新工科背景下生物学专业创新人才培养模式改革与实践

基金项目：天津市一流本科建设课程“微纳米生物技术”（津教高函[2021]25号-112）；天津大学研究生创新人才培养项目“新工科背景下纳米生物学课程思政助力创新型人才培养模式研究”（YCX202250）；天津大学2022年本科教育教学改革研究项目“新工科背景下生物学专业创新人才培养模式改革与实践”（YC202201-19）

第一作者简介：康君（1987-），女，汉族，辽宁鞍山人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为纳米生物学与分子生物技术。

*通信作者：常津（1963-），男，汉族，天津人，博士，教授，博士研究生导师。研究方向为纳米生物学。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.22.038

摘 要：新工科背景下，生物学专业创新人才培养模式的改革与实践对构建和完善创新引领的教学育人体系、全面保障的质量管理体系具有重要意义。该文以天津大学生物学专业培养方案中的纳米生物学和分子生物学教学改革为例，概括两门重点课程纳米生物学和分子生物学的课程教学经验，分别从课程思政建设、教学模式改革、项目建设过程面临问题与对策三个方面进行探讨和总结，为培养适应新时代需要的高层次拔尖创新人才提供参考和应用实践。

关键词：新工科；高校生物学；创新人才培养；纳米生物学；分子生物学；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出了“卓越工程师培养计划”，鼓励高校在学生理论知识、学习能力、团队意识、工程实践和综合素质培养等方面进行探索实践[1]。2017年，教育部在天津大学召开工科优势高校的新工科研讨会，形成了新工科建设的“天大行动”[2]。这对工科院校生物学科人才的培养提出了更高的要求。纳米生物学技术和分子生物学技术是21世纪关键的科学技术，也是新工科背景下极具学科交叉特色的专业课程。依托这两门课程的教学改革历程，本文对新工科背景下生物学专业创新人才培养模式进行探讨。

一 课程思政建设

党的二十大报告指出“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”[3]。高校作为科技第一生产力、人才第一资源和创新第一动力结合点、交汇处，既是国家创新体系的重要组成部分，同时又担负着为党育人、为国育才，培养社会主义事业建设者和接班人的根本任务[4]。纳米生物学和分子生物学课程始终坚持用习近平新时代中国特色社会主义思想铸魂育人，把立德树人作为根本任务，全面贯彻党的教育方针，遵循人才成长规律和教学规律，具体表现：①建设高质量课程体系。课程内容锐意改革，深化科教融汇、产教融合。②积极培养拔尖创新人才。课程重视“破界”思维能力培养，鼓励学生关注本质、打破局限，开展更有价值和战略性的创新，培养具有战略科学家潜质的杰出人才。③注重素质教育。把知识传授、素质提升、能力培养和价值塑造融为一体，深化素质教育与专业教育并重、科学素养与人文素养互促的培养模式改革。

在课堂上，以华人科学家及团队成员的多项研究成果，例如引用本研究团队在高水平国际期刊上发表的纳米超声诊疗技术进行肿瘤免疫治疗实例，鼓励学生科研要站在时代的前沿，不断创新，锐意进取；同时放眼全球，学习国内外的精华。在思政案例集建设方面，汇集了“德以思进，研以深耕——记中科院院士解思深”[5]，“兵团小战士成长为杰出科学家——记中科院院士白春礼”[6]，“把纳米技术转化为国家能力——记中科院院士赵宇亮”[7]等十余位纳米生物医学领域的资深研究学者的成长成才经历激励学生，要勇于克服求学路上的困难，用踏实专注和真才实学，不断探索未知领域，攀登科研高峰，进一步夯实未来发展的道路。

二 教学模式改革

教学模式改革采用了“3+4+2”模式，即“3个结合，4种培养，2个树立”（图1），具体阐述如下。

图1 教学模式改革“3+4+2”示意图

（一） 通过党的二十大精神和思政案例与科学理论结合，培养学生家国情怀和全球视野

用“党的二十大精神和思政案例与科学理论”结合的方法，加强案例教学和课堂互动。同时，结合点线面结合教育方法，其中，“点”指的是教师在课堂讲授的理论知识；“线”指将学生划分5～6人学习小组，安排学生团队写作完成课堂和课后讨论；“面”指的是学生可以翻转课堂主讲某一堂课，也可以向其他小组发出挑战，对课本中的知识、技术难点进行提问，此分数由老师评判，计入期末成绩。在“面”的教学过程中，积极鼓励学生提出极具前瞻性的问题。例如人类3D基因组图谱解析出后，阿尔茨海默病患者的大脑是否可以通过植入大量基因芯片，而实现疾病的彻底治愈？问题答案是多学科交叉、开放性的。师生之间可以通过雨课堂、好弹幕等小程序进行现场互动。通过这样的开放式问题，综合培养学生学科交叉融通思想，从而进一步调动学习积极性。

（二） 通过关键技术专题讨论与企业实践结合，培养学生创新精神和实践能力

以纳米生物学、分子生物学的基础理论为基础，配合科研和临床需求前沿，设计一些纳米生物学综合性实验。例如紧扣研究热点的纳米载体系统设计与构建，基因药物的靶向递送，声动力和光热治疗肿瘤等大实验。在实验教学过程中，一边将纳米生物技术细节传授给学生，一边鼓励学生根据实验效果，从宏观角度对基因诊疗技术的市场应用进行预判，通过集体调研和企业实地采访，提交一份商业计划书。横跨基础理论和应用实践的教学模式改革，旨在培养出真正适应社会需求的人才，同时培养学生自主学习能力、撰写陈述表达能力。

生物专业需要学生充分发挥想象力和动手实操能力，将课堂上学习的微观晦涩的纳米医学、生化分子等理论知识，与企业生产实践充分融合。自2016年开始，教学团队与天津博奥赛斯生物科技有限公司合作建立生命学院本科生实践基地。该公司一直专注于超灵敏生物医学检测试剂领域，是纳米生物医学技术应用的重要下游企业。通过与企业良好的前期沟通，学生们可在实践过程中，充分参加产品研发讨论、纳米医学检测产品设计、生产管理、检测产品质量控制、产品小试等重要流程。区别于传统的参观实践，学生还可以选择在后期进入企业进行深度实习，可以自愿报名参加企业的自主研发课题，还可与企业初步签订双选意向。通过校企合作，共同培养学生的科学探索精神和创新能力。

（三） 安全伦理教学与心理健康教育结合，激励学生树立正确三观

少年强则国强。新一代青年的理想、担当与老师的激励与培养密不可分。在课堂上，应用新编排的思政案例集，本教学团队以中国科学家的多项研究成果激励大家。从“德以思进，研以深耕——记中科院院士解思深”之中，学到解思深院士对碳纳米管力学、热学、光学和输运性能的深耕细作精神，为推动纳米科技领域创新发展和国内外合作交流作出了重要贡献，解思深先生治学严谨，成就卓著，为人师表，桃李芬芳。从“兵团小战士成长为杰出科学家——记中科院院士白春礼”之中，学到白春礼教授学有所成毅然回国，研制出中国第一台原子力显微镜（AFM）及第一台激光原子力显微镜和低温扫描隧道显微镜（STM），极大推动了祖国的科研进步。白春礼院士曾经说过：“许多渴望成才的年轻人经常向我请教所谓‘成功’的秘诀，我说世界上没有这样的秘诀，只有‘刻苦努力’这几个字，如果说成功真有什么秘诀的话，那就是要善于抓住机遇。我的人生经历就充分说明了‘科研成绩就意味着汗水、泪水、拼搏和献身’这一点。”从“年轻科研人员要少‘灌水’多‘种树’——记中科院院士赵宇亮”之中，了解到元素周期表中的113号Nh是赵宇亮与其所在国外团队一起发现的，这也是元素周期表中唯一一个由亚洲国家发现的新元素，他因此而颇具盛名。回国后，赵宇亮从核化学转向纳米生物安全方向，开启对纳米技术和纳米材料生物安全性问题的研究。赵宇亮院士特别提到：“这样选择，也是希望我国在新的科研领域有机会走到世界前列。”这些科研巨匠在探索新事物过程中进行无数次探索、历经多次失败，依然踔厉奋发，笃行不怠，最终取得了领先世界的成就，为祖国的科技事业发展留下了浓墨重彩的一笔。这样的思政案例，充分激励同学们立志在时代的前沿，奋发图强，不辜负祖国的期许。同时鼓励各位同学立足中国，放眼全球，辩证判断西方科技成果，尊重客观事实，既不完全吸收也不全面否定，用辩证的、智慧的、真实的科研结果与世界沟通与对话，这样才能提升真能力，获取新知识。无论在国内还是海外求学，都要勇毅前行，积极投身中华民族伟大复兴的伟业中。

如今，科学技术发展速度迅猛，生命科学技术尤其以人们无法想象的速度影响着人类生活和人类文明进程。生命科学技术的成果更是悄悄渗透到了人类生活的方方面面。生命科学技术是一把双刃剑。一方面，它给人类带来了健康的希冀，尤其是对肿瘤、心脑血管疾病等重大疾病的早期诊断和治疗，甚至给人类带来了重生的希望；另一方面，由于大部分新发明的技术处于前沿发展地位，其评判标准尚未发布，即便发布也需要长时间的验证，因此这部分前沿技术绝对不可以随意滥用到临床。

另外，保证科研成果的真实性是一切科研活动的基础。近年来，在新闻报道中总会听到“科研造假”的事件，必须在课堂上向学生们强调科研造假的代价和恶劣性质。强调研究人员以身作则的重要性。例如日本曾经的“科研红人”小保方晴子，通过不严谨的实验结果，声称获得了近似于胚胎干细胞的新万能细胞STAP细胞的研究成果，且以一篇论文和一篇来信的形式发表于世界顶级期刊《自然》杂志。成果发布后，诸多实验室因无法在实验中重复她的结论纷纷质疑其成果，关键的是，后续连小保方晴子本人所在团队经过多次重复也无法重现论文中的数据，最终论文撤稿，相关科研人员也受到了大量舆论的谴责，团队解散，重要成员已经退出了科研界。还有，2022年掀起美国科研界大地震的Piero Anversa，世界心脏干细胞研究翘楚，多年来在心脏干细胞领域名声显赫，在顶级期刊发表无数论文。2022年，美国心血管知名教授Jeffery Molkentin在顶级杂志发文质疑：心脏没有干细胞，别再发表这些结果。一时间，来自世界各地的研究者声援Jeffery Molkentin教授，因为他们也同样无法重复心脏干细胞结果。哈佛医学院经过调查取证，确认Piero Anversa博士实验室的论文伪造数据和其他学术不端，将Piero Anversa的31篇论文从医学期刊上撤回。至此，在世界范围内投入了大量人力、物力和财力的心脏干细胞科研和临床研究，变成了一场闹剧，社会损失惨重。这些案例警示学生，科研成果的客观性和真实性是第一位的，科研不是为了发表顶级期刊，而是为了推动人类健康事业的发展。

在关键技术开发过程中，必须本着预防原则，制定切实可行的安全防范措施，注意保护人民的安全和健康。鉴于安全价值取向的多元性，还须考虑公众对生物技术和纳米技术风险的认知和可接受性，尊重人民对风险的知情权和选择权；在关注人类的同时，分子生物学、纳米生物学伦理也应关注其他生物生存环境的安全问题。唯有学生从内心理解并认可生物安全和伦理问题，未来才可能成为一名合格的研究学者。

（四） 关爱学生，使其在科研路上树立健康心态

当代大学生的心理健康已经成为一个重要的社会议题[8]。然而，科研之路注定布满荆棘，尤其是顶级学术成果的取得，绝非一朝一夕能够完成，甚至需要几十年的努力。例如，19世纪60年代，美国为了最先研究出抗疟新药，花费巨资，在很短的时间内找到了20多万种可能的药物，最后都没能成功。回观诺贝尔生理学或医学奖得主屠呦呦，其先期通过翻阅古籍寻找了2 000多种药方，并从中总结出640种药方，期待能够对疟疾有效，可惜也未能成功；后续她查阅《肘后备急方》医书，发现“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”，通过以身试毒，才发现青蒿素治疗疟疾有奇效。由此可见，成功的路上，运气、勤劳和汗水缺一不可。

在成功之路上必然要经历长时间的孤独和层出不穷的困难。如今，同学都想在极短的时间内获得亮眼的成绩，例如，及早发表论文，通过简短的科研经历就获得含金量较高的荣誉证书，以期给自己未来求学、求职的简历上“增光添彩”。可是，短短的三五年时光，若非站在巨人的肩膀上，又怎能获得耀眼的成就。本团队教师在课堂鼓励学生在二年级就进入实验室进行相关实验学习，在长久的科研训练中，养成踏实、勤勉的科研作风，这样获得的科研成就是水到渠成的。同时，在课堂上，随时以朋友身份，与学生分享自己数十年来求学和科研过程中的收获和泪水，通过亲身经历拉近与学生的距离。在未来的学业、事业规划方面，如有学生产生毕业焦虑情绪，本团队教师会设身处地为学生排忧解难，积极联系企事业单位拓宽学生就业范围。同时，勉励学生安心科研，在求学过程中保持一份健康的心态。如果发现自己的心理出现问题，应及时寻找学校老师和同学的帮助，而不是自怨自艾，酿成严重的后果。

三 项目建设过程面临问题与对策

新工科建设需要长期的探索和实践，而非一蹴而就。在建设过程中，我们发现，由于学生对自己未来规划的不同，课堂上的内容无法实现精准的因材施教、学以致用。例如在教学过程中，会发现一部分同学希望未来转成医科专业，对具有广阔医学临床应用前景的治疗技术感兴趣，一部分同学希望在纳米生物技术方面深耕，希望在纳米药物精准递送方面有更多了解，未来投身药物研发事业，还有一部分同学计划成为一名中学甚至是高校教师，希望在课堂上可以多学习相关专业知识、前沿知识，拓宽知识面，而非在某些细节过度深挖。也有一些跨专业的同学，如化学、材料、自动化和计算机等专业，因为对纳米生物技术感兴趣来旁听课程，希望能够从课堂上获取更多交叉学科的知识，给自己的未来铺垫更多的可能性。来自不同学生对课程的期许和关注，要求教师在课程全部章节的设计上做到深入浅出，同时设置课程专题讨论会，对于学生感兴趣的前沿科技热点，充分征集学生意见，并由教师团队进行前期素材的搜集，在列出关键点后，交给学生进行小组讨论汇报。在汇报过程中，学生不仅加深了对该部分知识的印象，更从自己感兴趣的角度对课程有了深入了解。通过与学生充分沟通，强化学生主体性和积极性，不断深化课程内容，使得学生的受益面更广，课程参与度更高。

四 结束语

新工科时代的到来，对高校生物学专业创新人才培养模式提出了更高的要求：立足当前、面向未来，因时而动、返本开新。生物类课程需从课程思政案例设计和教学模式改革等多方面深耕细作，不断深化课程内容，强化学生主体性和积极性，落实知识点的同时，在思想上引起学生的共鸣。在课程中，需注重培养学生的交叉融通思想，自主学习和表达能力，科学探索精神，创新能力，尊重生物伦理，树立健康心态，积极培养学生高尚的科学素养和较强的科研能力，真正做到为党育人、为国育才。

参考文献：

[1] 国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）[N].光明日报，2010-3-2.

[2] “新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[3] 习近平：高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗——在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告[N]．人民日报，2022-10-26（1）．

[4] 周倩倩.长江经济带高校科技成果转化效率及空间效应研究[D].武汉：中国地质大学，2021.

[5] 杨国桢.德以思进 研以深耕[J].物理，2021，50（8）：548-549.

[6] 阎雪君.科技强 国家强——访《科技报国：对话白春礼院士》编著者庄恩岳[J].金融博览，2021（6）：94-95.

[7] 邓翔沣.中国科学院院士赵宇亮：要把纳米技术转化为“国家能力”[N].四川日报，2021-09-08（006）.

[8] 黄存良.中国传统文化对当代大学生心理健康的介入与治理[J].社会科学家，2020（1）：154-160.