以交叉融合的大健康产业链课程体系培养“产学研”三位一体的跨界人才

和渊

作为一名普通生物教师和科技辅导员，我结合自己的一些个人经验和思考，介绍如何以交叉融合的大健康产业链课程培养“产学研”三位一体的跨界人才。

课程体系开发

如果你读过尤瓦尔·赫拉利的《人类简史》和《未来简史》，那么你将会了解到书中“从动物进化到人，再从智人到神人，人类的孜孜以求可以概括为长生不老、幸福快乐和化生为神”的观点。按照此立论，未来的产业格局就非常明晰了，那就是让人长生不老的健康产业+让人快乐的幸福产业+化生为神的技术产业。教师的职责是为未来培养人才，所以一直以来我在思考如何沿着未来产业发展的图谱进行课程布局和设置。

我结合自己生物学和清华

伯克利大学创新创业项目所构建的知识结构，开发了一套包括基础科研、医药研发和人工智能的大健康产业链课程体系。该课程体系以科学、技术、工程、数学的学科集成为纵轴，以单一主题、单元主题、多学科和完全整合的项目式学习教学手段为横坐标，开设了与基础科研相关的生物课和研学课、与医药研发相关的高端实验课和创新设计课，以及与人工智能相关的大健康产业和关于心智的生物学等一系列课程。

课程的开发最终是为培养人才而服务的，不同层次的课程分别着眼于学生学科素养的提升、科研能力的提升和开发创新能力的提升。比如，生物课培养学生生物科学的基础素养，高端实验课主要培养将来有意在相关领域开展研究的人才，而大健康产业课程更加综合，希望能够将生命科学和其他学科共同进行应用、开放和创新，使学生将来不仅有知识，还能够把知识产业化。

基础科研类课程

对于单一主题的生物课程，一般是根据课程标准和课程大纲制订每节课的教学目标，基于课本内容培育学生的科学精神和核心素养，落实立德树人的根本任务。例如，让学生动手制作各种好玩的模型，在制作过程中深入了解有丝分裂和减数分裂、细胞膜和细胞质等科学概念。教师还可以让学生紧跟科学前沿，通过阅读材料拓展。比如，通过给学生讲述药物格列卫（Gleevec）研发的故事，从药物开发的历史进程、发病的分子机理和治疗思路、寻找小分子药物的方法、专利保护和治病救人的伦理困境等方面，落实结构决定功能的生命观念，使学生对制药行业和药物研发有深刻的认识。

研究性学习课程基于课本又要高于课本，其课程内容围绕高中课本实验进行拓展和延伸，知识和技能稍微高于高中学业要求，学生通过实验探索加深对课本知识的理解，掌握基本的实验技能和逻辑方法，明白生命科学是一门实验科学。从2014年开始到现在，每年都会教授新的课题，我会思考哪些是中学生能做且结合生活实际做起来有意思的，并将多年积累下来的系列活动编撰成册，供以后学生使用。例如“智慧家庭生态园——鱼菜共生系统”课程，涵盖了生物学、生态学、物理学、计算机科学等学科知识，学生需要在不断“玩耍”的过程中探究，积极思考选择什么植物种类、鱼的数量、虹吸作用、程序设计等问题。

医药研发类课程

高端实验课主要根据“学生兴趣+教师引导”的方式选题，开展科研实践活动，学生通过高端分子生物学等实验研究，理解现代生物学前沿领域，培养有志于从事生物学研究、研发相关行业的人才。学生Frank Lin利用结构生物学手段分析胰岛素形成六聚体的氨基酸关键位点，入围了英特尔国际科学与工程大奖赛;学生白子上利用草本能源植物制取纤维素乙醇统合联产甲烷，开发新能源;学生周雨欣探究闪电熔岩的形态、成分并对比类似天然物质。此外，我们还在2018年对能否利用CRISPR/Cas 9技术在大肠杆菌内实现对噬菌体的基因编辑进行了实验。

立德树人是教师培养学生的根本，在科学课中更要注重立德树人的落实。高端实验课涉及的东西比较前沿，但我们不仅要关注技术发展，更要关注育人，培养学生的社会情怀和科学认知。比如在贺建奎事件之后，学生想要了解这一事件的来龙去脉，我们就停下来本来要上的课程，和学生一起研究事件中涉及的技术，以及引发的社会伦理争论。上完课后，学生一起写了一篇文章，表达了中学生对这一事件的看法，也是第一次向全世界发出来自中学生的声音。这篇文章在微博的关注度很高，阅读量30万左右，也得到很多学者的点赞。做这些课程很不容易，因为学生有空的时候都是放学以后和寒暑假，教师要牺牲休息时间陪着孩子一起做实验。而且，出于生物实验的特点，研究者要跟着培养细胞的节奏安排自己的时间，有的时候细胞长到了就必须收菌，所以要陪着孩子一起熬夜，甚至有一次我们在除夕夜里还在实验室做实验。虽然很辛苦，但是看着孩子们满满的成果，以及和孩子们在共同做事情中建立的深厚友谊，我觉得就值了。课程结束时，有个学生送了我一个厚厚的笔记本作为礼物，他在最后一页写着：“这是我高中阶段最美好的回忆，它关乎梦想——我终于确定了我想要的是什么，我终于看清了自己想要怎么走，并且会坚定走下去……”作为教师，我倍感欣慰，因为拓宽孩子的视野，让孩子认识到自己想要的东西，比什么都重要。

创新设计课程“生物学与信息技术学科的交叉融合”将生命科学与信息技术相结合，让学生具备跨学科的交叉知识体系，锻炼学生解决问题的能力，培养融合生命科学与信息技术的创新人才。这个系列课程的主要内容是“孟德尔的豌豆花园”和“生命之息”2款关于进化的游戏制作，让学生在玩游戏的过程中体会遗传和进化的神奇，让游戏化学习真正在学生中开展起来。

在开发孟德尔的豌豆花园游戏的过程中，学生需要了解孟德尔种豌豆做研究的背景，了解豌豆如何种植、生长和杂交，然后采用信息技术模拟整个过程，在情景还原中深刻体会科学原理。学生自己完成游戏脚本设计、原画绘制、程序开发、产品运营等，把打比赛得到的奖励资金用于在学校成立孵化器，进一步开展研究并回饋社会，到山西、江西等地贫困学校进行帮扶和教育资助。

学生没有止步于此，我们还有更大的梦想，想把课本中能体现生物学观点的内容传递给更多的人，因此基于生物进化知识又制作了“生命的跷跷板”游戏，让大家知道生命是怎么来的，体会生命的来之不易，树立热爱自然、保护环境的理念。同样地，“生命的跷跷板”游戏也是由学生自己进行游戏设计和制作，包括游戏角色和脚本设计，设想每个人物的性格、能力和成就，编写了5万多行游戏代码，完成了443张图片元件……创新设计课程极大地调动了学生的参与兴趣，印证了“兴趣是最好的老师”这句话。

人工智能类课程

“大健康产业与生命智能”课程主要讲的是仿生类人工智能、计算神经科学、人类脑智能等课程内容，让学生了解大健康产业链的运作模式，激发学生的创新热情，培养学生的高阶跨学科思维。比如全国公开课“遗传算法”，其实是模拟进化论，整个算法的基层逻辑是生物进化论中的“适者生存，不适者被淘汰”，学生需要思考如何利用进化论的算法开发代码。课程结束后，学生感慨道：“进化论其实就是大自然的算法。”

我们希望学生结合人工智能技术开发一些程序，解决生活中的实际问题。针对青少年游泳溺水事故，学生制作了一款智能手环，它可以定位并显示手环位置，一旦手环检测到佩戴者的心率低到60次/分钟就会立即告知家长，家长可以根据定位找到孩子。

中国患者数量众多，而麻醉医生的整体水平参差不一且极为欠缺。我们邀请麻醉医生参与开发“麻醉决策系统”，引导学生探究人工智能替代麻醉医生的可行性方案，利用大数据分析和建模、云计算、人工智能等技术解决相关医疗问题。“蛋白质三维建模”采用了神经网络算法，通过计算机模拟输入大量数据，预测多聚体蛋白作用位点，定点基因突变，使六聚体更易解离，提高胰岛素的效率。还有基于计算机视觉的智能垃圾箱设计，只需用微信小程序扫一扫，就能识别并告知废弃物应该放在哪个垃圾箱里。

工作后我一直思考教师的自我修养是什么。时代在不断发展，学生越来越优秀，他们会倒逼教师不断成长，必须跟上时代的发展。所以我认为，科技教师和科技辅导员需要不断自我迭代，与时代同进步，与学生同进化，提高专业技能，既要懂生物、物理、数学，还要懂人文、社会、心理学等。一个教师能够传递给学生的东西不仅仅是知识，更是他读过的书、走过的路、见过的人、经过的事和能看到的远方，让自己的网络永远处于不断扩张的状态，拥抱时代洪流的变化，应用科技手段，开发出更好的课程，为祖国培养出未来的科技创新英才，为建设制造强国和科技大国努力奋斗！