《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：化學研究正轉向”功能主義” 以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看／牟中原
《臺灣化學教育》慶祝十週年專刊：化學研究正轉向”功能主義”
以(2001-2023)諾貝爾化學獎的演化來看
牟中原
台大化學系 、中研院院士
Some people see things as they are
and say,‘Why?’ I dream of things that never were, and say, ‘Why not?’”
: Why and Why Not
A or B:
” (why)
”
(why not)
，相輔相成。
Why not?
V or X:
”
”
。
，一些諾貝爾化學獎看起來更像生理學或醫學獎。即便一些正統化學的研究，其對生物醫學應用也是非常巨大的。
諾貝爾化學獎的演化
1):
(why not)
(why not)
(why)
(why)
(why not)
(why)
(why)
(why not)
(why )
Heck, Negishi, Suzuki (why not)
(why )
(why)
(why )
……(why not)
(why )
(why not)
(why not)
1/2 (why not)
(why not)
(why not)
” (why not)
(why not)
是化學家利用化學合成及分析能力的優勢，找到新的研究生命科學方法。這是其他學科尚沒法取代的路徑。將來重大的生命科學問題是會在化學家手上解決。這是「化學生物學」的使命。在能源材料研究，化學也正走上新的功能化的方向。
化學作為一門中心科學
該口號因Theodore L. Brown 和 H. Eugene LeMay 的教科書《化學：中心科學》1977 年第 15 版（2021 年）而流行起來。然而，這種觀點是基於種科學化約論（1830）的觀點，當時奧古斯特·孔德提出了科學學科的等級分類。也就是說，化學知識是基於物理學，而物理學又是基於數學，等等。 最近，巴拉班和克萊恩透過系統性的文獻分析得出了當代科學的排序，將化學放在數學、物理之下而作為科學領域分支點的學科。簡而言之，化學是對材料世界及其形成的研究。 這是對元素的研究（19世紀），對分子的研究（20世紀），對分子相互作用的研究（當前）。 從系統思維的角度來看，這是種向內看的觀點。重視學科及其在科學中的地位。卻忽視化學正在發展成解決其他領域問題中。這是一個外向的看法。化學本身滲透其他領域。
化約論方法在後Sputnik時代得到加強，因為美國希望快速培養大量科學家/工程師。 分頭攻克的方法被認為是最合適的。 範例：CHEM Study (化學研究，為高中化學教科書）很大程度上基於化學鍵概念。至於整合是假設知識整合將在大型軍事/工業綜合體中完成。 然而，在 21 世紀，新技術的主要驅動力是大學/新創企業軸。 通常，一家新創公司只有大約 20 名員工專注於創新整合。 因此，整合需要從他們的教育過程中開始。然而，大學化學系對這項變化準備不足。
對化學演化的觀察表明，「中心科學」主題正在日漸轉變。一些觀察：
1. ACS目前有33個技術部門（化學與法律（CHAL）、能源與燃料（ENFL）、小型化學企業（SCHB）等），這表明化學需要與許多其他學科結合。
2. 正是這些新的分支學科從化學核心擴散到日益多學科的領域，使得化學變得脆弱。
3.我們大部分學生不再從事化工行業。 例如：您不會將奈米技術公司視為化學公司。
4. 杜邦公司「透過化學，創造更好的生活」，「透過化學」一詞已被刪除。
前面，我們看到21世紀頒發的諾貝爾化學獎，我們會發現它們並不符合這種內向的觀點。而是外向的，功能化的。譬如2018 Nobel Chemistry 給了Arnold “反向利用生物演化的概念在開發化學催化劑叫定向演化”。她的問題是道地的化學問題，卽發現新的催化劑，但工具卻是生物分子的演化。
功能與系統思考
簡單地說，功能是一個系統的產出。這系統可以是細胞，生命體或是一個工藝品或是一個組織。
學校學的化學知識系統往往並不是爲了某種功能性應用設計的。可能的功能太多了，包括過去的和未來的。我們不可能那樣學習。於是我們學基礎知識，原子，分子，化學，分子作用力，基元反應等等。基礎化學知識已經非常系統化，這是過去化學的重要成就。於是我們說我們的學生學會用化學作「系統化思考」，將來會是有用的人才。
等等，學生畢業後進入職場，很快地就會發現光會「系統化思考」是不夠的。更需要的是「系統思考」，一字之差，但意義卻不一樣。前者是按照一定的步驟、招式（降龍十八掌）有秩序的解決一個明確的問題，是線性的思考，系統化的。但是更多的時候，物質目標並不明確，只是要某種功能（可以賣的），他們更缺的是「系統思考」。後者是考量諸多不同的材料、能源、器材、供應鏈等等整個系統以及它們之間的關聯。缺乏「系統思考」的人就沒辦法去組織，去創新。
進一步說，未來世界的主要問題都是高度聯結的，如氣候變遷、瘟疫、能源。這些問題都很大，不是任何線性思考方式可以了解的。「系統思考」是下一代教育必須的。不過這是一個更大的問題了，超出本文。
。)
參考文獻
圖片：Chemical Biology | | Content Tag
www.labroots.com
https://www.labroots.com/tag/chemical-biology
附註
(https://teaching.ch.ntu.edu.tw/nobel/)
: Biological fluorescence(2008), Directed evolution(2018), Bioorthogonal reactions(2022).
謝謝陳竹亭、蔡藴明、陳振中教授的意見。