“交叉融合”：“微生物天然产物化学”的跨界教育模式

2024-05-31崔紫宁陈建平梁丽梅

工业微生物 2024年1期

崔紫宁，陈建平，梁丽梅

1.华南农业大学植物保护学院，广东广州 510642；2.华南农业大学群体微生物研究中心，广东广州 510642

1 微生物天然产物化学“交叉融合”的教育理念

在21 世纪的学术背景下，“微生物天然产物化学”涉及的已不仅仅是单一领域的学科知识，它更与生态学、环境科学、药物学、农业等领域存在紧密关联[1-4]。因此，本文引入了一种名为“交叉融合”的教育理念。该理念的核心是将微生物天然产物化学与其他学科领域相结合，强调其对于全球生态与健康的关键作用，促进学生从多学科视角看待微生物天然产物的潜在价值。

随着科技的迅速发展，我们面临着前所未有的教育变革，教育目标已经从简单的知识传授扩展到了培养学生的创造力、创新能力以及问题解决能力。这一变革需要我们重新审视教育模式，并积极探索跨学科、交叉融合的教学方法[5-6]。

2 微生物天然产物化学“交叉融合”的实施方案

2.1 课程内容融合

在教学中加入与农业、生态、环境、健康等领域的相关内容，展现微生物天然产物化学在各领域的应用。

在设计“交叉融合”教育模式的课程内容时，教师应着重于将微生物天然产物化学与农业、生态、环境、健康等相关领域融合，以展现微生物天然产物在各个领域中的应用情况。以下一些具体案例能说明这一课程内容的丰富多样性。

2.1.1 医学与健康领域

在医学和健康领域，微生物天然产物应用非常广泛[3]。课程内容可以包括微生物合成抗生素的机制，让学生了解不同抗生素对抗不同病原体的原理。此外，课程还可以介绍微生物产生的生物活性化合物在药物研发中的应用，例如，来自青霉菌的青霉素是一种经典的抗生素，对细菌感染具有强大的杀菌作用。此外，微生物也可用于生产生物类似物，如胰岛素和生长激素分别用于治疗糖尿病和生长障碍病症。通过深入学习，学生可以了解微生物天然产物在医学领域的前沿应用，培养他们对健康和医学的兴趣。

2.1.2 环境保护与生态学

微生物在环境保护和生态学中扮演着重要的角色[7]。课程内容可以包括微生物在污水处理、土壤修复和废物降解中的应用。学生可以学习微生物及其产生的酶对有机污染物的降解机制，了解利用微生物技术改善环境质量的方式方法。通过实验和案例分析，学生将能够理解微生物天然产物在维护生态平衡和环境保护方面的作用。

2.1.3 农业与食品安全

微生物天然产物在农业领域具有重要的应用价值。课程内容可以涵盖微生物天然产物在有机农业、生物农药和食品发酵领域的应用。学生可以学习微生物及其产物在提高农作物产量、保护植物健康和改善食品质量方面的作用，通过实地考察和实验操作，深入了解微生物技术在农业和食品安全领域的运用情况。

2.1.4 新药发现与生物技术

微生物天然产物是药物发现的重要来源之一[3]。课程内容可以包括微生物多样性与新药物发现、基因工程微生物的构建以及生物合成路径的调控。学生可以通过分析具体案例，了解微生物天然产物在药物研发和生物技术领域的前沿技术和应用情况。这将培养学生的实验设计和科学创新能力。

通过融合以上课程内容，学生将全面了解微生物天然产物化学在生态、环境、健康等领域的应用，培养其跨学科思维和实际解决问题的能力。这种综合性教学模式将为学生提供更广阔的职业发展空间，使其成为未来科学领域的领军人才。

2.2 合作与交流

与其他学科的专家合作，以线上线下相结合的模式开设专家讲座，是丰富“生态融合”课程内容的有效方式。在当今这个不断发展的社会，跨学科合作已成为创新和教育的关键。特别是在教育领域，跨学科合作将不同领域的专家汇聚在一起，为学生提供全面的视角和综合的知识，得到了广泛认可。

在此背景下，相关学者可以探讨如何将微生物天然产物化学与其他领域融合，以促进学生的全面发展。例如，可以邀请生态学家、医药学专家、环境科学家等其他领域的专家与微生物天然产物化学专业的教师合作，共同开设专家讲座。这种合作可以采用线上线下相结合的方式，内容可以涵盖各领域的最新研究成果、实际案例以及前沿技术。学生将能够了解这些领域中的挑战和机遇，接触实际案例，还可以与专家互动，提出问题，获得深入的见解和指导。这种互动有助于培养学生的批判性思维和问题解决能力，使他们能够更好地应对未来的挑战。

2.3 现场学习

组织学生访问生物医药研发企业、农场、污水处理厂、自然保护区等地，了解微生物天然产物化学的实际应用情况。这是一种丰富而有益的教育体验。实地访问不仅可以让学生将课堂中的理论知识转化为实际体验，还能够让学生深入了解微生物天然产物的实际应用和影响。以下是这一教育活动的关键优势。

通过参观生物医药研发企业，学生可以亲眼见证微生物天然产物在制药和医疗领域的作用，如抗生素、抗肿瘤药和免疫调节剂的生产被广泛用于药物制备。学生还可以了解到微生物是如何被用来合成药物、治疗疾病及开发生物技术产品。这种实际经验将使学生深入了解微生物天然产物在生物医药领域的实际应用，理解其在治疗疾病和促进健康方面的重要作用。

农场访问提供了让学生了解微生物在农业生产领域应用的机会。学生可以探讨土壤微生物对植物生长的贡献，以及微生物该如何用于有机农业和生态友好的农业实践。这有助于培养学生的环保意识和可持续农业理念。

参观污水处理厂也是教育上的一个亮点。学生将有机会了解微生物在废水处理中的重要性，以及微生物在去除有害物质和净化水源方面发挥的关键作用。通过参观污水处理厂，学生将明白环境工程与微生物生态系统的关系。

总的来说，组织学生实地走访，能够让他们将微生物学知识从抽象的学科理论转化为生动的现实体验。这种实际接触不仅可以激发学生的好奇心和对科学的热情，还有助于提升学生的实际应用技能，为其未来的职业生涯奠定坚实的基础。这种教育方式通过让学生亲身参与，为他们打开了广阔的知识之门，让他们认识到了微生物天然产物化学在生活中的重要性。

2.4 比赛及研究项目

鼓励学生组织并参与相关学科的比赛及研究项目，例如“大学生创新创业大赛”“挑战杯”“互联网+”等，设立课题研究微生物天然产物化学在农业病虫草害防治、新药开发、污染物降解等方面的应用。这种研究项目不仅有助于学生的学术发展，还为他们提供了解决实际问题的机会，提高了他们的创新思维和团队合作能力。例如，他们可以探索如何利用微生物产生的特殊化合物来开发新型农药，以提升农业病虫草害防治效果。这不仅有助于提高农业生产效率，还有助于降低农业生产对化学农药的依赖，减少环境污染。此外，学生还可以探索微生物天然产物中的潜在药物候选物，并研究它们的药理学和临床应用潜力。这有助于培养学生在医药领域的创新思维，同时也有望为新药的研发作出贡献。

这些跨学科的比赛和研究项目为学生提供了一个平台，让他们将课堂知识与实际问题相结合。他们将学会提出问题、制定实验计划、分析数据并提出解决方案。这对学生未来的职业生涯非常有帮助。此外，这些项目还鼓励学生与不同专业背景的同学合作，培养其团队合作和跨学科合作能力。这对于解决当今复杂问题尤为重要。通过这些项目，学生将在学术和职业方向迈出坚实的一步，为科学发展和社会进步做出重要贡献。

3 预期效果

通过与其他领域的交流与合作，学生将能够更加全面地了解微生物天然产物的价值和应用情况，获得更广泛的知识和技能；同时，这也能够增强学生的创新思维，提高学生的实践能力，为他们未来的职业生涯奠定基础。

传统的教育体系往往侧重于培养学生在特定领域的专业知识和技能。然而，随着社会的不断进步和科学技术的飞速发展，单一学科的专业知识已无法解决当前的复杂问题。微生物天然产物化学是一个跨学科课程，涵盖了微生物学、化学、生物学、农业科学、医学等多个领域，因此培养具备跨学科视野的专家变得至关重要。

“交叉融合”教育模式的核心理念在于打破学科壁垒，鼓励学生在学习和研究中跨越不同领域的界限。微生物天然产物化学专家不仅需要了解微生物生态学、化学合成、生物活性等多方面的知识，还需要懂得如何将这些知识应用于农业、医学和环境科学等其他领域。这种综合性的知识将使他们能够更好地应对现实世界中的挑战并提供创新性的解决方案。