蛋白质工程实践课改革探索

潘贤　袁军　林玲

摘 要：蛋白质工程实践课是《蛋白质工程》课程的重要组成部分，是训练学生综合实践能力的重要平台。本文对我院《蛋白质工程》实践课的教学模式进行探讨，就培养具有创新能力的高素质生物技术人才提出了自己的看法。

关键词：蛋白质工程；实验教学模式；创新性实验

20世纪80年代，美国GENE公司的Ulmer博士在Science上发表了以“Protein Engineering”为题的专论，首次明确提出了蛋白质工程的概念，标志着蛋白质工程的诞生。蛋白质工程又被称为“第二代基因工程”。蛋白质工程是生物工程领域崭露出的一片特富魅力的新芽，它不仅可以带动生物工程进一步发展，还可以推动与人类生产、生活关系密切的相关科学的发展，如抗蛋白质变性延缓衰老，遗传病的防治，农牧业遗传育种等。自蛋白质工程诞生至今，已经改造了上百种的蛋白质分子结构，这些成果有的已经转化成了生产力。在国外，很多国家投入了大量的资金和精力研究蛋白质工程，许多新的技术也孕育而生。2001年，由中國科学家领头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”正式启动。2002年中科院生物物理研究所王大成院士编写了第一本《蛋白质工程》，后来随着学科的发展，蛋白质工程慢慢变成为一门独立和新兴的学科，许多高校都把它作为一门独立的课程来开设。

而我校由于《蛋白质工程》学科成立的时间和其本身的原因，发展较为缓慢。2004年生命科学学院开始大幅度地进行教学改革。《蛋白质工程》成为了改革的重点之一。近几年来，我院《蛋白质工程》课程已经取得了长足的发展。然而，蛋白质工程实践课作为《蛋白质工程》重要的一环，似乎开展得并不顺利。原因之一是蛋白质工程涉及许多新的仪器和技术，一些仪器较为昂贵，例如质谱仪。以往的理论课上涉及质谱的技术只能是纸上谈兵，学生没有机会对质谱仪进行感官的了解。

根据目前我校《蛋白质工程》课程教学情况，我认为应从几个方面对《蛋白质工程》实践课程进行改革。

一、明确实践教学改革思想，建立独特的教学模式。

实践课程设计的基本思想是让学生全面掌握蛋白质工程的研究方法和研究内容，拟达到的效果和目标是：

1.通过该课程的学习，要求学生全面、系统的了解蛋白质工程的相关实验原理，掌握蛋白质的提取与纯化、蛋白质的分离与鉴定、蛋白质的表达和蛋白质的修饰、改造等技术的实验流程和操作技能。

2.通过该实验课教学，不仅使学生巩固和加强课堂所学的基础理论知识，更重要的是培养学生的实验操作能力、分析问题和解决问题的能力，养成严肃认真、实事求是的科学态度和严谨的工作作风，培养学生的创新精神和创新能力。

过去很多课程都是把理论和实验放在一起，多位验证行实验。但现在的改革都是把实验单独开课，开设综合性、设计性实验，我们考虑到蛋白质工程与酶工程的相关性，以及现在对综合性设计性实验的要求，我们的实验课课程是另外设立一门综合性的《蛋白质工程与酶工程研究法》，时间为2周，紧跟在理论课之后。

该实验以小组为单位，3人一组，在教师的指导下查阅文献，确定课题、制定实验方案、进行实验、分析归纳、总结，撰写小型科研论文。

时间安排如下：

一周时间查阅文献、相关资料，指定出实验方案并将所需要的相关仪器药品列出清单交给指导教师。指导教师根据方案准备实验材料和仪器药品。

4天时间进行实验操作。实验过程中，学生可在教师的指导下针对实验过程中出现的问题，对实验的方法和步骤进行修订。

3周时间完成个人的分工内容报告（1000字）；再经教师批改后组内讨论形成组论文（3000字）；再经教师批改后1周内修订定稿，完成PPT课件制作，最后一次课程组织分组交流分享。

二、实验方案多样，更新率高

蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。如何将这些新技术融合到学生的实验中是我们一直在思考的问题。我认为这个课程的特殊性决定了该实验的更新率比一般的基础性实验高。每学期我们都提供给学生2～3个的实验方案，让他们自行选择。这些实验方案不仅包括了一些基础性的实验，例如PCR、质粒的提取、酶切等，还包括了一些提高性的实验内容，如Western blot，ELISA、双向电泳等。学生通过这些方案可以获得较好的实验结果的同时进行接近正规科学研究的综合实验技能训练，从而培养学生的科研能力、创新能力、分析问题与解决问题等的综合实践能力。

三、建立外延型教学框架，培养专业性人才

随着高校的不断扩招，我国的高等教育已经从“精英教育”转向了“大众化教育”。各个高校不断地调整教学改革方向。然而生物是一门较为年轻的专业，学科的发展十分的迅速。如何保持实验教学的时效性，提高学生对新鲜知识的了解就变得尤为重要。建立外延型的教学模式可以满足不同层次的学生对该课程的求知欲，是现行模式的重要补充。具体的措施如下：

1.利用互联网技术和现代计算机技术，丰富教学手段。蛋白质工程是一门交叉学科，涉及的知识面很广，如生物化学、分子生物学、基因工程、酶工程、生物信息学、微生物学等。生物信息学是非常重要的一个环节。无论是引物的设计、基因的搜索，到蛋白质的结构预测等，都需要用到生物信息学的知识。所以互联网技术和计算机技术是实验课中必不可少的。在我们的实验室配有电脑和网络，学生可以自行查阅文献和数据库。另外，我们还在课后提供一些专题性的课件和资料，如DNA shuffling、酵母双杂交等，并介绍了一些专业的论坛如生物谷、丁香园等满足一些学生的需要。

2.布置实验综合论文，让学生对论文的撰写有个基本的了解。本实验教学是一门综合性实验，除了训练学生的一些基本的实验技能外，主要的目的是训练学生综合思维能力和创新能力。过去的实验教学模式存在条块分割的状况，学生无法从整体上了解实验的思路和方法，忽略了培养学生正确的科研思维能力和综合素质。而撰写综合性论文可以很好地提高学生各方面的能力。从查阅资料、设计实验方案到实验数据的分析和讨论都需要学生自己的参与，不断提高他们遇到问题解决问题的能力。以其中一个实验方案为例。

实验方案：HrpA抗体的鉴定

（1）HrpA抗体的提取（6学时）。

实验目的：从工程菌株中提取HrpA抗体，掌握蛋白质提取的方法。

（2）HrpA抗体效价的测定—ELISA法（6学时）。

实验目的：将获得的HrpA抗体进行效价的测定，掌握间接ELISA技术。

（3）鉴定HrpA抗体—Western blot（8学时）。

实验目的：掌握Western blot技术。

四、考核方式多样化，兼顾对基础知识的考核和应用能力的评估

以出勤、资料查阅参与课堂主题讨论、课程论文系列过程等构建“考核内容多样化”的学习效果评价制度的改革，改变目前大多大学课程“一考定终身”的单一评价制度带来的学生被动参与学习的弊端，促进学生自始至终参与全课程的学习。以实现本课程教学团队坚持的“教师有所教、学生有所学、学分有所值”现代大学教学理念。学生最终课程成绩的构成见表1。

《蛋白质工程》是实践性很强的学科，学生必需通过实验才能加深对理论课的理解，并为后续专业课的学习打好基础。在实验课及教学实习中，我们重视培养学生的实际操作技能，不片面追求实验数据的准确性，培养学生实事求是的科学态度；不是一味强调创新，而是要求在掌握基本知识、操作技能的基础上开展创新性而不是验证性的实验。在教学中，我们根据情况选做了一些开放创新性的实验，学生们在研究活动中积极查阅资料，设计研究方案，调动了学生的求知欲望，培养了学生的综合素质。

实验教学的设计充分体现培养学生的创新意识和创新能力。在实验设计上减少验证性实验，增强综合性、设计性、创新性的实验。在创新性实验上中充分融入了我系的科研成果和特色，目的是提高学生的综合素质。

就目前而言，蛋白质工程的发展仅仅处于初级阶段，人们对于蛋白质工程的认知和研究都还有很大发展空间。在生物类高校开展蛋白质工程课程和实践课能够为培养创新型人才积累经验。

参考文献：

[1]张海银，叶言山.蛋白质工程[J].生物学通报，1995（1）：21-22.

[2]孙毅.蛋白质工程的研究进展和前景展望[J].科技情报开发与经济，2006，16（9）：162-163.

[3]薄惠，张利娟.蛋白质发展的现实意义[J].信息化建设，2016（3）：406.

[4]汪世华，黄碧芳，谢苗.《蛋白质工程》理论课与实践课改革，2008.

作者简介：

作者：潘贤，助理实验员，硕士，panxian218@163.com。

通訊作者：林玲，讲师，博士，linling0033@163.com。

基金项目：福建农林大学2016年本科教育教学改革研究（编号111416091）。