朱 吉力,王利群,蔡志強,楊松林,余秉琦

(常州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇常州213164)

大工程觀教育理念下的“細胞工程”課程教學(xué)改革*

朱 吉力,王利群,蔡志強,楊松林,余秉琦

(常州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇常州213164)

“細胞工程”是生物工程專業(yè)的一門重要課程。將“大工程觀”的教育理念融入“細胞工程”的具體教學(xué)之中,在拓展學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生實踐能力、增強社會責(zé)任感等方面探索課程的改革思路,努力為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的、愛國的、道德高尚的工程師。

細胞工程;大工程觀;教學(xué)改革

細胞工程是現(xiàn)代生物工程中涉及面極廣的一門生物技術(shù),它與基因工程一起代表著現(xiàn)代生物工程最新的發(fā)展前沿,在生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、養(yǎng)殖業(yè)、生物資源環(huán)保、新物種構(gòu)建等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,[1]因此在高等院校生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的課程設(shè)置中占有重要地位。學(xué)好這門課程,將為學(xué)生今后從事生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究及與細胞工程有關(guān)的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)工作奠定良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。[2]“大工程觀”自20世紀90年代首次提出后,由于其實踐性、整合性、創(chuàng)新性等特點,越來越受到工程教育界的認可。[3]它所反映的內(nèi)容主要由三點構(gòu)成：一是具有工程實踐能力;二是綜合的知識背景以及整體性的思維方式;三是職業(yè)道德及社會責(zé)任感。[4]這三點內(nèi)容也是新世紀工程類高層次人才的培養(yǎng)目標。在細胞工程教學(xué)中,如何將“大工程觀”的教育理念融入其中,提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)生物技術(shù)方面的跨學(xué)科復(fù)合型工程人才,成為本課程教學(xué)改革的重點內(nèi)容。[5]

一、加強各學(xué)科間的聯(lián)系,拓展學(xué)生知識面,樹立學(xué)生整體觀

當代科技的發(fā)展趨勢是多學(xué)科交叉融合。一項技術(shù)的發(fā)展可能涉及到多個學(xué)科領(lǐng)域,很難在一門課程范圍內(nèi)得到解決。而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程時,普遍存在著一種現(xiàn)象：他們看待問題,通常著眼于本學(xué)科,試圖在其專業(yè)范圍內(nèi)得到解決。而這與高科技發(fā)展的大趨勢不相適應(yīng)。比如說,細胞工程領(lǐng)域的眾多技術(shù)中,有一項新興的技術(shù)——組織工程,代表了現(xiàn)代生物工程的一個發(fā)展方向。這項技術(shù)是將人體某部分的組織細胞種植和吸附在一種生物材料的支架上進行人工培養(yǎng)繁殖、擴增,然后移植到人體內(nèi)所需要的部位,從而達到器官修復(fù)或再造的治療目的。由于使用的是自身的組織細胞,因此在進行組織或器官移植時不存在排異問題,其市場前景非常廣闊。[6]

組織工程技術(shù)雖然屬于細胞工程的范疇,但作為一項新興技術(shù),它所涉及的學(xué)科領(lǐng)域很多,主要有4大類：生物、材料、機械和醫(yī)學(xué)。因此,研究這一技術(shù),既非某一單一學(xué)科能夠解決,也不是幾大學(xué)科的簡單疊加,而是不同學(xué)科間技術(shù)的相互融合。國際上研究組織工程較為著名的大學(xué)及研究所都是以團隊形式(research team)組合在一起。團隊中有來自各個領(lǐng)域的專業(yè)人才,他們將各自的技術(shù)融匯貫通,共同研究。這些跨學(xué)科新興技術(shù),對于科研人員有三點要求：一是需要有精深的專業(yè)性;二是需要有廣闊的知識面;三是具有團隊合作精神。這樣就可以從項目整體性的高度來考慮某一局部專業(yè)性的問題,相互配合,高效地開發(fā)這一技術(shù)。

因此,在具體授課過程中,遇到跨學(xué)科的新興技術(shù),不應(yīng)單從本學(xué)科的角度講解某一個部分,而是應(yīng)從整體技術(shù)角度出發(fā),拓展學(xué)生知識面,使其對技術(shù)的認識上升至一定的高度,同時也應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識。比如組織工程,涉及的生物技術(shù)是授課的重點,要求學(xué)生掌握;但同時,相關(guān)的一些學(xué)科,也應(yīng)做必要的介紹。像適用于組織工程的生物材料需要有哪些特點?而材料又如何成型?在材料上種植細胞后應(yīng)如何做醫(yī)學(xué)實驗進行評價?這樣,學(xué)生以后在工作中涉及這類技術(shù)時,就不會僅從局部考慮,而是著眼于整體,研究自己專業(yè)所涉及的部分如何融入其中。

二、理論聯(lián)系實踐,提高學(xué)生操作水平,樹立學(xué)生工程觀

我國高等工程教育規(guī)模目前已達到高等教育總規(guī)模的1/3以上,躍居世界第一。但工科專業(yè)目前尚未完全打破按二級學(xué)科知識體系來構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)的局面,重“學(xué)”輕“術(shù)”、重理論輕實踐的傾向仍較嚴重。因此,在一定程度上,是按培養(yǎng)“科學(xué)家”的模式來培養(yǎng)“工程師”。[7]44理論是實踐的基礎(chǔ),它的重要性不言而喻,而新興技術(shù)發(fā)展的前提也正是大量基礎(chǔ)理論的支撐。但一個美好的想法,一個優(yōu)秀的理論,能否在實際生產(chǎn)中得以實現(xiàn),能否轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,對于工業(yè)的發(fā)展更為重要。這也是培養(yǎng)工科專業(yè)學(xué)生的任務(wù)和要求。

細胞工程作為現(xiàn)代生物工程領(lǐng)域中的一個重要組成部分,對操作能力和工程能力要求很高。它以細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)為理論基礎(chǔ),依靠工程學(xué)的步驟,來獲得細胞產(chǎn)品。因此,對于生物工程專業(yè)的學(xué)生而言,基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)是必要的,但更重要的是需要掌握如何使用工程學(xué)的方法將理論轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。這就要求我們在授課過程中,不僅要講解某一技術(shù)的使用原理、操作過程,更要講解這項技術(shù)如何在生產(chǎn)中實現(xiàn)應(yīng)用,這樣才能促使學(xué)生更好地理解和轉(zhuǎn)化這項技術(shù)。

例如,細胞工程中有一項很重要的技術(shù)——動物細胞的培養(yǎng)。它所使用的原理及操作是需要學(xué)生掌握的。但如果講解僅此兩點,學(xué)生所學(xué)到的也僅僅是培養(yǎng)技術(shù),以后也只能是一名合格的“技術(shù)員”,而不能成為一名優(yōu)秀的“工程師”,因為他不能更深一步地開發(fā)這項技術(shù),使其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。動物細胞培養(yǎng)的一個非常重要的應(yīng)用就是疫苗的生產(chǎn)開發(fā)。它將細胞培養(yǎng)與反應(yīng)器技術(shù)相結(jié)合,逐級放大,可以生產(chǎn)出各種類型的疫苗。因此,在授課過程中,將這些最新應(yīng)用成果教授給學(xué)生,一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,擺脫枯燥的理論;另一方面,可以使他們了解這項基本技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用,為以后在工作中應(yīng)用這項技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。

但同時,對于這些技術(shù)的講解,并不是簡單的“紙上談兵”,而要與實驗相結(jié)合,以提高學(xué)生的操作技術(shù)水平。以常州大學(xué)化工學(xué)院生物工程專業(yè)2004級學(xué)生為例,首先在期中考試中設(shè)計了一道實驗題,要求寫出動物細胞培養(yǎng)的具體操作。62位學(xué)生中,有35位回答完整,其具體操作,每一步的注意事項都很詳細,準確率達到56.4%,從筆試情況看,解答正確的學(xué)生已經(jīng)掌握了這項技術(shù)。然后從這35位學(xué)生中隨機選出10位到細胞實驗室現(xiàn)場進行細胞培養(yǎng)操作,經(jīng)過2天的細胞培養(yǎng),通過鏡檢發(fā)現(xiàn),有4位學(xué)生培養(yǎng)的細胞未貼壁,另3位學(xué)生培養(yǎng)的細胞發(fā)生染菌,僅有3位學(xué)生培養(yǎng)的細胞成功貼壁,并開始增殖,成功率僅為30%。接著,對這10位同學(xué)進行操作培訓(xùn),在實驗中重新講解技術(shù)要點,讓他們反復(fù)練習(xí)。經(jīng)過兩星期的訓(xùn)練,再進行測試,細胞培養(yǎng)成功率升至90%。由此可見,技術(shù)的掌握并非僅靠課堂講解及課后記憶,而要在實踐中親自去摸索、熟練。

工科類學(xué)生所從事的工作與工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān),僅僅知道“為什么這么做”及“如何去做”是不夠的,還必須要“會做”,而這也正是工科學(xué)生所欠缺的。針對此問題,提出了“三步走”的教改方案。首先在教學(xué)過程中對技術(shù)的原理、操作及應(yīng)用進行具體講解,使學(xué)生對這項技術(shù)具有初步的認識,并通過書面考試加以強化;其次利用課程實驗及參與科研的機會對學(xué)生進行操作指導(dǎo),使其能熟練掌握操作過程;最后,通過參觀實習(xí),親自參與進入工業(yè)生產(chǎn)中,使其對技術(shù)的應(yīng)用及工程化加深理解。通過三步走,不僅能提高學(xué)生的操作水平,而且能培養(yǎng)學(xué)生的工程意識,使其能迅速與社會接軌。

三、結(jié)合愛國主義教育,樹立學(xué)生的責(zé)任感

此前有報道顯示,自1978年改革開放至2002年底,中國已有超過58萬人出國留學(xué),約27萬人正在海外就讀,目前共有15萬多人回國工作。就這個數(shù)字來說,我國留學(xué)人員流失比例近50%。[8]而中國社科院在《2007年全球政治與安全》中指出：中國流失的頂尖人才數(shù)量在世界居于首位。

如何使培養(yǎng)的高層次人才留在國內(nèi),也是教育工作者應(yīng)考慮的問題。取得偉大成就的科學(xué)家值得尊重,而心懷愛國主義的科學(xué)家更值得敬重。這就要求教師在給學(xué)生傳授知識的同時,還要潛移默化地進行愛國主義教育,努力培養(yǎng)他們成為愛國的人才,為國家服務(wù),為人民服務(wù)。例如,細胞工程的工業(yè)應(yīng)用與醫(yī)藥的研發(fā)密切相關(guān)。植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)可以從植物細胞中大量提取活性成分,用作藥物。而在講解這部分內(nèi)容時,就可以適時地向?qū)W生宣傳以熱愛祖國為榮的思想。中藥材本是中國5000年文明的瑰寶,但現(xiàn)在卻面臨“專利尷尬”。像牛黃清心丸是我國傳統(tǒng)中成藥,但是韓國的科研人員已經(jīng)中國專利局申請了兩項相關(guān)產(chǎn)品的專利。這也給我們敲響了警鐘。中國的科研人員應(yīng)該加強自主研發(fā)能力和自主產(chǎn)權(quán)的保護意識,有了以祖國為榮的信念,在工作中就有了為之奮斗的目標和動力,真正為國家服務(wù)。

科研人員除了要愛國之外,同時也必須遵守基本的職業(yè)道德,這樣才能使研究成果得到正確利用,真正為祖國,為人民謀福利。因此,我們所培養(yǎng)的現(xiàn)代工程師的素質(zhì)不僅是要體現(xiàn)出“會不會做”,更應(yīng)該體現(xiàn)“該不該做”,“可不可做”或“值不值做”。[7]45

克隆技術(shù)是細胞工程乃至整個生物工程領(lǐng)域最前沿的一項技術(shù)。自從1997年“多利羊”的誕生起,對于這種技術(shù),世界上始終存在著爭議。一方認為,克隆技術(shù)將為傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)帶來革命性,應(yīng)該加大科研投入;而另一方則認為,若這項技術(shù)應(yīng)用于人類自身,則會帶來道德上的災(zāi)難,應(yīng)該予以禁止。這種“該不該做”的問題很大程度上取決于研究人員的道德品質(zhì)和價值取向。所以,在課堂上教授給學(xué)生的不應(yīng)該僅僅是知識,還應(yīng)該有基本的職業(yè)道德。要讓學(xué)生學(xué)會判斷,哪些是該做的,哪些是不該做的。

“大工程觀”的本質(zhì)是力圖實現(xiàn)多元價值觀的整合,將科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟、社會、環(huán)境生態(tài)、文化以及審美藝術(shù)、倫理道德等價值觀整合起來,指導(dǎo)工程實踐。專業(yè)教師應(yīng)將大工程觀的這種教育理念融入細胞工程的具體教學(xué)之中,在傳授學(xué)生本課程技術(shù)知識的同時,幫助他們樹立整體觀、工程觀及責(zé)任感,努力把他們培養(yǎng)成為優(yōu)秀的、愛國的、道德高尚的工程師。

[1]李志勇.細胞工程 [M].北京：科學(xué)出版社,2003：7.

[2]鄒方東,王喜忠.細胞生物學(xué)“教師、教材、教法”三位一體課程建設(shè)與改革[J].中國大學(xué)教學(xué),2009(1)：52-54.

[3]謝笑珍.“大工程觀”的涵義、本質(zhì)特征探析 [J].高等工程教育研究,2008(3)：35-38.

[4]王雪峰,曹 榮.大工程觀與高等工程教育改革[J].高等工程教育研究,2006(4)：19-23.

[5]陳若愚,朱建飛,王國平.建立與大工程觀相適應(yīng)的基礎(chǔ)化學(xué)課程體系 [J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2006,7(3)：39-40.

[6]楊志明.組織工程的發(fā)展趨勢[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2003,17(2)：81-82.

[7]李志義.高等工程教育改革實踐：思與行[J].高等工程教育研究,2008(2)：44-47.

[8]李 穎.百萬精英滯留海外拷問留學(xué)潮[N].廣州日報,2009-07-21(A 8).

Teaching Reform in Cell Engineering under the Education Principles of Large-Scale Engineer ing

ZHU Ji,WAN G L i-qun,CA IZhi-qiang,YAN G Song-lin,YU Bing-qi
(School of Chem istry&Chemical Engineering,Changzhou University,Changzhou 213164,China)

Cell Engineering is an important curriculum in bioengineering.To reform the teaching methods,the education principles of large- scale engineering can be introduced,which can broaden students’know ledge,imp rove their practical ability,and increase their sense of social responsibility so that the excellent,patriotic and virtuous engineer would be trained for the country.

cell engineering;the Idea of Large-Scale Engineering;teaching reform

李 艷)

G420 文獻標碼：A

1672-9048(2010)03-0111-03

2010-03-26

朱 吉力 (1977—),男,江蘇常州人,碩士,講師,主要從事生物催化研究。