生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)科教深度融合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式與實(shí)踐

王大珅，劉曉梅，喬清理

（天津醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，天津300070）

0 引言

2017 年以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，這是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[1]，因此，創(chuàng)新人才培養(yǎng)始終貫穿高等教育全過程，是提高教育質(zhì)量的抓手。從生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本身的發(fā)展歷史和培養(yǎng)目標(biāo)來看，它是一個(gè)非常適合培養(yǎng)“三創(chuàng)型”（創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)）人才的工科專業(yè)[2-3]。因此，創(chuàng)新能力培養(yǎng)對(duì)專業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展和學(xué)生本人都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

天津醫(yī)科大學(xué)是我國早期設(shè)置生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高校之一，具有生物醫(yī)學(xué)工程碩士、博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，2017 年生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科獲批天津市高校重點(diǎn)學(xué)科。教師隊(duì)伍以中青年骨干為主，博士學(xué)位教師有30 名。專任教師近3 a 主持省部級(jí)以上科研項(xiàng)目37 項(xiàng)，其中國家級(jí)科研項(xiàng)目20 項(xiàng)。整個(gè)學(xué)院具有較為突出的科研優(yōu)勢。長期以來，在人才培養(yǎng)過程中，科學(xué)研究與人才培養(yǎng)沒有得到很好的結(jié)合，教師往往重視科研而輕視教學(xué)，但是教師尤其年輕教師開始做科研項(xiàng)目時(shí)卻缺乏團(tuán)隊(duì)力量。另一方面，本科生參與科研項(xiàng)目的機(jī)會(huì)相對(duì)較少，只有做課程設(shè)計(jì)或申請(qǐng)“大創(chuàng)”項(xiàng)目或項(xiàng)目結(jié)題時(shí)才主動(dòng)找教師，不能穩(wěn)定地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，這樣，培養(yǎng)本科生做項(xiàng)目成為負(fù)擔(dān)。調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生兩方面的積極性是解決問題的關(guān)鍵。本文在分析科教融合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)之上[4-5]，提出了科教深度融合的方法。

1 方法

科教融合是指科學(xué)研究與教書育人有機(jī)地結(jié)合，充分發(fā)揮高?？茖W(xué)研究的優(yōu)勢培育高素質(zhì)專業(yè)人才。如何實(shí)現(xiàn)融合是近年來眾多學(xué)者一直在探討的問題。近5 a 來，我校針對(duì)在人才培養(yǎng)實(shí)踐中遇到的問題，積極探索培養(yǎng)創(chuàng)新人才的科教融合模式，形成了一種可操作、可行的且與大學(xué)生本科4 a 課堂教學(xué)平行的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法。該方法解決了第二課堂中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中需要解決的人（教師、學(xué)生的積極性）、財(cái)、物等問題，稱之為科教深度融合法。

學(xué)生直接參加科學(xué)研究或技術(shù)研發(fā)對(duì)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)是一種最為重要和有效的途徑。因此，利用學(xué)院學(xué)科優(yōu)勢，以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等科研項(xiàng)目和天津市教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)為科學(xué)研究資源，打破學(xué)科平臺(tái)與教學(xué)平臺(tái)的界限，并以共享和建設(shè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)動(dòng)青年教師的帶教積極性，讓學(xué)生作為準(zhǔn)研究生參與科研團(tuán)隊(duì)，貫通課內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)在第二課堂的有機(jī)融合。

1.1 科研成果反哺課堂教學(xué)

根據(jù)科研成果及時(shí)更新教材內(nèi)容，增強(qiáng)教材先進(jìn)性。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是新技術(shù)不斷滲入的學(xué)科。近幾年年輕教師結(jié)合自己的研究方向，將前沿科學(xué)技術(shù)研究成果不斷融入到課堂教學(xué)中去，深化教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)了5 門新課程。在課程教學(xué)內(nèi)容上教師結(jié)合自己的科學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)[6]。

理、工與醫(yī)學(xué)結(jié)合的課程設(shè)計(jì)是整個(gè)學(xué)院，也是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)復(fù)合型人才創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的特色實(shí)踐環(huán)節(jié)之一[7]。每年課程設(shè)計(jì)的選題都是醫(yī)工/醫(yī)理交叉學(xué)科課題，教師把自己的科研預(yù)研題目分解一些子課題，作為課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生自主地從教師提供的科研課題中選擇感興趣的研究課題。還有些選題來自不斷積累的成熟的科研題目和科研數(shù)據(jù)。這樣解決了年輕教師科研中缺少科研助手的困難，也增加了專業(yè)教師早期接觸和了解學(xué)生的機(jī)會(huì)。

另外，鼓勵(lì)教師根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求從科研項(xiàng)目中擬訂畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。在2018 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的88 個(gè)題目中，有50 個(gè)題目來自于科研項(xiàng)目，有超過57%的題目與老師的在研項(xiàng)目有關(guān)。每個(gè)學(xué)生從畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中受到知識(shí)、能力素質(zhì)各個(gè)方面的訓(xùn)練，提高了創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

1.2 學(xué)科與專業(yè)一體化建設(shè)

地方院校教學(xué)和科研資源有限，為了拓寬教學(xué)資源，充分挖掘我院科研優(yōu)勢，保障創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提出了學(xué)科與專業(yè)一體化建設(shè)思路，在專業(yè)建設(shè)上搭建科研平臺(tái)。主要通過以下幾個(gè)方面的工作來實(shí)現(xiàn)。

1.2.1 本科生學(xué)術(shù)導(dǎo)師制度

從2015 年開始學(xué)院在2014 級(jí)全面推行了導(dǎo)師制，做到了“人人有導(dǎo)師”，首批聘請(qǐng)了具有博士學(xué)位的28 位教師為本科生導(dǎo)師。導(dǎo)師制的推行使得學(xué)生與教師之間有了更多的機(jī)會(huì)和時(shí)間進(jìn)行交流，學(xué)生座談會(huì)上反映的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、“大創(chuàng)”指導(dǎo)教師、學(xué)科競賽等方面的問題都得到解決。同時(shí)，導(dǎo)師制的推行使年輕教師很早就有機(jī)會(huì)接觸學(xué)生，在沒有自己帶研究生之前可以組建科研團(tuán)隊(duì)；而且教師承擔(dān)的橫向應(yīng)用型課題使實(shí)踐教學(xué)能夠“真題真做”[8]。

1.2.2 電子協(xié)會(huì)促科研創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)

學(xué)院在2010 年成立了電子協(xié)會(huì)。電子協(xié)會(huì)營造了良好的創(chuàng)新環(huán)境，搭建了教師和學(xué)生之間、不同年級(jí)學(xué)生之間的聯(lián)系。學(xué)院可通過電子協(xié)會(huì)向?qū)W生介紹教師用人信息和科研課題，學(xué)生可選擇感興趣的科研項(xiàng)目，還可以以微信方式宣傳在第二課堂取得的創(chuàng)新成果。協(xié)會(huì)活動(dòng)包含一些知識(shí)講座，特別是一些有關(guān)設(shè)計(jì)和發(fā)明類的競賽（“挑戰(zhàn)杯”）講座，向?qū)W生講述創(chuàng)新的重要性，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)了學(xué)生參與科研項(xiàng)目的興趣，提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，開闊了他們的視野。

1.2.3 建立本科生科研資助體系

大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)需要人、財(cái)、物等多方面的保障，其中資金是最為重要的因素。近幾年，本科生科研經(jīng)費(fèi)形成了5 個(gè)方面的穩(wěn)定渠道：（1）學(xué)生直接參與指導(dǎo)教師的科研課題，在教師科研項(xiàng)目資金的支持下做科研項(xiàng)目。（2）多數(shù)學(xué)生是自己申請(qǐng)國家級(jí)、市級(jí)和校級(jí)“大創(chuàng)”項(xiàng)目資金，并作為科研項(xiàng)目的主持人開展研究工作。（3）學(xué)院對(duì)校級(jí)以上沒有申報(bào)成功的較好項(xiàng)目給予立項(xiàng)資助。（4）學(xué)院針對(duì)每年舉行的各種設(shè)計(jì)競賽都從教學(xué)經(jīng)費(fèi)中給予資助。（5）拓寬資金來源，利用企業(yè)設(shè)立的基金，以項(xiàng)目為載體資助學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)。

1.2.4 建立學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的必備條件。年輕教師開始工作時(shí)都沒有自己的實(shí)驗(yàn)室，近幾年學(xué)院與教師的科研方向緊密結(jié)合，建設(shè)了一批既可以做科研，又面向本科生開放的實(shí)驗(yàn)室。這有利于調(diào)動(dòng)年輕教師帶教的積極性，切實(shí)增加學(xué)生專業(yè)工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

目前學(xué)院已經(jīng)建立了3 類16 個(gè)對(duì)本科生開放的實(shí)驗(yàn)室，包括天津市生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室，2 個(gè)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和8 個(gè)科研實(shí)驗(yàn)室，如圖1 所示，其中后10 個(gè)實(shí)驗(yàn)室是近5 a 逐步形成規(guī)模，成為對(duì)學(xué)生開放的實(shí)驗(yàn)室。

圖1 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1.3 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)組織創(chuàng)新人才培養(yǎng)

在本科生創(chuàng)新培養(yǎng)的人、財(cái)、物問題解決之后，還需要“軟”的方法把本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程清晰地組織起來。教師科研項(xiàng)目本身具有工程項(xiàng)目的特性，學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目的過程可以用工程項(xiàng)目管理的方法進(jìn)行實(shí)施[9]。

科教融合落到實(shí)處之一就是第二課堂，為此學(xué)院2015 年制訂了第二課堂的一系列規(guī)章制度。為了提高質(zhì)量，避免學(xué)生打一槍換一個(gè)地方，采用3 a 一個(gè)周期，讓學(xué)生每個(gè)學(xué)年完成不同階段的任務(wù)，形成了基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式的第二課堂?；陧?xiàng)目學(xué)習(xí)的培養(yǎng)過程根據(jù)本科生在大學(xué)4 a 的成長過程進(jìn)階式地進(jìn)行，可以概括為：大學(xué)第一年學(xué)生通過學(xué)生社團(tuán)了解教師和感興趣的方向，然后主動(dòng)接觸教師。教師讓學(xué)生閱讀幾篇論文，熟悉課題，學(xué)習(xí)工程工具如Lab-VIEW、MATLAB 等；然后深入查閱文獻(xiàn)，找到要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。大二時(shí)，深入查閱文獻(xiàn)，寫出科學(xué)問題的綜述，在課題組內(nèi)進(jìn)行交流，然后以科學(xué)問題申請(qǐng)各類基金（如圖2 所示）[9]……總之，不同年級(jí)有不同任務(wù)，隨著時(shí)間的推移，項(xiàng)目也按項(xiàng)目管理的方式進(jìn)入不同階段。通過教師指導(dǎo)下閱讀文獻(xiàn)，找到科學(xué)問題，學(xué)生申請(qǐng)各類科研項(xiàng)目形成以科學(xué)問題需求為導(dǎo)向、科研項(xiàng)目為載體，學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的“科教融合，協(xié)同育人”方法[10]。

2 結(jié)果

2.1 創(chuàng)新成果豐碩

近3 a，本科在校生有319 人，報(bào)名參加各類比賽100 人次，在各種學(xué)科競賽中表現(xiàn)突出。36 人次參加各類專業(yè)學(xué)科競賽并獲獎(jiǎng)，其中，全國數(shù)學(xué)建模大賽一等獎(jiǎng)3 項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3 項(xiàng)，“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽市級(jí)二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，2017 年第三屆全國大學(xué)生生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，天津市單片機(jī)大賽一、二、三等獎(jiǎng)6 項(xiàng)，天津市物理競賽獲獎(jiǎng)14 項(xiàng)，天津市化學(xué)競賽獲獎(jiǎng)13項(xiàng)，天津市數(shù)學(xué)建模大賽二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽市級(jí)三等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，第六屆天津市大學(xué)生計(jì)算機(jī)鼠走迷宮二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1 項(xiàng)。尤其是生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新大賽，這是體現(xiàn)我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)辦學(xué)水平、學(xué)生創(chuàng)新能力的大賽。以前本專業(yè)的專業(yè)比賽沒有學(xué)生參賽，而近2 a 有9 名2 隊(duì)參賽，6 人獲獎(jiǎng)。

同時(shí)，在校學(xué)生參與一些高水平論文主要工作的有10 多人，有7 篇期刊論文發(fā)表，其中，發(fā)表SCI論文1 篇、國內(nèi)核心期刊論文4 篇，參加國內(nèi)會(huì)議10 余人次。

2.2 提高了學(xué)生進(jìn)行科研的積極性

本科生早期進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展創(chuàng)新活動(dòng)是我?！霸缙诮佑|臨床”辦學(xué)特色在非醫(yī)學(xué)專業(yè)的實(shí)現(xiàn)。近3 a，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種科研創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生不完全統(tǒng)計(jì)有216 人。大二、大三學(xué)生科研申報(bào)項(xiàng)目每年有30 項(xiàng)，逐年增多。近4 a，參與全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目4 項(xiàng)、天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目2 項(xiàng)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目31 項(xiàng)。2016 年，開始設(shè)立院級(jí)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目。項(xiàng)目參與學(xué)生占大二、大三學(xué)生的50%多。近4 a 學(xué)院大學(xué)生科技項(xiàng)目立項(xiàng)情況如圖3 所示。

2.3 畢業(yè)生受用人單位的好評(píng)

近幾年，學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量受到學(xué)校和用人單位的高度評(píng)價(jià)。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生考取研究生比例上升，達(dá)42%。有近50 名大學(xué)生到國內(nèi)外著名大學(xué)深造。在免試推薦攻讀研究生時(shí)，備受北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京生命科學(xué)研究所、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)等生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科強(qiáng)校的青睞。

為了解用人單位對(duì)畢業(yè)生的評(píng)價(jià)，委托第三方機(jī)構(gòu)對(duì)本科生培養(yǎng)質(zhì)量進(jìn)行了跟蹤調(diào)查。對(duì)近3 a的畢業(yè)生調(diào)查顯示，用人單位對(duì)應(yīng)屆畢業(yè)生總體滿意度為97%，84%的用人單位認(rèn)為我院應(yīng)屆畢業(yè)生整體表現(xiàn)高于平均水平，表示未來愿意繼續(xù)招聘我院應(yīng)屆畢業(yè)生。

圖2 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的第二課堂

圖3 近4 a 學(xué)院大學(xué)生科技項(xiàng)目立項(xiàng)情況

3 結(jié)語

通過科教深度融合，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，從大一開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參加科學(xué)研究或技術(shù)研發(fā)。在該方法實(shí)施過程中，學(xué)生從閱讀文獻(xiàn)熟悉問題開始，經(jīng)歷申請(qǐng)項(xiàng)目，到出成果完整的科研訓(xùn)練過程。在資源有限的情況下，利用本科生導(dǎo)師制、學(xué)科與專業(yè)建設(shè)一體化和學(xué)生社團(tuán)等制度和組織，調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生的積極性，從人、財(cái)、物上為創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)給予保障。該方法目前還在不斷完善中，對(duì)于研究生較多、學(xué)科資源平臺(tái)很豐富的學(xué)院不一定可行。但對(duì)于研究生和實(shí)驗(yàn)室資源有限的地方院校，3 a 多的實(shí)踐表明，科教深度融合可將學(xué)院科研與學(xué)科優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的資源，對(duì)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)是一種重要和有效的途徑，解決了科研與教學(xué)矛盾的問題，使教學(xué)質(zhì)量得到大大提高。