合成生物学课程思政的建设路径

朱 皓， 信丰学， 章文明

(南京工业大学生物与制药工程学院， 南京211816)

合成生物学作为21世纪新兴交叉学科，是以生物学、化学和物理为基础，工程学、数学、计算机和信息技术为手段的一门科学，被认为是理解生命的新钥匙(造物致知)和未来的颠覆性技术之一(造物致用)。它采用化学或生物化学合成的 DNA 或蛋白质生物元件，通过工程化的鉴定，形成标准化的元件库，创造具有全新特征或增强了性能的生物模块、 网络、体系乃至生物体(细胞)，以满足人类的需要[1]。如今合成生物学的应用已经扩展至很多领域，如生物燃料生产、天然产物合成、生物医药、合成新物种等[2]。

作为一门新兴的前沿学科，在教授学生合成生物学专业知识的同时，也要与马克思主义基本原理相结合，注重科学思维、工程伦理教育，提升学生在合成生物学领域发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生勇攀科学高峰的自信心和勇担时代使命的责任感，帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。

1 合成生物学课程思政建设的意义

以往的合成生物学学科建设更侧重于合成生物学技术和方法的传授，教学中也强调教学内容的掌握和运用，学生学习考核中更多的是知识点掌握的熟练程度。但是因为合成生物学与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，它的研究方向完全是相反的，是从最基本的要素开始一步步建立零部件，在生物安全等方面受到极大关注，因此在合成生物学课程中推进课程思政建设有着重要的现实意义。合成生物学课程思政建设要坚定以马克思主义基本原理为指导，将课程知识点与我国现实科研成就相结合，将学生自身职业发展与学科发展前景相结合，将课程特点和道德规范相结合，培养学生的科学素养、人文情怀和职业道德,使学生逐渐成长为德才兼备的社会主义建设者。

合成生物学被认为是继 DNA 双螺旋结构发现和人类基因组计划之后现代生物学的第3次革命，是发展低能耗、环境友好、高效和健康可持续的生物产业的主要技术支撑, 对实施创新驱动发展战略具有重要意义[3]。充分发挥专业课教师“主力军”、专业课教学“主战场”、专业课课堂“主渠道”作用[4]，寓价值观引导于专业知识传授和科学能力培养之中，使合成生物学课程与思政课程同向同行，形成协同效应，构建全员全程全方位育人大格局[5]。

2 合成生物学课程思政改进方向

合成生物学作为一门自然科学类专业课，注重人工的设计与建造, 在合成生物元件、装置和系统, 融入自然界中原本不存在的途径和功能。传统的自然科学方法倾向对自然规律的分析、阐明和归纳总结, 形成认知自然的一般性规律。合成生物学既有自然科学分析和认知的特性, 也具备工程学设计与建造的特点。从科学方法论的角度理解合成生物学的研究方法[6],结合中国的特色和国情，在课程自身知识体系中进行社会主义核心价值观的树立和引导，在课堂教学中进行思政教育一直是一个难点。随着课程思政在各学科的全面开展，育人理念得到全面革新，合成生物学课程思政建设取得一定成果，但仍需厘清改进方向，进行教学改革，提升课程思政教育实效。

2.1 合成生物学课程思政教学体系有待进一步完善

合成生物学在以往课程教学中更注重科学知识体系的构建和讲解，忽略人文社科的科学能动性。比如，虽然合成生物学已经被认为是未来改变世界的颠覆性技术，目前公众对基因编辑技术还存在一定的误区和不解。因此，在介绍“合成生物学的应用”“合成生物学引发的新浪潮与颠覆”等重要章节时，教师可以通过让学生运用所学知识对社会上的认知进行“找茬”，如人造生命“辛西娅”、实验室改造的各种有害病毒等，在训练学生理性思考能力的同时，鼓励学生勇于质疑、不盲目、不盲从。这些案例的引入，不仅可避免“教学内容的碎片化、教学方式的单一化”，也可加强合成生物学课程思政的整体性把握，将显性思政和隐形价值引导相结合，形成多学科背景相互交叉、良性互动的教学团队，全方位发挥作用[7]。

2.2 合成生物学课程思政形式有待进一步创新

合成生物学课程内容具有内容庞杂、逻辑性强、学科交叉等特点，教师不仅要提升思政元素的挖掘能力，更要把课程所蕴含的思政元素巧妙地融入课程教学内容中，切忌对所挖掘的思政元素进行“生搬硬套”“简单嫁接”等处理。比如，“合成生物系统的设计与组装”作为课程的重点和难点内容，如何有机融入思政内容，实现思想政治教育和知识体系教育上的有机统一。传统的思政形式是简单向学生介绍我国科学家在纤维素乙醇生产菌株改造方面取得了系列突破，建立了降解性能强、鲁棒性好、生产效率高的生物发酵体系，在世界处于领先地位，这和我国社会主义制度优越性是密不可分的。合成生物学专业相关度高，但学生兴趣不大，效果不显著。如果换个形式，使用新媒体手段、社会实践形式或者从中国优秀传统文化角度切入，讲述传统酿酒、酿醋工艺中隐藏的合成生物学原理和技术，进一步结合“设计-构建-检验-重设计”的特征循环优化合成生物系统的案例，通过时间线和生物合成路线的交叉，系统讲述合成生物学在中国历史发展过程中的过去、现在和未来，将可实现育人和育才的有机统一。

2.3 合成生物学课程思政高度、深度、广度和温度有待进一步拓展

在合成生物学课程思政建设中，不能简单地进行思政说教，而是要在讲清楚知识点的同时，带领学生透过现象看本质，在学习实践中发掘出社会主义核心价值观。比如，“合成生物学原理”章节主要介绍合成生物学的层级化结构及逻辑关系、合成生物学的设计原理等。不同功能的生物元件组成复杂一些的生物装置，不同功能的生物装置协同运作构成更为复杂的生物系统。可将生物元件、生物装置、生物系统类比成个体、社会、国家，系统的稳定取决于生物元件、生物装置之间的适配性；同样，不同的个体发挥着不同的功能，个体之间相互协作才能促进社会的进步，国家的稳定和发展也取决于个体的奉献和社会的和谐。因此，可从大水漫灌改为精准滴灌，潜移默化地引导学生产生共鸣，着力打造全方位、多层次、宽领域的思想政治教育工作格局。

3 合成生物学课程思政建设的实践路径

合成生物学课程思政建设是一个系统、复杂、全面的教育教学改革工作，要牢记立德树人任务，明确为党育人、为国育才目标，在大先生、大老师的示范带领下，通过全员全程全方位育人。有效的指导是教师-学生双向的：教师允许学生针对课题提出自己的见解，并且不应惧怕教师；优秀教师应鼓励学生积极参加国内外会议，并提交报告或者海报，积极建立自己的潜在的合作社交网络[8]。合成生物学课程教研室根据上课经验积累、自身科研实践、外出交流学习、学生学习反馈、与思政教师座谈等形式形成合成生物学课程思政教学章节表[9]，将思政元素融入课程每个章节中，详见表1。

3.1 完善合成生物学课程思政教学体系

3.1.1 创新育人角度，发掘课程思政深度

合成生物学采用自下而上的策略，结合“设计-构建-测试-学习”的工程化设计原理，可通过人工设计和编辑自然界中不存在的生物元件、代谢途径与调控网络进而构建新的生物系统来解决能源、材料、健康和环境等问题。通过相关案例，如我国科学家成功破解含Z碱基基因组的生物合成路径[12]的介绍，鼓舞学生大胆探索，秉持牢固的唯物主义价值观，勇于探索新领域，发现新现象，孜孜不倦追求真理。

3.1.2 讲透说清知识点，深挖教学内容思政点

利用合成生物学方法对自然界中微生物进行改造可以提高其利用可再生生物质资源合成不同化学品的能力；通过对关键基因进行调控，优化合成途径可以显著提高化学品的生产速率；通过构建高效的细胞工厂，促进生物制造产业的发展，实现国民经济的绿色环保、可持续发展[13]，引导同学们更加直观、切实地体会到“科学技术是第一生产力”，铭记“科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂”，激发学生科技报国的决心，促使学生为实现现代化强国和中华民族伟大复兴不懈努力。

3.1.3 提高教师素质，树立课程思政理念

合成生物学的发展日新月异，这就要求高校教师时刻关注前沿知识动态的发展，发挥主观能动性、积极性和创造性，深入挖掘与课程内容、前沿发展相关的思政元素，并将其巧妙地引入到课堂中，“润物细无声”地影响学生的人生观和价值观。一方面要以马克思主义基本原理为指导，认同课程思政理念，用心、用情、用爱去教书育人；另一方面，也要将课程思政当作一门学问、一种价值、一个信仰来认真钻研，成长为政治立场过硬、业务能力精湛、技术方法娴熟、育人水平高超的“金师”。

3.1.4 根据专业历史，发挥课程思政育人功能

通过讲述合成生物学相关重要历史事件和重要人物的奋斗史，持续不断地培养学生对真理的探索精神，激励同学们的学习热情，帮助学生树立正确的人生观和价值观，发挥合成生物学课程的思政育人功能。比如通过介绍我国科学家利用小分子核苷酸完成了4条真核生物酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成[14-17]，展示我国在这一领域的国际地位，也将开启人类“设计生命、再造生命和重塑生命”的新纪元。

3.2 创新合成生物学课程思政形式

3.2.1 结合党史教育，讲好历史故事

将我国合成生物学发展历程和党史学习教育活动相结合，做好历史传承、讲好历史故事，发挥合成生物学思政育人功能，培养学生探索未知、追求真理的责任感。从结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸tRNA的全合成到揭示特殊DNA的合成机制，从香山科学会议到“三国六院”系列会议(six academies symposium series)，从国家科技重点专项到基地建设，这些重要成果与社会主义制度的优越性和中国共产党的正确领导密不可分。中国科学家用“造物致知,造物致用”对合成生物学作了精辟的概括，旨在通过建造生物体系而了解生命，通过创造生物体系来服务人类[18]。

3.2.2 结合优秀传统文化，培育责任担当

结合中国优秀传统文化，培养学生职业道德和大国工匠精神。我国是人口大国，民以食为天，淀粉是谷物粮食中最主要的成分。目前淀粉主要来源于植物的光合作用，其周期长、效率低、过程复杂；我国科学家利用合成生物学的原理与技术，结合化学催化，实现了二氧化碳人工合成淀粉从 0 到 1 的突破[19]。“合成生物技术”已经成为绿色生物制造产业发展的高速引擎，它不仅改变了传统工业生产方式，减少了对自然资源的依赖，以更小的环境代价获得了更高的经济产出，同时也将进一步破解资源、能源、健康、环境、安全等重大难题。这与我国传统文化中“天人合一”“人与自然和谐共生、永续发展”等思想内容在尊重自然环境内在价值与内在权利的同时，自觉协调人与自然环境的关系上，理念不谋而合[20]。

3.2.3 深入社会基层，理论实践结合

结合社会实践活动，发挥学生在课程思政中的主体作用，把论文写在祖国大地上、车间里。通过全国大中专学生志愿者暑期文化科技卫生“三下乡”“青年红色筑梦之旅”“推普助力乡村振兴”等社会实践志愿服务活动，国际基因工程机器大赛(iGEM)、中国合成生物学竞赛等大学生科技赛事，让学生在实践中结合合成生物学课程中所学的生物标准元件、基因调节开关、基因振荡器、基因遗传线路设计与组装等内容，在社会课堂中受教育、长才干、作贡献，在观察实践中学党史、强信念、跟党走，努力成为担当民族复兴大任的时代新人。

3.2.4 探索兴趣点，提升吸引力

引入学科交叉理念，在合成生物学课程教学中探索学生的兴趣点，提升课程思政吸引力。合成生物学与信息技术的结合，可以实现DNA信息存储、DNA折纸术等。利用 DNA 的折叠和自组装形成复杂结构的技术，借助碱基互补配对原则，可以折叠形成不同的预期几何结构，如：三角形、矩形、菱形、五角星及笑脸等精细二维结构[21]；我国学者利用人工设计 DNA 构建了微型的中国地图[22]。现代信息技术的融入与应用，丰富了教学手段，提升了教学质量，让更多学生有机会接触到前沿技术实验，培养了同学们的创新意识和科学兴趣，为今后持续的科学探索夯实基础，开阔眼界。

3.3 拓展合成生物学课程思政高度、深度、广度和温度

3.3.1 厚植爱国之心

在合成生物学教学中，通过我国成功创建国际首例单染色体真核细胞[23]、二氧化碳人工合成淀粉等先进技术的研发并领跑世界的案例，增强“四个自信”，厚植爱国主义情怀。

3.3.2 激发家国情怀

近几年来, 北京大学、清华大学、中国科学技术大学、天津大学、上海交通大学、南京工业大学等学校的在校学生积极参与了由美国麻省理工学院发起和组织的国际遗传工程机器设计大赛(iGEM), 并在这一合成生物学创新设计大赛中取得了骄人的成绩, 这为中国合成生物学未来的发展培养了年轻力量[24]。培育学生创新意识，激发家国情怀与使命担当。

3.3.3 弘扬社会主义核心价值观

在科技研究与创新发明(维生素E、人参皂苷等天然产物生物合成的成功案例)中，提升职业素养，弘扬社会主义核心价值观。

3.3.4 提高安全意识

增强生物安全意识，提高安全防范能力。合成生物学已在生物能源、生物材料、医疗技术以及探索生命本质等领域取得了令人瞩目的成就，但是也存在着如研究人员错误使用合成生物学技术引发的生态安全问题、生物防御问题和生物伦理问题等。我们可以通过加强国家生物安全顶层设计、制定和完善我国生物安全领域法律政策、进行总体生物安全教育布局和深度参与全球科技治理，在国际生物安全新规则的制定中发出中国声音等方式加强应对。

3.3.5 提升忧患意识

扩展国际视野，提升国家忧患和国家安全意识。合成生物学作为新兴交叉学科，在与各国进行学术交流时，传递科学知识、分享科研成果的同时也需要将践行总体国家安全观和服务高质量发展有机统一起来。

4 结语

合成生物学已成为当今世界发展最为迅猛、对人类生活影响最大的一门学科，具有关爱生命、试验性强、与日常生活联系密切等特点，也使得合成生物学成为课程思政的主要阵地[25]。在课程思政理念引领下，积极推动合成生物学教学内容、教学方式、教学理念的改革，有助于提升教师思想政治水平，发挥教师立德树人职能，推动学生综合发展，达到全面提高人才培养质量的重要目标。