《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)推動(dòng)探索性人才培養(yǎng)

楊海麟，周哲敏，辛瑜，陸建，管政兵

摘要：強(qiáng)化實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是高等院校提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的一個(gè)重要課題。本文針對《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法進(jìn)行改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固學(xué)科知識，增強(qiáng)創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)分離技術(shù)；探索性人才；實(shí)驗(yàn)課程；教學(xué)研究

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0235-02

強(qiáng)化實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是高等院校提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的一個(gè)重要課題。工科院校普遍開設(shè)了實(shí)驗(yàn)課程，理論教育和實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能及時(shí)更新，學(xué)生感受不到所學(xué)知識與現(xiàn)實(shí)之間的聯(lián)系，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力、熱情和興趣。目前實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置對培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力的要求還存在相當(dāng)?shù)牟罹?。本文就《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》精品實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)所做的一些教改工作進(jìn)行總結(jié)，以期與國內(nèi)廣大同行共同探討精品實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)。

一、課程教學(xué)特點(diǎn)

《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》是我校生物工程專業(yè)的必修專業(yè)課。本課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，具有以下特點(diǎn)與問題。

1.快速發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)與滯后的教材之間的矛盾。蛋白質(zhì)分離技術(shù)發(fā)展日新月異，許多技術(shù)不斷升級，甚至被淘汰。教材滯后在所難免，難以滿足教學(xué)的要求。

2.有限教學(xué)時(shí)間與豐富的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾?！兜鞍踪|(zhì)分離技術(shù)》涉及技術(shù)多，包括鹽析、離心、層析、電泳等。教學(xué)中，由于教學(xué)時(shí)間少，難免注重技術(shù)、方法、手段，而忽視實(shí)驗(yàn)結(jié)果和目的性。這就造成學(xué)生對蛋白質(zhì)分離課程的教學(xué)目的不明確，教學(xué)也就事倍功半。

3.有限教學(xué)資源條件與不斷提高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求之間的矛盾。多年來，我院一直很重視蛋白質(zhì)分離實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的購置。但學(xué)生數(shù)量的增加讓教學(xué)設(shè)備的壓力日益增大，設(shè)備采購資金捉襟見肘。加上以前采購的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)備與不斷更新的科研設(shè)備在功能和應(yīng)用上存在較大的差距，采用落后的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)備進(jìn)行封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也難以滿足學(xué)生對課程技術(shù)的理解和使用，甚至?xí)a(chǎn)生認(rèn)識上的偏差。

4.對蛋白質(zhì)分離的單元操作、設(shè)備及工程性內(nèi)容不掌握。和化學(xué)工程一樣，蛋白質(zhì)分離由許多單元操作集合而成，需要工程化的理解和設(shè)計(jì)。現(xiàn)有教材及授課對原理講解較多，多單元操作工程化的介紹很少，嚴(yán)重影響學(xué)生靈活掌握課程。譬如，學(xué)生對層析分離介質(zhì)選擇及應(yīng)用不熟悉，對工業(yè)制備色譜系統(tǒng)不熟悉。

二、教學(xué)思想與理念

《蛋白質(zhì)純化技術(shù)》是一門非常注重具體實(shí)踐操作、工程味濃的課程。如何使學(xué)生在眾多的單元知識學(xué)習(xí)過程中，將知識點(diǎn)融會(huì)貫通，將不同的單元串聯(lián)起來設(shè)計(jì)某種特定生物產(chǎn)品的純化工藝路線，并進(jìn)行工程放大，適應(yīng)當(dāng)前科技的飛速發(fā)展，是檢驗(yàn)課程教育成敗的關(guān)鍵?！兜鞍踪|(zhì)分離技術(shù)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念是：強(qiáng)化基礎(chǔ)理論，突出工程和應(yīng)用理念，適當(dāng)兼顧科研前沿發(fā)展，著重提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研平臺相結(jié)合，采用開放性、案例型教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力。課程改革擬打破該門課程傳統(tǒng)的學(xué)生理論學(xué)習(xí)與動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)相互脫離的教學(xué)方式，根據(jù)授課過程中的實(shí)際需要，不拘囿于固定的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐的時(shí)間安排，機(jī)動(dòng)靈活地安排理論學(xué)習(xí)與動(dòng)手實(shí)踐操作時(shí)間，達(dá)到使學(xué)生及時(shí)加深對所學(xué)內(nèi)容的印象和理解，迅速有效地從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，從而大大提高教學(xué)效果的目的；使學(xué)生能夠獨(dú)立完成一整套蛋白質(zhì)純化操作體系，徹底改變學(xué)生開始研究生階段的學(xué)習(xí)時(shí)還要學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)純化方面課程的局面。本課程教改的關(guān)鍵在于如下幾點(diǎn)。

1.力求在有限教學(xué)條件下開展教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，不斷增強(qiáng)學(xué)生對蛋白質(zhì)分離系列技術(shù)學(xué)以致用的教學(xué)效果。實(shí)踐表明，學(xué)生在自行選擇的模塊實(shí)驗(yàn)中興趣和積極性很高，效果很好。此外，組織學(xué)生進(jìn)入工廠實(shí)習(xí)，實(shí)地了解生化分離設(shè)備與工藝路線的結(jié)合，并要求學(xué)生在實(shí)習(xí)報(bào)告中做出合理性評價(jià)，讓學(xué)生更好地把書本與實(shí)際相結(jié)合，掌握分離技術(shù)的精髓。

2.努力改進(jìn)教學(xué)手段和方法，不斷提高蛋白質(zhì)分離技術(shù)教學(xué)效率。蛋白質(zhì)品種多，分離技術(shù)廣而新，沒有現(xiàn)代化的教學(xué)手段難以有較好的教學(xué)效果。為此，采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，包括編寫新教材，建設(shè)先進(jìn)的蛋白質(zhì)分離教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，直觀、帶趣味性蛋白純化技術(shù)的影像資料（如Flash模擬動(dòng)畫、視頻），增加應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)踐觀摩環(huán)節(jié)，都極大地提高了教學(xué)的效率。

三、教學(xué)定位與特色

《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》教學(xué)改革的定位。

1.重應(yīng)用，彰顯教學(xué)目的性。如何使學(xué)生在眾多的單元知識學(xué)習(xí)過程中，將知識點(diǎn)融會(huì)貫通，將不同的單元串聯(lián)起來設(shè)計(jì)某種特定生物產(chǎn)品的純化工藝路線，并進(jìn)行工程放大，適應(yīng)當(dāng)前科技的飛速發(fā)展，是檢驗(yàn)課程教育成敗的關(guān)鍵。強(qiáng)調(diào)技術(shù)的應(yīng)用性是本課程教學(xué)的重中之重。

2.教學(xué)與科研相結(jié)合，體現(xiàn)技術(shù)的前沿性。針對蛋白質(zhì)分離技術(shù)發(fā)展日新月異，依托科研平臺堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)硬件條件，將最新的科研實(shí)驗(yàn)條件在教學(xué)中展示、應(yīng)用，豐富了教學(xué)內(nèi)容，緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的壓力。

3.有條件地開展工程化培訓(xùn)，體現(xiàn)蛋白質(zhì)分離技術(shù)的集成化、規(guī)?；?、自動(dòng)化。在教學(xué)中如何系統(tǒng)地介紹蛋白質(zhì)分離技術(shù)、工藝、設(shè)備及單元操作，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生分析問題和解決問題能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。應(yīng)大力抓實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)蛋白質(zhì)分離技術(shù)的工程性。

該課程有20年的建設(shè)發(fā)展史，有相對穩(wěn)定而完整的課程體系與教學(xué)內(nèi)容，是國內(nèi)發(fā)酵工程專業(yè)最早開設(shè)的一門獨(dú)立的專業(yè)必修課之一。我學(xué)院的這門課程依托糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室、發(fā)酵技術(shù)國家工程中心（無錫）、工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、糖化學(xué)與生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等科研平臺以及國內(nèi)最早的發(fā)酵工程博士點(diǎn)，為本科教學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的依托。作為生物工程專業(yè)的基礎(chǔ)技能和課程，《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》課程的改革具有重要的意義。

四、課改內(nèi)容

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用科研與教學(xué)相結(jié)合的案例教學(xué)模式。蛋白質(zhì)分離技術(shù)涉及技術(shù)、工藝、單元操作、設(shè)備等?，F(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容重在技術(shù)，對單元操作、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備方面的介紹較少。在教學(xué)中如何系統(tǒng)地介紹蛋白質(zhì)分離技術(shù)、工藝、設(shè)備及單元操作，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生分析問題和解決問題能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。課程教學(xué)內(nèi)容分為理論課、實(shí)驗(yàn)課及教學(xué)手段現(xiàn)代化建設(shè)，還有與上述課程建設(shè)相匹配的多媒體課件建設(shè)。理論課上，通過課堂講授、提問、思考題、討論等方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)。另外，我們要求學(xué)生翻譯創(chuàng)新性或工程性論文，達(dá)到了解學(xué)術(shù)前沿發(fā)展，強(qiáng)化工程理念的目標(biāo)。endprint

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)編寫適合本專業(yè)的《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教材。在有限的硬件條件下，結(jié)合科研設(shè)備和教學(xué)設(shè)備，建設(shè)《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，盡最大可能地為學(xué)生提供良好的分離設(shè)備條件。打破理論課必須講授理論知識、實(shí)踐課只能進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的束縛，授課老師可自由地根據(jù)所授內(nèi)容的具體實(shí)際情況和需要，靈活安排理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作環(huán)節(jié)的時(shí)間。充分利用現(xiàn)有的本科實(shí)驗(yàn)室條件和各老師本研究室的條件，分階段對實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行觀摩、操作，把理論知識及時(shí)消化，轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能。

2.改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效率。結(jié)合科研經(jīng)歷的教學(xué)內(nèi)容總能使學(xué)生因生動(dòng)形象、言之有物而興趣倍增。如介紹科研項(xiàng)目“谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶”中對發(fā)酵液內(nèi)脂谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶分離工藝，在項(xiàng)目“腈水合酶研究”中對腈水合酶分離純化工藝等。在課堂教學(xué)中及時(shí)調(diào)整內(nèi)容，補(bǔ)充新技術(shù)，將新的科研成果實(shí)例與基本理論結(jié)合起來講解，一方面充實(shí)了教學(xué)內(nèi)容，另一方面又使學(xué)生接觸新的科技信息。例如：基因工程藥物作為藥物，純度要求高，能否分離純化其表達(dá)產(chǎn)物是該藥物能否投入生產(chǎn)、走向市場的關(guān)鍵，而涉及的分離技術(shù)屬于高新科技，在相應(yīng)的課本中并不全面，故在講課中充實(shí)了這方面的內(nèi)容，詳細(xì)講述從蛋白質(zhì)包涵體的產(chǎn)生、分離和復(fù)性方法。課堂上穿插介紹國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)重新設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)踐操作的內(nèi)容：包括更換待純化蛋白樣品的來源（擬基因工程大腸桿菌來源）及具體分離的目標(biāo)蛋白（擬重組腈水合酶），增強(qiáng)學(xué)生對蛋白質(zhì)來源的科學(xué)認(rèn)識；簡化目標(biāo)蛋白的檢測方法（擬HPLC法），提高對活性測定的方法更加科學(xué)的認(rèn)識，也縮短在活性測定方面的時(shí)間；增加所用層析技術(shù)的種類（擬增加疏水作用層析、親和層析）等，使學(xué)生對各項(xiàng)純化方法有更全面的了解。

授課形式力求多樣化、形象化。課堂上在講解各種抽象的蛋白質(zhì)純化技術(shù)原理和操作的同時(shí)，擬增加些直觀、帶趣味性的介紹各種蛋白純化技術(shù)的影像資料（如Flash模擬動(dòng)畫、視頻）給學(xué)生觀看，及時(shí)加深學(xué)生對于理論、操作等的理解和掌握。強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過程的指導(dǎo)，采用小班上課，分組操作。針對目前的實(shí)驗(yàn)條件，計(jì)劃將實(shí)驗(yàn)課分成三個(gè)小班，然后每個(gè)小班再分成兩個(gè)小組。每位老師帶領(lǐng)幾名學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，力爭讓每一個(gè)學(xué)生都能完成一整套操作，具備獨(dú)立進(jìn)行簡單蛋白質(zhì)純化的能力。

3.教材建設(shè)。本課程現(xiàn)在使用的教材是自編的實(shí)驗(yàn)教材和講義。我們擬為本科生編寫《蛋白質(zhì)分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教材。

4.完善實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練是工科學(xué)生不可或缺的，是工科高校重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，教育成本較高。相對于理論教學(xué)，專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)模很難做大。為此付出相當(dāng)大的精力抓實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)。實(shí)踐環(huán)節(jié)，為彌補(bǔ)學(xué)校目前還不具備工業(yè)規(guī)模蛋白質(zhì)純化設(shè)備的現(xiàn)狀，進(jìn)一步增加課程的工程性質(zhì)，計(jì)劃在課程結(jié)束前利用節(jié)假日帶領(lǐng)所有學(xué)生到進(jìn)行大規(guī)模蛋白質(zhì)分離純化的工廠實(shí)地參觀學(xué)習(xí)一次，增強(qiáng)學(xué)生對工業(yè)規(guī)模及中小規(guī)模蛋白質(zhì)純化不同工藝的理解和認(rèn)識。

通過精品課程建設(shè)，《蛋白質(zhì)分離技術(shù)》這門課上一個(gè)新的臺階，進(jìn)入教學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提高，培養(yǎng)探索性人才。endprint