药学专业研究生化学生物学课程体系的构建与实施

单磊，苏娟，李慧梁，沈云亨，柳润辉，徐希科

第二军医大学药学院 （上海 200433）

化学生物学（Chemical Biology）是一门新兴的交叉学科，利用化学的原理、方法和具有生物活性的化合物来研究生命过程中的问题。化学生物学兴起以来，已经在很多领域产生了重要成果，带动加快了蛋白质化学、结构生物学、药理学等学科的发展[1]。

从研究内涵上看，化学生物学是一门跨度非常广阔的学科，对发现具有特定功能的小分子（药物）以及揭示生命现象的内在规律具有重要意义，主要应用包括:利用现代化学技术发现对生物体的生理过程具有调控作用的化学物质（一般叫做“先导化合物”）;系统地以这些生物活性分子作为探针和工具，研究它们与生物靶分子的相互识别作用和信息传递的机理，以达到对生物系统更深刻的理解;通过对生命过程中调控机制的了解以及对人类疾病发病机制的理解，为发现新生物靶点和新治疗药物打下基础，为医学研究提供新型诊断和治疗方法;另外，化学生物学也为复杂生物体系的进行表型和动态分析提供新技术和新方法等。

2000年以来，美国国立卫生研究院（NIH）已把化学生物学领域列为重要研究方向，国际很多制药公司把这一领域的研究作为发现新靶点和新药的途径。在我国，化学生物学发展也得到了国家层面的高度重视，国家自然科学基金委员会2013年12月发布了《化学生物学——国内外进展与学科发展趋势分析》，并把化学生物学列入重大研究计划，这对推动我国化学生物学发展发挥了重要的引领作用。

在研究生教学中开设化学生物学课程，是顺应国际生物医学发展前沿的现实需要，有助于我国医药学研究生教育与国际接轨并培养高层次研究型人才，为中国在未来站上国际基础医学研究的制高点提供知识储备和人才保障[2]。

1 国内外高等院校开设“化学生物学”课程情况

1990年代美国哈佛大学将化学系更名为“化学与化学生物学系”，同时欧美的诸多大学也为研究生和高年级本科生开设了化学生物学课程，从而使化学生物学形成了一个研究范围更广泛的新学科。我国的一些院校和研究单位也开始了这方面的研究并尝试在一些高校设立专业和培养研究生[3-4]。

如何把化学生物学的基本知识、技术方法传授给学生，既是一个紧迫的任务，也是一个巨大的挑战。其紧迫性体现在国际著名高校都积极地开设了化学生物学的课程，这要求国内学者奋起直追;挑战性则体现在目前国内高等教育尚无化学生物学规划教材和公认成熟的课程体系，因此很有必要研究“化学生物学”系列课程的教学方案和设计[5-6]。下面介绍本校课程体系设计和实施情况。

2 课程体系设计方案

该课程的总体设想是面向药学专业研究生（硕士和博士），开设一门对接国际生物医学发展前沿、理论性与操作性并重、注重启发研究生科研思维的《化学生物学》系列课程。

2.1 课程体系构成

课程设计将理论授课、课题讨论、实验技能训练三部分都充分融合在一起，但如何有效组织，值得研究探讨并在实践中优化。当前可以借鉴的有北京大学化学生物学系的课程设置，该校在研究生专业必修课程中开设了《化学生物学基础（I）、（II）》、《化学生物学小组研讨（Seminar）》两门相关课程，体系结构上由理论授课90学时、小组讨论40学时两部分组成;并在选修课中开设了《化学生物学导论》一门相关课程（40学时）。

表1 国内外知名大学“化学生物学”课程开设情况

考虑到大部分研究生对化学生物学相关内容并不熟悉和了解，本校把“小组讨论”的环节改为“案例分析课程”，主要由教员选择一些经典研究案例进行解读、分析，同时也引导学生参与讨论。另外，考虑到当前的研究生教育中存在的理论授课多而操作训练少，导致研究生动手能力弱、实验技术不规范的问题，本校增设了一个“实验操作训练课程”。

最终，形成包括理论授课、案例分析、实验操作三个主要模块的课程体系，该体系由《化学生物学导论》、《化学生物学案例分析》、《化学生物学基础实验》三门相关课程，其中理论授课40学时、案例分析30学时、基础实验50学时，共计120学时。该课程体系的设计将理论授课、课题讨论、实验技能训练三部分充分融合，凸显了前沿性、启发性和操作性的特点。

2.2 教材的选择和编译

在理论教材方面，本校本着与国际前沿接轨、知识体系完整、符合研究生层次接受能力的原则，甄选了国内外十余种化学生物学的专著。经过仔细研读分析，本校最终选择了清华大学刘磊等编写的《化学生物学基础》、马林等主编的《化学生物学导论》以及英国学者Banafshe Larijani和Rudiger Woscholski等编著的《Chemical Biology:Application and Tech-niques》三本理论教材[7，8]。

在实验教材选择方面选择更加困难，因为化学生物学的实验技术没有一个固定的体系，本校计划根据自己实验室前期对研究生进行培训积累的经验，最终选择了德国学者沃尔德曼（Waldmann H.）编写的《Chemical Biology:A Practical Course》和郭葆玉主编《基因组学与蛋白质组学实验技术及常见问题对策》为教材蓝本，从中选择部分常用实验内容，自编了涵盖基本实验原理、标准操作规程、常见问题等的化学生物学实验手册，具有可操作性强的特点。利用该手册，训练指导学生动手操作，练习并掌握基本实验技能。

如何切实提高学生在以后的科研工作中分析问题和解决问题的能力，学校组织授课教员，收集甄选近年来国际顶级实验室在本领域经典研究案例，针对科学假说的提出、方案的设计、实验的实施、结论的推演等进入深入地剖析研究、分析归纳，凝练其研究思路、方案设计和技术方法，自主编译了案例分析讲义，印发学生参考。因为参编人员都是活跃在化学生物学科研一线的教师，所以该讲义与一般的资料汇编不同，里面有大量内容是授课教员自身的思考和研究体会，甚至包括很多新颖的课题思路和选题方向，对启发研究生的科研思维、训练良好的思考习惯大有好处，也可以作为将来的选题指导书来使用。

目前，该讲义包含25个经典案例的详细解读和分析，内容全面覆盖实验顶层设计、基于假说和基于现象的研究策略、特定活性分子探针的发现技术、探针分子的标记策略和技术、亲和色谱等化学蛋白组学技术、分子水平和动物水平实验的交互验证、小分子与大分子相互作用的几类研究方法优缺点分析、互作位点（氨基酸残基）的确认方法、靶点蛋白构象变化分析、特征细胞模型的诱导构建等。这些案例都来自于近三年的《自然》、《科学》等顶级杂志，另外还特意选择了一些中国学者主导或者参与的研究工作，帮助学生树立将来科研创新的自信。今后，此讲义内容还会不断更新补充，以适应化学生物学快速发展的需要。

2.3 教师资源合理配置

鉴于该门课程的前沿性特点，学校除了从本单位选拔在化学生物学领域具有丰富研究经验的骨干教师作为授课教员外，还邀请了国内化学生物学领域的多名专家学者参与授课，这其中包括多名曾在美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute）开展相关研究工作的优秀青年学者。斯克里普斯研究所是国际化学生物学研究的中心之一，化学生物学创始人Peter G.Schultz即在该所工作，同时还拥有19名美国科学院士，16名医学院士和16名科学艺术院士。通过外请专家讲课，使学生有机会近距离聆听来自国际化学生物学创新策源地的声音，并与其进行面对面的沟通交流，使学员的学习兴趣更加浓厚，学习热情大大提高。

2.4 案例分析教学的有效组织

案例教学（Case Method）是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗·哥伦布·朗代尔（C.C.Langdell）创立的教学方法，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。其特色和优势在于引导鼓励学员独立思考、变注重知识记忆为注重能力培养[9]。组织一个好的案例分析课程，首先需要挑选出经典、有价值的案例，其次教员要经过缜密地思考，对假说的提出、方案的设计、实验的实施、结论的推演等进行系统的分析归纳，才能做到在讨论中随时给以学员正确引导，根据不同学员的不同理解补充新的教学内容。这种双向教学形式对教师也提出了更高的要求。由于化学生物学自身的特点，案例分析教学非常适合在研究生阶段的授课[10]。

为了更好地组织案例分析教学，笔者主要做法是:①调整“小环境”，把授课地点从一成不变的教室迁到了热火朝天的实验室，教师和学生围坐一起，营造出一种轻松活跃的学术讨论氛围;②拓展“大课堂”，开案例分析课时，不但选课的学生要参加，已经进入实验研究阶段的高年级博士硕士也需要参加，在这个“大课堂”里，让已有科研经历的高年级研究生和刚准备进入实验室的低年级研究生有机会各抒己见、共同讨论，相互激发出灵感和创意;③鼓励“自带外食”，为了调动学生思考问题的积极性，教师在每堂课预留开放讨论时间，鼓励学生带着自己研究中遇到的实际问题进课堂向教师和学生发起讨论，避免出现教师自己认为讲得津津有味而学生并不感冒的情况。

3 课程实施情况和特色

自2011年以来，笔者已经连续3年在本院药学专业研究生中开设此门课程，选课人数逐年增加，取得了良好的效果:①多名参加本门课程的学生进入实验室后选择了化学生物学相关课题开展研究，已有研究成果发表在 J Neurochem，Euro J Inflamm，PloS ONE等杂志;②研究生实验操作的规范性得到大幅度提高;③自主举行了一次青年学子化学生物学研讨会，参会学生发言踊跃，体现了良好的科学素养和训练水平;④课程建设获得本校研究生院课程建设专项的资助，并通过专家验收，获得一致好评。

本课程不是在国内第一次开设《化学生物学》课程，但本校形成了一定的特色和创新:①首次探索了融合理论教学、案例分析、实验训练三位一体的综合教学模式;②博采众家所长，优化了课程理论教材，自主编译案例分析讲义和实验手册，形成了一套内容与国际前沿接轨、编排合理的化学生物学教材;③整个课程体现理论与实践并重，学习与思考同步的教学理念，让学生不但学到知识，而且提高了发现问题、分析问题和解决问题的能力并掌握了核心实验技能;④针对研究生身心发展和学习特点，探索了新的教学方法，提高了学生的学习积极性和参与度，学习效果得到提高。整个课程具有前沿性、实用性和操作性的特点。

化学生物学是一门快速发展的新兴学科，具有理论突破周期短、知识跨越范畴广、技术手段更新快的特点。因此，《化学生物学》课程的构建也不是一件一劳永逸的事情。作为教师，需要不断地用新知识武装自己的大脑、站在科研一线敏锐地发现新的科学问题、与国际同行深入交流密切跟踪学科发展态势，才能为学生奉献一门精彩且终身受益的课程。

[1]张礼和.从生物有机化学到化学生物学[J].化学进展，2004，16（2）:313-318.

[2]高建青，应晓英，朱卡林，等.基于多学科交叉的药学专业课程体系建设[J].药学教育.2013，29（5）:12-14.

[3]万坚，梁德娟，于翔.“化学生物学”复合型人才培养模式与课程体系改革的研究与实践[J].中国大学教育，2009，5:31-33.

[4]刘紫英.交叉前沿学科化学生物学的人才培养[J].考试周刊，2011，45:22-23.

[5]张臣.浅析化学生物学复合型人才培养[J].华南师范大学学报（自然科学版），2010，S1:45-46.

[6]王骊丽，申烨华，杨科武.化学生物学实验课程体系的建立[J].大学化学，2013，28（2）:36-38.

[7]刘磊.化学生物学基础[M].北京:科学出版社，2010:15-16.

[8]马林.化学生物学导论[M].北京:化学工业出版社，2009:4-5.

[9]何晓山，林青，曹东，淤泽溥，孙晓菲.中药药理学案例教学库的构建[J].药学教育，2011，27（2）:9-12.

[10]龙君伟.教师在案例讨论中的定位及组织技巧[J].教育理论与实践，2002，11:51-53.