1. 引言
生物工程专业是一门以化学、细胞及分子生物学为基础，融合众多工程科学与技术于一体的学科交叉性极强的新兴专业，其应用与服务已渗透到医药、健康、食品、农业、环境、信息等社会生产领域与公共领域 [1] [2] [3] [4] 。但必须承认，尽管生物工程在过去二十年里取得了翻天覆地的科技进步，但生物工程的繁荣前景尚未显露，产业化现状依然不佳，毕业生面临就业难的普遍困境 [5] [6] 。因此，培养能从容应对激烈竞争性与变动性行业选择以及社会多样化需求现实的生物工程专业本科生是目前中国大多数生物工程专业的一个重要培养目标。此外，创新创业是国家发展的动力之源 [7] [8] 。因此，培养生物工程专业学生的创新精神和创业能力也是生物工程专业的一个重要培养目标。
课程教学是大学教育中培养学生能力最重要的环节之一。课程教学所培养的学生能力主要为两类，一是以人文素养、科学精神、人生目标、沟通表达、团队合作和领导能力、批判性思维、自主学习能力、分析与解决问题等为主的“人才要素能力”，二是包括专业知识、专业技能、创新创业等在内的“专业能力”。“人才要素能力”是人才从事任何活动的基本必要能力，也是“人才”进一步从事专业活动施展“专业能力”的基础。要使学生能够“从容应对”并具备“创新创业”能力，则需要学生同时具备良好的“人才要素能力”和“专业能力”。但是，目前“人才要素能力”的培养过分依赖于通识教育，而与“专业能力”培养相对独立且缺乏连贯性，未能内化到课程教学内容，尤其是专业教学内容体系中。我们认为：课程是人才培养最重要的一个载体，教师借助这个载体教书育人，践行教学大纲和专业培养方案，学生借助这个载体在“人才要素能力”和“专业能力”方面得到充分有效的培养。在这一思想的指导下，作者以“生物医用材料学”专业课程为载体，通过五年的探索和实践，建立了以专业课程为载体融合培养学生“人才要素能力”和“专业能力”的教学模式。
2. “人才要素能力”与“专业能力”融合培养模式的构建与实践
2.1. 《生物医用材料学》的课程特征
《生物医用材料学》是生物工程专业、生物医学工程专业、或功能材料专业的一门重要专业课程 [9] [10] [11] ，是研究生物医用材料及其与生物环境相互作用及医学应用的科学。该课程在知识体系上涉及到化学、生物学、力学、生理学、解剖学、免疫学、药理学等，几乎涵盖了各专业的所有前修课程知识，在学科领域上涉及理、工、医等多个学科。而且，生物医用材料学的发展日新月异，其产业智力密集，投入产出高。因此，《生物医用材料学》课程作为一门学科交叉性强、专业知识更新快、知识应用回报高的课程，是一门非常好的探究融合培养教学模式的载体。
2.2. 建立“两层次三阶段”理解专业培养目标和课程体系的机制
课程是为专业培养目标服务。因此，要建立以课程为载体实现“人才要素能力”和“专业能力”的融合培养，首先要求任课老师必须清楚专业的培养目标和课程体系，从而根据专业培养目标有针对性地设置课程教学内容，选择教学素材，设计教学方法和教学质量评估体系。因此，我们在实践中要求《生物医用材料学》课程组的所有老师积极参与专业培养方案的制订或修订，积极参与调研和讨论以确定专业培养目标和基本要求，设置课程体系，并理解所负责课程在课程体系中的位置及其对专业培养目标的贡献。对于新进教师或新任课教师，我们则安排专业负责人或课程负责人向他们解读专业培养方案和课程体系设置。
学生理解专业培养目标和课程体系是学生积极参与和设计课程教学活动的前提。我们分三个阶段来宣传和强化专业培养目标和课程体系。一是新生入学时，通过专业教育向学生详细介绍专业培养目标、专业方向和特色、课程设置、学分要求、学生毕业去向等。二是《生物医用材料学》课程的教学之初，我们会向学生阐明《生物医用材料学》课程在专业课程设置中的地位及其对专业培养目标的贡献。更具体地，是向学生详解课程教学大纲，阐明每章教学内容或教学环节对学生“人才要素能力”和“专业能力”的贡献，并举例阐明这些能力对学生未来就业、深造、以及职业发展的重要性。三是每章教学之初，我们会进一步向学生阐述该章教学内容和教学方法及其培养的“人才要素能力”和“专业能力”。
通过上述过程，我们建立了基于“教师–学生”与“入学–课初–章初”的“两层次三阶段”宣传和强化专业培养目标、课程体系及课程“人才要素能力”和“专业能力”的机制。五年(2014年~2018年)的教学实践表明，这一机制可显著提高学生主动参与课程教学环节，甚至自主设计教学活动的积极性，为教学质量和人才培养质量提供了保障。
2.3. 构建理、工、医多学科交叉融合知识架构
《生物医用材料学》作为一门学科交叉性强、发展迅速的综合性应用学科，所涉及的知识、技术和应用繁多。因此，课程组结合专业培养目标，根据“专业能力”培养要求，对教学内容进行了筛选和优化，保证教学内容的系统性、基础性、科学性、实用性和先进性。在此基础之上，我们筛选并建立了与《生物医用材料学》课程教学内容相匹配的基础课和专业基础课的知识关联体系，在教学中训练并培养学生利用多学科交叉基础知识解决专业问题的能力，构建理、工、医多学科立体交叉融合的知识架构(图1)。
2.4. 构建“人才要素能力”与“专业能力”融合培养方法体系
根据图1所示的教学内容，结合专业培养目标中对“人才要素能力”和“专业能力”的要求，我们进一步提炼了每个教学内容对应培养的“人才要素能力”和“专业能力”(见附录附表1)。此外，“人才要素能力”和“专业能力”的培养效果需要先进的教学方法和教学手段作为保障。“人才要素能力”与“专业能力”的内涵不同，单一的、传统的教学方法或手段难以满足融合培养的需求。因此，我们需要针对每个教学内容的特点和拟培养的能力要求设计多样化的教学方法和教学方式，保障“人才要素能力”和“专业能力”的融合培养。考虑到《生物医用材料学》的应用性强、学科交叉性强，因此我们要求课程组成员在生物医用材料研发及其医学应用方面都必须有较丰富的科研经历和研究成果。在此基础上，我们广泛采用临床产品、手术视频、疾病现象、科研成果等作为教学素材(道具)，通过问题驱动、分组讨论、课后阅读、“纸上谈兵”、案例分析等手段融合培养学生“人才要素能力”与“专业能力”。
Figure 1. The contents, involved courses and disciplines in the course of Biomedical Materials
图1. 《生物医用材料学》的教学内容及相关的课程和学科
2.5. 建立教学效果的多元化评价方法
教学是教师“教”与学生“学”的双向过程。因此，教学效果评价的目的之一是促进教师积极参与教学过程并提高教师教学水平和教学质量，目的之二是促进学生积极参与教学过程并保障知识学习和能力培养质量 [12] 。“人才要素能力”与“专业能力”的培养，尤其是“人才要素能力”的培养要求学生必须积极参与过程教学中。据此，我们在教师和学生这两个层面建立了“过程评价”与“结果评价”相结合的多元化教学评价体系(如图2所示)。
在学生层面，我们设计了包括课堂问答(课程QA)、课后作业(习题、阅读、自学)、案例研讨、课堂笔记等在内的过程评价环节，其得分在课程最终成绩中占比40%~50%。教学实践表明，该过程评价体系可有效引导学生重视并积极参与教学过程。尤其是本课程特色性引入的课堂笔记这一环节，对于提高学生的专注力，培养学生的信息获取和整理能力是非常有效的。在学生学习效果的结果评价中，我们采用开卷考试的方式，以生物医用材料领域的经典案例或争议性案例为试题素材，综合考查学生对课程知识的综合应用能力并评估学创新思维能力的训练效果。这样的考试方式对于引导学生理解(或理解性记忆)和应用生物医用材料学的基础知识，督促学生自主复习、主动思考是非常有效的。而且，这样的考试方式也基本杜绝了“平时不学习，考前一周得高分”的现象，对于维护学生学习积极性、主动性和公平性有很好的效果。
Figure 2. Pluralistic evaluation system on the teaching effectiveness of Biomedical Materials Science
图2. 《生物医用材料》课程多元化教学效果评价体系
在教师层面，我们则在学校和学院组织的同行评教和督导评教的基础之上，采用随机询问的方式了解学生的兴趣点并向学生征求教学建议，及时评估和调整教学方法和素材，因材施教。在结果评价方面，则在学校教学系统里的学生评教和试卷分析的基础之上，特色性地引入了“教师总结”这一环节。教师总结的内容包括：教学效果的自我评价、对学生学习的评价、教学中的有益经验和不足、期末试卷的难点解析、后续教学建议等。这一环节对于课程教学内容、教学方法和评价方法的优化和完善，进一步促进“人才要素能力”和“专业能力”的融合培养有积极作用。
3. 结语
总之，“人才要素能力”和“专业能力”是新一代大学生，尤其是生物工程专业学生从容应对激烈竞争性与变动性行业选择和社会多样化需求，实现创新创业的必要能力。我们通过《生物医用材料学》课程的实践初步证明，通过教学内容、教学方法、评估体系等的合理选择和设计，可以实现以专业课程为载体融合培养学生的“人才要素能力”和“专业能力”。可以想象，若所有教师都能充分利用课程这一载体，结合专业培养目标融合培养学生的“人才要素能力”和“专业能力”，而不仅仅是专业能力，则可有效增强学生从容应对未来的职业发展和科技变革、服务区域经济社会发展的能力，实现专业教育和大学教育目标。
《生物医用材料学》教学内容与教学方法、能力培养对照表，详见附表1。
基金项目
本文由重庆大学教改项目(No. 2017Y68)、重庆大学研究生课程重点建设项目(No. 201704053)、重庆大学本科教学团队——生物工程专业建设团队项目(2017)资助。
附录
附表S1. 《生物医用材料学》教学内容与教学方法、能力培养对照表
Table S1. The teaching contents of Biomedical Materials Science together with the corresponding teaching methods and trained competences