“交叉融合”：“微生物天然產(chǎn)物化學(xué)”的跨界教育模式

崔紫寧，陳建平，梁麗梅

1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)群體微生物研究中心，廣東 廣州 510642

1 微生物天然產(chǎn)物化學(xué)“交叉融合”的教育理念

在21 世紀(jì)的學(xué)術(shù)背景下，“微生物天然產(chǎn)物化學(xué)”涉及的已不僅僅是單一領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)，它更與生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、藥物學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域存在緊密關(guān)聯(lián)[1-4]。因此，本文引入了一種名為“交叉融合”的教育理念。該理念的核心是將微生物天然產(chǎn)物化學(xué)與其他學(xué)科領(lǐng)域相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)其對(duì)于全球生態(tài)與健康的關(guān)鍵作用，促進(jìn)學(xué)生從多學(xué)科視角看待微生物天然產(chǎn)物的潛在價(jià)值。

隨著科技的迅速發(fā)展，我們面臨著前所未有的教育變革，教育目標(biāo)已經(jīng)從簡(jiǎn)單的知識(shí)傳授擴(kuò)展到了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、創(chuàng)新能力以及問(wèn)題解決能力。這一變革需要我們重新審視教育模式，并積極探索跨學(xué)科、交叉融合的教學(xué)方法[5-6]。

2 微生物天然產(chǎn)物化學(xué)“交叉融合”的實(shí)施方案

2.1 課程內(nèi)容融合

在教學(xué)中加入與農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境、健康等領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容，展現(xiàn)微生物天然產(chǎn)物化學(xué)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

在設(shè)計(jì)“交叉融合”教育模式的課程內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)著重于將微生物天然產(chǎn)物化學(xué)與農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境、健康等相關(guān)領(lǐng)域融合，以展現(xiàn)微生物天然產(chǎn)物在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。以下一些具體案例能說(shuō)明這一課程內(nèi)容的豐富多樣性。

2.1.1 醫(yī)學(xué)與健康領(lǐng)域

在醫(yī)學(xué)和健康領(lǐng)域，微生物天然產(chǎn)物應(yīng)用非常廣泛[3]。課程內(nèi)容可以包括微生物合成抗生素的機(jī)制，讓學(xué)生了解不同抗生素對(duì)抗不同病原體的原理。此外，課程還可以介紹微生物產(chǎn)生的生物活性化合物在藥物研發(fā)中的應(yīng)用，例如，來(lái)自青霉菌的青霉素是一種經(jīng)典的抗生素，對(duì)細(xì)菌感染具有強(qiáng)大的殺菌作用。此外，微生物也可用于生產(chǎn)生物類似物，如胰島素和生長(zhǎng)激素分別用于治療糖尿病和生長(zhǎng)障礙病癥。通過(guò)深入學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解微生物天然產(chǎn)物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前沿應(yīng)用，培養(yǎng)他們對(duì)健康和醫(yī)學(xué)的興趣。

2.1.2 環(huán)境保護(hù)與生態(tài)學(xué)

微生物在環(huán)境保護(hù)和生態(tài)學(xué)中扮演著重要的角色[7]。課程內(nèi)容可以包括微生物在污水處理、土壤修復(fù)和廢物降解中的應(yīng)用。學(xué)生可以學(xué)習(xí)微生物及其產(chǎn)生的酶對(duì)有機(jī)污染物的降解機(jī)制，了解利用微生物技術(shù)改善環(huán)境質(zhì)量的方式方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和案例分析，學(xué)生將能夠理解微生物天然產(chǎn)物在維護(hù)生態(tài)平衡和環(huán)境保護(hù)方面的作用。

2.1.3 農(nóng)業(yè)與食品安全

微生物天然產(chǎn)物在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。課程內(nèi)容可以涵蓋微生物天然產(chǎn)物在有機(jī)農(nóng)業(yè)、生物農(nóng)藥和食品發(fā)酵領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)生可以學(xué)習(xí)微生物及其產(chǎn)物在提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保護(hù)植物健康和改善食品質(zhì)量方面的作用，通過(guò)實(shí)地考察和實(shí)驗(yàn)操作，深入了解微生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品安全領(lǐng)域的運(yùn)用情況。

2.1.4 新藥發(fā)現(xiàn)與生物技術(shù)

微生物天然產(chǎn)物是藥物發(fā)現(xiàn)的重要來(lái)源之一[3]。課程內(nèi)容可以包括微生物多樣性與新藥物發(fā)現(xiàn)、基因工程微生物的構(gòu)建以及生物合成路徑的調(diào)控。學(xué)生可以通過(guò)分析具體案例，了解微生物天然產(chǎn)物在藥物研發(fā)和生物技術(shù)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和應(yīng)用情況。這將培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和科學(xué)創(chuàng)新能力。

通過(guò)融合以上課程內(nèi)容，學(xué)生將全面了解微生物天然產(chǎn)物化學(xué)在生態(tài)、環(huán)境、健康等領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)其跨學(xué)科思維和實(shí)際解決問(wèn)題的能力。這種綜合性教學(xué)模式將為學(xué)生提供更廣闊的職業(yè)發(fā)展空間，使其成為未來(lái)科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人才。

2.2 合作與交流

與其他學(xué)科的專家合作，以線上線下相結(jié)合的模式開(kāi)設(shè)專家講座，是豐富“生態(tài)融合”課程內(nèi)容的有效方式。在當(dāng)今這個(gè)不斷發(fā)展的社會(huì)，跨學(xué)科合作已成為創(chuàng)新和教育的關(guān)鍵。特別是在教育領(lǐng)域，跨學(xué)科合作將不同領(lǐng)域的專家匯聚在一起，為學(xué)生提供全面的視角和綜合的知識(shí)，得到了廣泛認(rèn)可。

在此背景下，相關(guān)學(xué)者可以探討如何將微生物天然產(chǎn)物化學(xué)與其他領(lǐng)域融合，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。例如，可以邀請(qǐng)生態(tài)學(xué)家、醫(yī)藥學(xué)專家、環(huán)境科學(xué)家等其他領(lǐng)域的專家與微生物天然產(chǎn)物化學(xué)專業(yè)的教師合作，共同開(kāi)設(shè)專家講座。這種合作可以采用線上線下相結(jié)合的方式，內(nèi)容可以涵蓋各領(lǐng)域的最新研究成果、實(shí)際案例以及前沿技術(shù)。學(xué)生將能夠了解這些領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，接觸實(shí)際案例，還可以與專家互動(dòng)，提出問(wèn)題，獲得深入的見(jiàn)解和指導(dǎo)。這種互動(dòng)有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問(wèn)題解決能力，使他們能夠更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)

組織學(xué)生訪問(wèn)生物醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)、農(nóng)場(chǎng)、污水處理廠、自然保護(hù)區(qū)等地，了解微生物天然產(chǎn)物化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用情況。這是一種豐富而有益的教育體驗(yàn)。實(shí)地訪問(wèn)不僅可以讓學(xué)生將課堂中的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際體驗(yàn)，還能夠讓學(xué)生深入了解微生物天然產(chǎn)物的實(shí)際應(yīng)用和影響。以下是這一教育活動(dòng)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)參觀生物醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)，學(xué)生可以親眼見(jiàn)證微生物天然產(chǎn)物在制藥和醫(yī)療領(lǐng)域的作用，如抗生素、抗腫瘤藥和免疫調(diào)節(jié)劑的生產(chǎn)被廣泛用于藥物制備。學(xué)生還可以了解到微生物是如何被用來(lái)合成藥物、治療疾病及開(kāi)發(fā)生物技術(shù)產(chǎn)品。這種實(shí)際經(jīng)驗(yàn)將使學(xué)生深入了解微生物天然產(chǎn)物在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，理解其在治療疾病和促進(jìn)健康方面的重要作用。

農(nóng)場(chǎng)訪問(wèn)提供了讓學(xué)生了解微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)會(huì)。學(xué)生可以探討土壤微生物對(duì)植物生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)，以及微生物該如何用于有機(jī)農(nóng)業(yè)和生態(tài)友好的農(nóng)業(yè)實(shí)踐。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)理念。

參觀污水處理廠也是教育上的一個(gè)亮點(diǎn)。學(xué)生將有機(jī)會(huì)了解微生物在廢水處理中的重要性，以及微生物在去除有害物質(zhì)和凈化水源方面發(fā)揮的關(guān)鍵作用。通過(guò)參觀污水處理廠，學(xué)生將明白環(huán)境工程與微生物生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系。

總的來(lái)說(shuō)，組織學(xué)生實(shí)地走訪，能夠讓他們將微生物學(xué)知識(shí)從抽象的學(xué)科理論轉(zhuǎn)化為生動(dòng)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。這種實(shí)際接觸不僅可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和對(duì)科學(xué)的熱情，還有助于提升學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用技能，為其未來(lái)的職業(yè)生涯奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這種教育方式通過(guò)讓學(xué)生親身參與，為他們打開(kāi)了廣闊的知識(shí)之門(mén)，讓他們認(rèn)識(shí)到了微生物天然產(chǎn)物化學(xué)在生活中的重要性。

2.4 比賽及研究項(xiàng)目

鼓勵(lì)學(xué)生組織并參與相關(guān)學(xué)科的比賽及研究項(xiàng)目，例如“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等，設(shè)立課題研究微生物天然產(chǎn)物化學(xué)在農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)草害防治、新藥開(kāi)發(fā)、污染物降解等方面的應(yīng)用。這種研究項(xiàng)目不僅有助于學(xué)生的學(xué)術(shù)發(fā)展，還為他們提供了解決實(shí)際問(wèn)題的機(jī)會(huì)，提高了他們的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)合作能力。例如，他們可以探索如何利用微生物產(chǎn)生的特殊化合物來(lái)開(kāi)發(fā)新型農(nóng)藥，以提升農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)草害防治效果。這不僅有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還有助于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴，減少環(huán)境污染。此外，學(xué)生還可以探索微生物天然產(chǎn)物中的潛在藥物候選物，并研究它們的藥理學(xué)和臨床應(yīng)用潛力。這有助于培養(yǎng)學(xué)生在醫(yī)藥領(lǐng)域的創(chuàng)新思維，同時(shí)也有望為新藥的研發(fā)作出貢獻(xiàn)。

這些跨學(xué)科的比賽和研究項(xiàng)目為學(xué)生提供了一個(gè)平臺(tái)，讓他們將課堂知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合。他們將學(xué)會(huì)提出問(wèn)題、制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、分析數(shù)據(jù)并提出解決方案。這對(duì)學(xué)生未來(lái)的職業(yè)生涯非常有幫助。此外，這些項(xiàng)目還鼓勵(lì)學(xué)生與不同專業(yè)背景的同學(xué)合作，培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)合作和跨學(xué)科合作能力。這對(duì)于解決當(dāng)今復(fù)雜問(wèn)題尤為重要。通過(guò)這些項(xiàng)目，學(xué)生將在學(xué)術(shù)和職業(yè)方向邁出堅(jiān)實(shí)的一步，為科學(xué)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。

3 預(yù)期效果

通過(guò)與其他領(lǐng)域的交流與合作，學(xué)生將能夠更加全面地了解微生物天然產(chǎn)物的價(jià)值和應(yīng)用情況，獲得更廣泛的知識(shí)和技能；同時(shí)，這也能夠增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，為他們未來(lái)的職業(yè)生涯奠定基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的教育體系往往側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生在特定領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)和技能。然而，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，單一學(xué)科的專業(yè)知識(shí)已無(wú)法解決當(dāng)前的復(fù)雜問(wèn)題。微生物天然產(chǎn)物化學(xué)是一個(gè)跨學(xué)科課程，涵蓋了微生物學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，因此培養(yǎng)具備跨學(xué)科視野的專家變得至關(guān)重要。

“交叉融合”教育模式的核心理念在于打破學(xué)科壁壘，鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)和研究中跨越不同領(lǐng)域的界限。微生物天然產(chǎn)物化學(xué)專家不僅需要了解微生物生態(tài)學(xué)、化學(xué)合成、生物活性等多方面的知識(shí)，還需要懂得如何將這些知識(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等其他領(lǐng)域。這種綜合性的知識(shí)將使他們能夠更好地應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的挑戰(zhàn)并提供創(chuàng)新性的解決方案。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，“交叉融合”教育模式為“微生物天然產(chǎn)物化學(xué)”課程提供了一種全新的教學(xué)途徑。這種模式不僅能使學(xué)生具備深厚的專業(yè)知識(shí)，還賦予了他們跨學(xué)科的視野，使他們能夠在理工、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域作出重要貢獻(xiàn)。