大工程观教育理念下的“细胞工程”课程教学改革*

朱 吉力,王利群,蔡志强,杨松林,余秉琦

(常州大学化学化工学院,江苏常州213164)

大工程观教育理念下的“细胞工程”课程教学改革*

朱 吉力,王利群,蔡志强,杨松林,余秉琦

(常州大学化学化工学院,江苏常州213164)

“细胞工程”是生物工程专业的一门重要课程。将“大工程观”的教育理念融入“细胞工程”的具体教学之中,在拓展学生知识结构、提高学生实践能力、增强社会责任感等方面探索课程的改革思路,努力为国家培养优秀的、爱国的、道德高尚的工程师。

细胞工程;大工程观;教学改革

细胞工程是现代生物工程中涉及面极广的一门生物技术,它与基因工程一起代表着现代生物工程最新的发展前沿,在生命科学、农业、医药、食品、养殖业、生物资源环保、新物种构建等领域发挥着越来越重要的作用,[1]因此在高等院校生命科学及相关学科的课程设置中占有重要地位。学好这门课程,将为学生今后从事生物学领域的相关研究及与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础。[2]“大工程观”自20世纪90年代首次提出后,由于其实践性、整合性、创新性等特点,越来越受到工程教育界的认可。[3]它所反映的内容主要由三点构成：一是具有工程实践能力;二是综合的知识背景以及整体性的思维方式;三是职业道德及社会责任感。[4]这三点内容也是新世纪工程类高层次人才的培养目标。在细胞工程教学中,如何将“大工程观”的教育理念融入其中,提高教学质量,培养生物技术方面的跨学科复合型工程人才,成为本课程教学改革的重点内容。[5]

一、加强各学科间的联系,拓展学生知识面,树立学生整体观

当代科技的发展趋势是多学科交叉融合。一项技术的发展可能涉及到多个学科领域,很难在一门课程范围内得到解决。而学生在学习过程时,普遍存在着一种现象：他们看待问题,通常着眼于本学科,试图在其专业范围内得到解决。而这与高科技发展的大趋势不相适应。比如说,细胞工程领域的众多技术中,有一项新兴的技术——组织工程,代表了现代生物工程的一个发展方向。这项技术是将人体某部分的组织细胞种植和吸附在一种生物材料的支架上进行人工培养繁殖、扩增,然后移植到人体内所需要的部位,从而达到器官修复或再造的治疗目的。由于使用的是自身的组织细胞,因此在进行组织或器官移植时不存在排异问题,其市场前景非常广阔。[6]

组织工程技术虽然属于细胞工程的范畴,但作为一项新兴技术,它所涉及的学科领域很多,主要有4大类：生物、材料、机械和医学。因此,研究这一技术,既非某一单一学科能够解决,也不是几大学科的简单叠加,而是不同学科间技术的相互融合。国际上研究组织工程较为著名的大学及研究所都是以团队形式(research team)组合在一起。团队中有来自各个领域的专业人才,他们将各自的技术融汇贯通,共同研究。这些跨学科新兴技术,对于科研人员有三点要求：一是需要有精深的专业性;二是需要有广阔的知识面;三是具有团队合作精神。这样就可以从项目整体性的高度来考虑某一局部专业性的问题,相互配合,高效地开发这一技术。

因此,在具体授课过程中,遇到跨学科的新兴技术,不应单从本学科的角度讲解某一个部分,而是应从整体技术角度出发,拓展学生知识面,使其对技术的认识上升至一定的高度,同时也应培养学生的团队合作意识。比如组织工程,涉及的生物技术是授课的重点,要求学生掌握;但同时,相关的一些学科,也应做必要的介绍。像适用于组织工程的生物材料需要有哪些特点?而材料又如何成型?在材料上种植细胞后应如何做医学实验进行评价?这样,学生以后在工作中涉及这类技术时,就不会仅从局部考虑,而是着眼于整体,研究自己专业所涉及的部分如何融入其中。

二、理论联系实践,提高学生操作水平,树立学生工程观

我国高等工程教育规模目前已达到高等教育总规模的1/3以上,跃居世界第一。但工科专业目前尚未完全打破按二级学科知识体系来构建知识结构的局面,重“学”轻“术”、重理论轻实践的倾向仍较严重。因此,在一定程度上,是按培养“科学家”的模式来培养“工程师”。[7]44理论是实践的基础,它的重要性不言而喻,而新兴技术发展的前提也正是大量基础理论的支撑。但一个美好的想法,一个优秀的理论,能否在实际生产中得以实现,能否转化为生产力,对于工业的发展更为重要。这也是培养工科专业学生的任务和要求。

细胞工程作为现代生物工程领域中的一个重要组成部分,对操作能力和工程能力要求很高。它以细胞生物学和分子生物学为理论基础,依靠工程学的步骤,来获得细胞产品。因此,对于生物工程专业的学生而言,基础理论的学习是必要的,但更重要的是需要掌握如何使用工程学的方法将理论转化为生产力。这就要求我们在授课过程中,不仅要讲解某一技术的使用原理、操作过程,更要讲解这项技术如何在生产中实现应用,这样才能促使学生更好地理解和转化这项技术。

例如,细胞工程中有一项很重要的技术——动物细胞的培养。它所使用的原理及操作是需要学生掌握的。但如果讲解仅此两点,学生所学到的也仅仅是培养技术,以后也只能是一名合格的“技术员”,而不能成为一名优秀的“工程师”,因为他不能更深一步地开发这项技术,使其转化为生产力。动物细胞培养的一个非常重要的应用就是疫苗的生产开发。它将细胞培养与反应器技术相结合,逐级放大,可以生产出各种类型的疫苗。因此,在授课过程中,将这些最新应用成果教授给学生,一方面可以提高学生的学习兴趣,摆脱枯燥的理论;另一方面,可以使他们了解这项基本技术的工业应用,为以后在工作中应用这项技术开发新产品打下基础。

但同时,对于这些技术的讲解,并不是简单的“纸上谈兵”,而要与实验相结合,以提高学生的操作技术水平。以常州大学化工学院生物工程专业2004级学生为例,首先在期中考试中设计了一道实验题,要求写出动物细胞培养的具体操作。62位学生中,有35位回答完整,其具体操作,每一步的注意事项都很详细,准确率达到56.4%,从笔试情况看,解答正确的学生已经掌握了这项技术。然后从这35位学生中随机选出10位到细胞实验室现场进行细胞培养操作,经过2天的细胞培养,通过镜检发现,有4位学生培养的细胞未贴壁,另3位学生培养的细胞发生染菌,仅有3位学生培养的细胞成功贴壁,并开始增殖,成功率仅为30%。接着,对这10位同学进行操作培训,在实验中重新讲解技术要点,让他们反复练习。经过两星期的训练,再进行测试,细胞培养成功率升至90%。由此可见,技术的掌握并非仅靠课堂讲解及课后记忆,而要在实践中亲自去摸索、熟练。

工科类学生所从事的工作与工业生产密切相关,仅仅知道“为什么这么做”及“如何去做”是不够的,还必须要“会做”,而这也正是工科学生所欠缺的。针对此问题,提出了“三步走”的教改方案。首先在教学过程中对技术的原理、操作及应用进行具体讲解,使学生对这项技术具有初步的认识,并通过书面考试加以强化;其次利用课程实验及参与科研的机会对学生进行操作指导,使其能熟练掌握操作过程;最后,通过参观实习,亲自参与进入工业生产中,使其对技术的应用及工程化加深理解。通过三步走,不仅能提高学生的操作水平,而且能培养学生的工程意识,使其能迅速与社会接轨。

三、结合爱国主义教育,树立学生的责任感

此前有报道显示,自1978年改革开放至2002年底,中国已有超过58万人出国留学,约27万人正在海外就读,目前共有15万多人回国工作。就这个数字来说,我国留学人员流失比例近50%。[8]而中国社科院在《2007年全球政治与安全》中指出：中国流失的顶尖人才数量在世界居于首位。

如何使培养的高层次人才留在国内,也是教育工作者应考虑的问题。取得伟大成就的科学家值得尊重,而心怀爱国主义的科学家更值得敬重。这就要求教师在给学生传授知识的同时,还要潜移默化地进行爱国主义教育,努力培养他们成为爱国的人才,为国家服务,为人民服务。例如,细胞工程的工业应用与医药的研发密切相关。植物细胞大规模培养技术可以从植物细胞中大量提取活性成分,用作药物。而在讲解这部分内容时,就可以适时地向学生宣传以热爱祖国为荣的思想。中药材本是中国5000年文明的瑰宝,但现在却面临“专利尴尬”。像牛黄清心丸是我国传统中成药,但是韩国的科研人员已经中国专利局申请了两项相关产品的专利。这也给我们敲响了警钟。中国的科研人员应该加强自主研发能力和自主产权的保护意识,有了以祖国为荣的信念,在工作中就有了为之奋斗的目标和动力,真正为国家服务。

科研人员除了要爱国之外,同时也必须遵守基本的职业道德,这样才能使研究成果得到正确利用,真正为祖国,为人民谋福利。因此,我们所培养的现代工程师的素质不仅是要体现出“会不会做”,更应该体现“该不该做”,“可不可做”或“值不值做”。[7]45

克隆技术是细胞工程乃至整个生物工程领域最前沿的一项技术。自从1997年“多利羊”的诞生起,对于这种技术,世界上始终存在着争议。一方认为,克隆技术将为传统的医学带来革命性,应该加大科研投入;而另一方则认为,若这项技术应用于人类自身,则会带来道德上的灾难,应该予以禁止。这种“该不该做”的问题很大程度上取决于研究人员的道德品质和价值取向。所以,在课堂上教授给学生的不应该仅仅是知识,还应该有基本的职业道德。要让学生学会判断,哪些是该做的,哪些是不该做的。

“大工程观”的本质是力图实现多元价值观的整合,将科学、技术、经济、社会、环境生态、文化以及审美艺术、伦理道德等价值观整合起来,指导工程实践。专业教师应将大工程观的这种教育理念融入细胞工程的具体教学之中,在传授学生本课程技术知识的同时,帮助他们树立整体观、工程观及责任感,努力把他们培养成为优秀的、爱国的、道德高尚的工程师。

[1]李志勇.细胞工程 [M].北京：科学出版社,2003：7.

[2]邹方东,王喜忠.细胞生物学“教师、教材、教法”三位一体课程建设与改革[J].中国大学教学,2009(1)：52-54.

[3]谢笑珍.“大工程观”的涵义、本质特征探析 [J].高等工程教育研究,2008(3)：35-38.

[4]王雪峰,曹 荣.大工程观与高等工程教育改革[J].高等工程教育研究,2006(4)：19-23.

[5]陈若愚,朱建飞,王国平.建立与大工程观相适应的基础化学课程体系 [J].江苏工业学院学报,2006,7(3)：39-40.

[6]杨志明.组织工程的发展趋势[J].中国修复重建外科杂志,2003,17(2)：81-82.

[7]李志义.高等工程教育改革实践：思与行[J].高等工程教育研究,2008(2)：44-47.

[8]李 颖.百万精英滞留海外拷问留学潮[N].广州日报,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 艳)

G420 文献标码：A

1672-9048(2010)03-0111-03

2010-03-26

朱 吉力 (1977—),男,江苏常州人,硕士,讲师,主要从事生物催化研究。