生命科學(xué)與生物技術(shù)概論教學(xué)的學(xué)科交叉探索

吳 昊，姜 岷，李 莎，韋 策，唐拾貴，申 寧

(南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 210009)

生命科學(xué)與生物技術(shù)概論教學(xué)的學(xué)科交叉探索

吳 昊，姜 岷，李 莎，韋 策，唐拾貴，申 寧

(南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 210009)

生命科學(xué)與生物技術(shù)概論是南京工業(yè)大學(xué)為培養(yǎng)復(fù)合型人才、提高學(xué)生綜合素質(zhì)，面向全校非生物工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的跨學(xué)科公共選修課程。現(xiàn)根據(jù)選修生源多樣的專(zhuān)業(yè)背景及生命科學(xué)易與其他專(zhuān)業(yè)學(xué)科交互的特點(diǎn)，結(jié)合多年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，就該課程設(shè)置及教學(xué)中開(kāi)展具有針對(duì)性的學(xué)科交叉問(wèn)題進(jìn)行探討。

公共選修課；生命科學(xué)與生物技術(shù)概論；學(xué)科交叉

生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展對(duì)當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步起著極其重要的作用。掌握現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，是培養(yǎng)21世紀(jì)高素質(zhì)、創(chuàng)新型復(fù)合人才的重要組成部分。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華東理工大學(xué)等院校從90年代起向全校本科生開(kāi)設(shè)了相關(guān)的公共選修課程[1]，并取得了良好的教學(xué)效果，目前越來(lái)越多的院校已將該類(lèi)課程設(shè)置為公共選修課，有力地促進(jìn)了復(fù)合型人才的培養(yǎng)。南京工業(yè)大學(xué)自1995年以來(lái)，由生物與制藥工程學(xué)院向全校的三年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)生命科學(xué)與生物技術(shù)概論公共選修課程，選修該課程的學(xué)生幾乎涵蓋了我校的理、工、經(jīng)、文、法學(xué)等各個(gè)專(zhuān)業(yè)。近年來(lái)針對(duì)選修學(xué)生專(zhuān)業(yè)背景迥異、基礎(chǔ)參差不齊的特點(diǎn)，同時(shí)為了更好地促進(jìn)我校復(fù)合型人才培養(yǎng)平臺(tái)的建設(shè)與各學(xué)科的科技創(chuàng)新，進(jìn)行了學(xué)科交叉融合的教學(xué)探索。

1 在教學(xué)中開(kāi)展學(xué)科交叉的必要性與重要性

現(xiàn)代科學(xué)體系自近代建立以來(lái)長(zhǎng)期呈現(xiàn)分化的發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)科越分越細(xì)，但隨著人類(lèi)對(duì)自然與社會(huì)發(fā)展規(guī)律認(rèn)識(shí)的深入，到了20世紀(jì)七八十年代，科學(xué)的學(xué)科門(mén)類(lèi)在繼續(xù)分化以外，還出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，一個(gè)單一學(xué)科很難回答經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的問(wèn)題，使得21世紀(jì)成為多學(xué)科交叉綜合大發(fā)展的時(shí)代。所以，打破學(xué)科界限，強(qiáng)調(diào)學(xué)科綜合、提升綜合素質(zhì)、培養(yǎng)復(fù)合型人才成為一個(gè)很重要的趨勢(shì)?；仡檹纳茖W(xué)與生物技術(shù)的學(xué)科發(fā)展史，在生命科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，由于其它科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使生命科學(xué)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。生命科學(xué)之所以能成為當(dāng)今世界自然科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先學(xué)科，不僅依靠生物學(xué)家，還必須依靠數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、化學(xué)家、信息科學(xué)家、環(huán)境科學(xué)家以及工程科學(xué)家等不同學(xué)科專(zhuān)家的共同努力[2]。例如通過(guò)生命科學(xué)與物理學(xué)科的交叉，推動(dòng)了對(duì)微觀生命現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞，建立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)，通過(guò)對(duì)細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)及其遺傳代謝規(guī)律的研究，在此基礎(chǔ)上逐漸產(chǎn)生了微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞工程、分子生物學(xué)等多門(mén)現(xiàn)代生命學(xué)科。自19世紀(jì)開(kāi)始，通過(guò)化學(xué)與生命科學(xué)的結(jié)合，氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)、酶等一系列化合物被發(fā)現(xiàn)，通過(guò)其代謝過(guò)程的研究最終產(chǎn)生了生物化學(xué)，并促進(jìn)了生物工程、發(fā)酵工程、酶工程、代謝工程、基因工程等一系列現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)通過(guò)分子生物學(xué)、基因組學(xué)、信息科學(xué)和工程技術(shù)等學(xué)科交叉融合產(chǎn)生的合成生物學(xué)通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)建生物部件、裝置系統(tǒng)，并重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有的天然生物系統(tǒng)，將對(duì)下一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)如能源植物的改造、能源和醫(yī)藥化工產(chǎn)品的高效生物合成產(chǎn)生重要影響[3]。進(jìn)入21世紀(jì)，社會(huì)科學(xué)開(kāi)始廣泛涉入生物技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究及生命倫理學(xué)等領(lǐng)域，進(jìn)一步規(guī)范了生命學(xué)科的發(fā)展方向。由此可見(jiàn)學(xué)科交叉是生命學(xué)科乃至科學(xué)發(fā)展的必然規(guī)律。

自然、環(huán)境、資源等已成為當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)所面臨的主要問(wèn)題，人類(lèi)已經(jīng)意識(shí)到妥善解決這些問(wèn)題需要多學(xué)科的交叉融合并形成綜合的系統(tǒng)方案，這就要求培養(yǎng)知識(shí)面寬廣并具有創(chuàng)新意識(shí)的復(fù)合型人才。生命科學(xué)與生物技術(shù)概論課程可以為該體系人才的培養(yǎng)提供相關(guān)的知識(shí)基礎(chǔ)與科學(xué)素養(yǎng)，客觀上要求該課程應(yīng)從學(xué)科交叉的角度開(kāi)展教學(xué)。盡管生命科學(xué)是在學(xué)科交叉過(guò)程中發(fā)展壯大的，但非生物專(zhuān)業(yè)的學(xué)生往往很難找到本學(xué)科與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)，因此對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)往往流于形式，很難形成共鳴，更不能培養(yǎng)相關(guān)的科學(xué)素養(yǎng)，因此，通過(guò)教師的教學(xué)進(jìn)行有的放矢地引導(dǎo)具有非常重要的作用。

2 根據(jù)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景安排教學(xué)是實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉的基礎(chǔ)

由于生命科學(xué)與生物技術(shù)概論已成為理工科學(xué)生甚至文科學(xué)生日益關(guān)注的公共選修課，使該課程教授的對(duì)象具有兩大特點(diǎn)：（1）學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景迥異。選修該課程的學(xué)生幾乎涉及了理、工、經(jīng)、文、法等各個(gè)專(zhuān)業(yè)，其中化學(xué)工程、材料工程、環(huán)境工程、應(yīng)用化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生具有足夠的背景知識(shí)，對(duì)該課程的主要教學(xué)內(nèi)容較易理解，而更多的專(zhuān)業(yè)如電子、通信、經(jīng)濟(jì)管理、外語(yǔ)、法學(xué)等在整個(gè)培養(yǎng)方案中幾乎不涉及相關(guān)知識(shí)背景的學(xué)習(xí)。（2）學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)參差不齊。中學(xué)教育階段開(kāi)設(shè)有生物學(xué)、化學(xué)等相關(guān)課程，但由于長(zhǎng)期存在的文理分科及“高考指揮棒”效應(yīng)，導(dǎo)致相關(guān)學(xué)習(xí)流于形式。對(duì)本校選課學(xué)生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：理工科學(xué)生中近半數(shù)在高二后未再接觸生物學(xué)或化學(xué)，而文科學(xué)生中這一比例近100%；即使是已參加過(guò)以上課程高考應(yīng)試的學(xué)生中，知識(shí)遺忘現(xiàn)象亦很普遍，課堂摸底中發(fā)現(xiàn)70%以上的學(xué)生不知道細(xì)菌是否屬于單細(xì)胞生物。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生具有良好的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，甚至熟知基因工程的原理與基本操作步驟。因此必須從學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)及背景這個(gè)實(shí)際出發(fā)安排教學(xué)才能促進(jìn)多學(xué)科的交叉，主要包括2方面。

（1）根據(jù)專(zhuān)業(yè)背景與知識(shí)基礎(chǔ)的差異設(shè)立教學(xué)班。公選課采用大班授課，教學(xué)實(shí)踐表明，專(zhuān)業(yè)背景迥異的學(xué)生往往其知識(shí)基礎(chǔ)也存在顯著差異，安排在同一教學(xué)班，理論上可以促進(jìn)不同學(xué)科的交流、拓展思路，但實(shí)際操作中往往難以結(jié)合各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，導(dǎo)致最后回歸至同一教案、同一內(nèi)容的傳統(tǒng)教學(xué)，學(xué)生或缺乏興趣，或難以理解，導(dǎo)致效率低下。因此確立了“文理分離，相近合并”的排課原則，盡量將具有相同或相近專(zhuān)業(yè)背景的專(zhuān)業(yè)安排在同一個(gè)教學(xué)班，將選修的各專(zhuān)業(yè)按“化學(xué)材料、能源環(huán)境、機(jī)械建工、電子信息、經(jīng)貿(mào)管理、法學(xué)外語(yǔ)”大類(lèi)進(jìn)行分班教學(xué)。

（2）根據(jù)專(zhuān)業(yè)背景與學(xué)科交叉點(diǎn)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容。作為一門(mén)公共選修課，任何一本相關(guān)的“生命科學(xué)導(dǎo)論”或“生物技術(shù)概論”教材都不可能適合所有專(zhuān)業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)，同時(shí)教材內(nèi)容往往涵蓋了現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)的主要范疇[4～5]，從生命起源到基因工程，從生物醫(yī)學(xué)到生物信息學(xué)，該課程僅為24學(xué)時(shí)，因此教學(xué)內(nèi)容及教案必然要有所側(cè)重與取舍。我們首先根據(jù)宏觀-微觀-宏觀的原則確定了基本教學(xué)內(nèi)容，包括：生命的起源與進(jìn)化、細(xì)胞、生命的化學(xué)組成、遺傳、基因工程、生物信息學(xué)、資源與環(huán)境、生物技術(shù)概論并補(bǔ)充當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)（生物材料、生物能源、生命倫理）作為教學(xué)補(bǔ)充。在此基礎(chǔ)上對(duì)不同大類(lèi)的教學(xué)班，確定相應(yīng)的教學(xué)重點(diǎn)，如化學(xué)材料類(lèi)與生命科學(xué)關(guān)系較密切，以“生命的化學(xué)組成”、“生物技術(shù)概論”為教學(xué)重點(diǎn)，介紹其與化學(xué)工程、材料工程的相互滲透，探討其對(duì)傳統(tǒng)化工及材料工業(yè)技術(shù)發(fā)展的影響；對(duì)電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)教授“基因工程”、“生物信息學(xué)”，介紹信息技術(shù)對(duì)生命科學(xué)特別是分子生物學(xué)的推動(dòng)，講授生物芯片技術(shù)的機(jī)理與應(yīng)用；對(duì)經(jīng)貿(mào)管理類(lèi)，則采取科普性教學(xué)，重點(diǎn)講授“生命的起源與進(jìn)化”、“細(xì)胞”、“資源與環(huán)境”及生物技術(shù)對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)與生活方式的影響。實(shí)踐表明，以相關(guān)學(xué)科與生命科學(xué)的結(jié)合點(diǎn)作為教學(xué)重點(diǎn)，使學(xué)生了解相關(guān)學(xué)科與生命科學(xué)交叉融合的實(shí)例，有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)生命科學(xué)與生物技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)他們的創(chuàng)新思維。

3 探索與討論式的教學(xué)方式是促進(jìn)學(xué)科交叉的關(guān)鍵

傳統(tǒng)的“注入式”教學(xué)方法在面向生物專(zhuān)業(yè)學(xué)生時(shí)，其弊端往往因?yàn)閷W(xué)生在課前課后的自我努力程度差異而顯現(xiàn)不出，但是對(duì)于非生物專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，這樣的教學(xué)效果就會(huì)大打折扣[6]。在教學(xué)中我們體會(huì)到：即使是最生動(dòng)的多媒體課件，如果只是教師單方面的講授難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，必須鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，即根據(jù)其專(zhuān)業(yè)背景，結(jié)合已有的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行探索與總結(jié)，變被動(dòng)為主動(dòng)。因此在教學(xué)中我們經(jīng)常結(jié)合重要知識(shí)點(diǎn)布置一些小課題，讓學(xué)生在課外查閱資料，然后在課堂上進(jìn)行廣泛討論，在討論中教師將各學(xué)科的知識(shí)引入到相關(guān)問(wèn)題中，并解釋其所能發(fā)揮的作用，通過(guò)討論讓學(xué)生掌握其中的原理與要點(diǎn)，了解發(fā)展動(dòng)態(tài)，激發(fā)學(xué)生的興趣，拓展思路。例如在講授生物能源時(shí)，提前讓學(xué)生查閱關(guān)于生物能源的背景資料，了解發(fā)展生物能源的原因、生物能源的種類(lèi)與優(yōu)點(diǎn)，在課上討論時(shí)，教師通過(guò)巴西發(fā)展甘蔗酒精的應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明走可持續(xù)性發(fā)展道路對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)方式的影響與意義，然后根據(jù)教學(xué)班專(zhuān)業(yè)的不同地將討論的方向引向?qū)W生所熟悉的學(xué)科領(lǐng)域中，如對(duì)理工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生主要探討如何降低生物能源的生產(chǎn)成本、如何將滲透汽化等新型化工手段應(yīng)用于該領(lǐng)域，如何從生物能源出發(fā)開(kāi)發(fā)新一代動(dòng)力系統(tǒng)（氫燃料電池）；而對(duì)文科專(zhuān)業(yè)則重點(diǎn)探討發(fā)展生物能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)注意的宏觀問(wèn)題（如“與人爭(zhēng)糧，與糧爭(zhēng)地”、“如何建立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)”）和現(xiàn)有的解決方法及其優(yōu)缺點(diǎn)（發(fā)展新一代生物燃料、原料的替代等）；最后將討論回歸于合理發(fā)展生物能源對(duì)促進(jìn)全社會(huì)節(jié)能減排的作用。在整個(gè)討論中還可將之前學(xué)習(xí)的部分內(nèi)容如糖類(lèi)物質(zhì)的分類(lèi)、工業(yè)微生物、基因工程的原理、發(fā)酵的一般過(guò)程等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行隨堂復(fù)習(xí)，在實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉的同時(shí)加強(qiáng)其對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的掌握。

4 運(yùn)用合理的考核手段檢驗(yàn)學(xué)科交叉的教學(xué)效果

考核的目的是為了加深學(xué)生對(duì)現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)，使他們認(rèn)識(shí)到生命科學(xué)與各專(zhuān)業(yè)學(xué)科之間的直觀或潛在聯(lián)系，正確看待該學(xué)科與其他學(xué)科融合對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的影響。在具體實(shí)施中，將學(xué)生的課堂互動(dòng)與課后資料的檢索納入到平時(shí)成績(jī)。對(duì)課程考試采取因?qū)I(yè)而異的原則設(shè)定試題與考試方式，對(duì)化學(xué)、化工、材料、環(huán)境、能源等與生命科學(xué)或生物技術(shù)關(guān)系密切的專(zhuān)業(yè)采用閉卷考試方式，在考察課程基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)相關(guān)領(lǐng)域中學(xué)科交叉現(xiàn)狀的了解程度；對(duì)其他背景迥異的專(zhuān)業(yè)則以開(kāi)卷考試的方式，除了測(cè)試是否具備生命科學(xué)相關(guān)的基本素養(yǎng)外，重點(diǎn)考察其對(duì)生命科學(xué)與社會(huì)發(fā)展之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)。對(duì)以上涉及到學(xué)科交叉的具體試題不設(shè)單一的標(biāo)準(zhǔn)答案，鼓勵(lì)學(xué)生在答題中發(fā)表自己的見(jiàn)解。

通過(guò)以上的教學(xué)探索，激發(fā)了廣大學(xué)生對(duì)生命科學(xué)與生物技術(shù)概論的學(xué)習(xí)興趣，課后，很多學(xué)生與授課教師交流其對(duì)生命學(xué)科的認(rèn)識(shí)及其對(duì)相關(guān)交叉領(lǐng)域的思考，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我校每年均有數(shù)十名來(lái)自化工、材料、機(jī)械、化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的本科生報(bào)考生物工程類(lèi)的研究生并有相當(dāng)?shù)目忌讳浫?，還有一些學(xué)生將生命科學(xué)的一些原理與方法引入到其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及科學(xué)研究中，這些均促進(jìn)了我校各學(xué)科群之間的交流，拓展了化工、生物、材料、自動(dòng)化等學(xué)科方向的研究思路與合作空間，取得了良好的教學(xué)效果。

[1]杜虹，吳丹奇.大理科模式中生命科學(xué)導(dǎo)論課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].高教論壇，2006，4：37～39.

[2]雷正瑜.從生命科學(xué)的發(fā)展談多學(xué)科交叉融合的必然性[J].湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，4（2）：1～3.

[3]匡廷云.學(xué)科交叉在生命科學(xué)研究中的作用[J].杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，9（3）:161～164.

[4]季靜，王罡.生命科學(xué)與生物技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社，2005.

[5]吳慶余.基礎(chǔ)生命科學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2004.

[6]劉旭光.非生物專(zhuān)業(yè)開(kāi)展生命科學(xué)教學(xué)面臨的思考[J].中國(guó)電力教育，2009，17：79～80.

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1671-1246（2011）02-0045-02