合成生物學(xué)課程思政的建設(shè)路徑

朱 皓， 信豐學(xué)， 章文明

(南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院， 南京211816)

合成生物學(xué)作為21世紀(jì)新興交叉學(xué)科，是以生物學(xué)、化學(xué)和物理為基礎(chǔ)，工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)和信息技術(shù)為手段的一門科學(xué)，被認(rèn)為是理解生命的新鑰匙(造物致知)和未來的顛覆性技術(shù)之一(造物致用)。它采用化學(xué)或生物化學(xué)合成的 DNA 或蛋白質(zhì)生物元件，通過工程化的鑒定，形成標(biāo)準(zhǔn)化的元件庫，創(chuàng)造具有全新特征或增強(qiáng)了性能的生物模塊、 網(wǎng)絡(luò)、體系乃至生物體(細(xì)胞)，以滿足人類的需要[1]。如今合成生物學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展至很多領(lǐng)域，如生物燃料生產(chǎn)、天然產(chǎn)物合成、生物醫(yī)藥、合成新物種等[2]。

作為一門新興的前沿學(xué)科，在教授學(xué)生合成生物學(xué)專業(yè)知識的同時，也要與馬克思主義基本原理相結(jié)合，注重科學(xué)思維、工程倫理教育，提升學(xué)生在合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的自信心和勇?lián)鷷r代使命的責(zé)任感，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。

1 合成生物學(xué)課程思政建設(shè)的意義

以往的合成生物學(xué)學(xué)科建設(shè)更側(cè)重于合成生物學(xué)技術(shù)和方法的傳授，教學(xué)中也強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的掌握和運用，學(xué)生學(xué)習(xí)考核中更多的是知識點掌握的熟練程度。但是因為合成生物學(xué)與傳統(tǒng)生物學(xué)通過解剖生命體以研究其內(nèi)在構(gòu)造的辦法不同，它的研究方向完全是相反的，是從最基本的要素開始一步步建立零部件，在生物安全等方面受到極大關(guān)注，因此在合成生物學(xué)課程中推進(jìn)課程思政建設(shè)有著重要的現(xiàn)實意義。合成生物學(xué)課程思政建設(shè)要堅定以馬克思主義基本原理為指導(dǎo)，將課程知識點與我國現(xiàn)實科研成就相結(jié)合，將學(xué)生自身職業(yè)發(fā)展與學(xué)科發(fā)展前景相結(jié)合，將課程特點和道德規(guī)范相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、人文情懷和職業(yè)道德,使學(xué)生逐漸成長為德才兼?zhèn)涞纳鐣髁x建設(shè)者。

合成生物學(xué)被認(rèn)為是繼 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)和人類基因組計劃之后現(xiàn)代生物學(xué)的第3次革命，是發(fā)展低能耗、環(huán)境友好、高效和健康可持續(xù)的生物產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)支撐, 對實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義[3]。充分發(fā)揮專業(yè)課教師“主力軍”、專業(yè)課教學(xué)“主戰(zhàn)場”、專業(yè)課課堂“主渠道”作用[4]，寓價值觀引導(dǎo)于專業(yè)知識傳授和科學(xué)能力培養(yǎng)之中，使合成生物學(xué)課程與思政課程同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局[5]。

2 合成生物學(xué)課程思政改進(jìn)方向

合成生物學(xué)作為一門自然科學(xué)類專業(yè)課，注重人工的設(shè)計與建造, 在合成生物元件、裝置和系統(tǒng), 融入自然界中原本不存在的途徑和功能。傳統(tǒng)的自然科學(xué)方法傾向?qū)ψ匀灰?guī)律的分析、闡明和歸納總結(jié), 形成認(rèn)知自然的一般性規(guī)律。合成生物學(xué)既有自然科學(xué)分析和認(rèn)知的特性, 也具備工程學(xué)設(shè)計與建造的特點。從科學(xué)方法論的角度理解合成生物學(xué)的研究方法[6],結(jié)合中國的特色和國情，在課程自身知識體系中進(jìn)行社會主義核心價值觀的樹立和引導(dǎo)，在課堂教學(xué)中進(jìn)行思政教育一直是一個難點。隨著課程思政在各學(xué)科的全面開展，育人理念得到全面革新，合成生物學(xué)課程思政建設(shè)取得一定成果，但仍需厘清改進(jìn)方向，進(jìn)行教學(xué)改革，提升課程思政教育實效。

2.1 合成生物學(xué)課程思政教學(xué)體系有待進(jìn)一步完善

合成生物學(xué)在以往課程教學(xué)中更注重科學(xué)知識體系的構(gòu)建和講解，忽略人文社科的科學(xué)能動性。比如，雖然合成生物學(xué)已經(jīng)被認(rèn)為是未來改變世界的顛覆性技術(shù)，目前公眾對基因編輯技術(shù)還存在一定的誤區(qū)和不解。因此，在介紹“合成生物學(xué)的應(yīng)用”“合成生物學(xué)引發(fā)的新浪潮與顛覆”等重要章節(jié)時，教師可以通過讓學(xué)生運用所學(xué)知識對社會上的認(rèn)知進(jìn)行“找茬”，如人造生命“辛西婭”、實驗室改造的各種有害病毒等，在訓(xùn)練學(xué)生理性思考能力的同時，鼓勵學(xué)生勇于質(zhì)疑、不盲目、不盲從。這些案例的引入，不僅可避免“教學(xué)內(nèi)容的碎片化、教學(xué)方式的單一化”，也可加強(qiáng)合成生物學(xué)課程思政的整體性把握，將顯性思政和隱形價值引導(dǎo)相結(jié)合，形成多學(xué)科背景相互交叉、良性互動的教學(xué)團(tuán)隊，全方位發(fā)揮作用[7]。

2.2 合成生物學(xué)課程思政形式有待進(jìn)一步創(chuàng)新

合成生物學(xué)課程內(nèi)容具有內(nèi)容龐雜、邏輯性強(qiáng)、學(xué)科交叉等特點，教師不僅要提升思政元素的挖掘能力，更要把課程所蘊含的思政元素巧妙地融入課程教學(xué)內(nèi)容中，切忌對所挖掘的思政元素進(jìn)行“生搬硬套”“簡單嫁接”等處理。比如，“合成生物系統(tǒng)的設(shè)計與組裝”作為課程的重點和難點內(nèi)容，如何有機(jī)融入思政內(nèi)容，實現(xiàn)思想政治教育和知識體系教育上的有機(jī)統(tǒng)一。傳統(tǒng)的思政形式是簡單向?qū)W生介紹我國科學(xué)家在纖維素乙醇生產(chǎn)菌株改造方面取得了系列突破，建立了降解性能強(qiáng)、魯棒性好、生產(chǎn)效率高的生物發(fā)酵體系，在世界處于領(lǐng)先地位，這和我國社會主義制度優(yōu)越性是密不可分的。合成生物學(xué)專業(yè)相關(guān)度高，但學(xué)生興趣不大，效果不顯著。如果換個形式，使用新媒體手段、社會實踐形式或者從中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化角度切入，講述傳統(tǒng)釀酒、釀醋工藝中隱藏的合成生物學(xué)原理和技術(shù)，進(jìn)一步結(jié)合“設(shè)計-構(gòu)建-檢驗-重設(shè)計”的特征循環(huán)優(yōu)化合成生物系統(tǒng)的案例，通過時間線和生物合成路線的交叉，系統(tǒng)講述合成生物學(xué)在中國歷史發(fā)展過程中的過去、現(xiàn)在和未來，將可實現(xiàn)育人和育才的有機(jī)統(tǒng)一。

2.3 合成生物學(xué)課程思政高度、深度、廣度和溫度有待進(jìn)一步拓展

在合成生物學(xué)課程思政建設(shè)中，不能簡單地進(jìn)行思政說教，而是要在講清楚知識點的同時，帶領(lǐng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，在學(xué)習(xí)實踐中發(fā)掘出社會主義核心價值觀。比如，“合成生物學(xué)原理”章節(jié)主要介紹合成生物學(xué)的層級化結(jié)構(gòu)及邏輯關(guān)系、合成生物學(xué)的設(shè)計原理等。不同功能的生物元件組成復(fù)雜一些的生物裝置，不同功能的生物裝置協(xié)同運作構(gòu)成更為復(fù)雜的生物系統(tǒng)?？蓪⑸镌?、生物裝置、生物系統(tǒng)類比成個體、社會、國家，系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于生物元件、生物裝置之間的適配性；同樣，不同的個體發(fā)揮著不同的功能，個體之間相互協(xié)作才能促進(jìn)社會的進(jìn)步，國家的穩(wěn)定和發(fā)展也取決于個體的奉獻(xiàn)和社會的和諧。因此，可從大水漫灌改為精準(zhǔn)滴灌，潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生共鳴，著力打造全方位、多層次、寬領(lǐng)域的思想政治教育工作格局。

3 合成生物學(xué)課程思政建設(shè)的實踐路徑

合成生物學(xué)課程思政建設(shè)是一個系統(tǒng)、復(fù)雜、全面的教育教學(xué)改革工作，要牢記立德樹人任務(wù)，明確為黨育人、為國育才目標(biāo)，在大先生、大老師的示范帶領(lǐng)下，通過全員全程全方位育人。有效的指導(dǎo)是教師-學(xué)生雙向的：教師允許學(xué)生針對課題提出自己的見解，并且不應(yīng)懼怕教師；優(yōu)秀教師應(yīng)鼓勵學(xué)生積極參加國內(nèi)外會議，并提交報告或者海報，積極建立自己的潛在的合作社交網(wǎng)絡(luò)[8]。合成生物學(xué)課程教研室根據(jù)上課經(jīng)驗積累、自身科研實踐、外出交流學(xué)習(xí)、學(xué)生學(xué)習(xí)反饋、與思政教師座談等形式形成合成生物學(xué)課程思政教學(xué)章節(jié)表[9]，將思政元素融入課程每個章節(jié)中，詳見表1。

3.1 完善合成生物學(xué)課程思政教學(xué)體系

3.1.1 創(chuàng)新育人角度，發(fā)掘課程思政深度

合成生物學(xué)采用自下而上的策略，結(jié)合“設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí)”的工程化設(shè)計原理，可通過人工設(shè)計和編輯自然界中不存在的生物元件、代謝途徑與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而構(gòu)建新的生物系統(tǒng)來解決能源、材料、健康和環(huán)境等問題。通過相關(guān)案例，如我國科學(xué)家成功破解含Z堿基基因組的生物合成路徑[12]的介紹，鼓舞學(xué)生大膽探索，秉持牢固的唯物主義價值觀，勇于探索新領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，孜孜不倦追求真理。

3.1.2 講透說清知識點，深挖教學(xué)內(nèi)容思政點

利用合成生物學(xué)方法對自然界中微生物進(jìn)行改造可以提高其利用可再生生物質(zhì)資源合成不同化學(xué)品的能力；通過對關(guān)鍵基因進(jìn)行調(diào)控，優(yōu)化合成途徑可以顯著提高化學(xué)品的生產(chǎn)速率；通過構(gòu)建高效的細(xì)胞工廠，促進(jìn)生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展[13]，引導(dǎo)同學(xué)們更加直觀、切實地體會到“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，銘記“科技是國家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂”，激發(fā)學(xué)生科技報國的決心，促使學(xué)生為實現(xiàn)現(xiàn)代化強(qiáng)國和中華民族偉大復(fù)興不懈努力。

3.1.3 提高教師素質(zhì)，樹立課程思政理念

合成生物學(xué)的發(fā)展日新月異，這就要求高校教師時刻關(guān)注前沿知識動態(tài)的發(fā)展，發(fā)揮主觀能動性、積極性和創(chuàng)造性，深入挖掘與課程內(nèi)容、前沿發(fā)展相關(guān)的思政元素，并將其巧妙地引入到課堂中，“潤物細(xì)無聲”地影響學(xué)生的人生觀和價值觀。一方面要以馬克思主義基本原理為指導(dǎo)，認(rèn)同課程思政理念，用心、用情、用愛去教書育人；另一方面，也要將課程思政當(dāng)作一門學(xué)問、一種價值、一個信仰來認(rèn)真鉆研，成長為政治立場過硬、業(yè)務(wù)能力精湛、技術(shù)方法嫻熟、育人水平高超的“金師”。

3.1.4 根據(jù)專業(yè)歷史，發(fā)揮課程思政育人功能

通過講述合成生物學(xué)相關(guān)重要歷史事件和重要人物的奮斗史，持續(xù)不斷地培養(yǎng)學(xué)生對真理的探索精神，激勵同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀，發(fā)揮合成生物學(xué)課程的思政育人功能。比如通過介紹我國科學(xué)家利用小分子核苷酸完成了4條真核生物釀酒酵母染色體的從頭設(shè)計與化學(xué)合成[14-17]，展示我國在這一領(lǐng)域的國際地位，也將開啟人類“設(shè)計生命、再造生命和重塑生命”的新紀(jì)元。

3.2 創(chuàng)新合成生物學(xué)課程思政形式

3.2.1 結(jié)合黨史教育，講好歷史故事

將我國合成生物學(xué)發(fā)展歷程和黨史學(xué)習(xí)教育活動相結(jié)合，做好歷史傳承、講好歷史故事，發(fā)揮合成生物學(xué)思政育人功能，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理的責(zé)任感。從結(jié)晶牛胰島素和酵母丙氨酸t(yī)RNA的全合成到揭示特殊DNA的合成機(jī)制，從香山科學(xué)會議到“三國六院”系列會議(six academies symposium series)，從國家科技重點專項到基地建設(shè)，這些重要成果與社會主義制度的優(yōu)越性和中國共產(chǎn)黨的正確領(lǐng)導(dǎo)密不可分。中國科學(xué)家用“造物致知,造物致用”對合成生物學(xué)作了精辟的概括，旨在通過建造生物體系而了解生命，通過創(chuàng)造生物體系來服務(wù)人類[18]。

3.2.2 結(jié)合優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培育責(zé)任擔(dān)當(dāng)

結(jié)合中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)道德和大國工匠精神。我國是人口大國，民以食為天，淀粉是谷物糧食中最主要的成分。目前淀粉主要來源于植物的光合作用，其周期長、效率低、過程復(fù)雜；我國科學(xué)家利用合成生物學(xué)的原理與技術(shù)，結(jié)合化學(xué)催化，實現(xiàn)了二氧化碳人工合成淀粉從 0 到 1 的突破[19]?！昂铣缮锛夹g(shù)”已經(jīng)成為綠色生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高速引擎，它不僅改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式，減少了對自然資源的依賴，以更小的環(huán)境代價獲得了更高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，同時也將進(jìn)一步破解資源、能源、健康、環(huán)境、安全等重大難題。這與我國傳統(tǒng)文化中“天人合一”“人與自然和諧共生、永續(xù)發(fā)展”等思想內(nèi)容在尊重自然環(huán)境內(nèi)在價值與內(nèi)在權(quán)利的同時，自覺協(xié)調(diào)人與自然環(huán)境的關(guān)系上，理念不謀而合[20]。

3.2.3 深入社會基層，理論實踐結(jié)合

結(jié)合社會實踐活動，發(fā)揮學(xué)生在課程思政中的主體作用，把論文寫在祖國大地上、車間里。通過全國大中專學(xué)生志愿者暑期文化科技衛(wèi)生“三下鄉(xiāng)”“青年紅色筑夢之旅”“推普助力鄉(xiāng)村振興”等社會實踐志愿服務(wù)活動，國際基因工程機(jī)器大賽(iGEM)、中國合成生物學(xué)競賽等大學(xué)生科技賽事，讓學(xué)生在實踐中結(jié)合合成生物學(xué)課程中所學(xué)的生物標(biāo)準(zhǔn)元件、基因調(diào)節(jié)開關(guān)、基因振蕩器、基因遺傳線路設(shè)計與組裝等內(nèi)容，在社會課堂中受教育、長才干、作貢獻(xiàn)，在觀察實踐中學(xué)黨史、強(qiáng)信念、跟黨走，努力成為擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人。

3.2.4 探索興趣點，提升吸引力

引入學(xué)科交叉理念，在合成生物學(xué)課程教學(xué)中探索學(xué)生的興趣點，提升課程思政吸引力。合成生物學(xué)與信息技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)DNA信息存儲、DNA折紙術(shù)等。利用 DNA 的折疊和自組裝形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的技術(shù)，借助堿基互補(bǔ)配對原則，可以折疊形成不同的預(yù)期幾何結(jié)構(gòu)，如：三角形、矩形、菱形、五角星及笑臉等精細(xì)二維結(jié)構(gòu)[21]；我國學(xué)者利用人工設(shè)計 DNA 構(gòu)建了微型的中國地圖[22]?，F(xiàn)代信息技術(shù)的融入與應(yīng)用，豐富了教學(xué)手段，提升了教學(xué)質(zhì)量，讓更多學(xué)生有機(jī)會接觸到前沿技術(shù)實驗，培養(yǎng)了同學(xué)們的創(chuàng)新意識和科學(xué)興趣，為今后持續(xù)的科學(xué)探索夯實基礎(chǔ)，開闊眼界。

3.3 拓展合成生物學(xué)課程思政高度、深度、廣度和溫度

3.3.1 厚植愛國之心

在合成生物學(xué)教學(xué)中，通過我國成功創(chuàng)建國際首例單染色體真核細(xì)胞[23]、二氧化碳人工合成淀粉等先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)并領(lǐng)跑世界的案例，增強(qiáng)“四個自信”，厚植愛國主義情懷。

3.3.2 激發(fā)家國情懷

近幾年來, 北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等學(xué)校的在校學(xué)生積極參與了由美國麻省理工學(xué)院發(fā)起和組織的國際遺傳工程機(jī)器設(shè)計大賽(iGEM), 并在這一合成生物學(xué)創(chuàng)新設(shè)計大賽中取得了驕人的成績, 這為中國合成生物學(xué)未來的發(fā)展培養(yǎng)了年輕力量[24]。培育學(xué)生創(chuàng)新意識，激發(fā)家國情懷與使命擔(dān)當(dāng)。

3.3.3 弘揚社會主義核心價值觀

在科技研究與創(chuàng)新發(fā)明(維生素E、人參皂苷等天然產(chǎn)物生物合成的成功案例)中，提升職業(yè)素養(yǎng)，弘揚社會主義核心價值觀。

3.3.4 提高安全意識

增強(qiáng)生物安全意識，提高安全防范能力。合成生物學(xué)已在生物能源、生物材料、醫(yī)療技術(shù)以及探索生命本質(zhì)等領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，但是也存在著如研究人員錯誤使用合成生物學(xué)技術(shù)引發(fā)的生態(tài)安全問題、生物防御問題和生物倫理問題等。我們可以通過加強(qiáng)國家生物安全頂層設(shè)計、制定和完善我國生物安全領(lǐng)域法律政策、進(jìn)行總體生物安全教育布局和深度參與全球科技治理，在國際生物安全新規(guī)則的制定中發(fā)出中國聲音等方式加強(qiáng)應(yīng)對。

3.3.5 提升憂患意識

擴(kuò)展國際視野，提升國家憂患和國家安全意識。合成生物學(xué)作為新興交叉學(xué)科，在與各國進(jìn)行學(xué)術(shù)交流時，傳遞科學(xué)知識、分享科研成果的同時也需要將踐行總體國家安全觀和服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展有機(jī)統(tǒng)一起來。

4 結(jié)語

合成生物學(xué)已成為當(dāng)今世界發(fā)展最為迅猛、對人類生活影響最大的一門學(xué)科，具有關(guān)愛生命、試驗性強(qiáng)、與日常生活聯(lián)系密切等特點，也使得合成生物學(xué)成為課程思政的主要陣地[25]。在課程思政理念引領(lǐng)下，積極推動合成生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)理念的改革，有助于提升教師思想政治水平，發(fā)揮教師立德樹人職能，推動學(xué)生綜合發(fā)展，達(dá)到全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要目標(biāo)。