蛋白質研究技術實驗課教學及改革

張 闊 吳守振 張旺倩 張 偉 張英起

第四軍醫(yī)大學藥學院生物制藥學教研室，陜西 西安 710032

生物工程是應用生物科學和工程學原理，依靠生物作用劑的作用，將物料加工提供產品或用以為社會服務的技術，包括基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和酶工程。生物工程技術是一門涉及領域寬、覆蓋范圍廣、技術性強的新技術，是現(xiàn)代生物學發(fā)展與相關學科交叉融合的產物[1]。蛋白質研究技術是生物工程技術的一個重要組成部分，是生物工程技術中不可或缺的內容，滲透在四大生物工程之中。同時，蛋白質研究技術又是一門與實踐結合密切的課程，實驗課教學的成敗將直接影響這門課程教學質量的高低，因此，這門課程的實驗課對教師、課程設置、教學內容和教學評價都有極高的要求。我們在總結多年實驗教學經驗的基礎上，配置了優(yōu)秀的教學團隊，優(yōu)化了課程設置和教學內容，改善了教學評價方式，提高了教學質量，調動了學生的積極性和主動性，激發(fā)了學生的創(chuàng)造性，取得了良好的實驗結果。

1 蛋白質研究技術實驗課教學特點

1.1 蛋白質研究技術實驗課對教師的要求極高

盡管教學活動是教師的“教”和學生的“學”，并且學生是教學的主體[2-3]，但是教師教學活動的主導[4-5]具有舉足輕重的作用，尤其對于蛋白質研究技術實驗課來說更是如此。蛋白質研究技術是一門與實踐結合密切的課程，也是一門應用性和實用性很強的課程，因此實驗課不僅僅是讓學生觀摩和演示，更重要的是讓學生參與，并讓學生提出問題、發(fā)現(xiàn)問題，教師在這個過程中要給予學生指導，給出科學、合理地解釋，并在教學過程中向學生提示將來在蛋白質研究過程中可能遇到的問題和解決方案，因此，蛋白質研究技術實驗課對教師有極高的要求，可以說教師水平的高低將直接影響實驗課教學質量的好壞[6-7]。蛋白質研究技術實驗課的教師不但要有較強的理論知識和專業(yè)知識，熟知教學模式和教學活動的各個環(huán)節(jié)，還應該具備較強的科研能力，具有蛋白質研究技術的實際操作能力，只有這樣才能夠在實驗課的教學中解決和應對各種問題，給予學生科研的啟發(fā)和實驗操作的指導。因此，蛋白質研究技術實驗課一個明顯的特點是對教師的要求非常高，優(yōu)秀教學團隊的建設是提高蛋白質研究技術實驗課教學質量的重要舉措。

1.2 蛋白質研究技術實驗課實驗周期長

蛋白質研究技術實驗課的教學內容包括了蛋白質研究中常用技術的原理介紹和具體操作，教學目的是讓學生掌握蛋白質研究技術的實驗過程，提高學生的動手能力，讓學生能夠在實踐中解決藥學和醫(yī)學蛋白質研究遇到的問題，為學生以后從事蛋白質研究相關工作奠定基礎。因此，為達到良好的教學目的，結合醫(yī)學和藥學專業(yè)特點，制訂了專門的蛋白質研究技術實驗課的實驗內容，主要有工程菌的大規(guī)模培養(yǎng)、蛋白質的制備、分離和純化、蛋白質的鑒定、蛋白質的質量控制等。這些實驗的周期都很長，完成這些實驗需要很長的時間。例如蛋白的分離和純化實驗，即層析技術，從層析柱的平衡到實驗結束，需要大概8 h的時間。實驗周期長是蛋白質研究技術實驗課一個非常突出的特點，如何在特定的教學時間內完成高質量的教學是蛋白質研究技術必須解決的關鍵教學問題。

2 蛋白質研究技術實驗課教學改革

2.1 加強教學團隊建設，提高教學質量

教師是高等教育的引領者和實施者，只有專業(yè)能力強和專業(yè)技術過硬的教師，才能在實驗課的教學中培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新能力[8-9]，加強教師教學發(fā)展是提高人才培養(yǎng)質量的需要，教師隊伍的建設是高等學校良好地完成教學任務的重要保障[10-11]。在蛋白質研究技術實驗課的教學中，教師不但應該具備良好的教學理論知識和技能，還應該具有較好的蛋白質研究的實踐經驗。經過我們多年教學經驗的實踐和沉淀，建立了良好的教學團隊，擔任實驗課教學的教師不但是一線的教學能手，還從事過多年蛋白質研究，積累了豐富的實踐經驗。所以，我們的教學團隊能夠很好地解決學生實驗課中的各種問題，并對將來可能遇到的問題向同學們提出解決方案，這不但提高了實驗課的教學質量，也為從事這一專業(yè)的學生提供了幫助，幫助他們解決操作過程中遇到的實際問題。

2.2 完善教學內容，更加具有連貫性和連續(xù)性

教學內容是教學過程的重要組成，教學內容的設置要根據(jù)教學目的和達到的教學目標而制定。經過我們多年在蛋白質研究技術實驗課的教學經驗，我們制訂了較為科學有效的實驗課教學內容。傳統(tǒng)的實驗課教學內容是孤立的，各實驗之間是獨立的[12-14]，實驗內容往往設計成幾個獨立的單元[15]，這種實驗教學雖然能夠讓學生掌握一定的實驗技能和操作手段，但是對于學生系統(tǒng)地理解和熟悉蛋白質研究達不到質的飛躍。在開展這門課程的最初幾年中，我們采取了傳統(tǒng)的實驗課教學內容，設計實驗，讓學生掌握蛋白質研究的一些實驗方法和技能，盡管這取得了一定的教學效果，但在我們進行教學評價時發(fā)現(xiàn)，大部分學生不懂得整個實驗體系，沒有形成一個系統(tǒng)的條理的蛋白質研究技能。因此，為了提高實驗課的教學效果，讓學生真正理解和掌握這門實踐性較強的技術，我們打破了傳統(tǒng)的實驗課教學內容的孤立性和獨立性，形成了連續(xù)性和連貫性的教學內容[16]。多年的教學經驗使我們制訂了蛋白質研究技術實驗課的教學目標——掌握蛋白質研究的實驗技術，系統(tǒng)地設計蛋白質研究的技術路線和解決方案，獨立解決蛋白質研究中常見的問題。為達到這一教學目標，結合《中國藥典》對生物技術藥物的要求，我們制訂了合理的、科學的、具有連續(xù)性和連貫性的教學內容，包括工程菌的活化、發(fā)酵、裂菌、蛋白質純化（粗提和色譜分析）、SDS-PAGE、免疫印跡、質量鑒定（生物學活性、蛋白質含量測定、HPLC分析、等點聚焦）等，這些教學內容是以我們研究成熟的蛋白質（新型重組人腫瘤壞死因子）為教學材料，利用一條主線，將各個實驗聯(lián)系起來，形成統(tǒng)一的整體。經過多年的實踐，我們發(fā)現(xiàn)這種實驗內容的安排是科學地、合理地和有效地、極大地提高了教學質量，增強了學生的積極性和主動性，激發(fā)了學生的創(chuàng)造性。

2.3 打破“四十五分鐘課”時制，采取全天或全周教學

目前，在國內大多數(shù)高校實行的是“四十五分鐘”制的課時安排，理論教學實行這種方式是無可厚非的，因為在教學的過程和設置中要考慮每門課程的安排以及學生的課外活動，要給學生充足的搜集資料、預習、回顧和整理知識的時間。而實驗課往往采取的是2個或3個“四十五分鐘”課時安排，這樣的課時安排對于一些實驗課是可取的，但是對于實驗周期較長和實踐性較強的實驗課是無能為力的，往往學生只能進行實驗的一部分，而不能自始至終地參與和完成實驗，比如在蛋白質研究技術實驗課中有一個實驗是“工程菌的發(fā)酵”，這個實驗主要包括了“種子液上發(fā)酵罐－誘導－收菌”，完成整個實驗大約需要10 h，這還不包括前期的準備工作——發(fā)酵罐的滅菌，而發(fā)酵罐的滅菌對于發(fā)酵是很重要的，也是學生必須了解和掌握的，很顯然，2個或3個“四十五分鐘”課時安排完全不能滿足實驗的要求，學生要么只能進行實驗的開始，要么只能參與實驗的結束，這樣的課時安排對于較好地完成實驗課教學是沒有任何意義的。更為重要的是，實驗過程的控制是實驗成敗的關鍵，如果學生不能參與到這個過程中，那么他們就不會發(fā)現(xiàn)問題，找到解決問題的方法，在以后的工作中就會變得盲目和束手無策，從一定程度上來說，這是實驗課教學的失敗。在蛋白質研究技術中的實驗課中幾乎所有的實驗時間都至少6 h，因此，傳統(tǒng)的實驗課課時安排不能滿足蛋白質研究技術實驗課的要求，必須進行改革。為了能夠提高蛋白質研究技術實驗課的教學質量，讓學生充分參與到實驗中去，我們對蛋白質技術實驗課的課時安排和設置進行了探索與改革，打破了傳統(tǒng)的實驗課教學“四十五分鐘”課時制，采取全天或全周課時制。這種課時安排是有一定困難的，因為在高校教學過程中，并不是僅有一門課程的設置，往往是多門課程同時進行，所以很難有全天或全周的時間。為了提高蛋白質研究技術實驗課的教學質量，我們犧牲了學生和教師的休息時間，將這門課程的實驗課安排在周末進行，這樣能夠保證實驗課的順利進行，也能夠讓學生充分融入到實驗中去，提高了實驗課的教學質量。

2.4 讓學生參與實驗準備，有助于提高學生對實驗過程的理解

實驗課的準備工作是保證實驗課順利進行的前提[17]。在實驗課教學過程中，教師往往注重的是實驗課堂的過程和細節(jié)以及實驗課程的教學評價，認為只要把課堂教學設計好和組織好，合理地進行教學評價，就能夠較好地完成實驗課的教學，達到教學目標。但是，教師忽略了一個很重要的細節(jié)——實驗課的準備，雖然他們強調實驗課準備工作的重要性，但是他們認為實驗課的準備工作應該由教師完成，而不能讓學生參與。其實，實驗課的準備工作不單單是實驗課能夠順利完成的前提和基礎，還是學生必須了解和掌握的重要的實驗內容。例如，在蛋白質研究技術實驗課的“菌種活化”實驗中，教師往往將固體培養(yǎng)基給學生制備好，超凈工作臺給同學們調試好，孵箱設置好，這些準備工作對于學生來說是應該掌握的，但是由于被教師提前準備好，學生往往失去了掌握其中一些細節(jié)的能力，在以后的工作中可能會遇到困難。比如“固體培養(yǎng)基的配制”，由于進行的是“工程菌的活化”實驗，所以固體培養(yǎng)基是要經過滅菌，并加抗生素的。沒有參與過實驗課準備工作的學生往往將高壓滅菌出來的培養(yǎng)基直接加抗生素，由于溫度太高，所加抗生素是滅活的，導致培養(yǎng)基被污染，所以要控制加抗生素時的溫度，溫度過高抗生素就會滅活，溫度過低瓊脂就會凝固，如果不讓學生參與到這樣的實驗準備工程中，他們往往會在以后的實驗或實踐中遇到困難，打擊自信心。為了提高實驗課的教學質量，經過多年的實踐探索和改革，讓學生參與到實驗準備中去，這不但有助于提高學生對實驗過程的理解，也增強了學生獨立操作實驗的能力，提高了教學質量。

2.5 教學評價考核學生狀態(tài)和實際操作能力

教學評價是實現(xiàn)教學目標的重要手段，是教學活動的重要環(huán)節(jié)[18]。教學評價不是孤立存在的，也不僅僅是教學活動的一個結果，而是教學活動的一個重要組成。教學評價的優(yōu)劣決定教學過程的成敗，科學合理地教學評價是提高教學質量的有效手段[19]，正確評價學生的動手能力是實驗課教學改革的主要內容之一[20]。目前，對于大多數(shù)高校實驗課的教學評價，還僅僅停留在讓學生書寫實驗報告以及進行結果總結的層面上，這種教學評價在一定程度上顯得有些呆板，已不能適應實驗課教學效果的評估，也不能調動學生的積極性，更不能真實地評價學生對實驗課的理解和掌握。因此，如何進行科學有效地實驗課教學的評估是實驗課教學改革的首要任務。在多年的實驗課教學的實踐和探索中，我們對實驗課教學評價進行了改革，取得了良好的效果，提高了學生的積極性，促進了教師的指導性。首先，我們明確了教學評價的作用和意義，教學評價不僅僅是對學生的考核，也是對教師教學的衡量。教師往往把教學評價看作是對學生成績的鑒定，這種錯誤或者片面的認識不能達到教學評價的目的，也不能提高教學質量。因此，在我們的實驗課教學評價中，強調了教學評價的內容：對學生的評價、對教師的評價和對教學過程的評價。通過這種教學評價機制來提高實驗課教學的質量。其次，將教學評價體現(xiàn)在每次實驗課中，而不是所有實驗結束后進行評價。這樣將有助于及時發(fā)現(xiàn)實驗課教學中的問題，調整學生在實驗課中的態(tài)度，達到及時反饋，增強學生的積極性，提高教學質量。再次，為了提高實驗課教學的質量，我們讓學生對每次實驗課結束后進行總結，內容包括實驗課中的認識和對實驗課教師教學的評價等，這樣能夠有助于及時了解學生掌握知識的情況和教師在教學過程中的優(yōu)缺點，及時調整教學方式。最后，我們改善了實驗報告的形式，避免了學生消極對待。針對不同的實驗要求和達到的實驗目的，設計了不同實驗報告形式。例如，針對必須讓學生懂得原理的實驗，如SDS-PAGE和Western blot實驗，著重讓學生書寫實驗原理，以便依據(jù)原理解決實際操作中遇到的問題。針對讓學生注重實驗過程的實驗，要求學生在書寫實驗報告時，強調以總結實驗結果、討論實驗中的注意事項和分析實驗數(shù)據(jù)為主。在各種實驗報告中，要求學生書寫實驗心得，以達到真正了解和掌握實驗的目的。通過各種不同的教學評價，我們取得了較好的實驗課教學效果，增強了學生的積極性和主動性，促進了教師在實驗課教學中的指導性，讓學生真正掌握了實驗方法，提高了解決實際問題的能力。

3 小結

蛋白質研究技術是生物工程的一個重要組成，是生物工程技術中不可或缺的內容，滲透在四大生物工程之中。同時，蛋白質研究技術又是一門與實踐結合密切的課程，實驗課是這門課程教學的重要環(huán)節(jié)，實驗課教學不僅可以加深學生對理論知識的理解和認識，還能夠培養(yǎng)學生的興趣，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，提高分析和解決實際問題的能力，對于活躍思維、提高創(chuàng)新能力有著極大地促進作用。目前，蛋白質研究技術實驗課教學兩個非常突出的特點是對教師的較高要求和實驗周期長，如何建設優(yōu)秀的教學團隊和在特定的教學時間內完成較長周期的實驗教學是蛋白質研究技術必須解決的關鍵教學問題。經過我們多年實驗課教學的實踐、探索和改革，我們優(yōu)化了課程設置，針對特定的教學目標制訂了科學有效的教學內容，使教學內容形成一個系統(tǒng)和整體，增強了學生對實驗的認識和理解，充分調動了學生的積極性和主動性，激發(fā)了學生的創(chuàng)新能力。在實驗課教學中，我們也強調了讓學生參與到實驗準備中去，這有助于學生對整個實驗的理解，同時也培養(yǎng)了學生獨立設計和操作實驗的能力。教學評價是教學活動的重要組成部分，我們優(yōu)化和改革了蛋白質研究技術實驗課的教學評價形式和方式，完善了教學評價內容，使之不但能夠評價學生對實驗內容、實驗過程和實驗技術的掌握，還能夠促進教師在實驗中的指導作用，真正起到了教學效果評估的作用。綜上所述，在我們總結多年的實驗教學的經驗的基礎上，我們研究、探索和改革了實驗課教學，配置了優(yōu)秀的教學團隊，優(yōu)化了課程設置和教學內容，改善了教學評價方式，提高了教學質量，調動了學生的積極性和主動性，激發(fā)了學生的創(chuàng)造性，取得了良好的實驗結果。

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