AI已来！生命科学本科教学如何紧跟技术浪潮

近年来，生命科学领域的发展速度令人瞩目，技术革新层出不穷，与此同时，与 IT、AI、物理学等学科的交叉融合也日益加深，原有的生物技术、生物工程等专业开始逐渐细分，衍生出合成生物学、生物信息学等更为专业和精细化的学科方向。传统上，这些学科主要侧重于理论知识的传授和单学科的深入探索，然而，随着学科的快速发展和跨学科融合的趋势，这种教育模式已经难以满足当今社会对生命科学人才的需求。

为了增强学生在就业市场的竞争力，并培养他们具备全面的科学素养，生命科学、合成生物学、生物信息学等学院必须积极适应这种全新的变化，改变学生对于生命科学的认知和实践方式，拓宽学生的视野，将教学内容与产业需求协同。

国内外一些高等学府已经开始了这样的教学尝试，并取得了不错的效果。

01

AI+ 自动化工作站，

赋能生命科学教学和研究工具升级

在帝国理工学院和弗吉尼亚理工大学等世界顶尖学府，都已经将实验室自动化机器人应用到本科生教学中，确保每一位学生都能掌握现代科学研究的先进技术和方法。

弗吉尼亚理工大学的 Clay Wright 博士展示了如何将 Opentrons 自动化产品整合到日常教学中。他表示，学生可以利用 Protocol Designer 在基于标准的实验室讲义基础上，自行开发和设计实验 Protocol。首先，课堂内会围绕特定的实验 Protocol 举行讨论会，学生们将分组讨论如何处理相同的实验问题，并集思广益形成一个达成共识的实验 Protocol。然后，学生将把该Protocol上传到 OT-2，设置好所需的配置，就可以直接运行进行验证。该方法让学生在具体实践中感受自动化、软件编程这些新的方法和工具对于生命科学研究的重要意义，受到学生们的普遍欢迎。

在国内，北京大学生命科学学院的教育工作者也已经将一些开源移液工作站整合到本科教学中，以激发学生的学习兴趣和创造力。教育工作者也已经将一些开源移液工作站整合到本科教学中，以激发学生的学习兴趣和创造力。

北京大学生命科学学院 2021 级本科生杨子豪，通过设计 Python 编程程序，驱动 Opentrons 的 OT-2 自动化工作站，开发出了一种高通量、高效率的自动化样本制备流程，从手动方法的每天约 8 个 FFPE 样本提升至约 96 个样本，大大提高了 FFPE 样本微量蛋白质提取的通量。凭借其承担的科研项目《FFPE微量组织切片的自动化蛋白质组学方法探索》，获得生命科学学院优秀科研项目奖学金三等奖。

对此，北京大学生命科学学院生物学实验教学中心副主任王青松副教授谈到，通过使用前沿工具，学生不仅能够学习到基础的实验操作，还能够接触到 Python 编程和人工智能等先进技术，这对于培养学生的工程思维和实践能力至关重要。

02

教育领域重大设备更新方案，

为生命科学设备升级创造了新契机

教学方案升级，需要引进更多的前沿工具，但有限的预算往往成为摆在教学工作者和研究者前面现实的难题。

日前，国家发展改革委、教育部联合印发了《教育领域重大设备更新实施方案》的通知，明确支持普通高校与职业院校的关键设备升级，支持科技创新与高质量教育发展。这为生命科学设备升级创造了新的契机。

方案明确提及

普通高校教学科研仪器设备：

重点聚焦人工智能、生命健康等战略急需和新兴领域，以及新工科、新医科、新农科、新文科建设，更新不适应教学科研需求、性能无法达到教学科研相关配置标准或影响使用安全、已达到最低使用年限的设备。

职业院校 (含技工院校) 实训教学设备：

重点聚焦新一代信息技术产业、高端仪器、生物医药及高性能医疗器械等重点行业和领域，更新不适应实训教学需求、未达到相关实训教学条件标准、影响实训教学安全的设备。

优先支持面向世界科技前沿、经济主战场、国家重大需求、人民生命健康的设备更新项目；产教融合实训基地需要的重大教学、科研、实训设备。

为此，Opentrons 积极响应政策号召，为教育工作者和科研人员带来系列新品及应用解决方案，覆盖了生命科学多个研究和教学领域。

03

软硬件双开源、高度智能化，

让 Opentrons 产品在生命科学教学中

具有广泛的适用性

生命科学教学和研究的场景众多，个性化需求也较多。为了满足这些领域的特定需求，Opentrons 提供了多种模块化、灵活且成本效益高的解决方案，而且通过用户友好的设计、技术支持、社区支持，满足教学工作者灵活的教学实施，也为学生提供一个全面的学习平台，使他们能够为未来的学术生涯或职业生涯做好准备。

(1) Opentrons 产品的模块化设计保证了教学任务的灵活实施

Opentrons 提供了 Flex 和 OT-2 工作站、多种类型的移液器，以及温控模块、热震荡模块、磁性模块和热循环模块，可以满足不同学科和实验的需求。

这种模块化设计，使得教育工作者可以根据不同的学科需求和教学方法，灵活进行设备配置，同一套设备即可满足广泛的教学需求。

(2) 学生通过 Opentrons 的产品可以掌握多种技能

通过使用 Opentrons 的先进实验自动化平台，学生可以学习如何设计和编写自动化实验流程。此外，在自动化实验流程的运行过程中，学生们还可以掌握设备和程序故障排除、错误处置、实验污染控制等内容。

通过对这些的学习，学生不仅能够获得实验室自动化方面的专业技能，还能够培养解决问题的能力、创新思维和科学研究的方法论，这些都是未来科研和职场中不可或缺的素质。

(3) Opentrons 提供全方位的教学支持

Opentrons 不仅能为教育工作者提供先进的实验室自动化工具，而且还为他们提供了一个协作和成长的环境，使他们能够更方便、有效地进行自动化和生命科学相关课程教学。

这些支持服务，包含：

远程设置支持：

Opentrons 的现场应用科学团队提供远程设置支持，帮助教育者快速部署和配置实验室设备，确保教学活动顺利进行。

教学计划支持：

Opentrons 提供Protocol支持，帮助教育者制定教学计划，并且这些教学计划可以与其他教育者共享，促进知识和经验的交流。

资源共享：

教育者可以访问其他教育者使用的材料，这不仅包括教学资源，还可能包括实验设计、案例研究等，为教学提供更多灵感和选择。

教育者社区：

Opentrons 建立了一个由全球教育者组成的社区，这个社区为教育者提供了一个平台，可供分享教学经验、讨论教学方法，并从同行那里获得支持和反馈。

04

致力于提供先进的、灵活的、成本效益

兼具的自动化解决方案

教学案例遍布全球

生命科学教学和科研范式的转型不仅是必要的，而且是迫切的。

Opentrons 一直致力于在生命科学教学和研究领域，为教育工作者和研究者们提供先进的、灵活的、成本效益兼具的自动化解决方案。

截至目前，Opentrons 的产品已成功进入全球 50 多个国家，超过 8000 台仪器投入使用，覆盖了超过 6000 个实验室。更令人欣喜的是，全球已有超过 20 所知名高校将 Opentrons 的产品纳入其教学体系中，助力学生更好地掌握实验技能，为未来的科研道路奠定坚实基础。

我们坚信，Opentrons 的产品将继续作为广大教育工作者教学的得力工具，助力他们更有效地传授知识，培养学生的实验技能和创新精神。同时，我们也期待这些工具能够进一步推动生命科学科研工作的创新和发展，为科学界带来更多突破性的成果。