“双一流”背景下生物新工科交叉专业的建设路径

2015年10月党中央、国务院作出关于建设世界一流大学和一流学科的重大战略决策部署，出台《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，2017年1月由教育部、财政部、国家发展改革委联合印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法（暂行）》。随后，全国各地为更好地贯彻和落实国家的要求，促进当地高等教育的发展，陆续出台了各地的“双一流”建设实施方案，从建设目标、建设任务到投入资金的规模都是史无前例，可以说是掀起了新一轮的高等教育发展建设热潮，充分调动了地方政府对高等教育重视和投入的积极性。

2017年我国成功实施了海域天然气水合物首次试采，创造了持续时间最长、产气总量最大的试采世界纪录，取得了理论、技术、工程、装备的自主创新，实现了历史性突破，向产业化迈出了关键一步。

新工科（Emerging Engineering Education, 3E）是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向[1]。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征。

在“双一流”的背景下，生物新工科（Bio-emerging Engineering Education）呼之欲出。生物新工科需要与互联网、物联网、大数据、人工智能、新材料、新能源等新科技交叉融合，为国家实施的创新驱动发展等重大战略注入新的驱动力，提供新的教育模式。

生物新工科是交叉学科，指不同学科之间相互交叉、融合、渗透而出现的新兴学科。生物专业具备多学科的优势，包括米娜医学、遗传学、分子生物学等，因此，生物新工科应该依据本学科的特点，打破常规学科建设模式，在交叉学科中寻求新的增长点和突破口，在学科融合中彰显特色。这对未来学科建设的发展会起到推动作用。

俄罗斯1999年12月的国家杜马（议会下院）选举过后，因其政党的混乱无序、鱼龙混杂,制定政党法的需求变得日益迫切。故普京上台后,着手大力整顿政治秩序,倾力培植政权党并调和议会中各党派的关系〔2〕。普京在其2000年—2004年的首届任期内，为建立、巩固政权党接连颁布推行了一系列与政党体制改革相关的法令举措，由此俄罗斯政党、政权党与总统、政府长期的脱离局面得以转变，有力的政治支柱逐步为政权的稳定建立了起来。国家杜马2001年审议表决通过的《俄罗斯政党法》成为了俄罗斯政党制度一系列改革的起始点，并于7月14日签署后正式公布以规范政党组成，俄罗斯政党政治就此改弦易辙，迈向了法制化的规范方向。

云计算是硬件资源的虚拟化，而大数据是海量数据的高效处理。云计算的本质就是将计算能力作为一种较小颗粒度的服务提供给用户，按需使用和付费，具有经济性、快捷性和弹性等优势。大数据相当于海量数据的“数据库”，通观大数据领域的发展可以看出，当前的大数据发展一直在向着近似于传统数据库体验的方向发展，一言以蔽之，传统数据库给大数据的发展提供了足够大的空间。作为一个具有几百年的发展历史的传统生物学科，现代遗传学的研究离不开海量数据的搜集、整合、建库和深度挖掘。因此，大数据和云计算的新工科方法与现代遗传学的需求紧密结合，形成了一门新兴的基于大数据的遗传信息检索科学，其主要应用领域包括遗传病的预测与监控、传染病防治、现代刑侦追踪技术、医疗管理与保障等等。对于海量的遗传学数据信息，生物新工科交叉学科相比于传统的生物学具有明显的优势，主要体现在：通过遗传信息大数据的三层架构：数据存储、数据处理和数据分析，利用云计算的灵活性、高效性和弹性机制让海量的生命科学数据产生最终价值，造福人类社会。

纳米医学作为一个宏观概念，可以应用在许多不同的领域。生物医药学领域：利用纳米颗粒技术设计制备具有多种响应功能或者靶向的药物（基因）递送载体，发展药物新剂型及新药物；再生医学领域：发展引导组织再生和促进组织/材料界面融合的纳米结构材料，用于组织修复与替代的永久性植入物表面涂层、引导组织再生支架、结构性永久植入物、植入性治疗与监测用传感器等；外科手术辅助领域：基于纳米光学和纳米电子学技术发展智能仪器设备、手术机器人等；诊断工具方面：基于纳米流体和纳米加工技术，发展基因检验、超灵敏标记与检测技术、高通量和多重分析技术等；医学影像领域：基于纳米颗粒技术的新型造影剂、靶向标记技术；在理解基本的生命过程中的应用：基于原子力显微镜、隧道扫描显微镜等纳米力学和光学技术，在分子或原子层面，研究生命的过程；纳米毒理学领域：纳米材料对健康、环境和安全的影响[3]。

整合技术的学科教学知识（TPACK-Technological Pedagogical Content Knowledge）的提出为生物新工科的国际化建设路径提供了新的视角[2]。信息技术与教育的不断融合使特色学科专业的发展面临新的巨大机遇和挑战。显然，信息技术正在逐渐解构和重构生物新工科的知识结构。如纳米医学应用纳米科学技术发展更加灵敏和快速的医学诊断技术和更加有效的治疗方法，同时在更微观的层面上理解生命活动的过程和机理；又如大数据和云计算应用于遗传学信息库的构建和整合，以及基于海量信息检索基础之上对于遗传性状的广泛和深入挖掘以期达到减免遗传病发病机制的研究；再如基因工程这门建立于分子生物学、微生物学和分子遗传学基础之上的新兴生物技术科学，在食品、卫生、传染病防治等诸多领域极大地影响人们的生活。如此等等，不一而足。

基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段，生物新工科的交叉学科融合为基因工程的发展注入了新的活力，不仅在技术上进一步提高了基因工程改造生物材料和生物制品的有效性，也从稳定性、安全性和环保节能角度大大增强了生物制备工艺流程的技能和品质。

海天使简单的外形和透明的身体，使它常被误认为是水母类生物，但其实它属于贝类大家族。这群贝类都具有双翼，因此被统称为“翼足类”，它们终其一生都在大洋中随海水四处漂游。

综上所述，纳米医学、大数据和云计算遗传信息库、基因工程等新兴的交叉专业为生物新工科的国际化提供了新的路径，使“双一流”背景下生物新工科交叉专业的建设更符合国家战略发展的需求和国际竞争的形势。这种以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径的交叉学科必将在当前世界范围内新一轮生物科技革命和产业变革中步入新阶段。

【参考文献】

[1]陈慧，陈敏．关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J]．高等工程教育研究，2017（2）：19-23．

[2]吴焕庆，丁杰，余胜泉．整合技术的学科教学法知识（TPACK）研究的现状和发展趋势[J]．远程教育杂志，2012（6）：94-99．

[3]贾文霞．纳米医学诊断与治疗技术研究新进展[J]．中国医药导报，2013（6）：25-27．