
基金項(xiàng)目:天津市一流本科建設(shè)課程“微納米生物技術(shù)”(津教高函[2021]25號-112);天津大學(xué)研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目“新工科背景下納米生物學(xué)課程思政助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究”(YCX202250);天津大學(xué)2022年本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新工科背景下生物學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”(YC202201-19)
第一作者簡介:康君(1987-),女,漢族,遼寧鞍山人,博士,副教授,碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榧{米生物學(xué)與分子生物技術(shù)。
*通信作者:常津(1963-),男,漢族,天津人,博士,教授,博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榧{米生物學(xué)。
DOI:10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.22.038
摘 要:新工科背景下,生物學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐對構(gòu)建和完善創(chuàng)新引領(lǐng)的教學(xué)育人體系、全面保障的質(zhì)量管理體系具有重要意義。該文以天津大學(xué)生物學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案中的納米生物學(xué)和分子生物學(xué)教學(xué)改革為例,概括兩門重點(diǎn)課程納米生物學(xué)和分子生物學(xué)的課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn),分別從課程思政建設(shè)、教學(xué)模式改革、項(xiàng)目建設(shè)過程面臨問題與對策三個方面進(jìn)行探討和總結(jié),為培養(yǎng)適應(yīng)新時代需要的高層次拔尖創(chuàng)新人才提供參考和應(yīng)用實(shí)踐。
關(guān)鍵詞:新工科;高校生物學(xué);創(chuàng)新人才培養(yǎng);納米生物學(xué);分子生物學(xué);教學(xué)改革
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2096-000X(2024)22-0156-04
Abstract: Under the background of new engineering, the reform and practice of the cultivation mode of innovative talents in biology is of great significance to the construction and improvement of the innovation-led teaching and education system and the comprehensive guaranteab78375f63007b845d46452abc9b0246e of the quality management system. Taking the teaching reform of Nanobiology and Molecular Biology in the cultivation program of biology specialty of Tianjin University as an example, this paper summarizes the teaching experience of two key courses of Nanobiology and Molecular Biology, and discusses and summarizes them from three aspects, namely, the ideological and political construction of the course, the reform of teaching mode, and the problems and countermeasures faced in the process of project construction. It provides reference and application practice for training high-level top innovative talents to meet the needs of the new era.
Keywords: new engineering; Biology in university; training of innovative talents; Nanobiology; Molecular Biology; reform in education
《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》提出了“卓越工程師培養(yǎng)計劃”,鼓勵高校在學(xué)生理論知識、學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)意識、工程實(shí)踐和綜合素質(zhì)培養(yǎng)等方面進(jìn)行探索實(shí)踐[1]。2017年,教育部在天津大學(xué)召開工科優(yōu)勢高校的新工科研討會,形成了新工科建設(shè)的“天大行動”[2]。這對工科院校生物學(xué)科人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。納米生物學(xué)技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)是21世紀(jì)關(guān)鍵的科學(xué)技術(shù),也是新工科背景下極具學(xué)科交叉特色的專業(yè)課程。依托這兩門課程的教學(xué)改革歷程,本文對新工科背景下生物學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式進(jìn)行探討。
一 課程思政建設(shè)
黨的二十大報告指出“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐”[3]。高校作為科技第一生產(chǎn)力、人才第一資源和創(chuàng)新第一動力結(jié)合點(diǎn)、交匯處,既是國家創(chuàng)新體系的重要組成部分,同時又擔(dān)負(fù)著為黨育人、為國育才,培養(yǎng)社會主義事業(yè)建設(shè)者和接班人的根本任務(wù)[4]。納米生物學(xué)和分子生物學(xué)課程始終堅(jiān)持用習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人,把立德樹人作為根本任務(wù),全面貫徹黨的教育方針,遵循人才成長規(guī)律和教學(xué)規(guī)律,具體表現(xiàn):①建設(shè)高質(zhì)量課程體系。課程內(nèi)容銳意改革,深化科教融匯、產(chǎn)教融合。②積極培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才。課程重視“破界”思維能力培養(yǎng),鼓勵學(xué)生關(guān)注本質(zhì)、打破局限,開展更有價值和戰(zhàn)略性的創(chuàng)新,培養(yǎng)具有戰(zhàn)略科學(xué)家潛質(zhì)的杰出人才。③注重素質(zhì)教育。把知識傳授、素質(zhì)提升、能力培養(yǎng)和價值塑造融為一體,深化素質(zhì)教育與專業(yè)教育并重、科學(xué)素養(yǎng)與人文素養(yǎng)互促的培養(yǎng)模式改革。
在課堂上,以華人科學(xué)家及團(tuán)隊(duì)成員的多項(xiàng)研究成果,例如引用本研究團(tuán)隊(duì)在高水平國際期刊上發(fā)表的納米超聲診療技術(shù)進(jìn)行腫瘤免疫治療實(shí)例,鼓勵學(xué)生科研要站在時代的前沿,不斷創(chuàng)新,銳意進(jìn)取;同時放眼全球,學(xué)習(xí)國內(nèi)外的精華。在思政案例集建設(shè)方面,匯集了“德以思進(jìn),研以深耕——記中科院院士解思深”[5],“兵團(tuán)小戰(zhàn)士成長為杰出科學(xué)家——記中科院院士白春禮”[6],“把納米技術(shù)轉(zhuǎn)化為國家能力——記中科院院士趙宇亮”[7]等十余位納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的資深研究學(xué)者的成長成才經(jīng)歷激勵學(xué)生,要勇于克服求學(xué)路上的困難,用踏實(shí)專注和真才實(shí)學(xué),不斷探索未知領(lǐng)域,攀登科研高峰,進(jìn)一步夯實(shí)未來發(fā)展的道路。
二 教學(xué)模式改革
教學(xué)模式改革采用了“3+4+2”模式,即“3個結(jié)合,4種培養(yǎng),2個樹立”(圖1),具體闡述如下。
圖1 教學(xué)模式改革“3+4+2”示意圖
(一) 通過黨的二十大精神和思政案例與科學(xué)理論結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生家國情懷和全球視野
用“黨的二十大精神和思政案例與科學(xué)理論”結(jié)合的方法,加強(qiáng)案例教學(xué)和課堂互動。同時,結(jié)合點(diǎn)線面結(jié)合教育方法,其中,“點(diǎn)”指的是教師在課堂講授的理論知識;“線”指將學(xué)生劃分5~6人學(xué)習(xí)小組,安排學(xué)生團(tuán)隊(duì)寫作完成課堂和課后討論;“面”指的是學(xué)生可以翻轉(zhuǎn)課堂主講某一堂課,也可以向其他小組發(fā)出挑戰(zhàn),對課本中的知識、技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行提問,此分?jǐn)?shù)由老師評判,計入期末成績。在“面”的教學(xué)過程中,積極鼓勵學(xué)生提出極具前瞻性的問題。例如人類3D基因組圖譜解析出后,阿爾茨海默病患者的大腦是否可以通過植入大量基因芯片,而實(shí)現(xiàn)疾病的徹底治愈?問題答案是多學(xué)科交叉、開放性的。師生之間可以通過雨課堂、好彈幕等小程序進(jìn)行現(xiàn)場互動。通過這樣的開放式問題,綜合培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉融通思想,從而進(jìn)一步調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。
(二) 通過關(guān)鍵技術(shù)專題討論與企業(yè)實(shí)踐結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力
以納米生物學(xué)、分子生物學(xué)的基礎(chǔ)理論為基礎(chǔ),配合科研和臨床需求前沿,設(shè)計一些納米生物學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)。例如緊扣研究熱點(diǎn)的納米載體系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建,基因藥物的靶向遞送,聲動力和光熱治療腫瘤等大實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,一邊將納米生物技術(shù)細(xì)節(jié)傳授給學(xué)生,一邊鼓勵學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果,從宏觀角度對基因診療技術(shù)的市場應(yīng)用進(jìn)行預(yù)判,通過集體調(diào)研和企業(yè)實(shí)地采訪,提交一份商業(yè)計劃書。橫跨基礎(chǔ)理論和應(yīng)用實(shí)踐的教學(xué)模式改革,旨在培養(yǎng)出真正適應(yīng)社會需求的人才,同時培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、撰寫陳述表達(dá)能力。
生物專業(yè)需要學(xué)生充分發(fā)揮想象力和動手實(shí)操能力,將課堂上學(xué)習(xí)的微觀晦澀的納米醫(yī)學(xué)、生化分子等理論知識,與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐充分融合。自2016年開始,教學(xué)團(tuán)隊(duì)與天津博奧賽斯生物科技有限公司合作建立生命學(xué)院本科生實(shí)踐基地。該公司一直專注于超靈敏生物醫(yī)學(xué)檢測試劑領(lǐng)域,是納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)應(yīng)用的重要下游企業(yè)。通過與企業(yè)良好的前期溝通,學(xué)生們可在實(shí)踐過程中,充分參加產(chǎn)品研發(fā)討論、納米醫(yī)學(xué)檢測產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)管理、檢測產(chǎn)品質(zhì)量控制、產(chǎn)品小試等重要流程。區(qū)別于傳統(tǒng)的參觀實(shí)踐,學(xué)生還可以選擇在后期進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行深度實(shí)習(xí),可以自愿報名參加企業(yè)的自主研發(fā)課題,還可與企業(yè)初步簽訂雙選意向。通過校企合作,共同培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新能力。
(三) 安全倫理教學(xué)與心理健康教育結(jié)合,激勵學(xué)生樹立正確三觀
少年強(qiáng)則國強(qiáng)。新一代青年的理想、擔(dān)當(dāng)與老師的激勵與培養(yǎng)密不可分。在課堂上,應(yīng)用新編排的思政案例集,本教學(xué)團(tuán)隊(duì)以中國科學(xué)家的多項(xiàng)研究成果激勵大家。從“德以思進(jìn),研以深耕——記中科院院士解思深”之中,學(xué)到解思深院士對碳納米管力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和輸運(yùn)性能的深耕細(xì)作精神,為推動納米科技領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展和國內(nèi)外合作交流作出了重要貢獻(xiàn),解思深先生治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),成就卓著,為人師表,桃李芬芳。從“兵團(tuán)小戰(zhàn)士成長為杰出科學(xué)家——記中科院院士白春禮”之中,學(xué)到白春禮教授學(xué)有所成毅然回國,研制出中國第一臺原子力顯微鏡(AFM)及第一臺激光原子力顯微鏡和低溫掃描隧道顯微鏡(STM),極大推動了祖國的科研進(jìn)步。白春禮院士曾經(jīng)說過:“許多渴望成才的年輕人經(jīng)常向我請教所謂‘成功’的秘訣,我說世界上沒有這樣的秘訣,只有‘刻苦努力’這幾個字,如果說成功真有什么秘訣的話,那就是要善于抓住機(jī)遇。我的人生經(jīng)歷就充分說明了‘科研成績就意味著汗水、淚水、拼搏和獻(xiàn)身’這一點(diǎn)?!睆摹澳贻p科研人員要少‘灌水’多‘種樹’——記中科院院士趙宇亮”之中,了解到元素周期表中的113號Nh是趙宇亮與其所在國外團(tuán)隊(duì)一起發(fā)現(xiàn)的,這也是元素周期表中唯一一個由亞洲國家發(fā)現(xiàn)的新元素,他因此而頗具盛名?;貒?,趙宇亮從核化學(xué)轉(zhuǎn)向納米生物安全方向,開啟對納米技術(shù)和納米材料生物安全性問題的研究。趙宇亮院士特別提到:“這樣選擇,也是希望我國在新的科研領(lǐng)域有機(jī)會走到世界前列?!边@些科研巨匠在探索新事物過程中進(jìn)行無數(shù)次探索、歷經(jīng)多次失敗,依然踔厲奮發(fā),篤行不怠,最終取得了領(lǐng)先世界的成就,為祖國的科技事業(yè)發(fā)展留下了濃墨重彩的一筆。這樣的思政案例,充分激勵同學(xué)們立志在時代的前沿,奮發(fā)圖強(qiáng),不辜負(fù)祖國的期許。同時鼓勵各位同學(xué)立足中國,放眼全球,辯證判斷西方科技成果,尊重客觀事實(shí),既不完全吸收也不全面否定,用辯證的、智慧的、真實(shí)的科研結(jié)果與世界溝通與對話,這樣才能提升真能力,獲取新知識。無論在國內(nèi)還是海外求學(xué),都要勇毅前行,積極投身中華民族偉大復(fù)興的偉業(yè)中。
如今,科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度迅猛,生命科學(xué)技術(shù)尤其以人們無法想象的速度影響著人類生活和人類文明進(jìn)程。生命科學(xué)技術(shù)的成果更是悄悄滲透到了人類生活的方方面面。生命科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍。一方面,它給人類帶來了健康的希冀,尤其是對腫瘤、心腦血管疾病等重大疾病的早期診斷和治療,甚至給人類帶來了重生的希望;另一方面,由于大部分新發(fā)明的技術(shù)處于前沿發(fā)展地位,其評判標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布,即便發(fā)布也需要長時間的驗(yàn)證,因此這部分前沿技術(shù)絕對不可以隨意濫用到臨床。
另外,保證科研成果的真實(shí)性是一切科研活動的基礎(chǔ)。近年來,在新聞報道中總會聽到“科研造假”的事件,必須在課堂上向?qū)W生們強(qiáng)調(diào)科研造假的代價和惡劣性質(zhì)。強(qiáng)調(diào)研究人員以身作則的重要性。例如日本曾經(jīng)的“科研紅人”小保方晴子,通過不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果,聲稱獲得了近似于胚胎干細(xì)胞的新萬能細(xì)胞STAP細(xì)胞的研究成果,且以一篇論文和一篇來信的形式發(fā)表于世界頂級期刊《自然》雜志。成果發(fā)布后,諸多實(shí)驗(yàn)室因無法在實(shí)驗(yàn)中重復(fù)她的結(jié)論紛紛質(zhì)疑其成果,關(guān)鍵的是,后續(xù)連小保方晴子本人所在團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次重復(fù)也無法重現(xiàn)論文中的數(shù)據(jù),最終論文撤稿,相關(guān)科研人員也受到了大量輿論的譴責(zé),團(tuán)隊(duì)解散,重要成員已經(jīng)退出了科研界。還有,2022年掀起美國科研界大地震的Piero Anversa,世界心臟干細(xì)胞研究翹楚,多年來在心臟干細(xì)胞領(lǐng)域名聲顯赫,在頂級期刊發(fā)表無數(shù)論文。2022年,美國心血管知名教授Jeffery Molkentin在頂級雜志發(fā)文質(zhì)疑:心臟沒有干細(xì)胞,別再發(fā)表這些結(jié)果。一時間,來自世界各地的研究者聲援Jeffery Molkentin教授,因?yàn)樗麄円餐瑯訜o法重復(fù)心臟干細(xì)胞結(jié)果。哈佛醫(yī)學(xué)院經(jīng)過調(diào)查取證,確認(rèn)Piero Anversa博士實(shí)驗(yàn)室的論文偽造數(shù)據(jù)和其他學(xué)術(shù)不端,將Piero Anversa的31篇論文從醫(yī)學(xué)期刊上撤回。至此,在世界范圍內(nèi)投入了大量人力、物力和財力的心臟干細(xì)胞科研和臨床研究,變成了一場鬧劇,社會損失慘重。這些案例警示學(xué)生,科研成果的客觀性和真實(shí)性是第一位的,科研不是為了發(fā)表頂級期刊,而是為了推動人類健康事業(yè)的發(fā)展。
在關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)過程中,必須本著預(yù)防原則,制定切實(shí)可行的安全防范措施,注意保護(hù)人民的安全和健康。鑒于安全價值取向的多元性,還須考慮公眾對生物技術(shù)和納米技術(shù)風(fēng)險的認(rèn)知和可接受性,尊重人民對風(fēng)險的知情權(quán)和選擇權(quán);在關(guān)注人類的同時,分子生物學(xué)、納米生物學(xué)倫理也應(yīng)關(guān)注其他生物生存環(huán)境的安全問題。唯有學(xué)生從內(nèi)心理解并認(rèn)可生物安全和倫理問題,未來才可能成為一名合格的研究學(xué)者。
(四) 關(guān)愛學(xué)生,使其在科研路上樹立健康心態(tài)
當(dāng)代大學(xué)生的心理健康已經(jīng)成為一個重要的社會議題[8]。然而,科研之路注定布滿荊棘,尤其是頂級學(xué)術(shù)成果的取得,絕非一朝一夕能夠完成,甚至需要幾十年的努力。例如,19世紀(jì)60年代,美國為了最先研究出抗瘧新藥,花費(fèi)巨資,在很短的時間內(nèi)找到了20多萬種可能的藥物,最后都沒能成功。回觀諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主屠呦呦,其先期通過翻閱古籍尋找了2 000多種藥方,并從中總結(jié)出640種藥方,期待能夠?qū)Ο懠灿行В上б参茨艹晒?;后續(xù)她查閱《肘后備急方》醫(yī)書,發(fā)現(xiàn)“青蒿一握,以水二升漬,絞取汁,盡服之”,通過以身試毒,才發(fā)現(xiàn)青蒿素治療瘧疾有奇效。由此可見,成功的路上,運(yùn)氣、勤勞和汗水缺一不可。
在成功之路上必然要經(jīng)歷長時間的孤獨(dú)和層出不窮的困難。如今,同學(xué)都想在極短的時間內(nèi)獲得亮眼的成績,例如,及早發(fā)表論文,通過簡短的科研經(jīng)歷就獲得含金量較高的榮譽(yù)證書,以期給自己未來求學(xué)、求職的簡歷上“增光添彩”??墒?,短短的三五年時光,若非站在巨人的肩膀上,又怎能獲得耀眼的成就。本團(tuán)隊(duì)教師在課堂鼓勵學(xué)生在二年級就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí),在長久的科研訓(xùn)練中,養(yǎng)成踏實(shí)、勤勉的科研作風(fēng),這樣獲得的科研成就是水到渠成的。同時,在課堂上,隨時以朋友身份,與學(xué)生分享自己數(shù)十年來求學(xué)和科研過程中的收獲和淚水,通過親身經(jīng)歷拉近與學(xué)生的距離。在未來的學(xué)業(yè)、事業(yè)規(guī)劃方面,如有學(xué)生產(chǎn)生畢業(yè)焦慮情緒,本團(tuán)隊(duì)教師會設(shè)身處地為學(xué)生排憂解難,積極聯(lián)系企事業(yè)單位拓寬學(xué)生就業(yè)范圍。同時,勉勵學(xué)生安心科研,在求學(xué)過程中保持一份健康的心態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)自己的心理出現(xiàn)問題,應(yīng)及時尋找學(xué)校老師和同學(xué)的幫助,而不是自怨自艾,釀成嚴(yán)重的后果。
三 項(xiàng)目建設(shè)過程面臨問題與對策
新工科建設(shè)需要長期的探索和實(shí)踐,而非一蹴而就。在建設(shè)過程中,我們發(fā)現(xiàn),由于學(xué)生對自己未來規(guī)劃的不同,課堂上的內(nèi)容無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的因材施教、學(xué)以致用。例如在教學(xué)過程中,會發(fā)現(xiàn)一部分同學(xué)希望未來轉(zhuǎn)成醫(yī)科專業(yè),對具有廣闊醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用前景的治療技術(shù)感興趣,一部分同學(xué)希望在納米生物技術(shù)方面深耕,希望在納米藥物精準(zhǔn)遞送方面有更多了解,未來投身藥物研發(fā)事業(yè),還有一部分同學(xué)計劃成為一名中學(xué)甚至是高校教師,希望在課堂上可以多學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識、前沿知識,拓寬知識面,而非在某些細(xì)節(jié)過度深挖。也有一些跨專業(yè)的同學(xué),如化學(xué)、材料、自動化和計算機(jī)等專業(yè),因?yàn)閷{米生物技術(shù)感興趣來旁聽課程,希望能夠從課堂上獲取更多交叉學(xué)科的知識,給自己的未來鋪墊更多的可能性。來自不同學(xué)生對課程的期許和關(guān)注,要求教師在課程全部章節(jié)的設(shè)計上做到深入淺出,同時設(shè)置課程專題討論會,對于學(xué)生感興趣的前沿科技熱點(diǎn),充分征集學(xué)生意見,并由教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行前期素材的搜集,在列出關(guān)鍵點(diǎn)后,交給學(xué)生進(jìn)行小組討論匯報。在匯報過程中,學(xué)生不僅加深了對該部分知識的印象,更從自己感興趣的角度對課程有了深入了解。通過與學(xué)生充分溝通,強(qiáng)化學(xué)生主體性和積極性,不斷深化課程內(nèi)容,使得學(xué)生的受益面更廣,課程參與度更高。
四 結(jié)束語
新工科時代的到來,對高校生物學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提出了更高的要求:立足當(dāng)前、面向未來,因時而動、返本開新。生物類課程需從課程思政案例設(shè)計和教學(xué)模式改革等多方面深耕細(xì)作,不斷深化課程內(nèi)容,強(qiáng)化學(xué)生主體性和積極性,落實(shí)知識點(diǎn)的同時,在思想上引起學(xué)生的共鳴。在課程中,需注重培養(yǎng)學(xué)生的交叉融通思想,自主學(xué)習(xí)和表達(dá)能力,科學(xué)探索精神,創(chuàng)新能力,尊重生物倫理,樹立健康心態(tài),積極培養(yǎng)學(xué)生高尚的科學(xué)素養(yǎng)和較強(qiáng)的科研能力,真正做到為黨育人、為國育才。
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