蛋白質(zhì)工程實(shí)踐課改革探索

潘賢　袁軍　林玲

摘 要：蛋白質(zhì)工程實(shí)踐課是《蛋白質(zhì)工程》課程的重要組成部分，是訓(xùn)練學(xué)生綜合實(shí)踐能力的重要平臺(tái)。本文對(duì)我院《蛋白質(zhì)工程》實(shí)踐課的教學(xué)模式進(jìn)行探討，就培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)生物技術(shù)人才提出了自己的看法。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

20世紀(jì)80年代，美國(guó)GENE公司的Ulmer博士在Science上發(fā)表了以“Protein Engineering”為題的專論，首次明確提出了蛋白質(zhì)工程的概念，標(biāo)志著蛋白質(zhì)工程的誕生。蛋白質(zhì)工程又被稱為“第二代基因工程”。蛋白質(zhì)工程是生物工程領(lǐng)域嶄露出的一片特富魅力的新芽，它不僅可以帶動(dòng)生物工程進(jìn)一步發(fā)展，還可以推動(dòng)與人類生產(chǎn)、生活關(guān)系密切的相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，如抗蛋白質(zhì)變性延緩衰老，遺傳病的防治，農(nóng)牧業(yè)遺傳育種等。自蛋白質(zhì)工程誕生至今，已經(jīng)改造了上百種的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，這些成果有的已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了生產(chǎn)力。在國(guó)外，很多國(guó)家投入了大量的資金和精力研究蛋白質(zhì)工程，許多新的技術(shù)也孕育而生。2001年，由中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”正式啟動(dòng)。2002年中科院生物物理研究所王大成院士編寫了第一本《蛋白質(zhì)工程》，后來(lái)隨著學(xué)科的發(fā)展，蛋白質(zhì)工程慢慢變成為一門獨(dú)立和新興的學(xué)科，許多高校都把它作為一門獨(dú)立的課程來(lái)開設(shè)。

而我校由于《蛋白質(zhì)工程》學(xué)科成立的時(shí)間和其本身的原因，發(fā)展較為緩慢。2004年生命科學(xué)學(xué)院開始大幅度地進(jìn)行教學(xué)改革?！兜鞍踪|(zhì)工程》成為了改革的重點(diǎn)之一。近幾年來(lái)，我院《蛋白質(zhì)工程》課程已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。然而，蛋白質(zhì)工程實(shí)踐課作為《蛋白質(zhì)工程》重要的一環(huán)，似乎開展得并不順利。原因之一是蛋白質(zhì)工程涉及許多新的儀器和技術(shù)，一些儀器較為昂貴，例如質(zhì)譜儀。以往的理論課上涉及質(zhì)譜的技術(shù)只能是紙上談兵，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)對(duì)質(zhì)譜儀進(jìn)行感官的了解。

根據(jù)目前我?！兜鞍踪|(zhì)工程》課程教學(xué)情況，我認(rèn)為應(yīng)從幾個(gè)方面對(duì)《蛋白質(zhì)工程》實(shí)踐課程進(jìn)行改革。

一、明確實(shí)踐教學(xué)改革思想，建立獨(dú)特的教學(xué)模式。

實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的基本思想是讓學(xué)生全面掌握蛋白質(zhì)工程的研究方法和研究?jī)?nèi)容，擬達(dá)到的效果和目標(biāo)是：

1.通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生全面、系統(tǒng)的了解蛋白質(zhì)工程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理，掌握蛋白質(zhì)的提取與純化、蛋白質(zhì)的分離與鑒定、蛋白質(zhì)的表達(dá)和蛋白質(zhì)的修飾、改造等技術(shù)的實(shí)驗(yàn)流程和操作技能。

2.通過(guò)該實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，不僅使學(xué)生鞏固和加強(qiáng)課堂所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，養(yǎng)成嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

過(guò)去很多課程都是把理論和實(shí)驗(yàn)放在一起，多位驗(yàn)證行實(shí)驗(yàn)。但現(xiàn)在的改革都是把實(shí)驗(yàn)單獨(dú)開課，開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，我們考慮到蛋白質(zhì)工程與酶工程的相關(guān)性，以及現(xiàn)在對(duì)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求，我們的實(shí)驗(yàn)課課程是另外設(shè)立一門綜合性的《蛋白質(zhì)工程與酶工程研究法》，時(shí)間為2周，緊跟在理論課之后。

該實(shí)驗(yàn)以小組為單位，3人一組，在教師的指導(dǎo)下查閱文獻(xiàn)，確定課題、制定實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析歸納、總結(jié)，撰寫小型科研論文。

時(shí)間安排如下：

一周時(shí)間查閱文獻(xiàn)、相關(guān)資料，指定出實(shí)驗(yàn)方案并將所需要的相關(guān)儀器藥品列出清單交給指導(dǎo)教師。指導(dǎo)教師根據(jù)方案準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和儀器藥品。

4天時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可在教師的指導(dǎo)下針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)的方法和步驟進(jìn)行修訂。

3周時(shí)間完成個(gè)人的分工內(nèi)容報(bào)告（1000字）；再經(jīng)教師批改后組內(nèi)討論形成組論文（3000字）；再經(jīng)教師批改后1周內(nèi)修訂定稿，完成PPT課件制作，最后一次課程組織分組交流分享。

二、實(shí)驗(yàn)方案多樣，更新率高

蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來(lái)研究。如何將這些新技術(shù)融合到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)中是我們一直在思考的問(wèn)題。我認(rèn)為這個(gè)課程的特殊性決定了該實(shí)驗(yàn)的更新率比一般的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)高。每學(xué)期我們都提供給學(xué)生2～3個(gè)的實(shí)驗(yàn)方案，讓他們自行選擇。這些實(shí)驗(yàn)方案不僅包括了一些基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，例如PCR、質(zhì)粒的提取、酶切等，還包括了一些提高性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如Western blot，ELISA、雙向電泳等。學(xué)生通過(guò)這些方案可以獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)進(jìn)行接近正規(guī)科學(xué)研究的綜合實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題等的綜合實(shí)踐能力。

三、建立外延型教學(xué)框架，培養(yǎng)專業(yè)性人才

隨著高校的不斷擴(kuò)招，我國(guó)的高等教育已經(jīng)從“精英教育”轉(zhuǎn)向了“大眾化教育”。各個(gè)高校不斷地調(diào)整教學(xué)改革方向。然而生物是一門較為年輕的專業(yè)，學(xué)科的發(fā)展十分的迅速。如何保持實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)效性，提高學(xué)生對(duì)新鮮知識(shí)的了解就變得尤為重要。建立外延型的教學(xué)模式可以滿足不同層次的學(xué)生對(duì)該課程的求知欲，是現(xiàn)行模式的重要補(bǔ)充。具體的措施如下：

1.利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，豐富教學(xué)手段。蛋白質(zhì)工程是一門交叉學(xué)科，涉及的知識(shí)面很廣，如生物化學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程、酶工程、生物信息學(xué)、微生物學(xué)等。生物信息學(xué)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。無(wú)論是引物的設(shè)計(jì)、基因的搜索，到蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等，都需要用到生物信息學(xué)的知識(shí)。所以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是實(shí)驗(yàn)課中必不可少的。在我們的實(shí)驗(yàn)室配有電腦和網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可以自行查閱文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，我們還在課后提供一些專題性的課件和資料，如DNA shuffling、酵母雙雜交等，并介紹了一些專業(yè)的論壇如生物谷、丁香園等滿足一些學(xué)生的需要。

2.布置實(shí)驗(yàn)綜合論文，讓學(xué)生對(duì)論文的撰寫有個(gè)基本的了解。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一門綜合性實(shí)驗(yàn)，除了訓(xùn)練學(xué)生的一些基本的實(shí)驗(yàn)技能外，主要的目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合思維能力和創(chuàng)新能力。過(guò)去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在條塊分割的狀況，學(xué)生無(wú)法從整體上了解實(shí)驗(yàn)的思路和方法，忽略了培養(yǎng)學(xué)生正確的科研思維能力和綜合素質(zhì)。而撰寫綜合性論文可以很好地提高學(xué)生各方面的能力。從查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和討論都需要學(xué)生自己的參與，不斷提高他們遇到問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。以其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案為例。

實(shí)驗(yàn)方案：HrpA抗體的鑒定

（1）HrpA抗體的提?。?學(xué)時(shí)）。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簭墓こ叹曛刑崛rpA抗體，掌握蛋白質(zhì)提取的方法。

（2）HrpA抗體效價(jià)的測(cè)定—ELISA法（6學(xué)時(shí)）。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩@得的HrpA抗體進(jìn)行效價(jià)的測(cè)定，掌握間接ELISA技術(shù)。

（3）鑒定HrpA抗體—Western blot（8學(xué)時(shí)）。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誛estern blot技術(shù)。

四、考核方式多樣化，兼顧對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考核和應(yīng)用能力的評(píng)估

以出勤、資料查閱參與課堂主題討論、課程論文系列過(guò)程等構(gòu)建“考核內(nèi)容多樣化”的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)制度的改革，改變目前大多大學(xué)課程“一考定終身”的單一評(píng)價(jià)制度帶來(lái)的學(xué)生被動(dòng)參與學(xué)習(xí)的弊端，促進(jìn)學(xué)生自始至終參與全課程的學(xué)習(xí)。以實(shí)現(xiàn)本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持的“教師有所教、學(xué)生有所學(xué)、學(xué)分有所值”現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)理念。學(xué)生最終課程成績(jī)的構(gòu)成見表1。

《蛋白質(zhì)工程》是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生必需通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能加深對(duì)理論課的理解，并為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)課及教學(xué)實(shí)習(xí)中，我們重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能，不片面追求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；不是一味強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，而是要求在掌握基本知識(shí)、操作技能的基礎(chǔ)上開展創(chuàng)新性而不是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)中，我們根據(jù)情況選做了一些開放創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們?cè)谘芯炕顒?dòng)中積極查閱資料，設(shè)計(jì)研究方案，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。在創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)上中充分融入了我系的科研成果和特色，目的是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

就目前而言，蛋白質(zhì)工程的發(fā)展僅僅處于初級(jí)階段，人們對(duì)于蛋白質(zhì)工程的認(rèn)知和研究都還有很大發(fā)展空間。在生物類高校開展蛋白質(zhì)工程課程和實(shí)踐課能夠?yàn)榕囵B(yǎng)創(chuàng)新型人才積累經(jīng)驗(yàn)。

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[4]汪世華，黃碧芳，謝苗.《蛋白質(zhì)工程》理論課與實(shí)踐課改革，2008.

作者簡(jiǎn)介：

作者：潘賢，助理實(shí)驗(yàn)員，碩士，panxian218@163.com。

通訊作者：林玲，講師，博士，linling0033@163.com。

基金項(xiàng)目：福建農(nóng)林大學(xué)2016年本科教育教學(xué)改革研究（編號(hào)111416091）。