiàn)了教學交流多樣化，邀請國家級教學名師鄭用璉進行“分子生物學”現(xiàn)場教學，邀請兄弟學校的專家進行“卓越講堂”講座，并邀請企業(yè)及杰出校友進行職業(yè)規(guī)劃講座等。將科研成果轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，構(gòu)建了強化工程實踐能力培養(yǎng)、與國際工程教育互動的精品課程體系；通過科研鍛煉教師，形成了一支以院士領(lǐng)銜的高水平師資隊伍；科研經(jīng)費反哺專業(yè)建設，為儀器設備添置提供支撐；產(chǎn)學研結(jié)合形成了以國家生化工程中心、江蘇省工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新中心等為代表的學科基地，為學生實踐能力的培養(yǎng)與提升提供了一流的教學基地。經(jīng)過多年建設，形成了大團隊(院士領(lǐng)銜的具有豐富工程背景的教師隊伍)，建成了大平臺，承擔了大項目，獲得了大成果(國家科技三大獎4項)，促進了教學創(chuàng)新，培養(yǎng)了一批生物工程專業(yè)的優(yōu)秀人才。未來，將把科研作為教學的靈魂以及創(chuàng)新的重要源泉，繼續(xù)在教學中傳授最新的生物學科知識，提升教學水平，培養(yǎng)前沿性前瞻性的創(chuàng)新思維，從而培養(yǎng)創(chuàng)新型生物工程高端人才。

2.3 實驗與實踐教學改革上的創(chuàng)新

創(chuàng)新源于實踐，能力源于實踐，素質(zhì)源于實踐。我校以生物反應工程—生物分離工程—生物過程裝備為主線，建立了與企業(yè)生產(chǎn)實際緊密結(jié)合的培養(yǎng)環(huán)境，設計、執(zhí)行了一整套基于生物化學產(chǎn)品工程“真實情境”下的培養(yǎng)模式。通過工程案例建立了以能力為導向的課程體系。為了緊密結(jié)合世界以及我國生物工程產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的潮流，學院極其注重實驗與實習實踐教學環(huán)節(jié)的改革。鼓勵學生參加大學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目情況，并提供相關(guān)專業(yè)指導老師(包括兄弟學院的跨專業(yè)導師)及項目經(jīng)費保障。同時，通過校外企業(yè)及車間實習、校內(nèi)自建的生產(chǎn)車間、實驗室內(nèi)模擬的生產(chǎn)線、計算機仿真生產(chǎn)流程等學習環(huán)境，實現(xiàn)了從注重知識傳授向更加重視工程實踐能力和素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過多年建設，南京工業(yè)大學生物工程專業(yè)教學團隊2007年已成為國家級教學團隊，2007年生物工程專業(yè)成為國家特色專業(yè)，2008年生物化學工程實驗教學中心成為國家級實驗教學示范中心，多門課程及教材獲得省部級精品課程及重點教材，生物工程專業(yè)入選江蘇高校品牌建設工程一期項目并于2017年成為國內(nèi)首批通過專業(yè)認證的5個生物工程專業(yè)之一。培養(yǎng)了一大批生物工程優(yōu)秀人才，成功探索了強化工程素質(zhì)培養(yǎng)的創(chuàng)新生物工程人才的模式。

3 有關(guān)教學改革及相關(guān)成果方面的主要內(nèi)容

3.1 構(gòu)建基于生物化學產(chǎn)品工程真實情境下的教學體系

生物工程專業(yè)是跨學科新辦專業(yè)，沒有現(xiàn)成教材和課程體系供參考。生物化工專業(yè)成立伊始，歐陽平凱院士組織任課教師和本科學生翻譯國外最新資料，充實授課內(nèi)容。1990年翻譯出版了國外的最新生物分離工程著作；同時編撰了《生物分離原理及技術(shù)》，并將最新科研成果編入教材中，2011年獲得全國普通高等教育精品教材、2016獲得年江蘇省高等學校重點教材立項。為便于學生理論與實踐的融會貫通和學習提高，編寫了《工業(yè)生物轉(zhuǎn)化過程》《生物催化工藝學》《生物基高分子材料》等專著作為教學參考書。

在生物反應工程教學方面，加強了生物催化劑的多樣性理論、高效生物催化劑的快速改造方法、多酶耦合催化技術(shù)、反應與分離耦合技術(shù)等知識點的教學，形成了有特色的生物反應工程課程體系。其中“反應分離耦合技術(shù)及其在酶法合成手征性化合物中的應用”獲得2000年國家科技進步一等獎。

在生物分離工程教學方面，編著《生物分離原理及技術(shù)》教材列入國家“十一五”規(guī)劃教材，“生物分離工程”2005年獲國家精品課程稱號，2008年評為國家雙語教學示范課程、2016年被評為教育部“國家級精品資源共享課”，2017年入選江蘇省高校在線開放課程建設項目。“生物磷?；录夹g(shù)制備高能磷酰化合物”成果獲得2007年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎、“基于高能磷酰化合物的關(guān)鍵技術(shù)研究及其應用” 獲得2006年中國石油和化學工業(yè)協(xié)會科技進步技術(shù)發(fā)明獎一等獎，“基于微流場反應技術(shù)的生物基無毒增塑劑及其衍生物連續(xù)綠色制造”獲得2017年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，“生物法制備二十二碳六烯酸油脂關(guān)鍵技術(shù)及應用” 獲得2018年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

在產(chǎn)品工程教學方面，強化了精細化學品、生物基大宗化學品、生物材料、生物能源等知識點的教學，出版了《生物化工產(chǎn)品》《生物資源學導論》等專著。2005年生物工程專業(yè)成為江蘇省品牌專業(yè)，2007年成為國家特色專業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，本專業(yè)的科技成果產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生經(jīng)濟效益逾10億元。

通過科學研究，分析本專業(yè)的科學前沿和企業(yè)實際需求，針對科學前沿和企業(yè)的需求，形成了以微生物學、生物化學、分子生物學、基因工程、酶工程、生物信息學等專業(yè)學科為基礎(chǔ)，生物反應工程—生物分離工程—產(chǎn)品工程等應用實踐課程為主線，強化生物學、化學和工程學的交叉，構(gòu)建了面向生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的知識體系和課程體系。

3.2 通過科學研究和教學反哺，鍛煉高水平的師資隊伍，同時構(gòu)建高水平的實驗平臺

3.2.1 通過科學研究，鍛煉高水平的師資隊伍

通過高水平的科學研究，鍛煉出了一支以歐陽平凱院士為帶頭人，在全國有影響力、高水平的師資隊伍。本專業(yè)擁有中國工程院院士、教育部長江學者特聘教授、國家自然科學基金杰出青年、全國模范教師、全國優(yōu)秀教師、國家自然科學基金優(yōu)秀青年、全國優(yōu)秀科技工作者、教育部跨世紀優(yōu)秀人才、科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、江蘇省教學名師、“倫世儀教育基金”杰出青年學者、江蘇省科技創(chuàng)新十大女杰等眾多杰出人才。在眾多優(yōu)秀人才的共同努力下，生物學與生物化學學科2018年12月進入ESI全球前1%。每年度新入職的教職員工及博士后研究人員在歐陽平凱院士的帶領(lǐng)下進行就職宣誓，傳承生工精神。學院著力打造班級導師、助教、助理班主任、兼職輔導員、基于班級教學團隊、輔導員等組成的學生管理團隊，構(gòu)建了“新生適應性教育體系”。生物工程專業(yè)教學團隊入選江蘇高等學校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊，2007年生物工程專業(yè)團隊被評為首批國家級教學團隊。

3.2.2 通過教學反哺，改善科研及實驗條件

針對專業(yè)建設伊始資金匱乏、專業(yè)基礎(chǔ)條件差的客觀現(xiàn)實，通過科研經(jīng)費反哺教學，形成良性循環(huán)。近年來，本專業(yè)承擔了國家級、省部級科研項目及企業(yè)委托項目100余項，其中國家973項目、國家863項目以及國家重點研發(fā)計劃等30余項。科研經(jīng)費4億元，產(chǎn)學研合作成果支撐相關(guān)企業(yè)經(jīng)濟效益達10億元以上。近年來通過科研反哺專業(yè)建設、本科教學與專業(yè)實踐，添置了大批國際一流先進水平的大型儀器設備，通過校內(nèi)自建的生產(chǎn)車間、實驗室內(nèi)模擬的生產(chǎn)線以及計算機仿真生產(chǎn)流程等學習環(huán)境，顯著地改善了目前教學和實踐的條件。

3.2.3 考慮本科實習和實驗實踐教學的需求，構(gòu)建高水平的實驗平臺

另外，針對本科生實習教學和實踐教學難的現(xiàn)狀，本專業(yè)在建設“國家生化工程技術(shù)研究中心”“材料化學工程國家重點實驗室(生物材料)”“江蘇省工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新中心”“江蘇省工業(yè)生物技術(shù)重點實驗室”等高水平科研基地的同時，已經(jīng)充分考慮到本科實習和實驗實踐教學的需求，構(gòu)建了國內(nèi)一流的生物工程實踐教學基地。逐步形成了基礎(chǔ)性實驗→綜合性實驗→創(chuàng)新性實驗→工程實訓的“遞進式、結(jié)構(gòu)化”的創(chuàng)新實踐教學體系，強化了學生的實踐動手和創(chuàng)新能力，近年學生參加國家級和省級各類科技競賽，共獲國家級獎項8項，省級10余項，畢業(yè)生受到用人單位好評。其中，2014級碩士研究生張文濤獲得2016“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽金獎，99級校友、廈門恩成制藥有限公司銷售總監(jiān)管霏2011年在母校設立“管霏獎學金”，至2019年初，共資助了全院200多名品學兼優(yōu)的學生。生物工程基礎(chǔ)實驗和工程實訓中心被評為江蘇省實驗教學示范中心，生物化學工程實驗教學示范中心被評為國家級實驗教學示范中心。

生工學院的就業(yè)工作按照“市場建設常態(tài)化、就業(yè)形式多樣化、參會單位穩(wěn)定化”的目標，打造“330專業(yè)招聘會”的品牌，科學創(chuàng)新就業(yè)市場建設和就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導工作，為學生打造更加多元的就業(yè)平臺，從而促進了畢業(yè)生更高質(zhì)量的發(fā)展。揚子江藥業(yè)、恒瑞醫(yī)藥、正大天晴潤眾藥業(yè)、奧賽康藥業(yè)、柯菲平醫(yī)藥、金斯瑞生物科技、山東魯抗醫(yī)藥等全國六十家企業(yè)來校招聘。與眾多企業(yè)簽署了《“國家地方聯(lián)合實驗室”合作協(xié)議》《學生實習培訓基地合作協(xié)議》。深化了學院與企業(yè)間的交流合作，通過就業(yè)創(chuàng)業(yè)實習實踐基地平臺讓學生學習企業(yè)文化，提升了專業(yè)素質(zhì)，優(yōu)化了職業(yè)規(guī)劃，為學院科研工作、學生實習實踐等拓寬升級了平臺，將推動生工學科的高水平發(fā)展和學生的高質(zhì)量發(fā)展。

3.3 通過對外交流合作，開展“卓越講堂”，推進國際化教育教學

學院成立“海外教育辦公室”，設立《“生工海外學習獎學金”實施辦法》，資助優(yōu)秀學生赴新加坡國立大學、新加坡科技設計大學、新加坡理工大學、韓國科學技術(shù)院(KAIST)和韓國圓光大學(WKU)進行訪學交流活動，學生的綜合素質(zhì)、國際視野和科學精神得到全面提升。持續(xù)推進研究生國際化教育教學，引進全英文課程2門，聘請荷蘭瓦赫寧根大學的朱陽教授開設“Modern Biotechnology”課程，聘請美國麻省理工學院協(xié)辦馬來西亞科技大學(MIT-MUST)的Dungang Mou(牟敦剛)教授開設“Biochemical Engineering”的案例課程。同時資助相關(guān)專業(yè)的研究生出席國際會議并通過oral presentation和/或poster presentation的方式進行學術(shù)交流。通過“走出去、請進來”的方式提升本科生國際化交流能力。2017年共有60位本科生赴新加坡和韓國訪學，新加坡理工大學共有29位師生先后兩次來我院訪學，在校本科生有海外學習經(jīng)歷比例達7.5%，總體達17.3%。

4 結(jié)論

經(jīng)過20多年的發(fā)展，我校生物工程專業(yè)建設和人才培養(yǎng)方面已經(jīng)取得了顯著成績，2007年專業(yè)所支撐的生物化工學科成為國家重點學科。2017年，生物工程專業(yè)通過中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會組織的現(xiàn)場考查，成為國內(nèi)首批通過專業(yè)認證的5個生物工程專業(yè)之一。諾貝爾化學獎獲得者、以色列工學院Aaron Ciechanover教授評價道“南京工業(yè)大學的生物工程專業(yè)極具特色，你們的學生給我留下了非常深刻的印象”。生物工程領(lǐng)域世界著名學者、德國科技部高級科學顧問Rolf Schmid教授稱贊“南京工業(yè)大學的生物工程專業(yè)是中國最好的”。這些充滿正能量的同行專業(yè)評價，以及發(fā)展突飛猛進的現(xiàn)代生物技術(shù)，將促使我們不斷分析、研究國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)和趨勢，改善和優(yōu)化人才培養(yǎng)教育體系和模式，以滿足我國未來生物工程技術(shù)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)需要。