研究生功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)改革與探索

吳 瑩，魏德強(qiáng)，陶 雷，藍(lán)興國

（東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150040）

研究生教育是國民教育體系的最高層次，承擔(dān)著“高端人才供給”和“科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新”的雙重使命[1]。2020 年7月，習(xí)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(yǎng)創(chuàng)新人才、提高創(chuàng)新能力、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)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(yīng)黨和國家事業(yè)發(fā)展需要……”[2]。而研究生課程教學(xué)作為人才培養(yǎng)的主要渠道，對學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)發(fā)揮著核心作用[3]。

功能蛋白質(zhì)組學(xué)共32 學(xué)時，是為東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)術(shù)型研究生開設(shè)的一門專業(yè)選修課。功能蛋白質(zhì)組學(xué)是生物科學(xué)領(lǐng)域近些年來發(fā)展最快的前沿學(xué)科之一。其研究可以從局部入手，主要研究細(xì)胞內(nèi)與某種特定功能有關(guān)或某種條件下的一群蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)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(shè)計等[4]。蛋白質(zhì)幾乎參與生物體內(nèi)所有的生命活動，如生長發(fā)育、遺傳、繁殖、物質(zhì)能量代謝和應(yīng)激反應(yīng)等，揭示生物體內(nèi)蛋白質(zhì)群體的具體功能，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)、定位、修飾加工、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用、蛋白質(zhì)與其他生物分子的相互作用等都是功能蛋白質(zhì)組學(xué)的核心內(nèi)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(shù)方法，緊跟該領(lǐng)域的重要成果與重大進(jìn)展，我們不斷更新和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，充分利用多種教學(xué)方法與手段，引入多元化的考評體系等，以期充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和實踐能力，最終實現(xiàn)培養(yǎng)具有科技創(chuàng)新能力的高素質(zhì)生物學(xué)專業(yè)人才目標(biāo)。

一、功能蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

結(jié)合功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程特點和研究生培養(yǎng)目標(biāo)，我們選用了由我們教研室李玉花和藍(lán)興國教授主編的《蛋白質(zhì)分析實驗技術(shù)指南》、張麗華翻譯的《蛋白質(zhì)組學(xué)研究-概念、技術(shù)及應(yīng)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(zhì)組學(xué)權(quán)威期刊，包括Molecular and Cellular Proteomics、Journal of Proteome Research、Journal of Proteomics、Proteomic 和Proteome Science 上最新發(fā)表的代表性論文為參考資料。根據(jù)學(xué)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(jié)進(jìn)行講解，分別是：第一章、緒論；第二章、蛋白質(zhì)的電泳分離技術(shù)；第三章、差異蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)；第四章、蛋白質(zhì)互作技術(shù)；第五章、酶聯(lián)免疫分析技術(shù)；第六章、蛋白質(zhì)免疫印跡技術(shù)；第七章、蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析技術(shù)；第八章、蛋白質(zhì)翻譯后修飾組學(xué)技術(shù)（表1）。緒論部分，首先提出問題，什么是功能蛋白質(zhì)組學(xué)，為什么要研究功能蛋白質(zhì)組學(xué)，結(jié)合基因組學(xué)的發(fā)展史和蛋白質(zhì)研究的發(fā)展史，以及功能蛋白質(zhì)組學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生充分理解蛋白質(zhì)研究的重要性，以及后基因組時代揭示蛋白質(zhì)組功能的重要性，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。蛋白質(zhì)的電泳分離技術(shù)一章中簡單回顧蛋白質(zhì)的基本特性，講解蛋白質(zhì)電泳技術(shù)的種類與應(yīng)用，重點講述蛋白質(zhì)二維凝膠電泳技術(shù)。差異蛋白質(zhì)組學(xué)部分，講述差異蛋白質(zhì)組學(xué)原理和常用技術(shù)，以及不同技術(shù)的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍，而著重講授DIGE 等新技術(shù)。蛋白質(zhì)互作技術(shù)，講授蛋白質(zhì)互作技術(shù)的種類、原理、優(yōu)缺點及適用范圍，主要介紹酵母雙雜交及衍生技術(shù)、Pull-down、免疫共沉淀等，首先向?qū)W生提出問題，在獲得有意義蛋白質(zhì)后可以進(jìn)行哪些工作涉及哪些技術(shù)，這就把學(xué)生本科階段學(xué)過的信號通路和基因表達(dá)調(diào)控聯(lián)系起來。蛋白質(zhì)酶聯(lián)免疫分析技術(shù)，講授酶聯(lián)免疫的基本概念、原理及方法，酶聯(lián)免疫常用酶的分類及特點、常用的幾種酶聯(lián)免疫分析技術(shù)的方法及應(yīng)用。蛋白質(zhì)免疫印跡技術(shù)，主要講技術(shù)的原理與操作規(guī)程部分。蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析技術(shù)，講授蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析技術(shù)原理、方法、策略和常見問題，重點放在對質(zhì)譜技術(shù)在鑒定蛋白質(zhì)的原理與應(yīng)用做主要介紹，而對質(zhì)譜技術(shù)本身只做簡要介紹。蛋白質(zhì)翻譯后修飾組學(xué)技術(shù)，講授蛋白質(zhì)翻譯后修飾組學(xué)概念、種類、方法、策略及應(yīng)用，以案例教學(xué)為主?？傊?，功能蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞研究生的培養(yǎng)目標(biāo)和課程知識體系展開，讓學(xué)生掌握課程基礎(chǔ)理論知識、基本技術(shù)原理和實驗操作步驟，結(jié)合科研案例，加深對相關(guān)知識的理解，熟悉該領(lǐng)域的研究方法與研究熱點，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

表1 功能蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配表

二、教學(xué)方法與教學(xué)手段改革

功能基因組學(xué)的理論體系與技術(shù)方法抽象難懂，給這門課程的教學(xué)帶來了很大挑戰(zhàn)。在教學(xué)實踐中，為了更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)、完成教學(xué)任務(wù)，功能基因組學(xué)的課堂教學(xué)采用多種教學(xué)模式相結(jié)合的方式開展。

（一）充分利用多媒體教學(xué)

功能蛋白質(zhì)組學(xué)的內(nèi)容較為抽象難懂，而且研究方法流程復(fù)雜，僅靠教師講授難以讓學(xué)生理解。因而，多媒體教學(xué)應(yīng)用文字、圖片、動畫以及視頻等多種手段來展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，使復(fù)雜抽象的理論知識生動而形象，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂學(xué)習(xí)效率[6]。如功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究蛋白質(zhì)相互作用常用的酵母雙雜交技術(shù)，原理是把GAL4 轉(zhuǎn)錄激活因子的兩個結(jié)構(gòu)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(dá)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(tǒng)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(shè)計，以及實驗結(jié)果加以展示和分析，這就讓學(xué)生對該項技術(shù)有了較為全面的理解。另外，蛋白質(zhì)質(zhì)譜技術(shù)的原理、結(jié)果分析以及利用生物信息學(xué)檢索等方面更加抽象，僅靠示意圖的講解學(xué)生難以理解與掌握，在遇到類似的內(nèi)容時我們充分發(fā)揮多媒體動畫與操作視頻的優(yōu)勢，把抽象難懂的理論轉(zhuǎn)化為直觀生動的影像來輔助學(xué)生理解，充分提供教學(xué)素材，幫助學(xué)生理解和掌握。

（二）全英語教學(xué)法

為了拓寬學(xué)生的視野，提高追蹤學(xué)術(shù)前沿能力，與國際上先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)接軌，功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程采用全英文授課[7]。全英文授課對于學(xué)生英語聽說能力會有較高的要求，為了讓學(xué)生能真正上好功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程，充分理解課程內(nèi)容，課程分三步走，首先讓學(xué)生提前準(zhǔn)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(jìn)行，隨時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，避免教師在講臺上滔滔不絕，而學(xué)生們聽不懂跟不上的情況；增加不定期的課堂測驗，通過日?？荚u督促并促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

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(xué)生，讓學(xué)生提前對課程內(nèi)容有所了解，同時把與各章內(nèi)容相關(guān)的最新研究進(jìn)展綜述、經(jīng)典文獻(xiàn)和最新高水平研究論文發(fā)給選課研究生，要求學(xué)生在開課前完成其中部分文獻(xiàn)的精讀，熟悉課程相關(guān)的專業(yè)詞匯。資料中還提供了各章節(jié)部分實驗技術(shù)的英文視頻鏈接，要求學(xué)生在教師課堂講授前觀看視頻，提前了解各種實驗技術(shù)，并熟悉與課程相關(guān)專業(yè)英語的聽說。這樣在開課前學(xué)生就對課程的內(nèi)容有所了解，并有針對性地訓(xùn)練了與課程相關(guān)的英語聽力與閱讀。課堂教學(xué)注重與學(xué)生的互動，采取講授與討論相結(jié)合的模式進(jìn)行。首先授課教師會對章節(jié)的知識點、研究進(jìn)展和最新研究論文進(jìn)行講解，然后教師會設(shè)置幾個問題對學(xué)生提問，問題設(shè)置一般偏向于開放性的學(xué)術(shù)問題，學(xué)生可以從多個角度對問題進(jìn)行討論分析，不僅可以檢驗學(xué)生對課堂知識的理解程度，還可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和分析能力。課堂教學(xué)中教師還會對課程重點進(jìn)行不定期的測驗，考查范圍一般都是每章節(jié)的重點要點。這樣就督促學(xué)生及時復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

教師全程用英語講授、互動及評價的教學(xué)方式，不僅提高了學(xué)生的英語水平，而且提高了學(xué)生綜合運用英語的能力，能讀懂專業(yè)領(lǐng)域的英文文獻(xiàn)，能夠撰寫專業(yè)英文學(xué)術(shù)論文，能夠參加國際學(xué)術(shù)會議并參與匯報與交流，全面提高了研究生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。

（三）課堂穿插案例式教學(xué)

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

為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程引入案例式教學(xué)。功能蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)展迅速，新知識、新技術(shù)和新方法層出不窮。功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程主要針對授課內(nèi)容中的一些難點和前沿問題設(shè)置案例教學(xué)的探討主題。在開課初期，由主講教師提供一些案例選題，學(xué)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(guān)的研究論文，同時鼓勵學(xué)生自主查找、補(bǔ)充背景資料，并做成PPT 課件。課堂上，由學(xué)生代表用PPT 講解主題案例。隨后，學(xué)生進(jìn)行分組討論，選出每組的代表把討論的結(jié)果進(jìn)行匯報和提問，再由案例講授組的學(xué)生回答。最后由教師對學(xué)生提出的難點問題進(jìn)行解答，并對知識點進(jìn)行提煉、歸納和總結(jié)。在整個的討論過程中，以學(xué)生為主體，教師主要發(fā)揮組織和引導(dǎo)作用，對學(xué)生討論情況進(jìn)行適當(dāng)點評，鼓勵學(xué)生提出不同意見。

案例式教學(xué)全程以學(xué)生為主導(dǎo)，不僅調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高自主學(xué)習(xí)熱情，而且在分析和討論案例的過程中，鼓勵學(xué)生多角度思考，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，全面提高了學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。

三、引入多元化的考評體系

考核是教學(xué)活動的一個重要組成，不僅能反映學(xué)生對理論知識的掌握情況，反饋課堂教學(xué)效果，而且科學(xué)合理的考核方式還能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生的綜合素質(zhì)全面提高，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要的促進(jìn)作用。鑒于考評體系對教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力培養(yǎng)的重要性，我們對功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程的考評體系進(jìn)行了一系列改革。改革前功能蛋白質(zhì)組學(xué)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(xué)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(dǎo)致有一部分同學(xué)即使學(xué)習(xí)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(qiáng)學(xué)生的日常學(xué)習(xí)狀態(tài)，改變考核方式單一的現(xiàn)狀，課程引入了多元的考評體系，考核方式由考勤、隨堂作業(yè)完成度、課堂討論參與度、案例教學(xué)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(xué)生課堂表現(xiàn)、課外學(xué)習(xí)效果和對知識的理解和應(yīng)用能力。改革后的考評方式，融入了多種考試方法，更注重學(xué)生學(xué)習(xí)的過程評價，對教學(xué)全過程的學(xué)生表現(xiàn)，包括資料查找、整合、表達(dá)和撰寫能力進(jìn)行全面考察，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的課堂表現(xiàn)，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)積極思考，更關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的提高，全面提高教學(xué)效果。

四、教學(xué)效果評價

培養(yǎng)研究生的創(chuàng)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(zhì)組學(xué)更符合生物科學(xué)類學(xué)術(shù)型研究生的培養(yǎng)需求。功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程緊跟學(xué)術(shù)前沿、實用性強(qiáng)，受到學(xué)生的普遍重視，選修學(xué)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(zhì)組學(xué)課程結(jié)束后，對全部選課研究生進(jìn)行了調(diào)查反饋問卷（表2），結(jié)果顯示有95%左右的學(xué)生認(rèn)為全英文授課方式有助于拓寬國際視野，了解學(xué)科的前沿知識；有95%左右的學(xué)生喜歡案例式教學(xué)方式，認(rèn)為比只由老師教授的課程收獲更多；有98%左右的學(xué)生認(rèn)為功能蛋白質(zhì)組學(xué)有助于科研思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。也有少部分學(xué)生認(rèn)為課前花費大量時間預(yù)習(xí)英文資料，是不值得的；對專業(yè)英語寫作水平和英語的口語水平?jīng)]有提高，說明一小部分學(xué)生的課堂討論的參與度還不夠，還需要進(jìn)一步鼓勵和調(diào)動。課程調(diào)查的結(jié)果顯示了功能蛋白組學(xué)課程引入全英文授課和案例式教學(xué)的實施效果良好，有利于激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神，有助于滿足我國創(chuàng)新型高素質(zhì)專門人才的培養(yǎng)需求。

表2 功能蛋白質(zhì)組學(xué)引入全英文授課和案例式教學(xué)的學(xué)生態(tài)度調(diào)查問卷 （%）

五、結(jié)束語

經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，我們已經(jīng)對功能蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，教學(xué)質(zhì)量逐步提升，然而功能蛋白質(zhì)組學(xué)是一門理論知識抽象復(fù)雜，以技術(shù)方法為主的實驗科學(xué)，僅以動畫和錄像的方式無法達(dá)到動手實驗獲得的效果。因此，研究生功能蛋白質(zhì)組學(xué)課程需要投入更多的學(xué)時和經(jīng)費，增設(shè)實驗教學(xué)內(nèi)容，這樣才能進(jìn)一步提高功能蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)改革任重道遠(yuǎn)，不能一蹴而就，我們將繼續(xù)深入研究課程特點，精心選擇教學(xué)內(nèi)容，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，充分利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源，不斷進(jìn)行教學(xué)方法與教學(xué)手段改革，以學(xué)生為主體，充分啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為培養(yǎng)適應(yīng)國家需要的創(chuàng)新型高質(zhì)量人才繼續(xù)努力。