新农科背景下跨专业选修生化工程学课程建设的思考
培养复合型人才的高校指具有培养本科层次理论研究型和直接服务于社会的应用型创新人才的双重办学目的的大学。国务院发布《关于全面加强基础科学研究的若干意见》,提出要“完善学科布局,推动基础学科与应用学科均衡协调发展,鼓励开展跨学科研究”;《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》提出,优化学科专业、类型、层次结构,促进多学科交叉和融合。越来越多中国高校和研究机构正通过搭建跨学科平台促进科技前沿交叉创新。同时,习近平总书记指出:应用型本科高校作为高等教育的重要分支,应坚持培养全面发展的人为理论基础,构建全面发展的创新性人才培养模式。我国实施国家创新驱动发展战略,自主创新以人才为重,必须要建设一支规模大且结构优的创新型人才队伍,以本质上增强科技核心竞争力,高水平创新成果的获得离不开跨学科交叉背景的支持。高校具有培养创新研究型和应用型人才的能力和责任,在国家“以农为本”和新农科建设的背景下,涉农高校在人才培养方面着重思考和创新培养方案和课程体系尤为重要。
一、跨专业选修课程开设的意义
通过打破学科壁垒,将其有机的整合,使学习者学习领域更为宽泛的知识,具备更宽广的学科视域。“跨专业选修课”即学生在修读完本专业课程的基础上,根据个人兴趣和学习基础,选修跨学科/专业的课程。生化工程学是我校农学院内跨专业选修课,通过这门课的学习,使学生掌握生物科学科研成果向工业化生产转化过程中出现的一些工程问题的解决方法。生化工程以工业生物技术走向产业化为导向,以工程知识为教学内容,融合基础理论,是培养学生解决生物技术产业化关键问题的核心环节。它是生物技术的一个重要组成部分,是生物技术研究的前沿领域之一。现有的涉农高校专业的人才培养大多以传统农业运作方式为主,然而,随着我国农业现代化发展,通过对农业生产条件的直接改善,促进了农业生产力的发展和生产关系的调整,农业工程的发展已经将农业工程的范围逐步由狭义向广义、由局部向系统扩展,涵盖了从技术、产品到组织、生产,从规划、设计到建设、运行等各个方面。人们越来越认识到农业工程对农业现代化的巨大推动作用,没有现代农业工程的支撑,农业现代化只是空中楼阁。农业创新人才的培养需要工程思维来解决真实复杂的实际问题, 是问题导向的思维方式。
二、生化工程学课程的设置
(一)学情预测和调查。选修课程就选课学生而言,学习目的和在学习过程中的满足感都非常重要。学生期望值的高低决定了该学生在选修课程中的投入程度,所以我们有必要在课程初期对学生的学习目的进行初步调研,掌握不同专业、不同学年及不同成绩差异学生的初始学习动机。较多学生集中在拓展其学科的思维方式、个人兴趣爱好以及单纯以增加学分为目的的选课。因此,在课程内容的选取和形式的设置中对学生期望听到的、看到的以及学到的知识或技法,学生更乐于参与和接受的学习过程,以及在结课时提交的课程考核结果是否实现这一系列期望,成为我们建立和优化跨专业选修课程的重要考量。
(二)课程内容覆盖面广。生化工程学旨在使学生掌握生化反应过程中带有共性的工程技术原理,建立用理论知识分析和解决生化生产过程实际问题的概念和能力,培养进行生物工艺设计与工程开发的能力。跨专业选修课程的内容,根据学院内针对不同专业学生群体,在课程内容设置方面进行了合理的调整。选修课程要求在体现本课程的专业特色,将该课程中与其他专业相关的知识点进行联系和延伸,同时又要避免专业化过强导致其他专业学生接受度的降低。以生化工程学课程中酶促反应动力学内容的讲解为例,对动力学公式的推导等应以推理性解释为主,使学生了解其原理,再结合其所在专业相关内容进行关联教学。
(三)授课形式多样化。在传统ppt静态画面的基础上增加工程全局动态画面,以提高学生的学习兴趣;积极引进优质MOOC进行课前教学铺垫并提出问题,教师在课上进行解答,辅助学生对本节课程概况了解及促进其参与度;部分课程可采取翻转课堂的形式,针对不同专业学生设计学科交叉切入点,其中需要注意的是,要给学生留出足够的准备时间,通过学生课前的充分准备、资料收集、小组讨论协作,发挥学生学习的自主意识和教师的辅助影响,最终提高学习效果。
三、课中互动与课后反馈
(一)虚拟仿真技术的引入。虚拟仿真技术是利用计算机、网络通信、人工智能等技术交叉获取的一种现代信息技术,是用一个虚拟的系统模仿真实系统,包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉实时模拟和交互,可以获得多维交互体验的虚拟环境。如空气除菌和培养基灭菌过程、发酵罐的结构和原理、搅拌与通气等内容,可以结合虚拟仿真技术进行讲解,通过搅拌转速和搅拌器类型、通气量、温度和压力等多种参数的改变来予以调整,指导学生进行自主操作和控制,让学生在教室内就可获得真实场景下的实践操作体验。学生是虚拟情境中探究思维方法、解决问题的主体,从而获得存在感和成就感。
(二)线上和线下混合式辅导和反馈。线下辅导采用面对面的形式包括小组讨论、模拟考、课上答疑和讲评试卷,具有交流直接、反馈即时的特点。但因课时限制,线下辅导时间和空间受限,可选择通过微信群、QQ群或超星学习通等线上工具进行集中时段或不定时答疑和辅导,线上工具为辅导和反馈提供了更广泛的交流空间,已经广泛使用的教学线上App功能较为丰富,既有互动又有评分系统,可有效记录和保存教学、辅导和反馈细节,一方面可促进学生自主学习,另一方面留存的数据也能够为教师进一步改进教学方式方法提供参考。
四、小结
全面系统地引入学科交叉课程是未来高等教育的必由之路,我国当前的学科交叉知识融合的程度不高,交叉内容较分散,亟待解决的问题是要制定相应的人才培养方案与框架,建立可持续发展的人才培养政策导向。同时,摸索学生、教师、课程内容之间的联系,在更广泛的超学科范围内培养相关专业所需的创新型知识和技能。一方面,学生们应深入研究学习内容和资料,并有意识地思考和提高认知水平;另一方面,教师能够以多种形式讲授和引导学生逐步成为能思考肯钻研的独立学习个体。生化工程学作为典型的工科专业课程,引入农学相关学科的学习,是“农工”学科结合的一种尝试,改变学科的主体框架、内容和方法,将两个或更多学科的知识和思维模式融合起来,在各自专业领域中实践和运用。同时,要不断突破传统学科和传统教学模式的局限,有效地拓展专业知识的深度、广度,以最终实现深度融合。
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