廖紫娟，高 珊，王艷偉

(溫州大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，浙江 溫州 325035)

當今社會，生物物理交叉學(xué)科促進科技創(chuàng)新這一戰(zhàn)略價值正在日益凸顯，世界各科技強國正在紛紛采取有效的措施大力推進生物物理交叉學(xué)科的發(fā)展[1]。生物物理交叉學(xué)科是指把生物學(xué)和物理學(xué)的知識、技能、工具和方法相結(jié)合來處理單一學(xué)科不能處理的難題的綜合學(xué)科[2,3]。生物物理學(xué)科的交叉點通常會出現(xiàn)新的增長點和科學(xué)前沿[4]。據(jù)統(tǒng)計,百年以來交叉學(xué)科在諾貝爾獎獲得中占比高達41.02%[5]，這一數(shù)據(jù)足以表明學(xué)科交叉對科技創(chuàng)新發(fā)展的推動作用?？v觀交叉學(xué)科的發(fā)展歷程發(fā)現(xiàn)：最高層次的學(xué)科交叉就是學(xué)科融合，可以形成新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域,從而產(chǎn)生創(chuàng)新成果[6]。在20世紀70年代，國際上的綜合理科課程只有30～40個，但是10年后，綜合理科課程數(shù)目增加到130個[7]。在大學(xué)層面，美國很多高校設(shè)立了“種子基金”，對跨院系研究機構(gòu)提供資助，以此來促進跨學(xué)科的發(fā)展[8]。在20世紀50年代上半葉,生物物理學(xué)作為一門新的獨立學(xué)科應(yīng)運而生。而在1958年,以中國科學(xué)院生物物理研究所的成立為主要標志開始了我國生物物理學(xué)的發(fā)展歷程[9]。黨的十九大報告提出要加快建設(shè)創(chuàng)新型國家并做出相應(yīng)部署，強調(diào)培育創(chuàng)新型人才是構(gòu)建創(chuàng)新型國家的要素[10]。因此研究生教育作為我國高等教育的最高層次，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的生物物理交叉型研究生人才，是時代賦予研究生培養(yǎng)單位和研究生教育者的使命與責任。

1 生物物理學(xué)交叉型研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)所體現(xiàn)的問題

1.1 學(xué)科資源配置的約束

在一定的歷史時期，高校的生物學(xué)和物理學(xué)科研資源是有限的，在院系教學(xué)資源配置上，主要表現(xiàn)為傳統(tǒng)劃分的院系利益固化，生物學(xué)和物理學(xué)的學(xué)科資源和課程培養(yǎng)等優(yōu)質(zhì)辦學(xué)資源相互隔離，這種資源的約束不利于生物物理交叉學(xué)科的發(fā)展?；A(chǔ)設(shè)施上，主要表現(xiàn)為實驗室開放不足，科研環(huán)境建設(shè)亟待加強，生物學(xué)院和物理學(xué)院擁有配備所在學(xué)科領(lǐng)域?qū)I(yè)設(shè)備的優(yōu)勢，所以獨立實驗室的設(shè)備是比較齊全的，但是對于非本院的學(xué)生就沒有給予適當?shù)氖褂脵?quán)，這種實驗室資源的流通不暢對生物物理研究生的科研工作造成困擾。

1.2 協(xié)調(diào)機制不健全

生物物理學(xué)科交叉研究生培養(yǎng)過程通常缺乏生物學(xué)和物理學(xué)兩學(xué)科間的合作，缺乏一個協(xié)同合作、交流創(chuàng)新的平臺，這種交流的平臺可以促進思維碰撞和學(xué)術(shù)交流。而現(xiàn)在面對的問題一方面是高校沒有采取相關(guān)措施給生物物理研究生一個無障礙交流的環(huán)境；另一方面是缺乏一些在理論和實驗方面都出色的生物物理學(xué)科交叉型人才帶領(lǐng)整個團隊。

1.3 培養(yǎng)模式固化

生物物理交叉學(xué)科不同于單一學(xué)科，學(xué)生需要兼顧兩個學(xué)科的學(xué)習(xí)，而高校并沒有在培養(yǎng)方案上體現(xiàn)生物物理學(xué)科交叉的差異性，依然固化與之前的單一培養(yǎng)模式，如在課程制定上仍然依照單一學(xué)科模式或者要求學(xué)生選修2-3門課程來凸顯交叉特性?；A(chǔ)知識的夯實是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)方案的制定不夠深入就無法滿足生物物理研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求。其次相關(guān)課程學(xué)習(xí)的時效性不夠，課程學(xué)習(xí)和個人科研需求與興趣不匹配等問題不同程度存在。最后，從師資條件來看，生物物理交叉學(xué)科老師大多學(xué)科背景單一，缺乏交叉學(xué)科思維和知識儲備，這也成為導(dǎo)師難以勝任生物物理交叉領(lǐng)域研究生教師的內(nèi)生障礙。

2 生物物理學(xué)科交叉型研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)策略

2.1 構(gòu)建生物物理交叉學(xué)科資源共享平臺，促進兩學(xué)科資源互惠

生物物理交叉學(xué)科研究生的創(chuàng)新能力要得到發(fā)展，就必須從深層突破以生物學(xué)科和物理學(xué)科為界限的組織模式[11]。所以高校應(yīng)從不同層面著手，采取相關(guān)舉措來促進生物學(xué)和物理學(xué)的共享、交流與融合。

2.1.1 建立生物物理網(wǎng)絡(luò)資源知識庫

組織學(xué)生建立一個網(wǎng)絡(luò)知識庫，知識庫一方面給研究生提供相關(guān)文獻資料與最新科研動向；另一方面可以與相關(guān)生物物理科技公司合作，展示各個研究方向的已有應(yīng)用成果以及未解決的難題。研究生可從知識庫上查找國內(nèi)外生物物理文獻資料，也可以從了解應(yīng)用前景，并從應(yīng)用的角度分析自己的研究方向與內(nèi)容。同時，不同科研小組之間可以留言互動進行科研學(xué)術(shù)交流，不僅可以促進生物物理研究生把握自己研究領(lǐng)域的狀況和前沿知識，還可以與其他各校不同研究方向的同學(xué)老師進行學(xué)術(shù)討論，不斷更新科研思想，完善自己的實驗方法和手段，擷取精華、取長補短、將生物學(xué)和物理學(xué)成功接軌，活躍生物物理交叉學(xué)科學(xué)術(shù)氛圍，激發(fā)交叉學(xué)科創(chuàng)新靈感。

2.1.2 實現(xiàn)實驗室開放共享

創(chuàng)新性、前瞻性、開放性和高度協(xié)作性是生物物理實驗所具有的特點。只有強化開放、合作的意識時，科研實驗發(fā)展才能順利被推進。雖然物理學(xué)和生物學(xué)在研究對象上存在差異，但是二門學(xué)科的研究均基于觀察和實驗。例如在單分子檢測與操縱技術(shù)小組對生物單分子的研究不僅限于他們的定位成像，還包括對生物單分子施加外力作用以觀察其機械響應(yīng)，如磁鑷技術(shù)就是用特定手段對生物大分子加以靜電相互作用力表征單個DNA的凝聚作用強度[12]，這是兩學(xué)科實驗手段完美結(jié)合的典型實例。事實證明科研實驗室的開放共享可提高科研效率，促進科研手段的創(chuàng)新。

2.2 成立生物物理交叉學(xué)科研究生社團，活躍交叉學(xué)科學(xué)術(shù)創(chuàng)新氛圍

從理論角度分析,交叉學(xué)科方向的研究生培養(yǎng)模式較傳統(tǒng)單一學(xué)科更具優(yōu)勢,甚至有學(xué)者認為如今研究生培養(yǎng)已經(jīng)從單一學(xué)科范式向?qū)W科交叉范式轉(zhuǎn)型[13-15]。為了更好地發(fā)揮生物物理學(xué)科交叉優(yōu)勢，可以成立生物物理交叉學(xué)科研究生社團促進兩個學(xué)科之間的實質(zhì)性滲透、交叉和融合。

2.2.1 導(dǎo)師系統(tǒng)指導(dǎo)與社團結(jié)合

生物物理交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)不僅要求橫向意義上的交叉融合，還應(yīng)包含縱向意義的覆蓋，注重基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的交叉。因此，實踐中可以采取由導(dǎo)師系統(tǒng)指導(dǎo)生物物理交叉學(xué)科團隊集體培養(yǎng)的方法。依照不同導(dǎo)師研究方向設(shè)立不同類型的社團，開展生物物理交叉學(xué)科文獻搜索達人、學(xué)術(shù)報告、科研應(yīng)用展望、科研實驗分享等相關(guān)社團活動并請導(dǎo)師進行評論和指導(dǎo)。導(dǎo)師的系統(tǒng)指導(dǎo)保證活動的科學(xué)權(quán)威性，在愉悅的社團活動中使兩學(xué)科有效融合。

2.2.2 科研實驗室與社團結(jié)合

科研創(chuàng)新社團是一個具有綜合性、集成性和交叉性的良好的科技創(chuàng)新平臺，科研實驗室可為生物物理研究生創(chuàng)設(shè)良好的溝通機制和環(huán)境。如生物單分子操縱與檢測小組依托物理學(xué)科，建立了生物物理交叉研究實驗室，吸引物理學(xué)、生物學(xué)研究生共同探討受限于單一學(xué)科的問題。圖1為單分子檢測與操縱小組在科研實驗室利用原子力顯微鏡進行的多價離子導(dǎo)致DNA分子凝聚實驗圖[16-18]，圖中是使用物理手段對DNA分子進行的成像。

圖1 原子力顯微鏡下多價離子對DNA的凝聚

2.3 優(yōu)化生物物理研究生培養(yǎng)策略，保證復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量

生物學(xué)與物理學(xué)的融合對于開展科學(xué)研究、培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才、服務(wù)國家經(jīng)濟社會發(fā)展需求、科技創(chuàng)新等方面具有重要意義[19]。而交叉課程學(xué)習(xí)是保證科研創(chuàng)新的基礎(chǔ)，只有優(yōu)化培養(yǎng)策略才能發(fā)揮交叉學(xué)科的優(yōu)勢。

2.3.1 開設(shè)具有靈活性和多樣性生物物理學(xué)科課程

與單一學(xué)科的課程學(xué)習(xí)不同，生物物理交叉學(xué)科需要夯實并融合兩門課的知識，在課程的安排上需要體現(xiàn)知識的交叉性與連貫性。一方面，生物物理的課程目標已經(jīng)較單一學(xué)科發(fā)生變化，為了順應(yīng)新的課程目標，這樣可以請兩個學(xué)院的老師一起重新梳理編排適用于生物物理交叉學(xué)科研究生的課程，包括理論課、實驗課以及科研學(xué)術(shù)前言課；另一方面，生物物理學(xué)是一門注重實驗的學(xué)科，科研資源也需要重新合理配置，例如初期的實驗課可以請兩個學(xué)院老師共同授課，當然實驗室資源共享是前提。

2.3.2 建立生物物理交叉學(xué)科導(dǎo)師聯(lián)合指導(dǎo)的有效機制

對于生物物理學(xué)科交叉型研究生來說，他們的導(dǎo)師大多之前都是單一學(xué)科的老師，這也使他們學(xué)術(shù)視野受限，而單一的生物學(xué)和物理學(xué)一貫的思維模式和技術(shù)方法的區(qū)別也限制了交叉學(xué)術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，這不利于生物物理交叉學(xué)科教學(xué)和科研的發(fā)展。對于這個問題，提出建立生物物理交叉學(xué)科導(dǎo)師聯(lián)合指導(dǎo)的有效機制，加強交叉學(xué)科師資力量。組建一支生物物理導(dǎo)師聯(lián)合的指導(dǎo)小組，根據(jù)實際需求進行合作與專業(yè)分工的有機互補，充分發(fā)揮特長，對于導(dǎo)師來說，可以強化生物物理交叉學(xué)科優(yōu)勢，優(yōu)化整合師資力量。通過聯(lián)合導(dǎo)師組共同制定研究生的研究課題，建立有效的溝通和跟進機制，可定期與學(xué)生進行小組交流，對于學(xué)生來說，這樣可以充分發(fā)揮生物物理交叉學(xué)科創(chuàng)新優(yōu)勢。

3 結(jié) 語

本項目以單分子檢測與操縱實驗室為依托，通過對生物物理研究生培養(yǎng)過程中體現(xiàn)的問題進行剖析，提出資源共享、成立學(xué)習(xí)社團、優(yōu)化培養(yǎng)策略三個解決方案。單分子檢測與操縱小組的實踐過程表明，生物學(xué)和物理學(xué)的融合會激發(fā)更多的創(chuàng)新點，以培養(yǎng)交叉復(fù)合創(chuàng)新型人才為目標，實驗室共享是基本要求；成立學(xué)習(xí)社團小組是必要環(huán)節(jié)；優(yōu)化培養(yǎng)模式是重要保障。詳見圖2。

圖2 生物物理學(xué)科交叉型研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)結(jié)構(gòu)圖