生物物理学科交叉型研究生创新能力的培养

廖紫娟，高 珊，王艳伟

(温州大学 数理学院，浙江 温州 325035)

当今社会，生物物理交叉学科促进科技创新这一战略价值正在日益凸显，世界各科技强国正在纷纷采取有效的措施大力推进生物物理交叉学科的发展[1]。生物物理交叉学科是指把生物学和物理学的知识、技能、工具和方法相结合来处理单一学科不能处理的难题的综合学科[2,3]。生物物理学科的交叉点通常会出现新的增长点和科学前沿[4]。据统计,百年以来交叉学科在诺贝尔奖获得中占比高达41.02%[5]，这一数据足以表明学科交叉对科技创新发展的推动作用。纵观交叉学科的发展历程发现：最高层次的学科交叉就是学科融合，可以形成新的学术领域,从而产生创新成果[6]。在20世纪70年代，国际上的综合理科课程只有30～40个，但是10年后，综合理科课程数目增加到130个[7]。在大学层面，美国很多高校设立了“种子基金”，对跨院系研究机构提供资助，以此来促进跨学科的发展[8]。在20世纪50年代上半叶,生物物理学作为一门新的独立学科应运而生。而在1958年,以中国科学院生物物理研究所的成立为主要标志开始了我国生物物理学的发展历程[9]。党的十九大报告提出要加快建设创新型国家并做出相应部署，强调培育创新型人才是构建创新型国家的要素[10]。因此研究生教育作为我国高等教育的最高层次，培养具有创新能力的生物物理交叉型研究生人才，是时代赋予研究生培养单位和研究生教育者的使命与责任。

1 生物物理学交叉型研究生创新能力培养所体现的问题

1.1 学科资源配置的约束

在一定的历史时期，高校的生物学和物理学科研资源是有限的，在院系教学资源配置上，主要表现为传统划分的院系利益固化，生物学和物理学的学科资源和课程培养等优质办学资源相互隔离，这种资源的约束不利于生物物理交叉学科的发展。基础设施上，主要表现为实验室开放不足，科研环境建设亟待加强，生物学院和物理学院拥有配备所在学科领域专业设备的优势，所以独立实验室的设备是比较齐全的，但是对于非本院的学生就没有给予适当的使用权，这种实验室资源的流通不畅对生物物理研究生的科研工作造成困扰。

1.2 协调机制不健全

生物物理学科交叉研究生培养过程通常缺乏生物学和物理学两学科间的合作，缺乏一个协同合作、交流创新的平台，这种交流的平台可以促进思维碰撞和学术交流。而现在面对的问题一方面是高校没有采取相关措施给生物物理研究生一个无障碍交流的环境；另一方面是缺乏一些在理论和实验方面都出色的生物物理学科交叉型人才带领整个团队。

1.3 培养模式固化

生物物理交叉学科不同于单一学科，学生需要兼顾两个学科的学习，而高校并没有在培养方案上体现生物物理学科交叉的差异性，依然固化与之前的单一培养模式，如在课程制定上仍然依照单一学科模式或者要求学生选修2-3门课程来凸显交叉特性。基础知识的夯实是创新能力培养的基础，培养方案的制定不够深入就无法满足生物物理研究生的创新能力培养需求。其次相关课程学习的时效性不够，课程学习和个人科研需求与兴趣不匹配等问题不同程度存在。最后，从师资条件来看，生物物理交叉学科老师大多学科背景单一，缺乏交叉学科思维和知识储备，这也成为导师难以胜任生物物理交叉领域研究生教师的内生障碍。

2 生物物理学科交叉型研究生创新能力的培养策略

2.1 构建生物物理交叉学科资源共享平台，促进两学科资源互惠

生物物理交叉学科研究生的创新能力要得到发展，就必须从深层突破以生物学科和物理学科为界限的组织模式[11]。所以高校应从不同层面着手，采取相关举措来促进生物学和物理学的共享、交流与融合。

2.1.1 建立生物物理网络资源知识库

组织学生建立一个网络知识库，知识库一方面给研究生提供相关文献资料与最新科研动向；另一方面可以与相关生物物理科技公司合作，展示各个研究方向的已有应用成果以及未解决的难题。研究生可从知识库上查找国内外生物物理文献资料，也可以从了解应用前景，并从应用的角度分析自己的研究方向与内容。同时，不同科研小组之间可以留言互动进行科研学术交流，不仅可以促进生物物理研究生把握自己研究领域的状况和前沿知识，还可以与其他各校不同研究方向的同学老师进行学术讨论，不断更新科研思想，完善自己的实验方法和手段，撷取精华、取长补短、将生物学和物理学成功接轨，活跃生物物理交叉学科学术氛围，激发交叉学科创新灵感。

2.1.2 实现实验室开放共享

创新性、前瞻性、开放性和高度协作性是生物物理实验所具有的特点。只有强化开放、合作的意识时，科研实验发展才能顺利被推进。虽然物理学和生物学在研究对象上存在差异，但是二门学科的研究均基于观察和实验。例如在单分子检测与操纵技术小组对生物单分子的研究不仅限于他们的定位成像，还包括对生物单分子施加外力作用以观察其机械响应，如磁镊技术就是用特定手段对生物大分子加以静电相互作用力表征单个DNA的凝聚作用强度[12]，这是两学科实验手段完美结合的典型实例。事实证明科研实验室的开放共享可提高科研效率，促进科研手段的创新。

2.2 成立生物物理交叉学科研究生社团，活跃交叉学科学术创新氛围

从理论角度分析,交叉学科方向的研究生培养模式较传统单一学科更具优势,甚至有学者认为如今研究生培养已经从单一学科范式向学科交叉范式转型[13-15]。为了更好地发挥生物物理学科交叉优势，可以成立生物物理交叉学科研究生社团促进两个学科之间的实质性渗透、交叉和融合。

2.2.1 导师系统指导与社团结合

生物物理交叉学科研究生培养不仅要求横向意义上的交叉融合，还应包含纵向意义的覆盖，注重基础研究与应用研究的交叉。因此，实践中可以采取由导师系统指导生物物理交叉学科团队集体培养的方法。依照不同导师研究方向设立不同类型的社团，开展生物物理交叉学科文献搜索达人、学术报告、科研应用展望、科研实验分享等相关社团活动并请导师进行评论和指导。导师的系统指导保证活动的科学权威性，在愉悦的社团活动中使两学科有效融合。

2.2.2 科研实验室与社团结合

科研创新社团是一个具有综合性、集成性和交叉性的良好的科技创新平台，科研实验室可为生物物理研究生创设良好的沟通机制和环境。如生物单分子操纵与检测小组依托物理学科，建立了生物物理交叉研究实验室，吸引物理学、生物学研究生共同探讨受限于单一学科的问题。图1为单分子检测与操纵小组在科研实验室利用原子力显微镜进行的多价离子导致DNA分子凝聚实验图[16-18]，图中是使用物理手段对DNA分子进行的成像。

图1 原子力显微镜下多价离子对DNA的凝聚

2.3 优化生物物理研究生培养策略，保证复合型创新人才培养质量

生物学与物理学的融合对于开展科学研究、培养拔尖创新人才、服务国家经济社会发展需求、科技创新等方面具有重要意义[19]。而交叉课程学习是保证科研创新的基础，只有优化培养策略才能发挥交叉学科的优势。

2.3.1 开设具有灵活性和多样性生物物理学科课程

与单一学科的课程学习不同，生物物理交叉学科需要夯实并融合两门课的知识，在课程的安排上需要体现知识的交叉性与连贯性。一方面，生物物理的课程目标已经较单一学科发生变化，为了顺应新的课程目标，这样可以请两个学院的老师一起重新梳理编排适用于生物物理交叉学科研究生的课程，包括理论课、实验课以及科研学术前言课；另一方面，生物物理学是一门注重实验的学科，科研资源也需要重新合理配置，例如初期的实验课可以请两个学院老师共同授课，当然实验室资源共享是前提。

2.3.2 建立生物物理交叉学科导师联合指导的有效机制

对于生物物理学科交叉型研究生来说，他们的导师大多之前都是单一学科的老师，这也使他们学术视野受限，而单一的生物学和物理学一贯的思维模式和技术方法的区别也限制了交叉学术领域的发展，这不利于生物物理交叉学科教学和科研的发展。对于这个问题，提出建立生物物理交叉学科导师联合指导的有效机制，加强交叉学科师资力量。组建一支生物物理导师联合的指导小组，根据实际需求进行合作与专业分工的有机互补，充分发挥特长，对于导师来说，可以强化生物物理交叉学科优势，优化整合师资力量。通过联合导师组共同制定研究生的研究课题，建立有效的沟通和跟进机制，可定期与学生进行小组交流，对于学生来说，这样可以充分发挥生物物理交叉学科创新优势。

3 结 语

本项目以单分子检测与操纵实验室为依托，通过对生物物理研究生培养过程中体现的问题进行剖析，提出资源共享、成立学习社团、优化培养策略三个解决方案。单分子检测与操纵小组的实践过程表明，生物学和物理学的融合会激发更多的创新点，以培养交叉复合创新型人才为目标，实验室共享是基本要求；成立学习社团小组是必要环节；优化培养模式是重要保障。详见图2。

图2 生物物理学科交叉型研究生创新能力培养结构图