朱 皓， 信豐學， 章文明

(南京工業(yè)大學生物與制藥工程學院， 南京211816)

合成生物學作為21世紀新興交叉學科，是以生物學、化學和物理為基礎，工程學、數(shù)學、計算機和信息技術為手段的一門科學，被認為是理解生命的新鑰匙(造物致知)和未來的顛覆性技術之一(造物致用)。它采用化學或生物化學合成的 DNA 或蛋白質生物元件，通過工程化的鑒定，形成標準化的元件庫，創(chuàng)造具有全新特征或增強了性能的生物模塊、 網絡、體系乃至生物體(細胞)，以滿足人類的需要[1]。如今合成生物學的應用已經擴展至很多領域，如生物燃料生產、天然產物合成、生物醫(yī)藥、合成新物種等[2]。

作為一門新興的前沿學科，在教授學生合成生物學專業(yè)知識的同時，也要與馬克思主義基本原理相結合，注重科學思維、工程倫理教育，提升學生在合成生物學領域發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生勇攀科學高峰的自信心和勇?lián)鷷r代使命的責任感，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。

1 合成生物學課程思政建設的意義

以往的合成生物學學科建設更側重于合成生物學技術和方法的傳授，教學中也強調教學內容的掌握和運用，學生學習考核中更多的是知識點掌握的熟練程度。但是因為合成生物學與傳統(tǒng)生物學通過解剖生命體以研究其內在構造的辦法不同，它的研究方向完全是相反的，是從最基本的要素開始一步步建立零部件，在生物安全等方面受到極大關注，因此在合成生物學課程中推進課程思政建設有著重要的現(xiàn)實意義。合成生物學課程思政建設要堅定以馬克思主義基本原理為指導，將課程知識點與我國現(xiàn)實科研成就相結合，將學生自身職業(yè)發(fā)展與學科發(fā)展前景相結合，將課程特點和道德規(guī)范相結合，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、人文情懷和職業(yè)道德,使學生逐漸成長為德才兼?zhèn)涞纳鐣髁x建設者。

合成生物學被認為是繼 DNA 雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)和人類基因組計劃之后現(xiàn)代生物學的第3次革命，是發(fā)展低能耗、環(huán)境友好、高效和健康可持續(xù)的生物產業(yè)的主要技術支撐, 對實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義[3]。充分發(fā)揮專業(yè)課教師“主力軍”、專業(yè)課教學“主戰(zhàn)場”、專業(yè)課課堂“主渠道”作用[4]，寓價值觀引導于專業(yè)知識傳授和科學能力培養(yǎng)之中，使合成生物學課程與思政課程同向同行，形成協(xié)同效應，構建全員全程全方位育人大格局[5]。

2 合成生物學課程思政改進方向

合成生物學作為一門自然科學類專業(yè)課，注重人工的設計與建造, 在合成生物元件、裝置和系統(tǒng), 融入自然界中原本不存在的途徑和功能。傳統(tǒng)的自然科學方法傾向對自然規(guī)律的分析、闡明和歸納總結, 形成認知自然的一般性規(guī)律。合成生物學既有自然科學分析和認知的特性, 也具備工程學設計與建造的特點。從科學方法論的角度理解合成生物學的研究方法[6],結合中國的特色和國情，在課程自身知識體系中進行社會主義核心價值觀的樹立和引導，在課堂教學中進行思政教育一直是一個難點。隨著課程思政在各學科的全面開展，育人理念得到全面革新，合成生物學課程思政建設取得一定成果，但仍需厘清改進方向，進行教學改革，提升課程思政教育實效。

2.1 合成生物學課程思政教學體系有待進一步完善

合成生物學在以往課程教學中更注重科學知識體系的構建和講解，忽略人文社科的科學能動性。比如，雖然合成生物學已經被認為是未來改變世界的顛覆性技術，目前公眾對基因編輯技術還存在一定的誤區(qū)和不解。因此，在介紹“合成生物學的應用”“合成生物學引發(fā)的新浪潮與顛覆”等重要章節(jié)時，教師可以通過讓學生運用所學知識對社會上的認知進行“找茬”，如人造生命“辛西婭”、實驗室改造的各種有害病毒等，在訓練學生理性思考能力的同時，鼓勵學生勇于質疑、不盲目、不盲從。這些案例的引入，不僅可避免“教學內容的碎片化、教學方式的單一化”，也可加強合成生物學課程思政的整體性把握，將顯性思政和隱形價值引導相結合，形成多學科背景相互交叉、良性互動的教學團隊，全方位發(fā)揮作用[7]。

2.2 合成生物學課程思政形式有待進一步創(chuàng)新

合成生物學課程內容具有內容龐雜、邏輯性強、學科交叉等特點，教師不僅要提升思政元素的挖掘能力，更要把課程所蘊含的思政元素巧妙地融入課程教學內容中，切忌對所挖掘的思政元素進行“生搬硬套”“簡單嫁接”等處理。比如，“合成生物系統(tǒng)的設計與組裝”作為課程的重點和難點內容，如何有機融入思政內容，實現(xiàn)思想政治教育和知識體系教育上的有機統(tǒng)一。傳統(tǒng)的思政形式是簡單向學生介紹我國科學家在纖維素乙醇生產菌株改造方面取得了系列突破，建立了降解性能強、魯棒性好、生產效率高的生物發(fā)酵體系，在世界處于領先地位，這和我國社會主義制度優(yōu)越性是密不可分的。合成生物學專業(yè)相關度高，但學生興趣不大，效果不顯著。如果換個形式，使用新媒體手段、社會實踐形式或者從中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化角度切入，講述傳統(tǒng)釀酒、釀醋工藝中隱藏的合成生物學原理和技術，進一步結合“設計-構建-檢驗-重設計”的特征循環(huán)優(yōu)化合成生物系統(tǒng)的案例，通過時間線和生物合成路線的交叉，系統(tǒng)講述合成生物學在中國歷史發(fā)展過程中的過去、現(xiàn)在和未來，將可實現(xiàn)育人和育才的有機統(tǒng)一。

2.3 合成生物學課程思政高度、深度、廣度和溫度有待進一步拓展

在合成生物學課程思政建設中，不能簡單地進行思政說教，而是要在講清楚知識點的同時，帶領學生透過現(xiàn)象看本質，在學習實踐中發(fā)掘出社會主義核心價值觀。比如，“合成生物學原理”章節(jié)主要介紹合成生物學的層級化結構及邏輯關系、合成生物學的設計原理等。不同功能的生物元件組成復雜一些的生物裝置，不同功能的生物裝置協(xié)同運作構成更為復雜的生物系統(tǒng)?？蓪⑸镌?、生物裝置、生物系統(tǒng)類比成個體、社會、國家，系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于生物元件、生物裝置之間的適配性；同樣，不同的個體發(fā)揮著不同的功能，個體之間相互協(xié)作才能促進社會的進步，國家的穩(wěn)定和發(fā)展也取決于個體的奉獻和社會的和諧。因此，可從大水漫灌改為精準滴灌，潛移默化地引導學生產生共鳴，著力打造全方位、多層次、寬領域的思想政治教育工作格局。

3 合成生物學課程思政建設的實踐路徑

合成生物學課程思政建設是一個系統(tǒng)、復雜、全面的教育教學改革工作，要牢記立德樹人任務，明確為黨育人、為國育才目標，在大先生、大老師的示范帶領下，通過全員全程全方位育人。有效的指導是教師-學生雙向的：教師允許學生針對課題提出自己的見解，并且不應懼怕教師；優(yōu)秀教師應鼓勵學生積極參加國內外會議，并提交報告或者海報，積極建立自己的潛在的合作社交網絡[8]。合成生物學課程教研室根據(jù)上課經驗積累、自身科研實踐、外出交流學習、學生學習反饋、與思政教師座談等形式形成合成生物學課程思政教學章節(jié)表[9]，將思政元素融入課程每個章節(jié)中，詳見表1。

3.1 完善合成生物學課程思政教學體系

3.1.1 創(chuàng)新育人角度，發(fā)掘課程思政深度

合成生物學采用自下而上的策略，結合“設計-構建-測試-學習”的工程化設計原理，可通過人工設計和編輯自然界中不存在的生物元件、代謝途徑與調控網絡進而構建新的生物系統(tǒng)來解決能源、材料、健康和環(huán)境等問題。通過相關案例，如我國科學家成功破解含Z堿基基因組的生物合成路徑[12]的介紹，鼓舞學生大膽探索，秉持牢固的唯物主義價值觀，勇于探索新領域，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，孜孜不倦追求真理。

3.1.2 講透說清知識點，深挖教學內容思政點

利用合成生物學方法對自然界中微生物進行改造可以提高其利用可再生生物質資源合成不同化學品的能力；通過對關鍵基因進行調控，優(yōu)化合成途徑可以顯著提高化學品的生產速率；通過構建高效的細胞工廠，促進生物制造產業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)國民經濟的綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展[13]，引導同學們更加直觀、切實地體會到“科學技術是第一生產力”，銘記“科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂”，激發(fā)學生科技報國的決心，促使學生為實現(xiàn)現(xiàn)代化強國和中華民族偉大復興不懈努力。

3.1.3 提高教師素質，樹立課程思政理念

合成生物學的發(fā)展日新月異，這就要求高校教師時刻關注前沿知識動態(tài)的發(fā)展，發(fā)揮主觀能動性、積極性和創(chuàng)造性，深入挖掘與課程內容、前沿發(fā)展相關的思政元素，并將其巧妙地引入到課堂中，“潤物細無聲”地影響學生的人生觀和價值觀。一方面要以馬克思主義基本原理為指導，認同課程思政理念，用心、用情、用愛去教書育人；另一方面，也要將課程思政當作一門學問、一種價值、一個信仰來認真鉆研，成長為政治立場過硬、業(yè)務能力精湛、技術方法嫻熟、育人水平高超的“金師”。

3.1.4 根據(jù)專業(yè)歷史，發(fā)揮課程思政育人功能

通過講述合成生物學相關重要歷史事件和重要人物的奮斗史，持續(xù)不斷地培養(yǎng)學生對真理的探索精神，激勵同學們的學習熱情，幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀，發(fā)揮合成生物學課程的思政育人功能。比如通過介紹我國科學家利用小分子核苷酸完成了4條真核生物釀酒酵母染色體的從頭設計與化學合成[14-17]，展示我國在這一領域的國際地位，也將開啟人類“設計生命、再造生命和重塑生命”的新紀元。

3.2 創(chuàng)新合成生物學課程思政形式

3.2.1 結合黨史教育，講好歷史故事

將我國合成生物學發(fā)展歷程和黨史學習教育活動相結合，做好歷史傳承、講好歷史故事，發(fā)揮合成生物學思政育人功能，培養(yǎng)學生探索未知、追求真理的責任感。從結晶牛胰島素和酵母丙氨酸t(yī)RNA的全合成到揭示特殊DNA的合成機制，從香山科學會議到“三國六院”系列會議(six academies symposium series)，從國家科技重點專項到基地建設，這些重要成果與社會主義制度的優(yōu)越性和中國共產黨的正確領導密不可分。中國科學家用“造物致知,造物致用”對合成生物學作了精辟的概括，旨在通過建造生物體系而了解生命，通過創(chuàng)造生物體系來服務人類[18]。

3.2.2 結合優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培育責任擔當

結合中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)學生職業(yè)道德和大國工匠精神。我國是人口大國，民以食為天，淀粉是谷物糧食中最主要的成分。目前淀粉主要來源于植物的光合作用，其周期長、效率低、過程復雜；我國科學家利用合成生物學的原理與技術，結合化學催化，實現(xiàn)了二氧化碳人工合成淀粉從 0 到 1 的突破[19]?！昂铣缮锛夹g”已經成為綠色生物制造產業(yè)發(fā)展的高速引擎，它不僅改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產方式，減少了對自然資源的依賴，以更小的環(huán)境代價獲得了更高的經濟產出，同時也將進一步破解資源、能源、健康、環(huán)境、安全等重大難題。這與我國傳統(tǒng)文化中“天人合一”“人與自然和諧共生、永續(xù)發(fā)展”等思想內容在尊重自然環(huán)境內在價值與內在權利的同時，自覺協(xié)調人與自然環(huán)境的關系上，理念不謀而合[20]。

3.2.3 深入社會基層，理論實踐結合

結合社會實踐活動，發(fā)揮學生在課程思政中的主體作用，把論文寫在祖國大地上、車間里。通過全國大中專學生志愿者暑期文化科技衛(wèi)生“三下鄉(xiāng)”“青年紅色筑夢之旅”“推普助力鄉(xiāng)村振興”等社會實踐志愿服務活動，國際基因工程機器大賽(iGEM)、中國合成生物學競賽等大學生科技賽事，讓學生在實踐中結合合成生物學課程中所學的生物標準元件、基因調節(jié)開關、基因振蕩器、基因遺傳線路設計與組裝等內容，在社會課堂中受教育、長才干、作貢獻，在觀察實踐中學黨史、強信念、跟黨走，努力成為擔當民族復興大任的時代新人。

3.2.4 探索興趣點，提升吸引力

引入學科交叉理念，在合成生物學課程教學中探索學生的興趣點，提升課程思政吸引力。合成生物學與信息技術的結合，可以實現(xiàn)DNA信息存儲、DNA折紙術等。利用 DNA 的折疊和自組裝形成復雜結構的技術，借助堿基互補配對原則，可以折疊形成不同的預期幾何結構，如：三角形、矩形、菱形、五角星及笑臉等精細二維結構[21]；我國學者利用人工設計 DNA 構建了微型的中國地圖[22]。現(xiàn)代信息技術的融入與應用，豐富了教學手段，提升了教學質量，讓更多學生有機會接觸到前沿技術實驗，培養(yǎng)了同學們的創(chuàng)新意識和科學興趣，為今后持續(xù)的科學探索夯實基礎，開闊眼界。

3.3 拓展合成生物學課程思政高度、深度、廣度和溫度

3.3.1 厚植愛國之心

在合成生物學教學中，通過我國成功創(chuàng)建國際首例單染色體真核細胞[23]、二氧化碳人工合成淀粉等先進技術的研發(fā)并領跑世界的案例，增強“四個自信”，厚植愛國主義情懷。

3.3.2 激發(fā)家國情懷

近幾年來, 北京大學、清華大學、中國科學技術大學、天津大學、上海交通大學、南京工業(yè)大學等學校的在校學生積極參與了由美國麻省理工學院發(fā)起和組織的國際遺傳工程機器設計大賽(iGEM), 并在這一合成生物學創(chuàng)新設計大賽中取得了驕人的成績, 這為中國合成生物學未來的發(fā)展培養(yǎng)了年輕力量[24]。培育學生創(chuàng)新意識，激發(fā)家國情懷與使命擔當。

3.3.3 弘揚社會主義核心價值觀

在科技研究與創(chuàng)新發(fā)明(維生素E、人參皂苷等天然產物生物合成的成功案例)中，提升職業(yè)素養(yǎng)，弘揚社會主義核心價值觀。

3.3.4 提高安全意識

增強生物安全意識，提高安全防范能力。合成生物學已在生物能源、生物材料、醫(yī)療技術以及探索生命本質等領域取得了令人矚目的成就，但是也存在著如研究人員錯誤使用合成生物學技術引發(fā)的生態(tài)安全問題、生物防御問題和生物倫理問題等。我們可以通過加強國家生物安全頂層設計、制定和完善我國生物安全領域法律政策、進行總體生物安全教育布局和深度參與全球科技治理，在國際生物安全新規(guī)則的制定中發(fā)出中國聲音等方式加強應對。

3.3.5 提升憂患意識

擴展國際視野，提升國家憂患和國家安全意識。合成生物學作為新興交叉學科，在與各國進行學術交流時，傳遞科學知識、分享科研成果的同時也需要將踐行總體國家安全觀和服務高質量發(fā)展有機統(tǒng)一起來。

4 結語

合成生物學已成為當今世界發(fā)展最為迅猛、對人類生活影響最大的一門學科，具有關愛生命、試驗性強、與日常生活聯(lián)系密切等特點，也使得合成生物學成為課程思政的主要陣地[25]。在課程思政理念引領下，積極推動合成生物學教學內容、教學方式、教學理念的改革，有助于提升教師思想政治水平，發(fā)揮教師立德樹人職能，推動學生綜合發(fā)展，達到全面提高人才培養(yǎng)質量的重要目標。