2020年11月10日,《中国科学报》发表了伟德BETVlCTOR1946魏炜副教授的文章《培养“绽放个性”的生命科学创新人才》。魏炜在文章中分享了他指导本科生科研实践训练的思考与体会。
众所周知,培养生命科学领域的创新人才是一个复杂的系统工程。老师们在确立教学理念和培养目标时,不仅需要对生命科学领域现有的知识体系和未来的发展趋势有准确的理解和认识,还需要充分了解社会对该领域各层次人才的需求,以及培养对象的职业规划与定位,才能做到真正的因材施教。
作为一名长期从事本科生教学实践训练的教师,笔者在此分享一些自己的心得体会。
以iGEM竞赛为实践创新训练的平台
国际基因工程机器大赛(iGEM)由麻省理工学院于2003年创办,2005年发展成为国际性学术竞赛,目前已成为合成生物学领域的顶级国际性学术竞赛。iGEM竞赛具有极高的挑战性、认同性,且对学生各方面的综合培养效果明显。
实际上,本科生参加iGEM比赛是一个以学术科研为基础的教学实践活动。伟德BETVlCTOR1946的本科生在经过1~2年的高密度课程学习后,已经具备了一定的专业理论基础和基本实验技能。在参赛过程中,我们引导学生们在结合理论知识和学科最新研究进展的基础上,通过文献调研和学术交流,经过充分的讨论后确定参赛项目的主题和内容。随后,学生们还需要完成项目的实施计划和经费预算、实验设计和建模,进行实验室试验和数据处理等一系列科研活动。
这些实践活动使学生们在本科阶段就能够接受高水平的科研项目训练,提高了他们对学科的认知和理解,也能够帮助他们根据自身条件更好地规划未来。通过参加比赛,学生们还能够充分接触国际上生命科学领域的研究热点,迅速汲取科学养分,实现自身的快速成长。
通过团队合作与学科交叉绽放个性
iGEM竞赛的宗旨是要求学科充分交叉,需要学生通过非常紧密的团队合作,在参与比赛的过程中找到自身角色,有针对性地培养自己需要的能力,或发挥自己专业之外的特长,共同完成科研项目。
参加iGEM比赛作为一个团队行为,对学生们的团队合作能力、综合素质及责任感都有很好的锻炼。在项目进行过程中,既需要团队中的学生队长统筹规划,也需要全体参赛学生的分工合作。由于iGEM经过多年的发展,已经形成了严密复杂的比赛规则,除了实验室试验,完成项目还需要进行如数学建模,社会实践调研,网页、海报制作,美工设计等诸多工作,每个团队中的学生都需要扮演特定的角色,充分施展自己的“拳脚”。整个学生研究团队更需要在有限时间里具备足够的执行力,高效运转,并应对科研工作中无法避免的不确定性,及时调整思路,修改实验设计,最终完成项目,争取更好的比赛成绩。
根据每年项目的主题不同,团队中的成员都会有机会与校内外甚至国际上著名学者进行交流与合作。学生团队除了进入生物实验室外,很多时候还会在化学院、物理学院、环境学院的实验室开展实验工作。项目的数学建模部分也有机会得到数学系、信息学院老师们的专业指导。通过参加iGEM比赛,学生们在跨学科的交流和思辨中碰撞出了新的思维火花,体验了学科交叉的乐趣,也大大提升了从事科研的兴趣。多年来,参加比赛的学生中,几乎所有的本科毕业生都选择进入世界或国内一流高校的生物学相关专业继续学习深造。
在众多参赛学生中,一位叫陈晨的老队员给我留下了深刻的印象。
陈晨曾参加过两届iGEM比赛。在2015年第一次参赛时,作为新人的她在学长带领下,充分发挥了自己的美术特长,顺利完成了项目所需的主题美术设计和制作。第二年,陈晨作为两名有参赛经验的老队员之一,放弃了长期出国交换的机会,作为队长着手组建新的参赛团队。
其间,她积极与指导老师沟通协调,带领其余12名同学,通过大量的文献调研和社会调查,逐步完善项目计划,顺利地完成了项目,并在比赛中负责项目的全英文展示介绍,最终取得了突破性成绩。陈晨还因此获得了2016年度BETVLCTOR伟德官网下载十大年度人物。这段宝贵的人生经历也激励了她继续笃志创新,为科研梦而不懈奋斗。
以热点问题锻炼学生创新思维能力
由于合成生物学学科发展非常迅猛,新的生物功能元件不断涌现,若想在iGEM比赛中保持高竞争力并取得突破,对于本科生研究团队工作的原创性和新颖性要求极高。
自2014年参赛至今,BETVLCTOR伟德官网下载的学生团队在老师引导下,着眼医药新技术、能源、环保等领域的国际热点问题,充分发挥自身的主观能动性,通过积极交流和大量文献调研,经过多轮的头脑风暴,创新性提出诸多原创成果。
例如,2016年学生团队针对能源领域微生物中光能向化学能转化的“氢魔法”所完成的项目就取得了较好的成绩。在该项目中,学生们创新性地通过构建一种能在模式生物中由菌体本身发挥作用的自发合成纳米颗粒利用光能新系统,大大降低了目前转化光能的成本,并能有效推广,实现了微生物光能利用从0到1的突破。
最终,在当年度的iGEM大赛上,我们也取得了突破性成绩,并获得了能源项目最佳单项,得到了学术界人士对项目学术价值和应用价值的肯定。这一由本科生全程参与的原创性研究成果最终在国际权威学术期刊上发表。
由此可见,参加高水平的国际学术竞赛,既能够巩固学生的专业技能水平,提高学生的综合素质,同时还能锻炼学生的创新思维能力,促进学生的多元化发展,最终实现在国际学术舞台上的个性绽放。