“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

万　坚　梁德娟　于　翔　刘德立　王玉凤　刘建清　杨光富　杨　旭

摘要：化学与生物学的交融是当今相关学科前沿发展的一大趋势。这一趋势要求相关领域的创新性人才必须具有交叉复合的知识结构与技能、强烈的创新意识、良好的科研素质和能力。通过近五年的实践，我们对“化学生物学”复合型人才培养模式及其实施过程中存在的问题进行了较为深入系统的研究与探索，取得了一些经验和效果。

关键词：化学生物学；复合型人才培养模式；课程体系改革

一、“化学生物学”复合型人才培养模式研究的背景

如何培养出满足国家科技战略需求的创新性人才是高等教育面临的一个亟待解决的问题，也是2007年启动的本科教学“质量工程”中的重要建设内容。这充分体现了我国创新性人才培养的科技战略背景。

从具体的学科专业发展趋势上看，20世纪后期，以生命科学、信息科学、材料科学为重要标志的科学技术革命飞速发展，学科领域不断分化，呈现出高度交叉和综合发展的趋势，新兴、交叉、边缘学科不断涌现。特别是化学与生物学的交叉，更具有代表性。以诺贝尔化学奖为例，近20年诺贝尔化学奖50％的得主是因他们以涉及生命科学的研究工作而获得成功的；而诺贝尔医学和生理学奖的得主有40％是来自化学和物理学学科。由此可见，化学与生物学的交融是当今自然科学发展的一大趋势。

化学生物学(Chemical Biology)是化学与生物学不断交融，于20世纪90年代中期形成的一门新的前沿交叉学科。最初是由哈佛大学的Schreiber博士和ScfiplaS研究所的Schultz博士分别在美国东、西海岸发起。化学生物学是运用化学的理论、研究方法和手段，从分子水平去探索生物学、医学问题的一个新兴交叉前沿研究领域。化学生物学利用化学特别是有机化学的知识来探索和调控生命及其过程，利用生物学技术促进化学自身发展。衍生新理论、新反应和新技术。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，以及传统的天然产物化学、生物有机化学、生物无机化学、生物化学、药物化学、晶体化学、波谱学和信息化学等学科的特点和研究方法，从更深层面去研究生命现象和生命过程。

以分子为基础，研究和了解生物大分子之间的相互作用、化学小分子与生物大分子之间的相互作用，以及这些作用对生命体系的调节、控制等方面的影响，已成为化学生物学研究领域的热点。作为化学与生物学两大学科的交叉与融合，化学生物学的发展不仅会给生物医学带来新的变革，同时也会给生命科学的其他相关学科，如医药、农业、环境，带来新的发展机遇。对化学生物学及其相关学科专门研究人才的需求不仅日益增加，而且要求相关领域的创新性人才必须具有交叉复合的知识结构与技能、强烈的创新意识、良好的科研素质和能力。

基于以上所述背景，2003年华中师范大学化学学院和生命科学学院根据自身学科的优势，把农药与化学生物学、微观生物学确定为两院主要的学科发展方向，确立了“化学生物学”复合型人才培养模式，希望通过交叉学科的发展带动其他相关学科的发展。

二、“化学生物学”复合型人才培养模式与课程体系改革的实践

1充分调研，设置特色鲜明的人才培養目标

我们先后考察了北京大学、南京大学、浙江大学、武汉大学、厦门大学等高校的相关院系，参阅了相关专业的培养方案，同时借鉴了国际上相关学科前沿发展的趋势。经过认真讨论与研究，我们确立了本科“化学生物学”复合型人才培养模式的培养目标，即“为化学生物学、微观生物学及其相关研究领域培养出知识结构能真正交叉复合、创新意识和能力强、综合素质高的研究型人才后备军”，而不是追求申办一个狭义的“化学生物学”本科专业。这一点和其他高校开设“化学生物学”本科专业的目标是不尽相同的。我们希望通过该人才培养模式使“将来从事化学生物学领域研究的学生具有较扎实的微观生物学方面的基础知识和实验技能，从事微观生物学领域研究的学生具有较扎实的化学方面的基础知识和实验技能”。

2目标导向，制订和完善培养方案，注重两个一级学科知识体系的交叉与融合，构建新的课程体系

为了实现上述“化学生物学”复合型人才培养目标，保证预期的培养规格和质量，我们在实践中采取了以下几个方面的具体措施并不断在实践中予以完善。

(1)以特色鲜明的人才培养目标为导向，依托我校化学学院和生命科学学院的学科优势资源(农药学国家重点学科、农药与化学生物学教育部重点实验室、四个省级重点学科、四个博士学位授权点、两个一级学科硕士学位授权点)，精心制订和不断完善了“化学生物学”复合型人才培养方案。构建了一整套建立在化学和生物学两个一级学科平台上的、富含自身特色的理论与实验教学课程体系以及学生创新意识、专业实验技能和科研基本能力综合训练平台。

除学校公共的通识课程模块外，以分子科学和微观生物学为主线设置主干课程模块，即学科基础课程模块(由化学概论、生物学概论、无机化学、有机化学、生物化学、物理化学、结构化学、仪器分析、分子生物学、分子细胞生物学、遗传学等主干课程构成)、厚基础模块(化学和生物学相关选修课程组成)以及实验技能与科研训练模块(化学和生物学的基础、中级和综合设计实验课程以及化学生物学实验课程)，独立设班上课。

同时，我们还注重两个一级学科知识体系的交叉与融合。比如，以“结构化学”、“结构生物学”为基础，以“分子模拟”、“生物物理”为手段，以“药物(含农药)设计”为应用，结合研究设计型实验项目、大学生创新实验计划项目，构建“化学生物学”特色课程模块。

此外，两院成立统一的“化学生物学”教学委员会，统一安排每学期的课程教学，定期举行教学委员会工作会议，讨论该人才培养模式中出现的问题及解决的办法。比如，上述人才培养方案就是经过五次两院教学委员会工作会议进行了充分讨论研究、不断完善而得到的。

(2)在该人才培养方案的实施过程中，我们深刻地认识到教学师资队伍的质量是关键。因为所有的理论与实验教学过程都是通过教师来具体实施操作的，高水平的教学团队是该复合型人才培养模式培养质量的根本保障。“化学生物学”教学委员会在项目实施的过程中，首先注重主干课程的建设，以各级精品课程、双语课程、研究型教学课程以及优质教材的建设为抓手，加强“化学生物学”实验班的师资队伍建设。目前，几乎所有上述提到的“化学生物学”主干课程已经建设成为省级、校级精品课程；主编或参编国家规划教材13部。“化学生物学”教学委员会基本上是由上述两院的各级精品课程负责人组成，教学委员会工作会议时经常就“两个一级学科知识体系的交叉与融合”问题进行讨论交流。这样，就将精品课程的建设与“化学生物学”课程体系的建设有机地结合在一起，达到事倍功半的效果。“化学生物学”培养方案中的主干课程全部是由上述各级精品课

程负责人主讲，理论课堂教学的质量我们在制度上给予了最大保障。

此外，我们还实施了两大举措：一方面，在课程教学中积极探索研究型教学改革，开展“基于问题的学习”等多种形式的教学方法的研究，旨在加强学生综合素质与能力的培养：另一方面，加强双语教学课程的建设和实践，逐步在无机化学、分析化学、有机化学、生物化学、物理化学、结构化学、分子生物学、病毒学等课程中采用英文原版教材，重视借鉴国内外先进的知识体系和内容，值得一提的是分子生物学已经建设成为教育部首批双语教学示范课程。

(3)为了更好地培养“化学生物學”试验班学生的创新意识、专业实验技能、科学研究基本能力，依托两院的学科优势资源(高水平的师资队伍和先进的仪器设备)，我们将科学研究成果及时转化为学生的研究设计型实验项目。目前开设的研究设计型实验大部分是从两院教师的科研成果的基础上精选、改造转化而来的，具有明显的新颖性、综合性、研究性和挑战性。以研究的科学问题为主线，将研究设计型实验、本科毕业论文与大学生创新实验项目、本科生开放科研课题等有机地结合起来，逐步形成了“分阶段，全程开放式”的“课题组导师制”培养体系。导师全部来自于两院的博士生导师或国家级科研项目的主持人，为创新研究型人才的培养提供了更好的条件和环境，成为“化学生物学”复合型人才培养方案中的一大亮点，并取得了显著成效。

(4)人才培养模式的改革是一个集教育理念与思想、教育理论与方法、人才培养目标、专业课程设置与课程大纲、课堂与实验教学实践、知识的传递与能力的培养、管理与评价体系等为一体的复杂的系统工程。为了将“化学生物学”复合型人才培养模式的探索与实践研究项目做好，在学校和两个学院的领导和支持下，该项目在实施和实践过程中注重过程管理，建立和完善了一套以“课题组导师制度”、“双向选择与推免研究生制度”、“授予学士学位两个方向”等为核心的人才培养管理与运行机制。以完善的制度和高质量的软硬件建设来保证人才的培养规格和质量。

课题组导师制度：从二年级下学期开始，试验班全体学生进入两院实验室课题组见习一学期。主要目的是帮助学生了解两个学院课题组导师的研究方向和具体研究内容。从三年级上学期开始，学生根据自己的研究兴趣和前一学期见习所了解的情况，与相关导师之间进行双向选择，最终确定并进入导师课题组进行为期两年的基本科学研究能力的训练。

双向选择与推免研究生制度：为了保证试验班学生的质量，同时吸引优秀学生进入该班学习，对试验班学生实行双向选择、淘汰的制度。其具体方法是在前3～4个学期，对试验班的学生进行多次期末考核，在尊重学生自主意愿的前提下进行双向选择、淘汰，被淘汰的学生自由选择适合自己的专业(化学学院或生命科学学院的任何专业)学习；同时接收两院其他专业优秀学生进入该班学习。学校出台相关文件，给予该试验班推免研究生15名(或50％)指标。

授予学士学位两个方向：对于顺利完成该人才培养方案的试验班学生，授予化学方向、生物学两个方向的学士学位。

3实践效果

2004年我校开始试办“化学生物学”试验班以来，经过近五年的探索与实践，我们取得了一定的研究应用效果和人才培养效益。

(1)2004级“化学生物学”试验班曾先后获得全国先进班集体、共青团湖北省委红旗团支部等多项国家级、省部级集体荣誉。该试验班学生大学英语四级、六级通过率均为100％。多人获得国家级、省级、校级奖励，多人参与国家大学生创新实验计划项目，多人在全国大学生英语竞赛中获奖。荣获“挑战杯”全国大学生学术课外作品大赛三等奖1项，湖北省首届大学生化学学术创新成果报告会一等奖2项、二等奖2项，湖北省普通高校大学生化学实验技能大赛一等奖1项、二等奖2项。学生在开放性实验、创新性实验等课外科学活动中表现突出，发表研究论文20多篇，在J. Phys.Chem.C.J.Chem.Inf.Model.J.Inorg.Organomet.Polym.等权威期刊发表SCI论文8篇。

(2)2004级“化学生物学”试验班学生读研率达84％，15人推免进入北京大学、清华大学、南京大学、南开大学等全国重点院校以及长春应化所、大连化物所等科研院所攻读研究生；10人考入浙江大学、四川大学、武汉大学等全国重点大学继续深造，1人被加拿大英属哥伦比亚大学录取为研究生。据这些高校院所反映，该班学生具有很好的创新意识和科研能力。2005级“化学生物学”试验班推免研究生15人，分别进入北京大学、南开大学、中科院上海药物所、中科院上海有机所等高校院所继续深造。

(3)在“化学生物学”复合型人才培养模式研究项目成果的鼓舞下，学校其他院系参考该项目成果，逐步开始数学一物理学、数学，经济学、计算机，美术、化学一物理学、日语一国际贸易等复合型人才培养模式的探索。研究成果正在学校积极推广，起到了一定的示范和辐射作用。

三、需进一步研究的问题

我们在“化学生物学”复合型人才培养模式的研究与实践中取得了一定的成果，但是，还有一些问题尚待进一步研究和解决。如人才培养方案中的课程体系、教学内容怎样进一步优化融合，试验班规模能否适当扩大以使更多的优秀学生获益，能否在学士一博士培养衔接上进行改革等都是非常值得进行深层探讨的。在此，我们真诚地希望得到同行的指正与帮助，以期在以后的实践中不断改进和完善“化学生物学”复合型人才培养模式。