交叉复合型仿生科学与工程专业人才培养模式探索

任丽丽^*，张志辉，邹 猛，韩志武，任露泉

（吉林大学工程仿生教育部重点实验室，吉林省 长春 130025）

[摘  要]吉林大学“仿生科学与工程”（080215T）专业2019年通过教育部新增目录外专业审批。本文在新工科背景下，以吉林大学仿生科学与工程专业为研究对象，瞄准仿生工程领域新技术、新产业和未来技术，探索交叉复合型“仿生科学与工程”新工科专业的培养方案、课程体系、教学体系、培养模式和师资队伍建设等核心内容，构建仿生新工科与机械、材料等传统工科交叉融合的学科专业“新结构”以及人才培养的“新模式”，希望培养国际化的仿生专业人才，为仿生学科高端人才培养提供优质生源，为先进制造、生物医药、大健康工程、国防军事等与仿生工程紧密联系的产业集群提供强大的人才支撑。

[关键词]仿生科学与工程，新工科，交叉复合型，多维度人才培养

[基金项目]2019年吉林大学本科教学改革研究项目“交叉复合型‘仿生科学与工程’新工科专业培养模式研究”、项目编号2019XYB132；2018年教育部首批“新工科”研究与实践项目“交叉复合型‘仿生工程与装备’新工科专业的创建与培养模式改革研究”,（项目编号无）。

[作者简介]任丽丽（1984-），女，辽宁海城人，工学博士，吉林大学工程仿生教育部重点实验室副教授，研究方向：从事仿生科学工程研究。

[中图分类号]G642.0      [文献标志码]A     

一、引言

仿生科学与工程学科是机械学、材料学、生命科学、医学、物理、化学等多学科交叉、新兴学科，它搭建了工程技术和生物间的桥梁，不仅是前沿技术的创新之道，更是新兴产业的创业之道。作为有望解决许多重大科技与社会问题的未来技术，仿生技术将在全球第六次科技革命和第四次产业革命中发挥重要作用。

目前，我国在仿生工程领域的突破已产生重大影响，但距引领全球的目标仍有不小差距。长期以来，仿生学科专业人才的培养仅限于极少高校的研究生群体，2019年以前的仿生本科专业空白致使高端人才生源严重不足，已成为制约该领域科技发展的瓶颈。特别在仿生技术催生的新兴产业领域，如仿生机器人、仿生材料、仿生装备、仿生医药和仿生健康工程等，专业人才短缺已成行业短板。而在国防军事领域，仿生技术人才作为推动新一轮军事变革的重要力量，正在受到军方的密切关注。综上，加强仿生工程紧缺专业和优势学科的谋篇布局，培养面向新产业体系和国家急需的本科人才，已成为新一轮工科教育的迫切需要。

国家重大战略和工程需求是工程教育改革创新的重要起点。培养和造就大批具有宽阔视野和崭新理念的仿生科学与工程专业人才，将有利于跟踪和拓展前沿技术，提升国家在世界经济竞争中的软实力；将有利于推进原创性成果的产出，形成新的学科和技术生长点；有利于解决工程领域中的重大理论问题和重大技术难题。

二、“仿生科学与工程”专业解读

2019年3月21日教育部公布了“2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果”的通知，吉林大学“仿生科学与工程”（080215T）首批通过教育部新增目录外专业审批^[1]。交叉复合型“仿生科学与工程”新工科专业培养模式研究，是立足吉林大学“仿生科学与工程”一级学科，依托农业工程一级学科，面向仿生工程领域新技术和新产业发展、未来趋势、人才急需以及一流学科建设，按照“仿生科学与工程”新工科教育的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系要求而提出的新工科专业教育改革新构想。

瞄准仿生科学与工程领域新技术、新产业和未来技术，构建“仿生科学与工程”新工科与机械、材料等传统工科交叉融合的学科专业“新结构”以及人才培养的“新模式”，研究交叉复合型“仿生科学与工程”新工科专业的培养方案、课程体系、教学体系、培养模式和师资队伍建设等核心内容，培养具有科学思维、创新精神、实践能力和国际视野，具备自然科学和人文科学知识基础，掌握仿生学、机械学、材料学及生物科学理论，具备仿生机械设计与制造、仿生材料开发、仿生学研究等方面能力的高素质国际化的仿生人才，为仿生学科高端人才培养提供优质生源，为先进制造、生物医药、大健康工程、国防军事等与仿生工程紧密联系的产业集群提供强大的人才支撑。

三、吉林大学复合交叉型“仿生科学与工程”专业人才培养新模式

（1）提出“仿生科学与工程”新工科专业人才培养目标和要求

紧密围绕仿生科学与工程领域新技术（如仿生机械工程、仿生材料工程、仿生行走工程、仿生表面工程、仿生健康工程、仿生信息工程等），新产业（大健康、仿生机器人、增材制造、极端载运、智能装备、军事国防等）和未来技术（仿生4D制造、仿生再制造、仿生能源转化、仿生辨识技术等），面向未来国家仿生科技和产业发展需要，结合吉林大学的优势和特色，确定“仿生科学与工程”新工科专业的办学指导思想和人才培养目标，提出人才培养的毕业合格标准及要求。

图1

（2）制定交叉复合型“仿生科学与工程”新工科专业人才培养方案

将家国情怀、爱国情操、国际视野和历史责任感培养作为新工科人才素质培养的首要目标，完善立德树人的德育体系。在学习借鉴国内外高等工程教育成功经验和办学思想的基础上，依据“仿生科学与工程”新工科对人才知识结构、能力结构和素质结构的要求，以多学科综合为依托，制定以创新精神和工匠精神为核心，以新知识体系为主体，以质量监督与评价为保障的“仿生科学与工程”新工科人才培养方案。瞄准科技发展前沿和人类社会发展所需，实现跨领域、跨门类的学科交叉融合，积极培育新的交叉学科生长点，以此促进文理工医农等学科的彼此支撑、相互促进、协调发展^[2,3]。

（3）建立“仿生科学与工程”新工科专业的理论课程体系并优化教学内容

课程体系及工程教育体系的构建，重点突出仿生思维的培养和交叉学科特色，将仿生学科、产业和技术的最新发展，行业对人才培养的最新要求引入教学过程，动态更新教学内容和课程体系，建成满足仿生科学与工程行业发展需要的课程和教材资源，制定符合“仿生科学与工程”新工科专业人才培养的课程教学大纲^[4]。教学内容优化本着培养有高素养和出色人品、能对社会做出贡献、有独创性仿生人才的原则，将新经济时代急剧发展的新知识、新道德转化为学生所能接受的课程体系、结构和教学内容。根据适应现代社会发展、适应科学技术发展和适应新产业市场发展的三适应原则，将知识的狭窄，转变为知识的交叉融合，从知识量的增加，转变为知识结构的优化。同时，教学内容优化还要兼顾学生的多样性和个体性，以及知识结构的科学性^[5]。

图2

（4）创建多维度“仿生科学与工程”新工科专业人才培养新模式

模式一：理工复合。充分利用综合大学的文理学科优势，与工程技术集成，强化学科交叉和跨界整合，创新工程教育发展之路，借助跨学科策略，充分发挥仿生交叉学科和吉林大学学科门类齐全的优势，利用全校优秀师资资源，开设多学科交叉课程，建立校内协同育人组织模式，推动科学前沿和工程技术的相互延伸，强化学科交叉和跨界整合，为跨院系、跨学科、跨专业交叉学习提供组织保障。

模式二：导师引领。以“班导师+项目导师”的方式组建，以教学班为基础，以学科专业活动为依托，以学生专业学习兴趣为桥梁，以导学为重点，以导向为补充，着眼于学生专业成长和教师学术发展的人才培养制度。班导师是该班学生学业发展、专业成长的规划师、引路人、培训者；项目导师是学生以赛带练、以练促赛、学用结合、实践成才的训练师、教练员和同行者，其主要职责是在指导学生学科专业活动（以各级各类学科竞赛为主）的基础上，引导学生专业成长、强化学生专业能力、提升学生综合素养，及时对学生进行学习方法、创新思维、创业就业等方面的培养和指导，形成学科专业活动指导的导师模式。

模式三：贯通培养。针对科研能力突出的优势学生群体，以拔尖创新人才培养为目标，进行本硕博贯通式重点培养。采用动态管理机制，分阶段分流考核，淘汰的学生转入普通模式培养。学科拥有工程仿生教育部重点实验室、工程仿生国家地方联合工程实验室、吉林省仿生工程实验室等一批国家和省部级的科学研究与工程实践平台，多元化地创新了仿生高端人才培养的实践途径。同时充分利用国际平台资源，与国外知名高校和企业跨国合作，派出学生访学，使其全部具有海外留学经历。

模式四：国际合作。面向未来和领跑世界为目标，充分发挥吉林大学仿生学科国际化的实践教学与合作平台优势，以国际仿生工程学会、国际学术期刊《Journal of Bionic Engineering》、两个国家级国际合作平台（“工程仿生国际科技合作基地”和“工程仿生技术与高端装备”高等学校学科创新引智基地）、国际仿生工程学术会议、国际合作项目等为国际化新工科人才培养的重要依托，使“仿生科学与工程”专业学生有计划参与国际合作或进入国际著名大学深造学习。

（5）创新“仿生科学与工程”新工科专业的实践教学体系

与理论教学知识体系相对应，建立由实践类课程和创新能力拓展项目等构成的工程教育实践体系，充分利用虚拟仿真、人工智能、现实增强等先进技术手段建成全新的工程实践教学方式^[6]。

专业实践教学选在著名企业、国家和部省级重点实验室、工程实验室和工程中心等进行，并完成新工科毕业设计或学士学位论文。聘请具有丰富实践经验的专家和工程师，特别是国内外具有博士学位或副高级以上专业技术职称的专家，参加课程教学或指导学生完成实习、工程设计或学位论文等实践学习^[7]。

（6）加强交叉学科师资队伍和人才质量保障体系建设

集中专项资源聘请学科领域内院士和国内外知名专家学者等组成高水平师资团队，发挥专家的引领和示范作用。通过跨学科选修，实验室轮转等制度，突破“一对一”的导师指导模式，构建支持学生个性化培养的师资环境。要充分利用吉林大学学科门类齐全、工学基础雄厚、工程仿生学科特色突出等条件，组织建立“仿生科学与工程”新工科专业教师团队，制定骨干教师进行专业培训和国际化素养计划，使之适应新专业、新方向、新学生、新教材、新理念和新模式。加强学生培养的过程管理、监督考核和课程跟踪制度建设，建立毕业生跟踪调查与用人单位的评价反馈机制。积极参与构建以学校为主体、政府为主导、社会广泛参与的开放、多元、全面的人才培养质量保障和评价体系。

四、结论

大力开展“仿生科学与工程”新工科教育，构建仿生新工科与机械、材料等传统工科交叉融合的学科专业“新结构”以及人才培养的“新模式”，打造一流的交叉复合型新工科人才培养平台，培养国际化的仿生专业人才，为仿生学科高端人才培养提供优质生源，为先进制造、生物医药、大健康工程、国防军事等与仿生工程紧密联系的产业集群提供强大的人才支撑，无疑可以推动多学科更快更好的发展。

[参考文献]

[1] http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_1034/s4930/201903/t20190329_376012.html

[2] 陈慧, 陈敏. 关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索 [J].高等工程教育研究, 2017(2):19-23.

[3] 李秀娟, 张志辉, 梁云红, 韩志武, 任露泉. 从“闻道”与“入世”理念探讨交叉复合仿生专业设立的社会适求基础 [J]. 教育教学论坛, 2019(27): 218-220.

[4] 崔庆玲, 刘善球. 中国新工科建设与发展研究综述 [J]. 世界教育信息, 2018, 436(4):19-26.

[5] 李秀娟, 张志辉, 梁云红, 韩志武, 任露泉. 新工科交叉仿生专业建设立足应用性基础学科教育探讨 [J]. 教育教学论坛, 2019(17): 186-188.

[6] 李秀娟, 张志辉, 邹猛, 韩志武, 任露泉. 需求视角下的交叉仿生学科及专业设立必要性分析 [J]. 高等工程教育研究, 2019(2):46-49.

[7] 马云海, 张清珠, 李默, 任丽丽, 孙霁宇. PBL 教学法在仿生科学与工程新工科专业培养过程中的应用可行性探究 [J].中国教育技术装备, 2020(8): 80-84.

Exploration on the talent training mode of cross-compound bionic science and engineering

REN Li-li, ZHANG Zhi-hui, Zou Meng, HAN Zhi-wu, REN Lu-quan

(Key Laboratory of Bionic Engineering,Ministry of Education, Jilin University, Changchun, Jilin 130025, China)

Abstract: The "bionic science and Engineering" (080215T) major of Jilin University was approved by the Ministry of education in 2019. Under the background of new engineering, taking the bionic science and engineering major of Jilin University as the research object, aiming at the new technology, new industry and future technology in the field of bionic engineering, this paper explored the core contents of the training program, curriculum system, teaching system, training mode and teaching staff construction of the cross-compound "bionic science and Engineering" new engineering major, so as to build a "new structure" of bionic engineering and mechanical, materials and other traditional engineering disciplines, and a "new mode" of personnel training. We hope to cultivate international bionic professionals, provide high-quality students for the cultivation of high-end bionic talents, and provide strong talent support for advanced manufacturing, biomedicine, big health engineering, national defense military and other industrial clusters closely related to bionic engineering.

Key words: bionic science and engineering; new engineering; cross-compound; multidimensional talent training.