王淑平，孫麗萍，姚和權(quán)

中國藥科大學藥學院 (南京 211198)

化學生物學(Chemical Biology)被譽為“修飾生命的化學”發(fā)展于20世紀90年代中期，是以化學小分子為工具來探索和解決生物學、醫(yī)藥學等問題的一門新興交叉學科[1]?；瘜W生物學的出現(xiàn)源于化學長期的發(fā)展以及生物和醫(yī)藥科學研究的累積和需求，用化學生物學知識和手段來推進新藥研發(fā)已成為一種趨勢[1-2]。為適應當下創(chuàng)新型藥學人才培養(yǎng)的需求，本校從2008年開始在藥物化學專業(yè)四年級本科生中開設化學生物學理論課程。盡管在教學中取得了不錯的效果，但是化學生物學是一門發(fā)展中的學科，學科本身的前沿性和交叉性導致該門課程的教學中存在諸多問題。鑒于藥物化學專業(yè)特征，筆者對化學生物學雙語教學進行了初步探索。結(jié)合教學實踐，筆者對藥物化學專業(yè)化學生物學課程雙語教學的必要性進行了分析，總結(jié)了推進該門課程雙語教學的經(jīng)驗，對該門課程建設進行了思考和展望。期望能夠為推進藥學類專業(yè)化學生物學教學改革提供依據(jù)，提高醫(yī)藥類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中對化學生物學學科的重視程度。

1 藥物化學專業(yè)化學生物學課程雙語教學的必要性

1.1 化學生物學學科特征及課程設置現(xiàn)狀

化學生物學的出現(xiàn)源于化學長期的發(fā)展以及生物、醫(yī)藥等學科研究的累積和需要，其是化學與生物、醫(yī)藥等學科交融的必然產(chǎn)物。自20世紀90年代中期由哈佛大學的Schreiber博士和Scripps研究所的Schultz博士分別在美國東、西兩岸發(fā)起之后，化學生物學的發(fā)展突飛猛進，全世界越來越多的學者加入這門新興交叉學科的建設和推進當中[1-3]。當下，化學生物學已成燎原之勢，專注于化學生物學領(lǐng)域研究的國際高水平期刊與日俱增，如《自然化學生物學》(NatureChemicalBiology)、《美國化學學會化學生物學》(ACSChemicalBiology)、《化學生物學雜志》(JournalofChemicalBiology)等[4]。還有很多高水平期刊設立化學生物學方向，如《自然》(Nature)、《科學》(Science)、《細胞》(Cell)、《美國科學院院報》(PNAS)、《德國應用化學》(Angew.Chem.Int.Ed)等。化學生物學學科自身的快速發(fā)展，使得利用化學小分子來修飾和調(diào)控生命過程的理念被越來越多的學者關(guān)注和重視。然而，化學生物學歸根結(jié)底還是一門發(fā)展中的學科，學科的交叉性、前沿性以及多樣性導致化學生物學教學存在很大的難度和挑戰(zhàn)性。

目前，多所國際著名大學都開設了化學生物學課程。如哈佛大學、康奈爾大學和埃默里大學等都專門設立了化學生物學系[5-7]。國家自然基金委也把化學生物學列為重大研究計劃，2018年化學生物學已被確立為化學學科二級學科。北京大學、南京大學、浙江大學、武漢大學等多所國內(nèi)高校均已設立化學生物學專業(yè)或者開設了化學生物學課程。盡管國內(nèi)外高校都高度重視化學生物學人才的培養(yǎng)，但是化學生物學的教學普遍存在諸多問題和挑戰(zhàn)。如其學科交叉性高、前沿性強、對授課教師綜合素質(zhì)要求高、可選教材有限、不同院校的授課內(nèi)容和方式差異很大等[8]。如何參考現(xiàn)有教材和資料，結(jié)合學生實際情況，設置合理的教學內(nèi)容及教學模式，是化學生物學教學中普遍存在的、亟須解決的問題。

1.2 化學生物學在新藥研發(fā)中的重要性和必要性

在眾多學科領(lǐng)域中，化學生物學與醫(yī)藥領(lǐng)域的聯(lián)系最為緊密?！凹膊〉脑\斷和治療”一直是醫(yī)藥領(lǐng)域關(guān)注的焦點和難點。利用化學生物學的思維、方法和工具研究以及發(fā)現(xiàn)疾病發(fā)生發(fā)展的原因，使用合成的分子去檢測和調(diào)控生命過程，并發(fā)現(xiàn)和闡釋相關(guān)靶點及機理已經(jīng)成為當下化學生物學和醫(yī)藥領(lǐng)域的研究熱點。當代新藥研發(fā)主要關(guān)注“疾病預防”“診療一體化”“精準治療”及“老藥新用”等方面，而這些方面的推進依靠傳統(tǒng)藥學已經(jīng)無法實現(xiàn)。研究者只有結(jié)合化學生物學知識和方法尋找導致疾病發(fā)生發(fā)展的通路和靶點，才能為藥物篩選和合成提供方向，推進藥物研發(fā)。同時，主要研究藥物發(fā)現(xiàn)的化學生物學已成為化學生物學領(lǐng)域的重要分支，藥學與化學生物學只有相互滲透，才能促進兩個學科共同、快速的發(fā)展。

1.3 化學生物學課程雙語教學的必要性

化學生物學是一門發(fā)展中的交叉性、前沿性學科，這就要求化學生物學的教學必須與國際最新動態(tài)接軌。因此，化學生物學的教學需要學生在接受基本知識的同時，通過查閱外文文獻及其他方式拓展其前沿知識。本校化學生物學課程針對藥物化學專業(yè)大四本科生開設，目標是培養(yǎng)具有“解決復雜問題能力”的創(chuàng)新性藥物研發(fā)人才。藥物化學側(cè)重化學小分子藥物的發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化，化學生物學則強調(diào)用合成小分子對生命過程機理的發(fā)現(xiàn)、闡釋和調(diào)控，兩者對學生外文閱讀能力的要求都較高。因此，藥物化學專業(yè)化學生物學的雙語教學非常必要。

2 藥物化學專業(yè)化學生物學課程雙語教學實踐

2.1 精選雙語教材

化學生物學可選教材較少，國內(nèi)外大學的授課內(nèi)容多樣，這就導致該門課程可供參考的資料有限。目前國內(nèi)教材主要有馬林、古練權(quán)主編的《化學生物學導論》，婁兆文、河漢平主編的《化學生物學基礎(chǔ)教程》，劉磊、陳鵬等主編的《化學生物學基礎(chǔ)》。這三本教材側(cè)重點各不相同，其中《化學生物學導論》和《化學生物學基礎(chǔ)教程》側(cè)重介紹細胞的化學生物學，《化學生物學基礎(chǔ)》則強調(diào)化學生物學的系統(tǒng)知識和學科全貌，尤其突出化學生物學新方法以及學科發(fā)展趨勢的介紹[9]。國外的化學生物學教材主要有Schreiber編寫的ChemicalBiology和David Van Vranken，Gregory Weiss編寫的IntroductiontoBioorganicChemicalBiology。其中ChemicalBiology內(nèi)容翔實，涉獵廣泛，而IntroductiontoBioorganicChemicalBiology則側(cè)重生物大分子的化學生物學，強調(diào)以化學小分子為工具探索和調(diào)控生物大分子的功能[5,9]。

藥物化學主要研究小分子藥物的設計、合成、篩選及成藥性評價，強調(diào)藥物是否可以治病，其對藥物治療疾病的機制涉獵較少。而現(xiàn)在新藥研究強調(diào)“精準治療”，發(fā)現(xiàn)新的疾病治療靶點，闡明藥物發(fā)揮作用的分子機制已經(jīng)成為趨勢[10]。結(jié)合藥物化學專業(yè)特征，筆者綜合選取了《化學生物學導論》《化學生物學基礎(chǔ)教程》和《化學生物學基礎(chǔ)》三本中文教材的內(nèi)容，同時參考ChemicalBiology和IntroductiontoBioorganicChemicalBiology兩本英文教材，制作了適合本校特色的化學生物學雙語課件。授課內(nèi)容包括生物大分子的化學生物學、化學生物學方法和技術(shù)、細胞化學生物學以及化學生物學的應用四個部分。

2.2 多種教學方法融入雙語教學

基于化學生物學課程本身的難度以及教學對象專業(yè)特征，化學生物學雙語教學需要構(gòu)建新的多種教學方法相結(jié)合的教學模式，以注重學生接受知識的能力，從而提高教學質(zhì)量。在此次雙語教學的探索實踐中，筆者結(jié)合學生實際情況準備了兩份PPT，一份為中文PPT，一份為英文PPT，兩份PPT內(nèi)容基本對應。課前列出相應章節(jié)的重點和難點，將對應的中文PPT發(fā)布給學生預習。這樣可以讓學生提前對相關(guān)化學生物學知識點有一定了解，確保他們在上課時對教學內(nèi)容不會有陌生感。上課期間則采用英文PPT講解。鑒于學生英語水平及課堂效果的考慮，知識點的講解一般用英文，難點和重點則用中文，課堂互動鼓勵用英文。課后，教師將對應的英文PPT留給學生用作課后復習，布置一些探究型作業(yè)，讓學生圍繞藥物發(fā)現(xiàn)的化學生物學前沿知識進行英文文獻閱讀來拓展知識結(jié)構(gòu)，相應的作業(yè)要求學生用英文完成。為了評價上述教學方式的有效性，筆者對2014級95名及2015級95名藥物化學專業(yè)學生進行了問卷調(diào)查，2014級93.6%的學生和2015級94.7%的學生都贊同此教學方式，他們認為這樣的雙語教學方式不僅有助于他們對相應知識點的了解和掌握，還能在一定程度上提高他們對專業(yè)文獻的閱讀能力和交流能力，有助于激發(fā)學習興趣。

要想提高教學效率，帶動學生積極參與雙語課堂，傳統(tǒng)的灌輸式教學方法肯定行不通。筆者在教學中將問題導向教學方法(PBL)、探究型教學方法和網(wǎng)絡教學方法引入課堂教學，期望這些方法的引入可以激發(fā)學生自主學習的興趣，進而提高教學質(zhì)量[11-12]。比如，筆者在介紹化學小分子對蛋白質(zhì)的修飾這節(jié)內(nèi)容時引入了PBL法，提出問題：化學小分子對蛋白質(zhì)巰基的修飾有什么意義，通過分組討論的形式讓學生圍繞這個問題進行互動，之后分組匯報互動結(jié)果。筆者發(fā)現(xiàn)，學生討論結(jié)果涉及巰基的生物功能、蛋白質(zhì)翻譯后修飾、酶活性的抑制、蛋白質(zhì)半胱氨酸的檢測等多個知識點，知識拓展效果顯著?；谟懻摻Y(jié)果，結(jié)合本節(jié)重點，筆者以蛋白質(zhì)巰基的檢測為例引入Ellman’s實驗，強調(diào)了化學小分子對蛋白質(zhì)的修飾在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能研究中的重要性。筆者在介紹天然產(chǎn)物探針與藥物靶點發(fā)現(xiàn)這一節(jié)內(nèi)容時，引入了探究型教學方法。以醉茄素A治療癌癥靶點的發(fā)現(xiàn)為例，筆者簡單介紹其應用正向遺傳學方法尋找天然產(chǎn)物分子在細胞內(nèi)靶點的流程。隨后介紹藤黃酸的生物功能并讓學生設計方案尋找藤黃酸在腫瘤細胞內(nèi)的作用靶點。通過文獻查閱和課堂討論，學生提出多種尋找藤黃酸在腫瘤細胞內(nèi)的作用靶點方案?；谟懻摻Y(jié)果，筆者再詳介天然產(chǎn)物探針分子靶點發(fā)現(xiàn)的化學生物學，強調(diào)化學遺傳學在藥物研發(fā)中的重要作用。在激發(fā)學生參與興趣之后，提出基于活性的蛋白質(zhì)組學(ABPP)技術(shù)這個概念，讓學生將其作為課外拓展作業(yè)來了解ABPP的前沿動態(tài)。在介紹化學小分子對細胞信號轉(zhuǎn)導通路的調(diào)控這章內(nèi)容時，筆者考慮到信號通路對于藥化專業(yè)學生的難度，所以引入了網(wǎng)絡教學的方法，通過動畫及視頻形象地展示了艾滋病的發(fā)病過程及細胞凋亡的整個過程，使學生輕松直觀地了解到細胞通訊及信號傳導的過程。隨后，筆者結(jié)合視頻逐步介紹信號如何從一個細胞傳遞給另一個細胞，配體和受體結(jié)合后受體如何將信號傳遞到細胞內(nèi)，細胞內(nèi)的信號如何進行傳遞、放大以及最終對相應信號產(chǎn)生效應。當學生充分了解信號傳導的整個過程之后，教師再介紹如何使用化學小分子對信號傳導各步進行調(diào)控就比較容易了。為了評價這些教學方法的引入對雙語教學效果的影響，筆者亦做了問卷調(diào)查。2014級89.5%和2015級95.8%的學生都認為這些方法的引入不僅有利于他們快速掌握課堂知識、有助于他們主動參與課堂，還激發(fā)了他們對化學生物學的興趣。很多學生建議開設專題討論課來了解更多的化學生物學前沿知識，尤其是基于藥物發(fā)現(xiàn)的化學生物學前沿知識。

2.3 改進考核方式

為了有效評估雙語教學效果，全面反映學生的綜合素質(zhì)，教學團隊對雙語教學的考核形式及內(nèi)容進行了改進[5,13]。整體考核模式：平時成績占總成績的30%，期末成績占總成績的70%。平時成績更加強調(diào)學生課外知識拓展、英文文獻閱讀以及課堂英文討論表現(xiàn)。期末考試將以往的10道簡答題模式改為8道簡答題、1道綜合題和1道開放題的模式。8道簡答題主要評估學生對化學生物學知識點的理解和掌握；綜合題考查學生對化學生物學知識的應用；開放題通過提出問題的方式，讓學生應用化學生物學及藥學知識設計方案來解決實際問題，以評價學生綜合應用所學知識解決問題的能力。在考核方式相同，期末試卷難度及題型相似的情況下，筆者通過對兩屆學生的成績分析發(fā)現(xiàn)，2015級學生成績相比2014級有明顯提高(圖1)。2015級學生成績優(yōu)秀和良好的比例為49.5%，遠遠高于2014級的比例23.1%；學生的不及格率也從2014級的10.6%降低到2015級的3.2%(圖1)。這表明經(jīng)過兩年的雙語教學探索和改進，此雙語教學模式確實有助于學生掌握化學生物學知識，提高了其應用化學生物學知識解決問題的能力(圖1)。

圖1 2018年和2019年化學生物學成績分析

3 藥物化學專業(yè)化學生物學課程雙語教學體會

通過為期兩年的初步探索和實踐，化學生物學雙語教學效果顯著。授課內(nèi)容采用中英文PPT結(jié)合的方式有利于學生快速熟悉相關(guān)知識點、提高課堂教學質(zhì)量。根據(jù)學生實際情況，筆者進行中英文穿插的講授方式，有利于學生對相關(guān)知識點、重點以及難點的理解和記憶。課后英文文獻閱讀和化學生物學前沿知識的拓展有利于學生對當下化學生物學前沿動態(tài)的了解，有助于培養(yǎng)學生利用化學生物學知識和方法解決藥物發(fā)現(xiàn)中問題的能力。將問題導向的教學方法、探究型教學方法和網(wǎng)絡教學方法引入雙語教學過程中，有利于培養(yǎng)學生自主學習和交流的能力，激發(fā)學生對化學生物學的學習興趣?？傊?，教學內(nèi)容的改進及教學方法的多樣性使此次化學生物學雙語教學嘗試取得了不錯的效果。然而，化學生物學是一門新興的交叉學科，學科本身的交叉性和前沿性對教師、教學內(nèi)容、教學方式都有極高的要求。化學生物學雙語教學的推進和完善還需要很長時間的探索。

如何提高化學生物學雙語教學質(zhì)量，是今后化學生物學課程改革的一項非常重要內(nèi)容。筆者認為在整個雙語教學的推進中，教師自我素質(zhì)的提高非常關(guān)鍵。教師需要客觀評價學生的英語綜合水平，平衡課程信息量和課程難度，引導學生用英語工具獲取專業(yè)信息。同時，教師需要提高自己的專業(yè)詞匯量及英語口語的準確性，拓展自己的知識范圍，涉獵化學生物學涉及的相關(guān)學科領(lǐng)域，保持化學生物學前沿動態(tài)的敏感性。只有這樣，才能更好地引導學生學習，激發(fā)學生對化學生物學的興趣。除了教師本身素質(zhì)的提高，教學模式的構(gòu)建也非常重要，這不僅需要引入多種教學方法，還需要改變教學結(jié)構(gòu)。比如，理論課、虛擬實驗課和專題討論課相結(jié)合的授課結(jié)構(gòu)，可能會催進學生主動參與課堂，令學生在掌握知識的同時更好地應用知識解決問題。這樣，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新思維的復合型新藥研發(fā)人才。

4 小結(jié)與展望

盡管筆者對化學生物學雙語教學做了初步的探索和分析，并取得了不錯的效果，然而對于推進化學生物學這門新興交叉學科的發(fā)展卻遠遠不夠。化學生物學在生命科學領(lǐng)域、醫(yī)藥學領(lǐng)域的重要作用顯而易見，化學生物學教學的推進卻困難重重，原因有以下幾個方面。首先，化學生物學涉及學科領(lǐng)域較多，不同高?；瘜W生物學課程的設置都需要考慮教學對象，教師需從不同的側(cè)重點來展開教學，以利于相關(guān)復合型人才的培養(yǎng)。其次，化學生物學國內(nèi)外可供參考的教材有限，如何整合現(xiàn)有教材，根據(jù)學生專業(yè)特色合理安排教學內(nèi)容，其挑戰(zhàn)難度較大。同時，化學生物學雖然已成燎原之勢，但是很多高校并沒有重視這門學科的建設。最后，化學生物學對教師的綜合素質(zhì)要求較高，教師需要花費大量的時間去拓展自己的知識面，了解學科前沿動態(tài)，設計課堂教學模式。

由于本校屬藥學類重點高校，化學生物學教學圍繞基于藥物發(fā)現(xiàn)的化學生物學為中心展開。編寫基于藥物發(fā)現(xiàn)的化學生物學教材，改進教學模式和考核方式，推進化學生物學在全校的普及將是本教研組今后需要努力的方向。