“化学生物学实验”课程教学体系构建

“化学生物学实验”课程教 学体系构建 化学生物学是20世纪90年代出现的 一个交叉学科，又被称为化学遗传学,美国哈 佛大学的S.L.施瑞伯对于化学生物学的诞生 和发展做出了卓越的贡献。化学生物学主要 使用小分子作为研究工具来解决生物学的 问题，或通过干扰/调节正常过程来了解蛋白 质的功能，从而为生命现象的理解和新药的 研制带来了新的机遇。当今的化学与生物 学、医学等学科日益融合渗透，对许多生命现 象的研究已经进入分子水平，化学研究的手 段和方法已经成为处于分子水平的生命科 学的必不可少的重要工具。研究解决生命和 医学等现象中的化学问题，是化学学科未来 发展的主要动力，使得化学生物学这一新型 学科得到了快速发展。随着化学生物学学科 的发展，与之相对应的实验课程在国内外一 些知名高校逐步开设起来。为了给学生提供 必要的化学生物学基本知识和实验技能，浙 江大学化学系和化学实验教学中心于2005 年开始筹建“化学生物学实验”课程。由于当 时化学生物学实验教材非常缺乏，我们组织 了一批在该领域研究的教师设计了实验内 容、编写了实验讲义，并于当年9月起开设了 “化学生物学实验，，课程。经过连续8年的教 学实践，我们逐年对实验讲义进行修改和完 善，每一次都进行了较好的提高和丰富。 2013年1月，由我系教师主编、科学出 版社出版的化学生物学实验成为我国第 一本正式出版的该领域的实验教材。 1课程建设 “化学生物学实验”是一门研究生命现 象中的化学问题的实验课程，主要通过生物 化学、细胞生物学、分子生物学、基因工程 和细胞工程等实验技术与化学实验手段相 结合的方法，让学生掌握化学生物学实验的 基本知识、基本原理和操作技能，培养学生在 细胞层次和分子水平层次上的实验技能。 我校“化学生物学实验”课程2005年 开设时共48学时,学分为1.5,随着课程的发 展和选课学生的日益增加,2009年起学时数 增加到128,学分改为4.0。目前该课程已成 为了化学实验教学中心实验课程体系中的 一门重要课程，主要面向化学和化工等专业 的高年级本科生以及研究生，在实验内容上 涵盖了蛋白质化学、糖化学、生物矿物和生 物矿化、酶促化学、生物氧化、细胞和基因 工程、计算机模拟实验等。其中特色实验有 金属口卜琳模拟生物氧化过程、纤连蛋白在羟 磷灰石上吸附-脱附过程的分子模拟、荧光量 子点的合成及FRET法测定蛋白酶的活性、 抗肿瘤药物的合成及其对肿瘤细胞抑制和 细胞形态观察、生物矿物和生物矿化的调 控、酶催化Michael加成反应/酶促合成选择 性调控、亲和色谱树脂的合成及其对溶菌酶 的分离提纯等。 由于大部分实验是基于浙江大学化学 系的特色,根据学科发展，从教师最新科研成 果转化而来的，因此我们的课程及实验内容 设置上具有以下特色 1学科交叉的特色鲜明，涉及到基因 工程、细胞工程、酶工程、计算化学、蛋白 质化学等众多领域;2实验内容选题新颖，具 有综合性、研究性和挑战性;3学生可以涉 足不同的研究领域，得到多方位的实验技能 训练和强化。 在实验安排上，学生以3〜4人为一组进 行实验，每次实验完成1个大的专题,每个专 题由1个专职教师来指导。以研究问题为主 线，将设计、探究、分析等部分有机地结合起 来，充分培养学生的创新思维和创新技能，努 力达到教育部提出的“重实践、求创新”的教 学培养目标，达到“既传授化学知识与技能, 又训练科学方法和思维”的全面化学教育要 求。此外，为了巩固学生对课程的理解和掌握, 学期结束时，学生要完成1篇相关的小论文, 并统一答辩。 2教材建设 8年来，化学系和化学实验教学中心组 织了一批在化学生物学及相关研究领域取 得卓越成果的教师投入实验教材的建设，将 他们的前沿科研成果转化为学生实验，对培 养新型交叉学科人才起到了重要的作用。 2005年筹建时，实验讲义中只有7个 实验。课程组坚持每年出一本实验讲义，每次 增加一些新实验。到2012年时，实验讲义内 容已经增加至37个，具备一定的规模。2012 年4月，课程组与科学出版社签订出版合同, 教材于2013年1月正式出版。 正式出版的化学生物学实验教材共 33万字,安排了 41个实验，分为生化分离分析 实验技术、生物材料制备技术、化学中基因 工程实验技术、化学中蛋白质实验技术和化 学中细胞实验技术5个部分。每个实验均精 心编写了实验导读，提供了一定的背景材料, 使学生能更好地了解这一交叉领域发展的 基本状况和最新进展。此外，为了方便读者的 使用，在第8章附录中还增加了 26类化学生 物学实验常用仪器的使用方法，以及试剂配 制、使用说明等重要资料。 作为我国第一本正式出版的化学生 物学实验教材，该书具有以下特点1涉及 学科多，涵盖基因工程、细胞工程、蛋白质化 学等众多学科;2内容丰富,安排了 41个来 自不同领域的有代表性的实验;3选题新颖, 许多内容来自于化学生物学前沿研究的成 果;（4）难易结合,可以适合不同高校教学和不 同读者学习的要求。 3实验室条件建设 8年来，浙江大学化学系和化学实验教 学中心投入专项资金近100万元，不断完善 “化学生物学实验”课程的实验条件和实验 环境。目前拥有3个学生实验室共352m2, 其中64m2专业无菌室1个。购置了大量的 仪器设备用于实验教学,如超净工作台（5 张）、光学显微镜、酶标仪、可见-紫外分光 光度计、核酸分离层析仪、恒温反应振荡箱、 高配置计算机（13台，用于分子动力学模拟实 验）、电泳仪、PCR扩增仪、高速冷冻离心 机（2台）、超低温冰箱、电化学工作站、荧 光倒置显微镜、高性能二氧化碳培养箱（2 台）、表面等离子光谱（SPR）生物传感器等。 此外广化学生物学实验”在教学中还能充分 享受化学系分析测试中心的大型仪器资源, 学生随时可以利用红外分光光度计、荧光分 光光度计、核磁共振仪、高效液相色谱仪、 气相色谱仪和气质联用仪等大型仪器来完 成每次的专题实验。 4教师队伍建设 化学系一直非常重视“化学生物学实 验”课程，设立了课程组长、实验室主任和课 程负责人。“化学生物学实验”课程组稳定了 一批积极参与学生实验指导的博士生导师 和教授，如在分子模拟与分子设计领域发表 数篇高质量SCI论文的王琦教授、国家高技 术研究发展计划863重点项目主持人汤谷 平教授、在分子细胞学研究上有突出成就的 鄂建敏教授等。这些博导和教授不但兢兢业 业地指导学生，而且能不断向学生介绍各自 领域的最新研究动态，从而丰富了学生的知 识面,大大地调动了学生的学习积极性。 为了使“化学生物学实验”课程得到不 断提升，课程组还吸引了一些留学回国的年 轻教师参与课程建设和教学指导，如留学日 本1年的姚波副教授和留学德国2年的吴起 副教授。 5结束语 化学生物学人才将在我国科学研究和 科技应用中发挥重要作用广化学生物学实 验”课程在这些人才的创新意识和实验技能 的培养上具有积极的主导作用。我校在“化 学生物学实验”课程建设中开展一些工作，取 得了一些教学成果。我们还要不断探索、不 断总结，同时积极借鉴兄弟院校的成功经验, 紧跟学科最新发展，开发出更多、更有特色的