美国部分著名大学化学生物学课程调研

第23卷第5期 大学化学 2008年10月 美国部分著名大学 化学生物学课程调研 王成谭大治 (清华大学生物科学与技术系北京100084) 胡笳李艳梅 (清华大学化学系生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室北京100084) 摘要通过调研，对美国部分著名大学开设的化学生物学课程进行了总结和分析，得到了这 门课程开设的一些基本情况，期望能为国内大学开设化学生物学课程提供一些参考。 化学生物学是近年来出现的新兴研究领域，它融合了化学、生物学、物理学、信息科学等多 个相关学科的理论、技术和研究方法，是一个有活力、有应用前景的新学科。自20世纪90年 代中期以来，国际上出现了若干以化学生物学命名或为主要报道内容的学术刊物，女[INature Chembio，CurrentOpinionDnChemicalBiology，ChemBioChem，Chemistry&Biology等。 同时，一些著名大学在院系和专业的设置上也做出了相应的调整，以培养具有坚实化学与 生物学基础知识和较广泛的化学生物学交叉领域的知识，具有熟练的化学与相关生物学实验 技能，创新意识强，综合素质高，能在化学生物学、化学、生命科学、医药学、材料科学、化工、环 境保护等相关领域从事教学、科研、技术开发及管理工作的综合性人才为目标，设立了化学生 物学及其类似专业。如：美国哈佛大学最早把化学系更名为化学与化学生物学系；欧美的许多 大学为研究生和高年级学生开设了化学生物学课程。另外，一些以化学生物学为主要研究内 容的研究机构也相继成立。美国加州Scripps研究所于1996年成立了Skaggs化学生物学研究 所。国内研究机构和若干大学也分别出现了化学生物学研究中心、重点实验室和化学生物学 系。 作为一门新兴课程，化学生物学的教学不像其他课程的教学那样有成熟的教学大纲及知 识点体系，因此对于从事化学生物学教学的教师来说，无论是教材选择还是内容设置，以至最 后如何评价学生学习成果，都是需要解决的问题。为了较全面地深人了解国际上化学生物学 的开课模式和课程体系。同时为我国的化学生物学课程教学提供参考，本文对美国部分著名大 学开设的化学生物学课程进行了调研和总结。 本文调研了美国20多所高校开设的化学生物学课程，选取其中7所具有代表性的学校进 行深入分析。通过对比发现，各大学开设的化学生物学课程面向的对象基本上是研究生，少数 高校对高年级本科生开放。开课教师有着很强的科研背景，开设课程的方式和教材的选择也 63 万方数据 多样化，涉及的知识点各异(表1)。虽然各个大学开设的化学生物学课程各有特点，但是也存 在一些共性。本文从5个方面对化学生物学课程的特点进行具体分析。 1面向的对象 表l显示，对于开设了化学生物学课程的大学，该课程面向的对象主要是研究生，并且要 求选课的学生具有良好的化学和生物学背景，总结原因可能有以下几点： 表1 美国部分著名大学开设化学生物学课程情况 第一，化学生物学是一门新兴的交叉学科，它试图以化学方法去探求生命现象的一些本 质，这与生物化学不同，生物化学更强调的是描述生命的化学本质。由于生命体的复杂性，所 以学生在选修化学生物学课程之前，必须有很好的化学知识背景和生物学知识背景，从各大学 的先修要求可以看到，它一般要求学生要修完有机化学、物理化学、生物化学和分子生物学，这 些课程都是生物学专业学生和化学专业学生的必修课，本科生通常要到高年级才能修完这些 课程。所以这门课面向的对象是高年级学生或研究生。 第二，化学生物学是近年才新兴起来的学科，随着该学科的迅速发展，其内涵也在不断丰 富和完善。在本科生阶段，学生的主要任务是学习通识课程，对于自己学科或专业的理论和研 究体系有一个大致的了解，从而培养一种科学的思维方式。就这一点而言，化学生物学这门课 并不适合面向本科生开设。作为一门日新月异的学科或一种新的研究方法(或一种研究思 路)，该课程对研究生开设比较理想。 一 第三，化学生物学这个学科涉及的面非常广阔。虽然它围绕的核心是生物体内的生物分 子及其相关的生命过程，但无论是核酸还是蛋白质，讲解起来都要涉及到很多方面，每类分子 至少需要一个学期的课时，对于本科阶段的教学来说这是不大可能的。所以，教师往往是选取 某些方面来进行讲解和探讨，而且这些被选取的内容通常与授课教师的研究领域有很大关系。 另外，在学习这门课的过程中，需要了解很多前沿的知识，也就是要关注新的研究动向，阅读大 64 万方数据 量的文献。即便这样，在学习过程中也经常会遇到老师也无法解决的问题，这时就需要通过实 验来验证。从这点来看，学习这门课程对低年级本科生可能有些困难，但是正好适合于研究 生。 · 综上所述，化学生物学这门课程最好针对研究生开设；若针对本科生开课，也应该是高年 级本科生。 其实，很多大学并没有把化学生物学作为一门课程来开设，而是直接作为一项研究生项目 训练。从目前的状况来说，化学界很多科学家的研究工作都是以生物体的实际情况为背景。 近些年来，获得诺贝尔化学奖的工作很多是有关生物领域的化学研究。化学生物学课程的开 设，正是化学和生物学紧密结合的结果。 2开课教师 由于化学生物学是一门新兴的学科，涉及的问题很多都是前沿热点问题，许多大学都由科 研背景很强的教师担任任课教师。表2对各大学任课教师的教育经历和研究兴趣做了简单归 纳。 表2各个大学开设化学生物学课程教师简介 从表2可以看出，开设化学生物学课程的教师都有着很好的教育背景，基本都就读于著名 大学，而且研究兴趣以及研究的课题都以化学和生物学为背景。下面以哈佛大学的Daviduu 教授为例(哈佛大学网站：http：／／www．chem．harvard．edu／courses／index．php)来看任课教师的 一些特点。 David“u教授于1994年取得哈佛大学学士学位，并于1999年在加州大学伯克利分校取 得博士学位，1999年回哈佛大学任教，现在担任哈佛大学教授。他的研究兴趣是分子进化，小 65 万方数据 分子合成方法的改进和应用，聚合物、蛋白质和核酸的合成。从研究兴趣上看，这些与在Cur- rentOpinionOltChemicalBiology上介绍的化学生物学研究领域相合；从他发表的文章来看，最 近5年来，他在世界著名的学术期刊上发表的文章都集中在以DNA为模板的相关化学和生物 学研究、小分子对生物体机能的调控作用、药物设计等方面。这些也正是化学生物学关注的内 容。 经过对比，其他大学开设此课程的教师也有基本类似的特点。化学生物学这门课对教师 的要求很高，不仅要有较强的专业知识，还需要良好的钻研精神以及善于交流总结的能力。 3开设课程的方式 从各个大学的开课情况来看，目前开设化学生物学这门课的方式有3种。一种是像哈佛 ． 大学那样，以讲授为主，结合讨论和相应的问题设置，以对某一课题提出研究 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的方式进行。 另一种是像加州大学伯克利分校那样，先进行知识讲解，然后开设专题研讨课。第三，像耶鲁 大学那样，在进行知识讲解的同时开设实验课。下面就以这3个学校为例，分别介绍这3种开 课方式。 3．1哈佛大学模式 哈佛大学开始开设化学生物学课程时，任课教师是DavidLiu，他是一位年轻有为的科学 家。他主要以上课讲授为主，讲授的主要内容为应用化学方法解决生物问题的最新进展。随 着课程经验的不断积累以及学科的发展，哈佛大学现在开设了一系列与化学生物学有关的课 程，比如对本科生开设的化学生物学(chemicalbiolgy)和化学与化学生物学实验(experimental chemistryandchemicalbiology)，对研究生开设的有机化学与化学生物学(organicchemistryand chemicalbiology)、化学生物学与蛋白质组学(chemicalbiologyandproteomics)、生物化学与化 学生物学(biochemistryandchemicalbiology)和化学生物学研究(chemicalbiologyresearch)。 可以看出，哈佛大学开设的与化学生物学相关的课程非常丰富，不但理论课和实验课俱 全，而且还开设了很多各有侧重的课程。在本科生阶段开设的化学生物学理论课和实验课是 基础性很强的课程，主要是为学生打开化学生物学的大门。到了研究生阶段，这方面课程就各 有侧重，比如有机化学与化学生物学、化学生物学与蛋白质组学，这些课程都是对本科课程的 深入，反映出化学生物学涵盖的领域广阔。 3．2加州大学伯克利分校模式 从本文选择的7所大学来看，有4所采取i这种先进行知识讲授，再进行专题讨论的方 式。这4所大学包括：加州大学伯克利分校(加州大学伯克利分校网站：http：／／chemistry． berkeley．edu／stud—info／course_info／chem—classes．html)、威斯康辛大学(威斯康辛大学网站： http：／／www．biochem．wisc．edu／research／chemical—biology．html)、密歇根大学(密歇根大学网 站：http：／／www．chembio．umich．edu／resources／courses．html)、康奈尔大学(康奈尔大学网站： http：／／cuinfo．comell．edu／Academic／Courses／CoScourses．php?college=AS&dept=Chemistry+ and+Chemical+Biology)。这种形式大致分成3个部分，第一部分是知识性学习，就是讲解一 些很基本的知识，这一部分是比较浅的。第二部分一般是选取某些领域进行深人讲解，这些领 域的选取与教师从事的领域及研究兴趣有关，此方面我们将在后面讨论。第三部分是专题研 讨，这部分在第二部分基础上更进了一步，与第二部分不同的是在第三部分会有一些不确定的 问题，这是可以“摩擦”出思想火花的地方。加州大学伯克利分校等大学都采取这种方式授 66 万方数据 课，只不过是有些大学将这些教学计划在一个学期内完成，有的大学分三个学期完成。 这种方法对学生的先修要求比较低，化学和生物学的知识背景不是很强的学生也可以参 与进来。知识讲解完之后，随着学生对学科有了较全面且在某个领域较深入的了解，然后展开 专题研讨，产生研究兴趣并提出一些可能的课题。这是一种很好的方式。采取这种方式进行 教学是一个逐渐深入的过程，可以让学生从一些最基本的知识开始，习惯用化学生物学的思维 来思考问题，这种方式对于培养该学科的后备人才是很有利的。 3．3耶鲁大学模式 耶鲁大学(耶鲁大学网站http：／／students．yale．edu／oci／ycps／ycpsProgramCourses．jsp?sub- ject=CHEM&dept=Chemistry)采用理论课和实验课并开的方式进行化学生物学课程教学。从 其课程简介来看，该学校所开的化学生物学课程所包含的内容最少，但其实验课很值得关注。 每个上这门课的学生都有一个独立的子课题，这些子课题属于化学生物学实验室刚起步的一 些研究课题。然后每4个做相近子课题的学生有一名研究生指导。学生会有一个相应的时间 安排表，以确保他们能够在一定的时期内做出一些有意义的成果。到期末时，每个学生都要对 他的实验结果进行相应的分析，并提出以后的实验计划。 耶鲁大学开设的实验课很有价值。让学生在较短的时间内进入一个不大的课题，这样能 够很好地锻炼学生的实验技能，督促学生思考实验中遇到的问题。同时研究生指导员会经常 举行一些小型的讨论会，在独立研究的同时，又加强了交流，可以锻炼学生的双重能力。独立 完成实验和进行学术交流对于做科研来说是非常重要的，在本科阶段就开始培养这些能力，无 疑是一个很好的教学模式和方法。 化学生物学包括的领域很广，所开设的课程不可能涉及所有的基础知识。有些大学，如伊 利诺斯大学(伊利诺伊斯大学网站：http：／／courses．uiuc．edu／eis／eatalog／urbana／2007／Fall／ CHEM／575．html)，把这门课程开设成一门专题研讨课，这也是一种可行的模式。 综上所述，目前美国各个大学普遍采取的开课模式有3种，它们各有其优点。学校采取什 么教学模式，都有其自身的道理，也有他们自己的教学计划和培养目标。所以，要选择什么样 的模式开设这门课，应该根据本学校的特点、现实条件、培养目标以及学生的具体情况而定。 4教材选择 化学生物学课程的教材选择是多样化的，没有统一的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，界限也比较模糊。没有一所大 学采用直接命名为“化学生物学”的书作为教材，大多数是选择与其教学内容相关的教材。事 实上，这些所谓教材往往只是与上课内容相关的参考书，不能算是真正的教材。 以耶鲁大学为例，耶鲁大学推荐的参考书如表3所示。耶鲁大学的课程分为3部分：第一 部分介绍化学生物学前沿；第二部分是专题讲解，专题包括化学遗传学、蛋白质 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 、分子进 化，这里的每个专题都可以写成好几本书，所以教师只是推荐一些与之相关的书籍，以帮助学 生理解和运用所学的知识；第三部分是实验课，通过动手来巩固和学习所学知识。 从表3可以看到，在使用教材或参考资料时，不必要一定是书名为化学生物学的书籍。选 择教材应该不拘一格，可以多种多样，最重要的是要根据教学的具体情况选择不同程度的材 料，以及根据上课的内容选择与之相关的材料，这样有利于教学，可达到开设化学生物学这样 一门交叉性和综合性都很强的课程的目的。 67 万方数据 表3耶鲁大学化学生物学课程推荐材料 5化学生物学课程主要涉及的领域 从课程简介来看，化学生物学这门课有两个明显的特点。首先，注重采用化学方法来解释 和研究生物体系的内容，焦点主要集中在核酸、蛋白质和糖类，这是整个学科的基础。其次，关 注学科领域的前沿，教师一般会给学生提供较多近期发表的 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ，进行专题研讨，这些必然指 向学科的前沿。 教师选择的课题集中在生物体内的信息流、信号转导、生物识别以及化学分子在这些过程 中的作用、核酸和蛋白质的折叠、化学遗传学及基因组学、酶的三维结构、催化机制及调控、蛋 白质与其他生物分子相互作用、药物的开发、用化学方法合成生物分子等。每个学校的主要领 域和题目的选择与教师的研究兴趣密切相关。 例如哈佛大学，主讲教师DavidLiu教授的研究兴趣是分子进化、合成生物大分子、药物作 用机理及研发，在他的课程中，DNA、RNA及蛋白质的化学性质和化学反应，代谢作用，药物的 作用机理等占了很大一部分。 再如加州大学伯克利分校，其课程的第二模块是酶的作用机理，这是主讲教师Marletta教 授的研究兴趣，最后5个题目的选择也全部在几位开课教师的研究兴趣之内。教师的研究兴 趣一般也是教师的专长，有利于教学知识的讲解以及讨论的展开，也利于启迪学生。 6威斯康辛大学化学生物学课程教学内容 以下是威斯康辛大学化学生物学课程的授课大纲，以供参考。 第一讲：化学和生物学中的信息流 第二讲：DNA结构、合成以及识别 第三讲：DNA复制 第四讲：小分子调控基因转录 第五讲：RNA结构及生物合成 第六讲：RNA合成及小分子识别 第七讲：RNA选择性：核酸适配体(aptamer) 第八讲：蛋白质结构及稳定性 第九讲：蛋白质的生物合成与折叠 第十讲：多肽和蛋白质的合成 第十一讲：体内及体外的酶动力学 第十二讲：酶的催化原理、概念及靶标 万方数据 第十三讲：肽库及噬菌体表面展示技术 第十四讲：细胞信号传导及调控 ’ 第十五讲：新陈代谢、天然产物的生物合成 第十六讲：蛋白质与小分子及蛋白质与蛋白质的相互作用 第十七讲：受体-配体工程 7结语 随着化学生物学这个新兴的研究领域受到越来越多的关注，培养适应化学生物学研究的 学生也逐渐受到国内外各大学的重视。在我国，一些大学也开始了这方面的尝试。随着我国 高校对化学生物学这个新学科的关注，以及各个方面对这个新学科的支持，相信化学生物学在 中国将会有一个美好的明天。 (上接第19页) (2)实验报告成绩。实验报告是分析、表达、总结实验结果的书面报告。要求科学、完整、 规范地书写实验报告内容，并力求简明扼要、思路清晰、版面整洁。通过加强对实验报告的考 核，推动学生提升综合分析能力和文字表达能力。 (3)期末考核成绩。期末考核分笔试(20％)和实验操作(80％)两部分，笔试内容主要是 一些难以通过实验操作进行 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 的无机及分析化学实验的基础知识，如实验原理、实验安全、 实验室管理等方面的知识；实验操作考核一般采取综合实验、小项目实验等方式分组进行，如 海带中提取碘、水的净化、废铝皮制备AI(OH)，、废铁屑制备FeCl，、硫酸亚铁铵的制备、离子 鉴定和未知物的鉴别。 3结语 -- 实验教学不仅要培养学生的实验操作技能，更要培养学生良好的职业岗位(群)综合素 质，是理论教学无法替代的。工业分析与检验是以实验为基础的专业，教师应该充分认识到无 机及分析化学实验等实验课程在工业分析与检验专业整个课程体系中的重要性，以提升学生 职业素质为核心，加强师资队伍建设，整合教学内容，改进教学策略，完善考核方式。通过积极 推进无机及分析化学实验教学改革，使工业分析与检验专业学生的综合职业素质和岗位技能 得到提高，成为职业素质优良的高技能应用型人才。 参考文献 1胡伟光，田晓秋．辽宁高职学报，2006(3)：40 2康学军，张建新，许茜，等．大学化学，2005C4)：21 3陈红云，陈晓芳．职教论坛，2004(33)：28 4余德润．阳东青．中国职、世技术教育，2006(4)：48 万方数据 美国部分著名大学化学生物学课程调研 作者： 王成， 谭大治， 胡笳， 李艳梅 作者单位： 王成,谭大治(清华大学生物科学与技术系,北京,100084)， 胡笳,李艳梅(清华大学化学系生 命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室,北京,100084) 刊名： 大学化学 英文刊名： UNIVERSITY CHEMISTRY 年，卷(期)： 2008,23(5) 被引用次数： 2次 本文读者也读过(10条) 1. 尹艳玲.罗艳琳.李俊发.陈昭燃 本科医学神经生物学教学建设的探讨(摘要)[期刊论文]-青岛大学医学院学报 2009,45(3) 2. 首医大成立化学生物学与药学院、药物研究所[期刊论文]-北京教育(高教版)2004(3) 3. 冯彦 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