立德树人,润物无声——课程思政在《细胞工程》教学中的探索与实践

金竹萍, 张丽萍, 刘志强, 刘旦梅, 裴雁曦

(山西大学生命科学学院;特色植物资源研究与利用山西省重点实验室, 太原 030031)

高等教育作为教育系统的最后一个重要环节,肩负着帮助在读大学生在迈入社会前,树立正确的世界观、人生观、价值观、政治观、法治观和道德观的任务。长期以来,我国高校的思政教育工作主要依赖专业的思政课程。通过不断提高大学生的思想道德素质,提高他们认识和改造世界的能力,最终成长为德智体美劳全面发展的社会主义接班人和建设者。然而,随着近年来快速的经济发展和高等教育规模的不断壮大,我国高等教育逐渐从“精英教育”迈向“大众教育”,与此同时思政教育的形势也越来越严峻。

在此背景下,习近平总书记自2012年以来,多次在不同的重要场合对高校思想政治教育工作进行讲话,强调一定要利用好课堂教学这个主渠道,“使各类课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应”[1, 2];“要坚持社会主义办学方向,把立德树人作为教育的根本任务,发挥教育在培育和践行社会主义核心价值观中的重要作用”[2]。教育部据此精神印发文件:“要大力推动课程思政为目标的课堂教学改革,梳理各门专业课所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能,融入课堂教学各环节,实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一”[3]。这为当下的高校思想政治教育工作明确了方向,更引发了全国范围内课程思政的教学改革热潮。

然而,“课程思政”不可等同于“思政课程”,如何在不同的专业课程学习过程中加入思政教育的内容,还要做到“润物细无声”,需要因校而异,因课而异。本文以山西大学生命科学学院的《细胞工程》专业课为例,对课程思政融入专业教学进行探讨(图1)。

图1 《细胞工程》课程思政的五种结合方式Fig.1 Five ways to combine ideological and political education in the course of Cell Engineering

1 教书育人与言传身教相结合

教师作为课堂教学的第一责任人,对待课堂的态度就是最直接的课程思政。在较多大学课堂上,经常是讲台上的老师热情洋溢,讲台下的同学要么低头记笔记,要么沉默不语玩手机;更有学生将教室分为“前排学霸互动区”和“后排VIP休息娱乐区”。由于《细胞工程》有着多学科交叉渗透、教学内容更新较快和知识点繁杂等课程特点,课堂讲授难免枯燥乏味。这就要求授课教师在学时有限的前提下,既要输出足够的专业内容,又要吸引学生注意力,保质且保量地圆满完成教学任务。因此,教师的职业道德、专业水平、科学精神等潜移默化的作用显得尤为重要。

“学高为师,身正为范”。授课教师对教学内容是否非常熟悉、教学课件的制作是否足够用心、能否准确及时地为学生答疑解惑、是否经常随意调停课、是否经常迟到早退和出题阅卷是否科学公正等,这些看似属于教学运行的基本问题,实则会直接影响到学生们日后能否践行社会主义核心价值观。目前,大学课堂上流行一种心照不宣的“潜规则”:检验一位大学教师的教学水平,首选的已不是“教室上座率”,而是看“前排上座率”。正如2018年5月习总书记在北京大学师生座谈会上讲到的“建设政治素质过硬、业务能力精湛、育人水平高超的高素质教师队伍,是大学建设的基础性工作”。换句话说,课程思政的第一步就是要进行教学团队建设,传道者首先自己要明道和信道。高校教师作为教育者,要努力成为先进思想文化的传播者,必须坚持自身先受教育;将自我修养和教书育人充分结合,真正做到以德立身、以德立学和以德施教;把社会主义核心价值观内化于心和外化于行;努力做“四有”好老师——有仁爱之心、有道德情操、有理想信念、有扎实学识,更好地做好学生健康成长的引路人和指导者,为他们点亮理想之灯,照亮前行之路。

因此,在有意识地融入思政教育的《细胞工程》专业课堂已形成良好的师生互动。教师在课堂上讲述自律自省的重要性并以身作则,学生就会养成良好的学习和生活习惯,不迟到不旷课,按时完成作业;教师在课堂上强调尊重他人的重要性,并在日常教学中尊重学生的个性和意见,给予学生充分的发言权,学生在日常生活中学会互相尊重和互相帮助,“上课抬头率”明显提高;教师在课堂上讲述学术诚信的案例,学生可以照猫画虎做到小论文不抄袭和期末考试不作弊。总之,教师不仅仅是口头上告诉学生应该怎么做,更通过实际行动来展示正确的行为方式,让学生在模仿教师的过程中学会正确的价值观和行为准则。这种方法能够更好地培养学生的品德和素养,使他们成为有担当和有责任心的人。

2 专业内容与思政元素相结合

根据细胞工程的课程特点和山西大学生命科学学院生物工程的专业特性,课程选择西北农林科技大学杨淑慎教授主编的《细胞工程》(科学出版社)作为主要教材。全书共分为17章,包括细胞工程的基础理论、植物细胞工程和动物细胞工程三大篇[4]。通过对教学内容的梳理和总结,发现基础理论部分潜在大量的思政元素可被挖掘,以集中体现的辩证思想为例进行介绍。

例如,在《细胞工程》教材第一章第一节提出的概念“细胞全能性”,是细胞工程学科领域的理论核心。学生们在高中生物就接触过这个概念,植物细胞之所以在离开母体培养后仍然能够存活并再生出新的植株,就是因为植物细胞的全能性。然而在此需要引发学生思考:植物细胞脱分化为无差别的愈伤组织后,再分化的方向完全取决于外源生长素与细胞分裂素调节剂的施加比例,平衡一旦被打破,细胞命运就会截然不同;再如,无菌操作技术是细胞培养成功的关键,在《细胞工程实验》课程实践时反复强调,消毒过程的进行是各种因素的综合体现。因为消毒剂的毒性大小不同,需要消毒的外植体发育状态各异,只有将消毒剂的种类、浓度和消毒时间与外植体的幼嫩程度、生长环境、组织大小等多因素进行比较和匹配,才能达到预期的实验效果。有同学提出疑问时,不妨让他设计一系列实验,用事实说话,在实验结果面前同学们的理解和记忆会更加深刻;另外,在学习教材第七章植物细胞培养与次生代谢产物生产时,需要引导同学明确本章与以往章节内容的区别——实验目的不是要培养细胞,而是尽可能多地获得目的产物。而产物产出的前提则是要保证足够的细胞数量和良好的生长状态。在有限的培养时间和培养基营养组分限制条件下,如何既要还要,把控“细胞生长”和“产物产出”二者的关系,其中的辩证思想更是表现得淋漓尽致。

综合上述内容学习可以引申出“平衡”的概念:植物细胞的分化方向需要生长素和细胞分裂素的平衡、消毒效果的保证需要消毒剂种类浓度与实验材料之间进行平衡、次生代谢产物的产生需要与培养细胞本身的生长速度进行平衡。更进一步地提出“平衡无处不在”,是存在于自然和社会中最神奇的规律和法则:现代自然科学揭示的“物质能量守恒定律”,实际体现的是宇宙平衡;日有昼夜之隔、月有盈亏之变、生物链的存在是基于自然的生态平衡;人民向往幸福安宁、经济需要健康发展、国家致力和平稳定,需要和谐的社会平衡。天下万事万物都有度,即任何事物一旦失了分寸均会发生问题,甚至会形成灾害。同时,事物的运动总是遵循从不平衡走向平衡的规律,且相对的静态平衡是有条件的、暂时的,它会随着条件的改变而改变。万事万物皆不断变化最终保持平衡,从而形成缤纷斑斓的多彩世界。

教师以此为例,引导学生挖掘更多议题,通过小组讨论、辩论赛、角色扮演和个人反思等方式进行深入学习。令授课教师印象非常深刻的典型案例:在学习涉及到生命伦理、人类基因编辑等内容时,同学们组织了一次关于科学伦理的主题辩论。授课教师划定范围,让他们就基因编辑的道德边界和生命尊严等议题展开讨论,充分表达不同的观点。一方代表支持基因编辑的立场,另一方代表反对,通过一轮又一轮的交锋碰撞思想的火花,激发了学生的独立思考和创造力,让他们从不同的角度思考科学与伦理之间的关系。同时,教师可以通过学生的反馈和互动,了解他们对伦理问题的理解和观点,进一步引导他们形成正确的价值观和道德意识。同学们都表示受益匪浅。

此外,细胞工程涉及到许多专利和知识产权的问题,通过教授有关知识产权的基本概念和原则,让学生了解知识产权对科学创新和技术发展的重要性,并培养他们的知识产权意识;细胞工程技术的应用需要考虑可持续发展的原则,例如资源利用效率和环境友好等。可以引导学生思考细胞工程技术与可持续发展的关系,讨论如何在科技发展中平衡经济、社会和环境的利益;细胞工程技术对社会的影响广泛而深远,可以引导学生分析细胞工程技术在医学、农业、环境等领域的应用及其对社会的影响,让学生认识到科技进步与社会发展的紧密关系。总之,通过一些思政元素与细胞工程专业课相结合的教学内容,引导学生思考和讨论,将细胞工程技术的发展与社会伦理、社会责任等问题相结合,培养学生的思想品质和社会意识,促进他们全面发展。

3 前辈故事与爱国主义相结合

中国科学家在细胞工程领域做出了卓越的贡献。教师可以在课程讲授过程中,在适当的章节列举他们曾经的辉煌及最新的科学前沿发现,融入爱国主义教育。例如,讲授“植物细胞培养和次生代谢产物生产”一章时,列举著名的女药学家屠呦呦的事迹。她带领团队进行中药和西药的结合研究,发现了青蒿素并最终创制出新型的抗疟药双氢青蒿素。治疗疟疾新方法的创立,不仅使得疟疾患者死亡率显著降低,从而挽救了发展中国家乃至全球数百万人的生命;同时此项技术是科学技术领域的又一重大突破,对减少疾病病痛和促进人类健康发挥了不可估量的作用。因此,2015年屠呦呦成为了中国首次获得科学类诺贝尔奖的科学家,次年获得国家最高科学技术奖,紧接着被授予“改革先锋”称号,入选福布斯中国科技50女性排行榜,2020年入选《时代周刊》最具影响力100位女性人物榜[5]。她的事迹很大程度上激励了我国广大的科技工作者,对课堂的在读大学生们也是莫大的鼓舞。

再如讲到“胚胎工程的体外受精技术”,列举“试管婴儿之父”山西籍的科学家张明觉[6]。他的工作不仅紧扣科学的开创性,深入研究哺乳动物体外受精过程并阐明受精机制,实验构思严谨,结果经得住重复和验证;同时兼顾研究的实用性,在扎实的理论研究基础上成功研发避孕药,从很大程度上解放了女性,是通过生理控制生育的伟大革命。这些里程碑式的工作,对于人类可以少生和优生,对于家畜则可多产并优产,贡献卓越,誉满全球。此外他还热爱祖国,情系故乡。数次率领美籍中国学者访华,作学术报告、捐款和捐物,激发了更多的中国科学家在各自领域内不断开拓创新,勇攀一个又一个的科学高峰。

在讲到“植物种质资源的离体保存”章节时,不得不提到种业发展的“卡脖子”问题。复旦大学钟扬教授的事迹是很好的素材:他在自己的53年生命旅途中,从事教育30余年,援藏16年,带领团队行程50多万公里,到达了中国科学家采样的历史最高高度——海拔6 000米。他跋山涉水和不畏艰辛,在西藏高海拔地区收集了上千种植物的4 000万颗种子。在争取到多种多样植物基因资源的同时,帮助西藏大学培养了大量植物学科研人才,建设了一支具有国际竞争力的研究团队[7]。钟扬的“种子精神”,会鼓舞一代又一代的人才“种子”,在追求科学和爱国情怀的熏陶下茁壮成长。

类似的例子举不胜举:用一颗“糖”守护过几代中国儿童健康的“糖丸爷爷”顾方舟,用毕生心血研制出口服的糖丸减毒活疫苗,实现脊髓灰质炎的预防,显著减少了我国小儿麻痹症的发生。首次将细胞核移植技术应用于鱼类的动物学家童第周、2018年完成世界首例克隆猴的我国学者孙强等人,分别在“胚胎移植技术”和“动物克隆技术”部分进行举例。致力于细胞重编程和干细胞研究的我国细胞工程领域的杰出科学家张江生,他的研究成果在医学和生物科技领域产生了广泛的影响,为中国在国际上赢得了声誉。再如,我国科学家在COVID-19疫情期间迅速开展疫苗研发,取得了令人瞩目的成果,这些疫苗的研发和生产,为保护国民健康和应对全球公共卫生挑战做出了重要贡献。中国在细胞工程领域逐渐实现了自主创新,培养了大量的专业人才,并建立了一批有影响力的研究机构和企业。他们致力于攻克关键技术难题,推动中国细胞工程产业的发展,为国家的科技进步和经济繁荣做出了重要贡献。

通过介绍具体人物和事例,激发了学生对细胞工程领域的爱国主义情感,让他们认识到中国在细胞工程方面的成就和努力,培养他们对祖国科技发展和国家利益的关注和责任感。在专业知识的讲解过程中,既潜移默化地培养学生尊重科学、尊重知识的优秀品质,又能增强大家的民族自豪感,达到课堂思政的目的。同时,这些例子也展示了细胞工程技术在国家发展和社会进步中的重要作用,激发学生对科学创新的热情和参与度。激励他们为实现中华民族伟大复兴的中国梦,为全人类的科技进步、经济发展和社会和谐做出更大更多的贡献。

4 历史回顾与前沿展望相结合

山西大学生命科学学院《细胞工程》课程的前身为《植物组织培养》,开课时间几乎与山西大学同龄,历史悠久。上个世纪的老一辈科学家服从国家分配,扎根在山西大学支援学科建设,在细胞工程领域的植物原生质体培养、体细胞胚胎诱导等多个领域的科研方面做出了重要贡献[8,9]。同时培养了一大批优秀的专业人才,陆续成长为细胞工程领域的中坚力量。经过几代人的努力传承,如今的山西大学《细胞工程》课程顺应时代发展潮流,在理论和实验教学方面均进行了一系列全新的改革和创新,通过理论方面建设省级一流课程、实验方面建设虚拟仿真项目等手段,取得了良好的教学效果,同时达到科研反哺教学的效果。授课教师立足本学院实际情况,在课堂学习过程中适当介绍一些课程发展相关的历史沿革,在讲到相应知识点时,以授课教师的研究论文为例进行学习,会明显拉近师生距离[8-11]。老教师在上个世纪七八十年代,排除万难进行芫荽的人工种子培养获得成功被中央电视台采访报道;新教师立足该课程积极进行的一系列教学改革,“基于雨课堂和虚拟仿真双平台的《细胞工程》混合式教学研究与实践”、“基于CRISPR 技术的白菜基因编辑及遗传转化虚拟仿真综合实验”,潜移默化的介绍增强了同学们的专业自信和院系情怀。最终强化了学习效果,很多同学在进一步学习深造时选择了感兴趣的细胞工程方向。

细胞工程在一定程度上代表着生物技术最新的发展前沿。老百姓耳熟能详的“试管苗”、“试管婴儿”、“基因编辑”等技术,都离不开细胞工程领域的发展。伴随着日新月异的新名词和新技术的相继问世,细胞工程在生命科学之外的食品、农业、医药、环境保护等领域也越来越发挥出重要的作用。因此,在知识点讲授过程中穿插与其相关的最新研究进展,会极大调动学生的学习积极性。例如,在讲到“细胞全能性”时,以讲故事的形式展开——“复活的植物”:2012年2月21日,一枚封冻了3万年的种子在俄罗斯的科学实验室奇迹般复活,成长为一株小树苗,这是迄今为止最古老种子复活的典型案例。最初尝试复活试验时,科学家将其中一颗发现的古老种子带回实验室,企图让它正常萌发,结果不出意料地失败了。而最终实现“复活”奇迹的正是以种子中的“胎座”为培养材料,利用细胞工程离体培养技术,让这枚休眠三万年的种子在培养皿中成功复活。“这是验证高等植物生命韧性之强最极端”的例子”,英国千年种子银行的专家给出极高的评价[12]。教师鼓励同学们课后查阅相关资料,不出所料又发现了一系列复活古植物行动:在我国,中科院植物研究所在圆明园考古的时候在镜香池内发现了11颗古莲子,经过科学家们的细心培育,其中有6颗古莲子顺利地发芽,并在2018年的时候在实验盆中结出了莲藕;在成功“复活”柳叶蝇子草之前,人类复活的最古老植物种子是2 000多年前的椰枣树种子,以色列的科学家在死海附近的马萨达古城的遗迹中发现了这种种子。课堂交流时学生兴奋地总结道:“在大自然中,所有的生物都遵循着适者生存,优胜劣汰的生存法则。从这些古生物种子培育出来的植物和现代同种植物的对比中就能发现,它们也在不断地进化来适应环境的变化”。进而使学生对人类与自然和谐共处有了更深刻的理解。

近几年,合成生物学的发展如火如荼,将人工设计和计算机辅助设计的细胞信号传导与基因表达调控网络充分融合,取长补短,将会刷新细胞工程与基因工程的技术高度,为细胞制药工厂、生物计算机、生物炼制石油等技术与产业带来一次革命。授课教师在讲到植物遗传转化技术和植物细胞反应器的部分时,可介绍2021年9月24日在著名国际期刊《Science》发表的学术论文“Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide”,科学家们通过挖掘和改造来自植物、动物和微生物的31个物种的62个不同的生物酶,制造出自然界原本不存在的酶催化剂,实现了从二氧化碳到淀粉多糖的工业制造和车间生产[13]。这是上世纪60年代中国科学家们在国际上首次完成结晶牛胰岛素的人工合成之后,取得的又一次重大颠覆性、原创性突破——人工合成淀粉。实践证明,类似的课程内容相关的研究进展学习,及时引入课堂,既极大地激发学生永攀科学高峰的学习热情,顺势引导他们对该文章进行下载学习和分组讨论,实现对相应知识点的充分理解及应用,达到事半功倍的学习效果(图2)。

图2 《细胞工程》前沿展望的拓展内容Fig.2 Expanded contents of the frontier prospects of Cell Engineering

事实证明,学生展开讨论的角度远远超出教师的想象,他们分开小组进行深入思考,主要集中在以下几个方面:(1)科学价值和应用前景。学生通过讨论人工合成淀粉的科学意义和潜在应用领域,例如食品工业、生物医学和能源领域等,探讨其对社会和环境的影响;(2)技术挑战和突破。学生通过讨论人工合成淀粉的技术难题,例如基因工程的应用、合成路径的设计等,探讨科学家是如何克服这些挑战取得突破的;(3)生物伦理和风险评估。学生通过讨论人工合成淀粉的生物伦理问题,例如对生物多样性的影响、可能的风险和安全性评估等,进一步思考该技术的可行性和可持续性。(4)国际合作和学术竞争。学生通过讨论我国科学家在人工合成淀粉领域的国际地位和竞争力,并思考如何进一步加强国际合作,推动科技创新和跨国科学研究。在进行讨论后,学生争先恐后地讲述了一些具体的感受,例如:对中国科学家的成就感到自豪和骄傲,认识到我国在细胞工程领域的领先地位;对科学的边界和伦理问题有了更深入的思考,意识到科学发展必须与道德责任相结合;对科学研究的艰辛和付出有了更深刻的认识,对科研工作者表示敬意和感激。此外,少数学生还进行了拓展查阅相关文献,例如国内外相关的研究论文、学术报告和科技杂志等,以了解更多关于人工合成淀粉的最新进展和国际研究动态。他们在课外就这些拓展阅读进行了分享和讨论,进一步加深对该领域的了解和认识。

5 思政方式与专业特点相结合

如上所述,专业课程逐渐成为课程思政建设的重要载体。要结合不同的课程特点、价值理念和思维方法,深入梳理专业课的教学内容,挖掘潜在的课程思政元素,有机融入专业课程教学,达到“润物细无声”的育人效果[14]。

山西大学生科院开设的细胞工程课程,面向生物科学和生物工程专业的本科学生,分别属于理科和工科类别。课程思政也需要结合不同专业的培养目标进行。对于理学类专业的学生,要培养学生追求真理、探索未知、勇攀科学高峰的使命感和责任感,更注重科学伦理的科学教育和思维方法的强化训练;促进学生与国际细胞工程领域的学者和专家进行交流与合作,引入国际前沿的研究成果和经验。通过交流合作,拓宽学生的国际视野和跨文化交流能力,培养学生的全球意识和国际合作精神。对于工学类专业的学生,则要培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报国的使命担当和家国情怀,更注重工程伦理教育的强化学习;也可以鼓励学生在细胞工程领域展开创新研究,培养学生的创新思维和实践能力,引导学生学习创业经验和成功案例,激发学生的创业潜力和创业精神;组织学生参加与细胞工程相关的社会实践活动,例如参观科研机构、企业或医疗机构。通过实践锻炼,让学生切身体验细胞工程技术的实际应用和社会影响,培养学生的社会责任感和服务意识。同时要在课程的教学过程中,把科学精神的培养与马克思主义立场观点方法的教育进行有机结合,提高学生们敏锐地发现问题、客观地分析问题和高效地解决问题的能力。

表1 《细胞工程》课程思政教学体系

生物类专业的毕业生,也可能会从事农业、环境或医学领域的相关工作。因此,教师在细胞工程的课程教学中,要引导学生“爱农村、懂农业、爱农民”,树立“把科技论文写在祖国大地上”的信念,注重培养学生们“大国三农”的家国情怀,增强学生服务农村农业现代化、全面振兴服务乡村的责任感和使命感,培养爱农知农的创新人才。也应适当加强生态文明教育,结合我省的实际情况,引导学生树立“绿水青山就是金山银山”的理念,做“右玉精神”的传承人和践行者。同时可在课程教学中适当给学生传授“敬佑生命、甘于奉献、救死扶伤、大爱无疆”的医者精神,强化、教育和引导学生把人民群众的身体健康和生命安全放在首位,努力提升个人的人文修养和综合素质,提升重大突发公共卫生事件的依法应对能力[15]。

6 讨论

从上述《细胞工程》的教学实践经验可以表明:首先,“课程思政”是一种潜移默化的教育教学理念,而非一类或一门特定的课程。即大学所有设置的课程均可兼有传授知识培养能力和思想政治教育的双重功能,承载培养大学生世界观、人生观和价值观的作用。其次,“课程思政”更是一种新型的思维方式,体现在无处不在的过程教育中。在教学的顶层设计上,要结合专业发展教育,把学生的思想政治教育作为专业培养目标和课程教学的目标之一;教师在日常教学过程中,要有意、有效、有机地对学生进行思想政治教育。再次,“课程思政”无须改变专业课程的原本属性,并非把所有课程都当作思政课程、把专业课改造成思政课模式;而是通过提炼专业课程所蕴含的文化基因和价值范式,灵活运用德育的学科思维,充分发挥课程的德育功能,将其转化为社会主义核心价值观生动化、具体化的有效教学载体[16]。坚持实事求是、突出重点、创新思维和注重实效的前提下,在专业知识的学习中,“润物细无声”地融入理想信念层面的精神指引(Table 1)。在具体实施过程中,还有学者提出过灌输与渗透相结合、理论与实际相结合、共性与个性相结合、显性教育与隐性教育相结合、正面引导与纪律规范相结合等思政策略和方式[14],与本文提出的五种结合策略相得益彰。这样无形之中就做到了“有情景、有问题、有实践、有情怀”的“四有课堂”,即在教师有目的搭建的知识情境、学术情境、生活情境和时代情境下,引导同学们对学习过程中产生的困惑提出疑问,进而有意识培养解决实际问题的能力,并通过价值引领把“立德树人”的总要求落到实处[17,18]。希望能够为其他同行的课程思政建设发挥一定的借鉴作用,挖掘和梳理各门专业课程的德育元素,完善其思政教育的课程体系建设,充分发挥育人功能,进一步稳固“全程育人、全方位育人和全员育人”的大思政格局。