交叉學(xué)科基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)踐
——以化學(xué)生物學(xué)為例

蔡菲，秦小雨，賀利貞，許利耕，馬麗，陳填烽

暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，廣州 510632

1 前沿交叉學(xué)科人才需求及培養(yǎng)現(xiàn)狀

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，要實(shí)現(xiàn)重要科學(xué)問題和關(guān)鍵核心技術(shù)的革命性突破，發(fā)展交叉學(xué)科，培養(yǎng)新時(shí)代交叉學(xué)科復(fù)合創(chuàng)新性人才成了必然需求[1,2]。2021年教育部將交叉學(xué)科設(shè)為第14類學(xué)科門類，標(biāo)志著交叉學(xué)科不僅是科研常態(tài)，也將是教學(xué)常態(tài)，如何在現(xiàn)有高校學(xué)科建制體系中實(shí)現(xiàn)交叉學(xué)科人才培養(yǎng)，還需要大量的探索和經(jīng)驗(yàn)積累。

為了建設(shè)世界一流大學(xué)、一流學(xué)科，促進(jìn)學(xué)科交叉融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，國家提出了各項(xiàng)鼓勵(lì)政策，各大高校提出方案，如北京大學(xué)提出“30+6+2”學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目布局[3]，北京理工大學(xué)建立前沿交叉科學(xué)研究院——“人才特區(qū)”[4]等。但是目前交叉學(xué)科人才培養(yǎng)體系仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)，首先體現(xiàn)在交叉學(xué)科人才培養(yǎng)平臺(tái)的缺乏和師資隊(duì)伍建設(shè)有待完善[5,6]；其次體現(xiàn)在交叉學(xué)科管理制度、運(yùn)行機(jī)制和評(píng)價(jià)體系不完善。總體來說，為了打破交叉學(xué)科人才培養(yǎng)體系的現(xiàn)狀，從如何打破學(xué)科之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間的深度交叉融合，到如何建設(shè)多學(xué)科知識(shí)體系、組織跨學(xué)科教師隊(duì)伍、科學(xué)的培養(yǎng)制度，都需要進(jìn)一步的理論和實(shí)踐探索[7]。

交叉學(xué)科復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中，前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程的教學(xué)是最核心的基石，是落實(shí)社會(huì)需求與學(xué)校教育順利接軌的基本單元。通過交叉學(xué)科核心基礎(chǔ)課程的教學(xué)，幫助學(xué)生夯實(shí)跨學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，理解各學(xué)科知識(shí)體系之間的關(guān)聯(lián)，學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)體系分析解決問題[8]，是交叉學(xué)科人才培養(yǎng)的極大助力。但是如何實(shí)現(xiàn)前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程的有效教學(xué)，目前仍然是困擾著高校教師的一大難題，探索、總結(jié)和積累前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)意義重大。

2 以化學(xué)生物學(xué)為例探索前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程教學(xué)

化學(xué)生物學(xué)(Chemical Biology)是一門新興科學(xué)，源于化學(xué)和生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的深度交叉融合，是前沿交叉學(xué)科的典型代表。該課程是面向化學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)專業(yè)的高年級(jí)本科生的核心基礎(chǔ)課程，主要強(qiáng)調(diào)干預(yù)和調(diào)控重大疾病的化學(xué)方法和途徑，為新藥開發(fā)提供理論依據(jù)。本課程對(duì)于國民健康具有重要的意義，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和邏輯思維，為未來化學(xué)生物學(xué)研究和藥物開發(fā)提供有力的人才支持。以化學(xué)生物學(xué)為例，探索前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程在教學(xué)上如何實(shí)現(xiàn)深度交叉，為我國復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)探索一條可復(fù)制的道路，意義重大。

化學(xué)生物學(xué)課程的建設(shè)到現(xiàn)在已經(jīng)歷經(jīng)了長達(dá)20多年的發(fā)展歷程(圖1)。1996年，國際首個(gè)化學(xué)生物學(xué)專業(yè)創(chuàng)立；2008年，為了響應(yīng)交叉學(xué)科發(fā)展需求，暨南大學(xué)化學(xué)系開設(shè)了化學(xué)生物學(xué)課程，是我國第一批建設(shè)化學(xué)生物學(xué)課程的開拓者之一，畢業(yè)生綜合素質(zhì)普遍受到了工作單位及其他學(xué)校的好評(píng)。2012年，我校開設(shè)“化學(xué)生物學(xué)創(chuàng)新班”，化學(xué)生物學(xué)作為其中核心專業(yè)課的引領(lǐng)者，被評(píng)為校交叉學(xué)科課程建設(shè)探索試點(diǎn)和省課程改革項(xiàng)目，同時(shí)我校開設(shè)配套的綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課，完善并落實(shí)理論課程內(nèi)容。2017年，全國雙一流計(jì)劃啟動(dòng)，我校藥學(xué)獲雙一流學(xué)科。本課程團(tuán)隊(duì)為更好地服務(wù)生物醫(yī)藥雙一流學(xué)科群建設(shè)，搭建校級(jí)“卓越未來化學(xué)生物學(xué)家”創(chuàng)新人才孵化基地，自建化學(xué)生物學(xué)慕課，入選大灣區(qū)在線精品開放課程。2022年，在不斷完善建設(shè)、教研相長的過程中，化學(xué)生物學(xué)入選省一流課程。隨后教學(xué)團(tuán)隊(duì)在此期間的系列課程改革措施，榮獲高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽省賽二等獎(jiǎng)，教學(xué)措施得到了暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院、中山大學(xué)、溫州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院、廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院等機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。

圖1 化學(xué)生物學(xué)課程發(fā)展建設(shè)過程

2.1 發(fā)現(xiàn)問題

多年來，我們通過持續(xù)的教學(xué)創(chuàng)新，打破學(xué)科壁壘，培養(yǎng)并拓展學(xué)生創(chuàng)新藥物研發(fā)的邏輯思維與視野，探索具有家國情懷的交叉學(xué)科復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的道路。在持續(xù)的教學(xué)改革創(chuàng)新建設(shè)中，我們發(fā)現(xiàn)了前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中需要解決的幾個(gè)主要問題：

首先，如何夯實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容交叉？傳統(tǒng)的教學(xué)體系以獨(dú)立學(xué)科知識(shí)為模塊。但這種單一的教學(xué)方式很難夯實(shí)學(xué)生的多學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，并讓他們具備解決問題的邏輯思維與視角。因此，這個(gè)問題成為了教學(xué)改革中的首要問題。

其次，如何在教學(xué)組織與方法上落實(shí)交叉？基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)需要培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才，而單純的課堂講授很難達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。因此，如何創(chuàng)新教學(xué)組織與方法，從而實(shí)現(xiàn)交叉學(xué)科的復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，成為了本課程改革過程中的重點(diǎn)問題。

最后，如何建立教學(xué)支撐體系保障交叉？交叉學(xué)科作為新型前沿學(xué)科，尚缺對(duì)口基礎(chǔ)資源。從學(xué)生的角度來看，自主學(xué)習(xí)也面臨著諸多困難，因?yàn)橘Y源匱乏往往難以深入了解其他學(xué)科和形成全面的學(xué)科視角。因此，如何建立完善的教學(xué)支撐體系，成為了本課程建設(shè)中的另一個(gè)難題。

2.2 分析問題

針對(duì)以上主要問題，結(jié)合化學(xué)生物學(xué)交叉學(xué)科課程實(shí)際情況，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以我國關(guān)于深化教育教學(xué)改革、建設(shè)世界一流大學(xué)和世界一流學(xué)科等系列國家戰(zhàn)略為指導(dǎo)，提出了“探索交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程建設(shè)之路，培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才”改革目標(biāo)，堅(jiān)持“多元交叉融合”的改革理念，落實(shí)“一導(dǎo)向、一引領(lǐng)、三保障”的改革思路，踐行“探索未知、科技報(bào)國”的思政主線，旨在為前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程建設(shè)、為國家復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)探索一條可推廣復(fù)制的破壁之路(圖2)。

圖2 化學(xué)生物學(xué)課程創(chuàng)新邏輯框架

2.3 解決途徑

2.3.1 以問題為導(dǎo)向，打破知識(shí)壁壘(一導(dǎo)向)

本課程以生物醫(yī)藥前沿問題為導(dǎo)向，以相互作用為主線，串聯(lián)醫(yī)學(xué)、生物、藥學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，帶領(lǐng)學(xué)生以化學(xué)主視角揭示生物/醫(yī)學(xué)奧秘，構(gòu)建多學(xué)科知識(shí)融合教學(xué)內(nèi)容[9]。

以交叉科研前沿問題為導(dǎo)向，向教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化。我們立足于教學(xué)團(tuán)隊(duì)前沿交叉學(xué)科研究成果，在充實(shí)化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、藥學(xué)領(lǐng)域的前沿交叉學(xué)科研究成果過程中，不斷推進(jìn)轉(zhuǎn)化為本課程的教學(xué)內(nèi)容，將小分子藥物設(shè)計(jì)、納米醫(yī)學(xué)、納米材料影像診斷、腫瘤靶向治療等領(lǐng)域的研究成果融入到教學(xué)之中。

以交叉產(chǎn)業(yè)前沿問題為導(dǎo)向，向教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化。在暨創(chuàng)硒源納米研究院有限公司及多家合作三甲醫(yī)院的實(shí)踐工作融入到本課程的教學(xué)過程中，通過深度解析交叉產(chǎn)業(yè)的科學(xué)問題，將交叉產(chǎn)業(yè)向教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化，在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合。

教學(xué)內(nèi)容與思政深度融合。通過借助化學(xué)生物學(xué)探索生命，解決生物醫(yī)藥領(lǐng)域瓶頸問題的使命，嵌入“探索未知、科技報(bào)國”的思政主線[10]，激勵(lì)學(xué)生利用化學(xué)生物學(xué)的知識(shí)參與到科技興國、助力創(chuàng)新型國家的建設(shè)之中。

2.3.2 以拔尖交叉團(tuán)隊(duì)為引領(lǐng)，打破組織壁壘(二引領(lǐng))

我們組建了以國家杰青為主講人，以省杰青、省珠江人才、市科技新星為校內(nèi)核心團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合多家附屬三甲醫(yī)院的主任醫(yī)生、企業(yè)董事長為校外導(dǎo)師，成立了化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)多學(xué)科交叉寬背景的拔尖教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為化學(xué)生物學(xué)的教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以問題為導(dǎo)向，創(chuàng)新教學(xué)組織方法。在教學(xué)過程中，以生物醫(yī)藥疑難問題為導(dǎo)向，串聯(lián)醫(yī)學(xué)、生物、藥學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，采用“線上線下”“課內(nèi)課外”和“校內(nèi)校外”多元化教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)以致用，助力打通學(xué)科間知識(shí)壁壘見圖3。

圖3 化學(xué)生物學(xué)教學(xué)組織方法創(chuàng)新

同時(shí)，在評(píng)價(jià)體系上，化學(xué)生物學(xué)課程將理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，采用多重評(píng)價(jià)考核體系。課前線上學(xué)習(xí)及測試、課中出勤及表現(xiàn)、課后見習(xí)及參與競爭項(xiàng)目占比50%；見習(xí)報(bào)告、期末考試占比40%；教學(xué)全過程中多主體評(píng)價(jià)占比10%。從多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，綜合考查學(xué)生在知識(shí)體系、思維能力、創(chuàng)新價(jià)值和思政幾個(gè)方面的達(dá)成度。

2.3.3 從三方面保障交叉教學(xué)，打破資源壁壘(三保障)

我們從線上、平臺(tái)、校外三個(gè)方面保障交叉教學(xué)資源，打破資源壁壘[11]。完善了線上交叉資源體系，打造了“三層兩翼”教學(xué)資源平臺(tái)。三層即：課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)院創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，校級(jí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；兩翼即：實(shí)踐教學(xué)基地，合作醫(yī)院。

線上通過自建的慕課資源、麻省理工學(xué)院(MIT)化學(xué)生物學(xué)視頻課程，以及生物課程為學(xué)生奠定化學(xué)、生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生課前做好充分的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，線下進(jìn)行充分的知識(shí)梳理、科學(xué)問題解析和科學(xué)思維訓(xùn)練。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)把化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)以及藥學(xué)的交叉知識(shí)互相融合起來，加深對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。

同時(shí)搭建廣東省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、廣東省納米化學(xué)創(chuàng)新藥物工程研究中心、校級(jí)“卓越未來”創(chuàng)新人才孵化基地等實(shí)踐平臺(tái)，進(jìn)行化學(xué)生物學(xué)課程實(shí)踐改革，將最新化學(xué)生物學(xué)前沿領(lǐng)域例如創(chuàng)新藥物、納米疫苗、化學(xué)探針、金屬藥物等設(shè)計(jì)啟發(fā)式融入學(xué)生實(shí)踐中。

在校外我們以富硒產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化為基點(diǎn)，簽署多個(gè)學(xué)生實(shí)習(xí)基地(廣東暨創(chuàng)硒源納米研究院有限公司等)，并與多家醫(yī)院(暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院、中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院、溫州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院、廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院等)、多家企業(yè)(廣東金美濟(jì)集團(tuán)和安徽省華信生物藥業(yè)股份有限公司等)合作，以產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)，為課程學(xué)習(xí)提供強(qiáng)有力的科研實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐保障，從多個(gè)方面保障深度交叉教學(xué)的順利實(shí)施。

3 改革初見成效

本課程基于學(xué)校在化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科、“藥學(xué)雙一流學(xué)科”及生物醫(yī)藥學(xué)科群鏈條完整的優(yōu)勢，將交叉學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)研究轉(zhuǎn)向交叉學(xué)科教學(xué)，針對(duì)化學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求而開設(shè)。是學(xué)校交叉學(xué)科基礎(chǔ)課試點(diǎn)建設(shè)課程，課程建設(shè)初期得到了學(xué)院的大力支持。隨后，學(xué)校組建“化學(xué)生物學(xué)”創(chuàng)新班，以本課程為創(chuàng)新班專業(yè)課引領(lǐng)者，重點(diǎn)培養(yǎng)交叉學(xué)科創(chuàng)新性人才。課程獲得專業(yè)負(fù)責(zé)人、教學(xué)督導(dǎo)高度評(píng)價(jià)。經(jīng)過多年創(chuàng)新與探索，本課程建立了多元化的教學(xué)資源體系，在教材、線上教學(xué)資源、平臺(tái)資源以及產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化方面取得了顯著的成效。

(1)獲批大灣區(qū)在線開放精品課程，慕課已上線[12]。

(2)獲批省一流課程。

(3)獲高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽省賽二等獎(jiǎng)。

(4)獲批4個(gè)校級(jí)和2個(gè)省級(jí)化學(xué)生物學(xué)實(shí)踐基地，助力科教融合、產(chǎn)教融合，豐富了化學(xué)生物學(xué)課程建設(shè)內(nèi)涵，促進(jìn)了課堂教學(xué)。

(5)建設(shè)了化學(xué)生物學(xué)線上學(xué)習(xí)網(wǎng)站，且?guī)熒步苏n程資料庫，為學(xué)生提供前沿咨詢、思政案例和虛擬仿真平臺(tái)。

(6)以自主科研孵化企業(yè)為支撐，在東莞、梅州等市級(jí)單位以富硒產(chǎn)業(yè)為基點(diǎn)，穩(wěn)定展開鄉(xiāng)村振興活動(dòng)。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，我們以化學(xué)生物學(xué)作為前言交叉學(xué)科的典型代表，緊密圍繞我國深化教育教學(xué)改革、建設(shè)世界一流大學(xué)和世界一流學(xué)科等系列國家戰(zhàn)略，提出了“培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才，探索交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程建設(shè)之路”的改革目標(biāo)。在實(shí)踐中，堅(jiān)持“多元交叉融合”的改革理念，落實(shí)“一導(dǎo)向、一引領(lǐng)、三保障”的改革思路，踐行以“探索未知、科技報(bào)國”為主線的思政教育，為前沿交叉學(xué)科基礎(chǔ)課程建設(shè)，為國家復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)探索一條可推廣復(fù)制的破壁之路。