基于國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究

陳金波 殷實(shí) 劉芳南 邵洋

[摘 要]大學(xué)生是實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的重要力量，培養(yǎng)具有國際一流水平的基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域拔尖人才，是高校推進(jìn)“雙一流”建設(shè)的重要任務(wù)。國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）在培養(yǎng)大學(xué)生問題意識、科研興趣、創(chuàng)新能力、國際視野等方面具有巨大的優(yōu)勢。以組織北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生參與國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）為例，從創(chuàng)新培養(yǎng)體系、建立制度保障、培育團(tuán)隊(duì)文化等方面，實(shí)踐探索基于國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM），提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式。

[關(guān)鍵詞]國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）;大學(xué)生;創(chuàng)新能力;培養(yǎng)模式

[中圖分類號] G64 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）12-0111-03

2015年，國務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》（以下簡稱《方案》），《方案》指出，建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科，是黨中央、國務(wù)院做出的重大戰(zhàn)略決策，對于提升我國教育發(fā)展水平、增強(qiáng)國家核心競爭力具有十分重要的意義。

大學(xué)生是實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的重要力量，培養(yǎng)具有國際一流水平的基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域拔尖人才，是高校推進(jìn)“雙一流”建設(shè)的重要任務(wù)，也是實(shí)現(xiàn)人才強(qiáng)國、科技強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要保障。如何提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力，在科研、學(xué)習(xí)中培養(yǎng)大學(xué)生的獨(dú)立性和創(chuàng)新性是高校面臨的重要命題。

一、國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）介紹

iGEM為International Genetically Engineered Machine Competition（國際遺傳工程機(jī)器競賽）的簡稱，為合成生物學(xué)領(lǐng)域頂尖水平的國際學(xué)術(shù)科技競賽。

2003年1月，iGEM成為美國麻省理工學(xué)院的一門獨(dú)立學(xué)習(xí)課程，其最初的目的在于指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建細(xì)胞閃爍的生物學(xué)裝置。這門課程在2004年夏天成為有5支隊(duì)伍參與的比賽，2005年繼續(xù)發(fā)展至13支隊(duì)伍，2017年已擴(kuò)展至涵蓋40多個(gè)國家的310支隊(duì)伍，吸引了包括哈佛大學(xué)、牛津大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、劍橋大學(xué)、北京大學(xué)等眾多世界名校的學(xué)生踴躍參與[1]。2003年至今，iGEM競賽也在逐步完善。參與競賽的對象已由開始時(shí)的本科生擴(kuò)展到研究生和高中生;比賽項(xiàng)目也變得越來越復(fù)雜，通過跟蹤世界各地區(qū)大賽，向參賽隊(duì)伍介紹重點(diǎn)領(lǐng)域，iGEM項(xiàng)目范圍已從彩虹色素細(xì)菌，發(fā)展到水果植物香味的細(xì)菌，再到對水中砷元素有過濾凈化功能的傳感器……iGEM競賽的發(fā)展歷程取得了輝煌的成果，該賽事曾受到Nature、Science的專題報(bào)道，在過程中產(chǎn)生的眾多科研成果，也由iGEM組委會(huì)統(tǒng)一提供給全球科研團(tuán)隊(duì)分享，賽后的深入研究也使一些極具價(jià)值性的創(chuàng)新項(xiàng)目以論文和專利的形式發(fā)表。

iGEM的開展包括三方面的基礎(chǔ)：1.iGEM競賽——由全球熱愛合成生物學(xué)的學(xué)生組成隊(duì)伍開展競賽;2.實(shí)驗(yàn)室程序——參賽隊(duì)伍使用相同資源設(shè)施的實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)程序;3.標(biāo)準(zhǔn)生物組件注冊——越來越多的用于構(gòu)建生物裝置和系統(tǒng)的遺傳組件集合，目前已有超過20000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生物組件向所有參賽小組開放。

競賽的內(nèi)容主要分為實(shí)驗(yàn)部分、Human practices、美工和Wiki 以及數(shù)據(jù)建模等4個(gè)模塊。實(shí)驗(yàn)部分要求隊(duì)員全程自主設(shè)計(jì)實(shí)施，并在過程中通過專家訪談、參加學(xué)術(shù)會(huì)議、與其他參賽隊(duì)伍交流等方式不斷完善項(xiàng)目。這著重鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研能力、創(chuàng)新和邏輯思維能力，讓學(xué)生熟練掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，提升學(xué)生的學(xué)術(shù)交流與口頭報(bào)告能力。Human practices部分號召每個(gè)團(tuán)隊(duì)建立包含生物學(xué)家、化學(xué)家、物理學(xué)家、工程師、計(jì)算機(jī)科學(xué)家等多學(xué)科專家團(tuán)隊(duì)，并與之探討合成生物學(xué)在不同領(lǐng)域的作用發(fā)揮。同時(shí)，該部分要求隊(duì)伍進(jìn)行市場調(diào)查及相關(guān)政策法規(guī)的咨詢和項(xiàng)目推廣宣傳，以真實(shí)社會(huì)環(huán)境驗(yàn)證學(xué)生在校內(nèi)獲得的理論知識，檢測并評估實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究與社會(huì)需求之間的距離，真正學(xué)以致用，促進(jìn)學(xué)用融合，解決以往學(xué)用分離、理論與實(shí)際脫節(jié)的問題。美工和Wiki部分，貫穿隊(duì)伍宣傳、實(shí)踐、交流及參賽等各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)與藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合。其中隊(duì)伍更可以借助Wiki向全世界其他隊(duì)伍詳細(xì)介紹項(xiàng)目成果，展示隊(duì)員風(fēng)采，擴(kuò)大交流。數(shù)據(jù)建模部分反映了合成生物學(xué)的系統(tǒng)性、集成性和協(xié)同性。競賽項(xiàng)目不再是一個(gè)單純的生物學(xué)或者工程學(xué)項(xiàng)目，還需要信息技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、市場營銷學(xué)、社會(huì)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科共同參與。

2014年3月，北京師范大學(xué)iGEM代表隊(duì)BNU-China首次組隊(duì)，完成了以大腸桿菌的驅(qū)動(dòng)性為切入點(diǎn)，以增加植物的固氮作用避免環(huán)境污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)改造細(xì)菌的自殺機(jī)制的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并獲得金牌。2015年團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了光誘導(dǎo)雙向轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)調(diào)節(jié)并控制吸引物和毒蛋白的表達(dá)實(shí)驗(yàn)，獲得了銀牌。2016年團(tuán)隊(duì)致力于做出一個(gè)高通量篩選抗癌藥物——微管穩(wěn)定類藥物的平臺，并獲得了金牌。2017年，BNU-China團(tuán)隊(duì)參賽項(xiàng)目為酵母表面的多聚體展示（poly-display）。為了突破傳統(tǒng)的酵母表面展示技術(shù)只能對單體展示，難以應(yīng)用于篩藥以及多酶催化的反應(yīng)體系中的發(fā)展瓶頸，團(tuán)隊(duì)致力于實(shí)現(xiàn)酵母表面微管（用于篩藥）和鞭毛（用于多酶催化）的展示，最終獲得全球銅獎(jiǎng)。2018年，BNU-China團(tuán)隊(duì)聚焦微生物工業(yè)重組菌的篩選問題，利用合成生物學(xué)方法設(shè)計(jì)出了可以在低抗生素濃度下工作的基因回路，這使得微生物生產(chǎn)體系中的高產(chǎn)微生物被篩選，最終達(dá)到重組菌株定向進(jìn)化的效果，并獲得全球銀獎(jiǎng)。iGEM競賽調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和能動(dòng)性，在提升實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識和分享幫助他人的能力，將書本知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力[2]。

針對以上情況，北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)工辦在學(xué)工“十三五”規(guī)劃學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)計(jì)劃中，聯(lián)合本科生教學(xué)設(shè)計(jì)開展“大學(xué)生學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新競賽扶持計(jì)劃”，以參與國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）為契機(jī)，采用項(xiàng)目制形式運(yùn)行管理，將該項(xiàng)目作為學(xué)工推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)拔尖人才培養(yǎng)改革的試點(diǎn)，從而探索出高校大學(xué)生參與高水平國際競賽中創(chuàng)新培養(yǎng)體系、建立制度保障、培育團(tuán)隊(duì)文化的模式。

二、國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）對培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的意義

學(xué)科競賽是整合課內(nèi)外理論及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的重要載體，它注重強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用理論知識分析和解決實(shí)際問題的能力，對優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實(shí)踐技能，強(qiáng)化學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等方面具有重要作用[3]。

區(qū)別于國內(nèi)的傳統(tǒng)學(xué)術(shù)科技競賽，國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）是建立在國際平臺上的多學(xué)科、綜合性、高水平的國際學(xué)術(shù)科技競賽。其具有賽程長、要求高、選題范疇廣、與生產(chǎn)生活社會(huì)發(fā)展聯(lián)結(jié)緊密、自主性強(qiáng)等特點(diǎn)，是培養(yǎng)大學(xué)生問題意識、科研興趣、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、演講交流能力、國際視野等多維能力的重要載體。

國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）一般由學(xué)生主導(dǎo)，比賽期間，以學(xué)生為主體完成提出問題、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、驗(yàn)證方案可行性、展示探索結(jié)果等整個(gè)科研訓(xùn)練過程，教師起到指導(dǎo)和引領(lǐng)作用。由于賽程較長并涉及國際交流，這對學(xué)生的耐性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和語言交流能力等多方面綜合素質(zhì)要求較高。學(xué)生在參賽過程中，一方面可以體驗(yàn)系統(tǒng)的科研訓(xùn)練過程，激發(fā)創(chuàng)新動(dòng)力和鍛煉實(shí)踐能力;另一方面，這也有利于全面提升個(gè)人綜合素質(zhì)。近年來，隨著我國科技文化水平的提升，中國大學(xué)生參與該競賽的隊(duì)伍數(shù)量逐年攀升，這為培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力提供了新的平臺和載體。

三、基于國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式

（一）全員育人，創(chuàng)新培養(yǎng)體系

多方面育人因素相互配合、發(fā)揮合力，是促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有力保障。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上指出，要全員育人、全過程育人、全方位育人。這不僅體現(xiàn)在思想政治工作領(lǐng)域，在構(gòu)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的過程中，如何整合現(xiàn)有的成果，使培養(yǎng)體系中各要素形成協(xié)同效應(yīng)也已成為重要的實(shí)踐命題。人才培養(yǎng)體系中各要素之間如不能進(jìn)行良好協(xié)同，勢必會(huì)使創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式受到影響，不僅不能發(fā)揮出各要素之間的優(yōu)勢，反而產(chǎn)生掣肘、影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到各要素的優(yōu)勢和特點(diǎn)，以此為依據(jù)構(gòu)建培養(yǎng)體系上的分工和具體任務(wù)。

學(xué)院在參與iGEM競賽的過程中，充分認(rèn)識到協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)體系的重要性，厘清教學(xué)管理、學(xué)工、專家、實(shí)驗(yàn)教師、研究生、導(dǎo)師各要素間的責(zé)任與分工，全員育人促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新能力提升。在具體的實(shí)施過程中，學(xué)工與本科生教學(xué)雙方協(xié)同聯(lián)動(dòng)，在充分發(fā)揮學(xué)生主體能動(dòng)性的基礎(chǔ)上，以教學(xué)副院長擔(dān)任項(xiàng)目總協(xié)調(diào);學(xué)院黨委副書記擔(dān)任項(xiàng)目管理導(dǎo)師，負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)培育、文化建設(shè)等;聘請資深教授擔(dān)任學(xué)生科技輔導(dǎo)員，負(fù)責(zé)專業(yè)指導(dǎo);聘請實(shí)驗(yàn)教師擔(dān)任項(xiàng)目管理員，負(fù)責(zé)技術(shù)支持;招募博士研究生作為項(xiàng)目助理，負(fù)責(zé)日常輔導(dǎo);聘請校外專家作為項(xiàng)目顧問，提供技術(shù)與政策咨詢。同時(shí)通過教學(xué)管理、學(xué)工、專家、實(shí)驗(yàn)教師、研究生、導(dǎo)師“六位一體”的“聯(lián)席會(huì)議制度”，使各方面要素充分交流溝通，科學(xué)民主地解決實(shí)際問題，促進(jìn)育人體系形成活力、持續(xù)發(fā)展。

（二）項(xiàng)目制運(yùn)行，建立制度保障

制度建設(shè)是各項(xiàng)事業(yè)科學(xué)化、長效化的保證，是促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。高等教育在創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中，應(yīng)當(dāng)明確培養(yǎng)目標(biāo)，建立科學(xué)的培養(yǎng)模式，明確培養(yǎng)對象和吸納優(yōu)秀的培養(yǎng)者，并通過科學(xué)的運(yùn)行機(jī)制調(diào)動(dòng)各方面的積極性，規(guī)范參與者的行為活動(dòng)，通過激勵(lì)機(jī)制吸引優(yōu)秀培養(yǎng)者參與指導(dǎo)，建立長期有效的制度保障。

學(xué)院在參與iGEM大賽過程中，采用項(xiàng)目制的形式運(yùn)行管理，將該項(xiàng)目作為學(xué)工推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)拔尖人才培養(yǎng)改革的試點(diǎn)。其在建立制度保障方面主要做了以下幾方面的工作。第一，建立激勵(lì)機(jī)制。學(xué)院出臺相應(yīng)政策，將競賽指導(dǎo)教師的工作量納入年終績效考核中，激發(fā)指導(dǎo)教師的工作積極性。第二，管理規(guī)范化。為了在籌備和參與iGEM過程中提高工作效率，規(guī)范隊(duì)伍管理，擬定《BNU-China iGEM隊(duì)伍管理辦法》，在團(tuán)隊(duì)架構(gòu)、常務(wù)管理、考核評價(jià)等方面進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。第三，對競賽開展“課程化”建設(shè)和“教練式”輔導(dǎo)。iGEM大賽作為一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，如何開展好對iGEM的宣傳、普及、培訓(xùn)、選拔至關(guān)重要。一方面，學(xué)院將培訓(xùn)體系“課程化”作為建立長效機(jī)制的有效手段。將iGEM作為選修模塊有機(jī)融入本科生“科研訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”這一必修學(xué)分中，對iGEM以課程化的體系進(jìn)行競賽的介紹、講解、選聘與指導(dǎo)。另一方面，學(xué)院要求指導(dǎo)教師對參賽學(xué)生開展“教練式”輔導(dǎo)。雖然iGEM要求以學(xué)生為主體，但指導(dǎo)教師在前期準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、持續(xù)溝通和后續(xù)跟進(jìn)等環(huán)節(jié)對學(xué)生進(jìn)行全方位跟蹤式的輔導(dǎo)，關(guān)注學(xué)生在參賽過程中的心理狀況、技術(shù)困難等一系列問題，可以為學(xué)生順利參加比賽保駕護(hù)航。

（三）以文化人，培育團(tuán)隊(duì)文化

文化的力量凝聚發(fā)展的能量，團(tuán)隊(duì)文化是促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)。優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)具有以下幾個(gè)特征。1.科學(xué)精神。鼓勵(lì)成員獨(dú)立思考、獨(dú)立判斷，尊重事實(shí)和證據(jù)，推崇實(shí)證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，注重成員創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。2.目標(biāo)統(tǒng)一。能夠制定清晰的、科學(xué)的、可達(dá)到的目標(biāo)，整合內(nèi)部資源，統(tǒng)一思想和行動(dòng)，有步驟、計(jì)劃地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。3.相互合作。團(tuán)隊(duì)成員能夠充分發(fā)揮自身的專業(yè)優(yōu)勢，在一系列行為規(guī)范下促進(jìn)成員間的合作與提高。4.氛圍和諧。能夠達(dá)到真正的相互尊重、互相關(guān)心，構(gòu)建和諧的人際關(guān)系，營造出合作、信任、愉快的氛圍。5.共同學(xué)習(xí)。團(tuán)隊(duì)倡導(dǎo)全方位學(xué)習(xí)，在團(tuán)隊(duì)溝通和合作中共同學(xué)習(xí)。6.良性競爭。團(tuán)隊(duì)內(nèi)部開展合作型競爭，形成爭先意識，從而在團(tuán)隊(duì)中營造創(chuàng)新和超越的氛圍，培養(yǎng)開創(chuàng)性思維，激發(fā)成員的潛能[4]。優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè)有賴于培育優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)文化，優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)文化能夠通過共同的規(guī)范、信仰、目標(biāo)、價(jià)值觀將成員凝聚在一起，團(tuán)隊(duì)成員具有高度的團(tuán)隊(duì)認(rèn)同感和歸屬感，具有高度的工作熱情和創(chuàng)新欲望。

學(xué)院堅(jiān)持以文化人、以文育人，通過各方面的舉措培育iGEM團(tuán)隊(duì)文化。第一，搭建獨(dú)立的活動(dòng)空間，為團(tuán)隊(duì)提供獨(dú)立的活動(dòng)空間;開展文化墻的設(shè)計(jì)，在成員共同構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐的過程中增強(qiáng)對共同目標(biāo)的認(rèn)同，形成共同的價(jià)值理念。第二，建立團(tuán)隊(duì)溝通平臺，在培育團(tuán)隊(duì)中以興趣小組的形式固定。這一方面能保障團(tuán)隊(duì)運(yùn)行的延續(xù)性和穩(wěn)定性;另一方面，這也為團(tuán)隊(duì)提供了交流溝通的渠道，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)的親和力和凝聚力。第三，促進(jìn)多學(xué)科融合，以興趣為導(dǎo)向兼容并包，吸引各類學(xué)科專業(yè)背景的學(xué)生參與，激發(fā)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新活力。第四，融入社會(huì)主義核心價(jià)值觀教育，培養(yǎng)隊(duì)員不怕吃苦的奮斗精神和甘坐冷板凳的科學(xué)精神，全員、全過程、全方位開展思想政治工作，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膭?chuàng)新型學(xué)生。

通過以上探索，學(xué)院創(chuàng)新培養(yǎng)體系，全員、全過程、全要素參與到人才培養(yǎng)過程中，明確職責(zé)和分工的同時(shí)建立定期聯(lián)席會(huì)議制度，保證工作順利運(yùn)轉(zhuǎn);建立制度保障，通過項(xiàng)目制運(yùn)行和教練式輔導(dǎo)確立“課程化”培訓(xùn)體系，并建立各方激勵(lì)機(jī)制、團(tuán)隊(duì)規(guī)范化文件等，促進(jìn)工作科學(xué)開展;培育團(tuán)隊(duì)文化，以確立共同的價(jià)值目標(biāo)和提升創(chuàng)新能力為著力點(diǎn)，培育德才兼?zhèn)涞纳鐣?huì)主義合格建設(shè)者和可靠接班人，為依托國際遺傳工程機(jī)器競賽（iGEM）構(gòu)建提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式提供了有益探索。

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[責(zé)任編輯：陳 明]