研究生功能蛋白質組學課程教學改革與探索

吳 瑩，魏德強，陶 雷，藍興國

（東北林業大學 生命科學學院，哈爾濱 150040）

研究生教育是國民教育體系的最高層次，承擔著“高端人才供給”和“科學技術創新”的雙重使命[1]。2020 年7月，習近平總書記提出了對研究生教育工作的重要指示，“研究生教育在培養創新人才、提高創新能力、服務經濟社會發展、推進國家治理體系和治理能力現代化方面具有重要作用。各級黨委和政府要高度重視研究生教育，推動研究生教育適應黨和國家事業發展需要……”[2]。而研究生課程教學作為人才培養的主要渠道，對學生綜合素質和創新能力的培養發揮著核心作用[3]。

功能蛋白質組學共32 學時，是為東北林業大學生命科學學院學術型研究生開設的一門專業選修課。功能蛋白質組學是生物科學領域近些年來發展最快的前沿學科之一。其研究可以從局部入手，主要研究細胞內與某種特定功能有關或某種條件下的一群蛋白質，其蛋白質群體可大可小，取決于要研究的功能特點和研究方法、手段和實驗設計等[4]。蛋白質幾乎參與生物體內所有的生命活動，如生長發育、遺傳、繁殖、物質能量代謝和應激反應等，揭示生物體內蛋白質群體的具體功能，包括蛋白質的表達、定位、修飾加工、蛋白質與蛋白質的相互作用、蛋白質與其他生物分子的相互作用等都是功能蛋白質組學的核心內容[5]。為了使研究生能充分掌握本課程涵蓋的基本理論和技術方法，緊跟該領域的重要成果與重大進展，我們不斷更新和優化教學內容，充分利用多種教學方法與手段，引入多元化的考評體系等，以期充分調動學生的學習積極性，培養學生的思維能力和實踐能力，最終實現培養具有科技創新能力的高素質生物學專業人才目標。

一、功能蛋白質組學教學內容的優化

結合功能蛋白質組學課程特點和研究生培養目標，我們選用了由我們教研室李玉花和藍興國教授主編的《蛋白質分析實驗技術指南》、張麗華翻譯的《蛋白質組學研究-概念、技術及應用》、Introduction to proteomicstools for the new biology、Guide to protein purification（Second Edition）作為課程教材。并且以功能蛋白質組學權威期刊，包括Molecular and Cellular Proteomics、Journal of Proteome Research、Journal of Proteomics、Proteomic 和Proteome Science 上最新發表的代表性論文為參考資料。根據學科特點，我們把選定的教材和參考資料重新整合重組，把課程劃分為八個章節進行講解，分別是：第一章、緒論；第二章、蛋白質的電泳分離技術；第三章、差異蛋白質組學技術；第四章、蛋白質互作技術；第五章、酶聯免疫分析技術；第六章、蛋白質免疫印跡技術；第七章、蛋白質質譜分析技術；第八章、蛋白質翻譯后修飾組學技術（表1）。緒論部分，首先提出問題，什么是功能蛋白質組學，為什么要研究功能蛋白質組學，結合基因組學的發展史和蛋白質研究的發展史，以及功能蛋白質組學與其他學科的關系，引導學生充分理解蛋白質研究的重要性，以及后基因組時代揭示蛋白質組功能的重要性，激發學生的求知欲望。蛋白質的電泳分離技術一章中簡單回顧蛋白質的基本特性，講解蛋白質電泳技術的種類與應用，重點講述蛋白質二維凝膠電泳技術。差異蛋白質組學部分，講述差異蛋白質組學原理和常用技術，以及不同技術的優缺點及應用范圍，而著重講授DIGE 等新技術。蛋白質互作技術，講授蛋白質互作技術的種類、原理、優缺點及適用范圍，主要介紹酵母雙雜交及衍生技術、Pull-down、免疫共沉淀等，首先向學生提出問題，在獲得有意義蛋白質后可以進行哪些工作涉及哪些技術，這就把學生本科階段學過的信號通路和基因表達調控聯系起來。蛋白質酶聯免疫分析技術，講授酶聯免疫的基本概念、原理及方法，酶聯免疫常用酶的分類及特點、常用的幾種酶聯免疫分析技術的方法及應用。蛋白質免疫印跡技術，主要講技術的原理與操作規程部分。蛋白質質譜分析技術，講授蛋白質質譜分析技術原理、方法、策略和常見問題，重點放在對質譜技術在鑒定蛋白質的原理與應用做主要介紹，而對質譜技術本身只做簡要介紹。蛋白質翻譯后修飾組學技術，講授蛋白質翻譯后修飾組學概念、種類、方法、策略及應用，以案例教學為主。總之，功能蛋白質組學的教學內容緊緊圍繞研究生的培養目標和課程知識體系展開，讓學生掌握課程基礎理論知識、基本技術原理和實驗操作步驟，結合科研案例，加深對相關知識的理解，熟悉該領域的研究方法與研究熱點，有利于學生創新思維的培養。

表1 功能蛋白質組學教學內容和學時分配表

二、教學方法與教學手段改革

功能基因組學的理論體系與技術方法抽象難懂，給這門課程的教學帶來了很大挑戰。在教學實踐中，為了更好地達到教學目標、完成教學任務，功能基因組學的課堂教學采用多種教學模式相結合的方式開展。

（一）充分利用多媒體教學

功能蛋白質組學的內容較為抽象難懂，而且研究方法流程復雜，僅靠教師講授難以讓學生理解。因而，多媒體教學應用文字、圖片、動畫以及視頻等多種手段來展現教學內容，使復雜抽象的理論知識生動而形象，增強了學生的感性認識，激發學生的學習興趣，提高課堂學習效率[6]。如功能蛋白質組學研究蛋白質相互作用常用的酵母雙雜交技術，原理是把GAL4 轉錄激活因子的兩個結構域BD 和AD 分別與誘餌蛋白和檢測蛋白做成融合蛋白，再通過檢測報告基因是否表達來判斷兩個蛋白是否有相互作用，原理較為抽象，尤其在加入酵母雙雜交衍生系統后，很難理解，我們利用模式圖來加以闡述，同時還對具體實驗的設計，以及實驗結果加以展示和分析，這就讓學生對該項技術有了較為全面的理解。另外，蛋白質質譜技術的原理、結果分析以及利用生物信息學檢索等方面更加抽象，僅靠示意圖的講解學生難以理解與掌握，在遇到類似的內容時我們充分發揮多媒體動畫與操作視頻的優勢，把抽象難懂的理論轉化為直觀生動的影像來輔助學生理解，充分提供教學素材，幫助學生理解和掌握。

（二）全英語教學法

為了拓寬學生的視野，提高追蹤學術前沿能力，與國際上先進的科學技術接軌，功能蛋白質組學課程采用全英文授課[7]。全英文授課對于學生英語聽說能力會有較高的要求，為了讓學生能真正上好功能蛋白質組學課程，充分理解課程內容，課程分三步走，首先讓學生提前準備，充分做好開課前聽力詞匯和閱讀詞匯的積累；在課堂中遵循多提問多互動的方式進行，隨時了解學生的學習情況，避免教師在講臺上滔滔不絕，而學生們聽不懂跟不上的情況；增加不定期的課堂測驗，通過日常考評督促并促進學生有效學習。

在開課前1 個月主講教師會把課程簡介和使用參考書公布給學生，讓學生提前對課程內容有所了解，同時把與各章內容相關的最新研究進展綜述、經典文獻和最新高水平研究論文發給選課研究生，要求學生在開課前完成其中部分文獻的精讀，熟悉課程相關的專業詞匯。資料中還提供了各章節部分實驗技術的英文視頻鏈接，要求學生在教師課堂講授前觀看視頻，提前了解各種實驗技術，并熟悉與課程相關專業英語的聽說。這樣在開課前學生就對課程的內容有所了解，并有針對性地訓練了與課程相關的英語聽力與閱讀。課堂教學注重與學生的互動，采取講授與討論相結合的模式進行。首先授課教師會對章節的知識點、研究進展和最新研究論文進行講解，然后教師會設置幾個問題對學生提問，問題設置一般偏向于開放性的學術問題，學生可以從多個角度對問題進行討論分析，不僅可以檢驗學生對課堂知識的理解程度，還可以培養學生的思維能力和分析能力。課堂教學中教師還會對課程重點進行不定期的測驗，考查范圍一般都是每章節的重點要點。這樣就督促學生及時復習和預習，促進學生主動學習。

教師全程用英語講授、互動及評價的教學方式，不僅提高了學生的英語水平，而且提高了學生綜合運用英語的能力，能讀懂專業領域的英文文獻，能夠撰寫專業英文學術論文，能夠參加國際學術會議并參與匯報與交流，全面提高了研究生的專業素養和綜合能力。

（三）課堂穿插案例式教學

案例教學是以人本主義和構建主義認識論為理論基礎，以學生為中心的一種開放式、互動式的新型教學模式，其特點是將案例引入課堂教學之中，根據不同課程的特點案例教學會采取不同的模式與實施方法[8]。

為了充分調動學生學習的主動性和積極性，培養學生分析問題和解決問題的能力，功能蛋白質組學課程引入案例式教學。功能蛋白質組學發展迅速，新知識、新技術和新方法層出不窮。功能蛋白質組學課程主要針對授課內容中的一些難點和前沿問題設置案例教學的探討主題。在開課初期，由主講教師提供一些案例選題，學生自由分組并確定選題，之后每次課安排一個討論案例。選題同時，教師會提供一定量與主題相關的研究論文，同時鼓勵學生自主查找、補充背景資料，并做成PPT 課件。課堂上，由學生代表用PPT 講解主題案例。隨后，學生進行分組討論，選出每組的代表把討論的結果進行匯報和提問，再由案例講授組的學生回答。最后由教師對學生提出的難點問題進行解答，并對知識點進行提煉、歸納和總結。在整個的討論過程中，以學生為主體，教師主要發揮組織和引導作用，對學生討論情況進行適當點評，鼓勵學生提出不同意見。

案例式教學全程以學生為主導，不僅調動了學生的學習積極性，提高自主學習熱情，而且在分析和討論案例的過程中，鼓勵學生多角度思考，培養學生創造性思維，全面提高了學生的科研能力和創新能力。

三、引入多元化的考評體系

考核是教學活動的一個重要組成，不僅能反映學生對理論知識的掌握情況，反饋課堂教學效果，而且科學合理的考核方式還能調動學生學習的主觀能動性，端正學習態度，提高學習能力，使學生的綜合素質全面提高，對培養創新型人才具有重要的促進作用。鑒于考評體系對教學質量和學生能力培養的重要性，我們對功能蛋白質組學課程的考評體系進行了一系列改革。改革前功能蛋白質組學課程考核由平時成績和課程論文兩部分組成，由于考核方式單一，造成學生在課堂上積極性不高，對課程中的一些難點和前沿知識淺嘗輒止，不愿意多花時間去思考，找資料去深入了解，從而導致有一部分同學即使學習了課程，通過了考核，自身的知識體系和科研能力也沒有得到充實和提高。為了加強學生的日常學習狀態，改變考核方式單一的現狀，課程引入了多元的考評體系，考核方式由考勤、隨堂作業完成度、課堂討論參與度、案例教學完成情況和課程論文綜述等多種考核形式組成，綜合考核學生課堂表現、課外學習效果和對知識的理解和應用能力。改革后的考評方式，融入了多種考試方法，更注重學生學習的過程評價，對教學全過程的學生表現，包括資料查找、整合、表達和撰寫能力進行全面考察，從而激發學生的學習興趣，提高學生的課堂表現，使學生主動學習積極思考，更關注學生的創新能力和綜合素質的提高，全面提高教學效果。

四、教學效果評價

培養研究生的創新能力是新時代研究生教育的核心要求，對課程一系列的改革使功能蛋白質組學更符合生物科學類學術型研究生的培養需求。功能蛋白質組學課程緊跟學術前沿、實用性強，受到學生的普遍重視，選修學生眾多，在本校該課程受到同行專家及研究生的一致好評。功能蛋白質組學課程結束后，對全部選課研究生進行了調查反饋問卷（表2），結果顯示有95%左右的學生認為全英文授課方式有助于拓寬國際視野，了解學科的前沿知識；有95%左右的學生喜歡案例式教學方式，認為比只由老師教授的課程收獲更多；有98%左右的學生認為功能蛋白質組學有助于科研思維和創新思維的培養。也有少部分學生認為課前花費大量時間預習英文資料，是不值得的；對專業英語寫作水平和英語的口語水平沒有提高，說明一小部分學生的課堂討論的參與度還不夠，還需要進一步鼓勵和調動。課程調查的結果顯示了功能蛋白組學課程引入全英文授課和案例式教學的實施效果良好，有利于激發和調動學生的學習積極性，提升學生的創新精神，有助于滿足我國創新型高素質專門人才的培養需求。

表2 功能蛋白質組學引入全英文授課和案例式教學的學生態度調查問卷 （%）

五、結束語

經過幾年的教學實踐，我們已經對功能蛋白質組學進行了一系列的教學改革，教學質量逐步提升，然而功能蛋白質組學是一門理論知識抽象復雜，以技術方法為主的實驗科學，僅以動畫和錄像的方式無法達到動手實驗獲得的效果。因此，研究生功能蛋白質組學課程需要投入更多的學時和經費，增設實驗教學內容，這樣才能進一步提高功能蛋白質組學的教學質量。教學改革任重道遠，不能一蹴而就，我們將繼續深入研究課程特點，精心選擇教學內容，緊跟學科發展前沿，充分利用多媒體技術和網絡資源，不斷進行教學方法與教學手段改革，以學生為主體，充分啟發學生的創新思維，提高學生的綜合素質，為培養適應國家需要的創新型高質量人才繼續努力。