蛋白質工程實踐課改革探索

潘賢　袁軍　林玲

摘 要：蛋白質工程實踐課是《蛋白質工程》課程的重要組成部分，是訓練學生綜合實踐能力的重要平臺。本文對我院《蛋白質工程》實踐課的教學模式進行探討，就培養具有創新能力的高素質生物技術人才提出了自己的看法。

關鍵詞：蛋白質工程；實驗教學模式；創新性實驗

20世紀80年代，美國GENE公司的Ulmer博士在Science上發表了以“Protein Engineering”為題的專論，首次明確提出了蛋白質工程的概念，標志著蛋白質工程的誕生。蛋白質工程又被稱為“第二代基因工程”。蛋白質工程是生物工程領域嶄露出的一片特富魅力的新芽，它不僅可以帶動生物工程進一步發展，還可以推動與人類生產、生活關系密切的相關科學的發展，如抗蛋白質變性延緩衰老，遺傳病的防治，農牧業遺傳育種等。自蛋白質工程誕生至今，已經改造了上百種的蛋白質分子結構，這些成果有的已經轉化成了生產力。在國外，很多國家投入了大量的資金和精力研究蛋白質工程，許多新的技術也孕育而生。2001年，由中國科學家領頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”正式啟動。2002年中科院生物物理研究所王大成院士編寫了第一本《蛋白質工程》，后來隨著學科的發展，蛋白質工程慢慢變成為一門獨立和新興的學科，許多高校都把它作為一門獨立的課程來開設。

而我校由于《蛋白質工程》學科成立的時間和其本身的原因，發展較為緩慢。2004年生命科學學院開始大幅度地進行教學改革。《蛋白質工程》成為了改革的重點之一。近幾年來，我院《蛋白質工程》課程已經取得了長足的發展。然而，蛋白質工程實踐課作為《蛋白質工程》重要的一環，似乎開展得并不順利。原因之一是蛋白質工程涉及許多新的儀器和技術，一些儀器較為昂貴，例如質譜儀。以往的理論課上涉及質譜的技術只能是紙上談兵，學生沒有機會對質譜儀進行感官的了解。

根據目前我校《蛋白質工程》課程教學情況，我認為應從幾個方面對《蛋白質工程》實踐課程進行改革。

一、明確實踐教學改革思想，建立獨特的教學模式。

實踐課程設計的基本思想是讓學生全面掌握蛋白質工程的研究方法和研究內容，擬達到的效果和目標是：

1.通過該課程的學習，要求學生全面、系統的了解蛋白質工程的相關實驗原理，掌握蛋白質的提取與純化、蛋白質的分離與鑒定、蛋白質的表達和蛋白質的修飾、改造等技術的實驗流程和操作技能。

2.通過該實驗課教學，不僅使學生鞏固和加強課堂所學的基礎理論知識，更重要的是培養學生的實驗操作能力、分析問題和解決問題的能力，養成嚴肅認真、實事求是的科學態度和嚴謹的工作作風，培養學生的創新精神和創新能力。

過去很多課程都是把理論和實驗放在一起，多位驗證行實驗。但現在的改革都是把實驗單獨開課，開設綜合性、設計性實驗，我們考慮到蛋白質工程與酶工程的相關性，以及現在對綜合性設計性實驗的要求，我們的實驗課課程是另外設立一門綜合性的《蛋白質工程與酶工程研究法》，時間為2周，緊跟在理論課之后。

該實驗以小組為單位，3人一組，在教師的指導下查閱文獻，確定課題、制定實驗方案、進行實驗、分析歸納、總結，撰寫小型科研論文。

時間安排如下：

一周時間查閱文獻、相關資料，指定出實驗方案并將所需要的相關儀器藥品列出清單交給指導教師。指導教師根據方案準備實驗材料和儀器藥品。

4天時間進行實驗操作。實驗過程中，學生可在教師的指導下針對實驗過程中出現的問題，對實驗的方法和步驟進行修訂。

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

二、實驗方案多樣，更新率高

蛋白質工程匯集了當代分子生物學等學科的一些前沿領域的最新成就，它把核酸與蛋白質結合、蛋白質空間結構與生物功能結合起來研究。如何將這些新技術融合到學生的實驗中是我們一直在思考的問題。我認為這個課程的特殊性決定了該實驗的更新率比一般的基礎性實驗高。每學期我們都提供給學生2～3個的實驗方案，讓他們自行選擇。這些實驗方案不僅包括了一些基礎性的實驗，例如PCR、質粒的提取、酶切等，還包括了一些提高性的實驗內容，如Western blot，ELISA、雙向電泳等。學生通過這些方案可以獲得較好的實驗結果的同時進行接近正規科學研究的綜合實驗技能訓練，從而培養學生的科研能力、創新能力、分析問題與解決問題等的綜合實踐能力。

三、建立外延型教學框架，培養專業性人才

隨著高校的不斷擴招，我國的高等教育已經從“精英教育”轉向了“大眾化教育”。各個高校不斷地調整教學改革方向。然而生物是一門較為年輕的專業，學科的發展十分的迅速。如何保持實驗教學的時效性，提高學生對新鮮知識的了解就變得尤為重要。建立外延型的教學模式可以滿足不同層次的學生對該課程的求知欲，是現行模式的重要補充。具體的措施如下：

1.利用互聯網技術和現代計算機技術，豐富教學手段。蛋白質工程是一門交叉學科，涉及的知識面很廣，如生物化學、分子生物學、基因工程、酶工程、生物信息學、微生物學等。生物信息學是非常重要的一個環節。無論是引物的設計、基因的搜索，到蛋白質的結構預測等，都需要用到生物信息學的知識。所以互聯網技術和計算機技術是實驗課中必不可少的。在我們的實驗室配有電腦和網絡，學生可以自行查閱文獻和數據庫。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，并介紹了一些專業的論壇如生物谷、丁香園等滿足一些學生的需要。

2.布置實驗綜合論文，讓學生對論文的撰寫有個基本的了解。本實驗教學是一門綜合性實驗，除了訓練學生的一些基本的實驗技能外，主要的目的是訓練學生綜合思維能力和創新能力。過去的實驗教學模式存在條塊分割的狀況，學生無法從整體上了解實驗的思路和方法，忽略了培養學生正確的科研思維能力和綜合素質。而撰寫綜合性論文可以很好地提高學生各方面的能力。從查閱資料、設計實驗方案到實驗數據的分析和討論都需要學生自己的參與，不斷提高他們遇到問題解決問題的能力。以其中一個實驗方案為例。

實驗方案：HrpA抗體的鑒定

（1）HrpA抗體的提取（6學時）。

實驗目的：從工程菌株中提取HrpA抗體，掌握蛋白質提取的方法。

（2）HrpA抗體效價的測定—ELISA法（6學時）。

實驗目的：將獲得的HrpA抗體進行效價的測定，掌握間接ELISA技術。

（3）鑒定HrpA抗體—Western blot（8學時）。

實驗目的：掌握Western blot技術。

四、考核方式多樣化，兼顧對基礎知識的考核和應用能力的評估

以出勤、資料查閱參與課堂主題討論、課程論文系列過程等構建“考核內容多樣化”的學習效果評價制度的改革，改變目前大多大學課程“一考定終身”的單一評價制度帶來的學生被動參與學習的弊端，促進學生自始至終參與全課程的學習。以實現本課程教學團隊堅持的“教師有所教、學生有所學、學分有所值”現代大學教學理念。學生最終課程成績的構成見表1。

《蛋白質工程》是實踐性很強的學科，學生必需通過實驗才能加深對理論課的理解，并為后續專業課的學習打好基礎。在實驗課及教學實習中，我們重視培養學生的實際操作技能，不片面追求實驗數據的準確性，培養學生實事求是的科學態度；不是一味強調創新，而是要求在掌握基本知識、操作技能的基礎上開展創新性而不是驗證性的實驗。在教學中，我們根據情況選做了一些開放創新性的實驗，學生們在研究活動中積極查閱資料，設計研究方案，調動了學生的求知欲望，培養了學生的綜合素質。

實驗教學的設計充分體現培養學生的創新意識和創新能力。在實驗設計上減少驗證性實驗，增強綜合性、設計性、創新性的實驗。在創新性實驗上中充分融入了我系的科研成果和特色，目的是提高學生的綜合素質。

就目前而言，蛋白質工程的發展僅僅處于初級階段，人們對于蛋白質工程的認知和研究都還有很大發展空間。在生物類高校開展蛋白質工程課程和實踐課能夠為培養創新型人才積累經驗。

參考文獻：

[1]張海銀，葉言山.蛋白質工程[J].生物學通報，1995（1）：21-22.

[2]孫毅.蛋白質工程的研究進展和前景展望[J].科技情報開發與經濟，2006，16（9）：162-163.

[3]薄惠，張利娟.蛋白質發展的現實意義[J].信息化建設，2016（3）：406.

[4]汪世華，黃碧芳，謝苗.《蛋白質工程》理論課與實踐課改革，2008.

作者簡介：

作者：潘賢，助理實驗員，碩士，panxian218@163.com。

通訊作者：林玲，講師，博士，linling0033@163.com。

基金項目：福建農林大學2016年本科教育教學改革研究（編號111416091）。