新工科視域下生物工程專業(yè)教學(xué)與人才培養(yǎng)探索

徐 夢 范忠軍

（鹽城師范學(xué)院 江蘇 鹽城 224007）

在當(dāng)今科技快速發(fā)展的時代，新工科的概念應(yīng)運而生，標(biāo)志著傳統(tǒng)工科教育的轉(zhuǎn)變。新工科注重培養(yǎng)跨學(xué)科的工程師，強調(diào)綜合應(yīng)用技術(shù)、創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力。這一視域下，工程教育不再局限于傳統(tǒng)的學(xué)科邊界，而是更加注重學(xué)科之間的融合和實踐導(dǎo)向的教學(xué)方法。生物工程作為新工科領(lǐng)域中的重要組成部分，是連接生命科學(xué)和工程技術(shù)的紐帶。生物工程的興起不僅源于對醫(yī)療、環(huán)境、食品等領(lǐng)域需求的增加，更是因為生物技術(shù)、信息技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展為生物工程帶來了更多的可能性。在新工科中，生物工程不僅僅是一門專業(yè)，更是跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新的平臺，有助于培養(yǎng)具備全球競爭力的工程人才。隨著新工科理念的推動，傳統(tǒng)的生物工程專業(yè)教學(xué)面臨著諸多挑戰(zhàn)。因此，本研究旨在通過探索創(chuàng)新的教學(xué)方法，更好地適應(yīng)新工科的要求。

1 新工科視域下的教學(xué)理念

1.1 新工科的核心特征。新工科的首要特征是跨學(xué)科融合，即在工程領(lǐng)域中突破傳統(tǒng)學(xué)科的界限，積極吸納其他學(xué)科的理論和方法。在生物工程專業(yè)中，不僅要注重生命科學(xué)領(lǐng)域的知識，還要整合工程、信息技術(shù)、化學(xué)等多個學(xué)科的內(nèi)容。通過跨學(xué)科的融合，培養(yǎng)學(xué)生具備全面的知識結(jié)構(gòu)，提高解決實際問題的能力。實踐導(dǎo)向是新工科的另一個核心特征，強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通過實際項目、實驗和實習(xí)等方式獲取知識和技能。在生物工程專業(yè)中，實踐導(dǎo)向的教學(xué)包括生物實驗、工程設(shè)計項目、企業(yè)實習(xí)等。通過這種方式，學(xué)生不僅能夠更深入地理解理論知識，還能夠培養(yǎng)解決實際問題的能力，增強實際操作的熟練度，為未來從事相關(guān)工作做好充分準(zhǔn)備[1]。創(chuàng)新思維是新工科的第三個核心特征，要求學(xué)生具備跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。在生物工程專業(yè)中，培養(yǎng)創(chuàng)新思維包括但不限于以下方面：引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技前沿，激發(fā)他們對未知領(lǐng)域的好奇心；鼓勵學(xué)生參與科研項目，培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力；提供創(chuàng)業(yè)教育，培養(yǎng)學(xué)生在創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新領(lǐng)域的競爭力。

1.2 生物工程專業(yè)與新工科的契合點。生物工程作為新工科中的重要組成部分，其核心特點之一是跨學(xué)科性質(zhì)。生物工程不僅涉及到生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的知識，還需要整合工程學(xué)、化學(xué)、信息技術(shù)等多個學(xué)科的理論和方法。這種跨學(xué)科的特性使得生物工程專業(yè)的學(xué)生能夠更全面地理解和解決與生命相關(guān)的問題，培養(yǎng)學(xué)生具備跨學(xué)科合作的能力，有助于他們更好地應(yīng)對復(fù)雜多變的工程挑戰(zhàn)。實踐性項目在新工科中被視為一種重要的教學(xué)手段，而在生物工程領(lǐng)域，這種實踐性項目更是不可或缺的一部分。通過實際項目，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用到實際中，加深對課程內(nèi)容的理解。在生物工程專業(yè)中，實踐性項目可以包括設(shè)計和開發(fā)新型生物醫(yī)學(xué)器械、生物傳感技術(shù)、生物制藥工藝等。這樣的項目不僅提升了學(xué)生的實際操作能力，還培養(yǎng)了他們的團隊協(xié)作和項目管理能力。創(chuàng)新思維在生物工程領(lǐng)域尤為重要。生物工程是一個不斷發(fā)展和變革的領(lǐng)域，需要工程師具備前瞻性的思考和創(chuàng)新能力。在新工科的理念下，生物工程專業(yè)更加強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，這有助于他們在未來的職業(yè)中更好地適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，推動生物工程領(lǐng)域的創(chuàng)新和突破。

2 生物工程專業(yè)教學(xué)模式創(chuàng)新

2.1 課程設(shè)計與結(jié)構(gòu)調(diào)整。為適應(yīng)新工科的要求，生物工程專業(yè)的課程設(shè)計需要引入更多跨學(xué)科的內(nèi)容。這包括與計算機科學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)工程等相關(guān)學(xué)科的交叉課程。通過引入跨學(xué)科課程，學(xué)生可以更全面地理解生物工程的背后原理，培養(yǎng)跨學(xué)科思維，提高解決問題的能力[2]。例如，設(shè)立與生物信息學(xué)、生物傳感器、生物材料等相關(guān)的課程，使學(xué)生能夠跨足多個領(lǐng)域，獲得更為綜合的知識結(jié)構(gòu)。在新工科的教育理念下，實踐性課程是培養(yǎng)學(xué)生實際操作能力和解決實際問題的關(guān)鍵。因此，生物工程專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)需要增加更多的實踐性課程，例如實驗課、工程設(shè)計課、醫(yī)療設(shè)備制作課等。這些實踐性課程應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合生物工程領(lǐng)域的實際需求，讓學(xué)生在真實場景中應(yīng)用所學(xué)知識，鍛煉實際操作能力，并培養(yǎng)解決實際問題的能力。為促進學(xué)生團隊協(xié)作和解決實際問題的能力，可以引入項目驅(qū)動型課程。這類課程以實際項目為基礎(chǔ)，通過學(xué)生團隊合作完成整個項目的設(shè)計、實施和評估。項目可以涉及到生物制藥、醫(yī)療器械設(shè)計、環(huán)境監(jiān)測等方面，使學(xué)生能夠在實際項目中感受到工程實踐的復(fù)雜性和多樣性。通過這樣的課程設(shè)置，學(xué)生提高了實際項目管理能力，同時培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作精神，以更好適應(yīng)未來工作的需求。

2.2 教學(xué)方法創(chuàng)新。在生物工程專業(yè)中，引入問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)，可以通過提出實際工程問題或復(fù)雜生物工程案例，讓學(xué)生圍繞這些問題展開研究和學(xué)習(xí)。這種方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識，激發(fā)他們的好奇心和求知欲。通過解決實際問題，學(xué)生不僅能夠深入理解課程知識，還能夠培養(yǎng)獨立思考和問題解決的能力，提高他們在工程領(lǐng)域的綜合素養(yǎng)。小組合作學(xué)習(xí)是一種強調(diào)學(xué)生協(xié)作和團隊工作的教學(xué)方法。在生物工程專業(yè)中，可以通過組建小組，讓學(xué)生共同參與實驗、項目設(shè)計和解決復(fù)雜問題。小組合作學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神和溝通能力。生物工程領(lǐng)域通常需要多學(xué)科的交叉合作，因此通過小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來工作中的跨學(xué)科合作環(huán)境。同時，學(xué)生在小組中分工合作，共同解決實際問題，有助于培養(yǎng)實際項目管理和領(lǐng)導(dǎo)能力[3]。案例分析與解決是一種將理論知識與實際問題相結(jié)合的教學(xué)方法。在生物工程專業(yè)教學(xué)中，通過引入生物工程領(lǐng)域的實際案例，讓學(xué)生進行深入分析和解決問題。這種方法有助于學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實際情境中，培養(yǎng)他們的問題識別和解決能力。通過案例分析，學(xué)生能夠更好地理解生物工程領(lǐng)域的倫理、法規(guī)等方面的問題，提高他們的綜合素養(yǎng)。

2.3 實驗室教學(xué)的優(yōu)化。為了保持生物工程專業(yè)實驗室教學(xué)的前沿性和實用性，引入先進技術(shù)設(shè)備是必不可少的，這包括但不限于生物傳感技術(shù)、基因編輯工具、生物信息學(xué)分析平臺等。通過引入這些先進設(shè)備，學(xué)生能夠接觸到最新的實驗技術(shù)和方法，更好地了解生物工程領(lǐng)域的最新進展。這種實驗設(shè)備的引入也有助于培養(yǎng)學(xué)生獨立操作和維護實驗設(shè)備的能力，提高他們在未來工程實踐中的實際應(yīng)用能力。優(yōu)化實驗室教學(xué)還需要將實驗設(shè)計與自主研究結(jié)合起來，不僅僅是按部就班地進行實驗，學(xué)生還應(yīng)當(dāng)有機會設(shè)計和改進實驗方案，進行自主研究。這可以通過設(shè)定開放性的實驗項目，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣和目標(biāo)選擇研究方向，進行獨立或小組合作的實驗研究。這種方式有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決實際問題的能力，同時提升他們的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析能力。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力，實驗室教學(xué)可以引入與工業(yè)界合作的實驗項目，使學(xué)生接觸到真實的工程問題，了解工業(yè)界的需求和標(biāo)準(zhǔn)，幫助學(xué)生更好地理解理論知識與實際應(yīng)用之間的聯(lián)系，提高他們的職業(yè)素養(yǎng)。此外，與工業(yè)界合作還能夠為學(xué)生提供與專業(yè)人士互動的機會，拓展他們的職業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并為畢業(yè)后的就業(yè)或?qū)嵙?xí)奠定基礎(chǔ)。

3 人才培養(yǎng)模式的優(yōu)化

3.1 實習(xí)與實踐經(jīng)驗。產(chǎn)學(xué)合作項目是生物工程專業(yè)實習(xí)與實踐經(jīng)驗的重要組成部分。通過與工業(yè)界的合作，學(xué)生能夠?qū)⒃谡n堂學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實際工程項目中，提升實際操作能力，并更好地了解行業(yè)發(fā)展趨勢。建立產(chǎn)學(xué)合作項目有著多個方面的優(yōu)勢，例如學(xué)生通過參與產(chǎn)學(xué)合作項目，能夠深入了解實際工程項目，增加實踐經(jīng)驗，提高在實際工作中的適應(yīng)能力；通過與工業(yè)界的合作，產(chǎn)學(xué)合作項目更容易保持與行業(yè)發(fā)展的同步，確保學(xué)生獲得的知識和技能符合實際用途；學(xué)生能夠接觸到行業(yè)內(nèi)最新的技術(shù)、設(shè)備和工程方法，促使他們保持對領(lǐng)域的敏感性和前瞻性。并且與企業(yè)建立聯(lián)系有助于學(xué)生找到潛在的就業(yè)機會，為他們的職業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)。實習(xí)基地的建設(shè)和拓展是為學(xué)生提供更廣泛實踐經(jīng)驗的關(guān)鍵，這包括建立與工業(yè)界合作的實習(xí)基地，確保學(xué)生能夠在真實的工作環(huán)境中應(yīng)用所學(xué)知識。與生物工程領(lǐng)域的公司、研究機構(gòu)建立合作關(guān)系，以確保學(xué)生在實習(xí)過程中能夠積累豐富的實踐經(jīng)驗，確保實習(xí)基地具備先進的實驗室設(shè)施和工程工具。建立由專業(yè)人士組成的導(dǎo)師團隊，為學(xué)生提供指導(dǎo)，幫助他們更好地融入實際工程團隊，確保實習(xí)基地能夠提供多樣性的實習(xí)項目，覆蓋生物工程的各個領(lǐng)域，以滿足不同學(xué)生的興趣和發(fā)展需求。

3.2 跨界人才培養(yǎng)。除了專業(yè)知識和技能，學(xué)生還需要具備一系列的職業(yè)素養(yǎng)，以更好地適應(yīng)不同行業(yè)和工作環(huán)境。在生物工程專業(yè)中，職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)包括多個方面，例如培養(yǎng)學(xué)生良好的溝通能力和團隊合作精神，使其能夠有效地與不同背景和專業(yè)的團隊成員協(xié)同工作；培養(yǎng)其在未來的工程項目中擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)的潛力；強調(diào)職業(yè)操守和倫理觀念，確保學(xué)生在工程實踐中能夠誠實守信、負責(zé)任；鼓勵學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和持續(xù)創(chuàng)新的習(xí)慣，以適應(yīng)工程領(lǐng)域的快速發(fā)展；培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，使其在實際工程項目中能夠作出明智的決策。為了培養(yǎng)更全面的跨界人才，可以引入跨專業(yè)交叉培養(yǎng)項目。這種項目將不同專業(yè)的學(xué)生組成跨學(xué)科團隊，共同解決涉及多個領(lǐng)域的復(fù)雜問題。學(xué)生有機會合作解決生物信息學(xué)、計算生物學(xué)等交叉領(lǐng)域的問題，提高其在計算機科學(xué)與生物工程專業(yè)的綜合能力。將生物工程與材料科學(xué)結(jié)合，促使學(xué)生在兩個領(lǐng)域中都具備專業(yè)知識[4]。引入商業(yè)管理的知識，培養(yǎng)學(xué)生在未來創(chuàng)業(yè)或從事項目管理時的商業(yè)智慧。結(jié)合環(huán)境科學(xué)的知識，共同解決生物工程在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展方面的問題。通過跨專業(yè)交叉培養(yǎng)項目，學(xué)生能夠深化對多個領(lǐng)域的了解，培養(yǎng)綜合素養(yǎng)，提高解決跨學(xué)科問題的能力，更好地適應(yīng)未來工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

3.3 創(chuàng)新能力培養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力需要引導(dǎo)他們參與科研項目，深入研究生物工程領(lǐng)域的前沿問題。提供有經(jīng)驗的導(dǎo)師指導(dǎo)，幫助學(xué)生選擇合適的研究方向，確保他們在科研項目中能夠有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實踐。鼓勵學(xué)生親身參與實驗室工作，培養(yǎng)實際操作能力，并引導(dǎo)他們參與實驗設(shè)計，激發(fā)創(chuàng)新思維。引導(dǎo)學(xué)生撰寫學(xué)術(shù)論文，促使他們能夠規(guī)范表達研究成果，提高文獻檢索和文獻寫作能力。鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)術(shù)會議、研討會等，與同行交流思想，提高學(xué)術(shù)交流和表達能力。提供創(chuàng)新性的研究項目，引導(dǎo)學(xué)生探索未知領(lǐng)域，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神。通過科研項目的參與，學(xué)生能夠在實際問題中培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高獨立思考和解決問題的能力，為將來深入研究或就業(yè)奠定基礎(chǔ)。創(chuàng)業(yè)思維的培養(yǎng)是為學(xué)生提供創(chuàng)業(yè)機會和培訓(xùn)，激發(fā)他們創(chuàng)業(yè)的熱情和能力[5]。引入創(chuàng)業(yè)課程和講座，讓學(xué)生了解創(chuàng)業(yè)的基本知識、流程和成功案例，培養(yǎng)他們對創(chuàng)業(yè)的興趣。為有創(chuàng)業(yè)意向的學(xué)生提供創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師，指導(dǎo)他們制定創(chuàng)業(yè)計劃，提供專業(yè)的創(chuàng)業(yè)建議。鼓勵學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，通過與其他團隊的競爭，鍛煉創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)能力。促進與企業(yè)的合作，提供實習(xí)和實踐機會，讓學(xué)生更深入地了解實際創(chuàng)業(yè)環(huán)境。