研究生功能蛋白质组学课程教学改革与探索

吴 莹，魏德强，陶 雷，蓝兴国

（东北林业大学 生命科学学院，哈尔滨 150040）

研究生教育是国民教育体系的最高层次，承担着“高端人才供给”和“科学技术创新”的双重使命[1]。2020 年7月，习近平总书记提出了对研究生教育工作的重要指示，“研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务经济社会发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用。各级党委和政府要高度重视研究生教育，推动研究生教育适应党和国家事业发展需要……”[2]。而研究生课程教学作为人才培养的主要渠道，对学生综合素质和创新能力的培养发挥着核心作用[3]。

功能蛋白质组学共32 学时，是为东北林业大学生命科学学院学术型研究生开设的一门专业选修课。功能蛋白质组学是生物科学领域近些年来发展最快的前沿学科之一。其研究可以从局部入手，主要研究细胞内与某种特定功能有关或某种条件下的一群蛋白质，其蛋白质群体可大可小，取决于要研究的功能特点和研究方法、手段和实验设计等[4]。蛋白质几乎参与生物体内所有的生命活动，如生长发育、遗传、繁殖、物质能量代谢和应激反应等，揭示生物体内蛋白质群体的具体功能，包括蛋白质的表达、定位、修饰加工、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其他生物分子的相互作用等都是功能蛋白质组学的核心内容[5]。为了使研究生能充分掌握本课程涵盖的基本理论和技术方法，紧跟该领域的重要成果与重大进展，我们不断更新和优化教学内容，充分利用多种教学方法与手段，引入多元化的考评体系等，以期充分调动学生的学习积极性，培养学生的思维能力和实践能力，最终实现培养具有科技创新能力的高素质生物学专业人才目标。

一、功能蛋白质组学教学内容的优化

结合功能蛋白质组学课程特点和研究生培养目标，我们选用了由我们教研室李玉花和蓝兴国教授主编的《蛋白质分析实验技术指南》、张丽华翻译的《蛋白质组学研究-概念、技术及应用》、Introduction to proteomicstools for the new biology、Guide to protein purification（Second Edition）作为课程教材。并且以功能蛋白质组学权威期刊，包括Molecular and Cellular Proteomics、Journal of Proteome Research、Journal of Proteomics、Proteomic 和Proteome Science 上最新发表的代表性论文为参考资料。根据学科特点，我们把选定的教材和参考资料重新整合重组，把课程划分为八个章节进行讲解，分别是：第一章、绪论；第二章、蛋白质的电泳分离技术；第三章、差异蛋白质组学技术；第四章、蛋白质互作技术；第五章、酶联免疫分析技术；第六章、蛋白质免疫印迹技术；第七章、蛋白质质谱分析技术；第八章、蛋白质翻译后修饰组学技术（表1）。绪论部分，首先提出问题，什么是功能蛋白质组学，为什么要研究功能蛋白质组学，结合基因组学的发展史和蛋白质研究的发展史，以及功能蛋白质组学与其他学科的关系，引导学生充分理解蛋白质研究的重要性，以及后基因组时代揭示蛋白质组功能的重要性，激发学生的求知欲望。蛋白质的电泳分离技术一章中简单回顾蛋白质的基本特性，讲解蛋白质电泳技术的种类与应用，重点讲述蛋白质二维凝胶电泳技术。差异蛋白质组学部分，讲述差异蛋白质组学原理和常用技术，以及不同技术的优缺点及应用范围，而着重讲授DIGE 等新技术。蛋白质互作技术，讲授蛋白质互作技术的种类、原理、优缺点及适用范围，主要介绍酵母双杂交及衍生技术、Pull-down、免疫共沉淀等，首先向学生提出问题，在获得有意义蛋白质后可以进行哪些工作涉及哪些技术，这就把学生本科阶段学过的信号通路和基因表达调控联系起来。蛋白质酶联免疫分析技术，讲授酶联免疫的基本概念、原理及方法，酶联免疫常用酶的分类及特点、常用的几种酶联免疫分析技术的方法及应用。蛋白质免疫印迹技术，主要讲技术的原理与操作规程部分。蛋白质质谱分析技术，讲授蛋白质质谱分析技术原理、方法、策略和常见问题，重点放在对质谱技术在鉴定蛋白质的原理与应用做主要介绍，而对质谱技术本身只做简要介绍。蛋白质翻译后修饰组学技术，讲授蛋白质翻译后修饰组学概念、种类、方法、策略及应用，以案例教学为主。总之，功能蛋白质组学的教学内容紧紧围绕研究生的培养目标和课程知识体系展开，让学生掌握课程基础理论知识、基本技术原理和实验操作步骤，结合科研案例，加深对相关知识的理解，熟悉该领域的研究方法与研究热点，有利于学生创新思维的培养。

表1 功能蛋白质组学教学内容和学时分配表

二、教学方法与教学手段改革

功能基因组学的理论体系与技术方法抽象难懂，给这门课程的教学带来了很大挑战。在教学实践中，为了更好地达到教学目标、完成教学任务，功能基因组学的课堂教学采用多种教学模式相结合的方式开展。

（一）充分利用多媒体教学

功能蛋白质组学的内容较为抽象难懂，而且研究方法流程复杂，仅靠教师讲授难以让学生理解。因而，多媒体教学应用文字、图片、动画以及视频等多种手段来展现教学内容，使复杂抽象的理论知识生动而形象，增强了学生的感性认识，激发学生的学习兴趣，提高课堂学习效率[6]。如功能蛋白质组学研究蛋白质相互作用常用的酵母双杂交技术，原理是把GAL4 转录激活因子的两个结构域BD 和AD 分别与诱饵蛋白和检测蛋白做成融合蛋白，再通过检测报告基因是否表达来判断两个蛋白是否有相互作用，原理较为抽象，尤其在加入酵母双杂交衍生系统后，很难理解，我们利用模式图来加以阐述，同时还对具体实验的设计，以及实验结果加以展示和分析，这就让学生对该项技术有了较为全面的理解。另外，蛋白质质谱技术的原理、结果分析以及利用生物信息学检索等方面更加抽象，仅靠示意图的讲解学生难以理解与掌握，在遇到类似的内容时我们充分发挥多媒体动画与操作视频的优势，把抽象难懂的理论转化为直观生动的影像来辅助学生理解，充分提供教学素材，帮助学生理解和掌握。

（二）全英语教学法

为了拓宽学生的视野，提高追踪学术前沿能力，与国际上先进的科学技术接轨，功能蛋白质组学课程采用全英文授课[7]。全英文授课对于学生英语听说能力会有较高的要求，为了让学生能真正上好功能蛋白质组学课程，充分理解课程内容，课程分三步走，首先让学生提前准备，充分做好开课前听力词汇和阅读词汇的积累；在课堂中遵循多提问多互动的方式进行，随时了解学生的学习情况，避免教师在讲台上滔滔不绝，而学生们听不懂跟不上的情况；增加不定期的课堂测验，通过日常考评督促并促进学生有效学习。

在开课前1 个月主讲教师会把课程简介和使用参考书公布给学生，让学生提前对课程内容有所了解，同时把与各章内容相关的最新研究进展综述、经典文献和最新高水平研究论文发给选课研究生，要求学生在开课前完成其中部分文献的精读，熟悉课程相关的专业词汇。资料中还提供了各章节部分实验技术的英文视频链接，要求学生在教师课堂讲授前观看视频，提前了解各种实验技术，并熟悉与课程相关专业英语的听说。这样在开课前学生就对课程的内容有所了解，并有针对性地训练了与课程相关的英语听力与阅读。课堂教学注重与学生的互动，采取讲授与讨论相结合的模式进行。首先授课教师会对章节的知识点、研究进展和最新研究论文进行讲解，然后教师会设置几个问题对学生提问，问题设置一般偏向于开放性的学术问题，学生可以从多个角度对问题进行讨论分析，不仅可以检验学生对课堂知识的理解程度，还可以培养学生的思维能力和分析能力。课堂教学中教师还会对课程重点进行不定期的测验，考查范围一般都是每章节的重点要点。这样就督促学生及时复习和预习，促进学生主动学习。

教师全程用英语讲授、互动及评价的教学方式，不仅提高了学生的英语水平，而且提高了学生综合运用英语的能力，能读懂专业领域的英文文献，能够撰写专业英文学术论文，能够参加国际学术会议并参与汇报与交流，全面提高了研究生的专业素养和综合能力。

（三）课堂穿插案例式教学

案例教学是以人本主义和构建主义认识论为理论基础，以学生为中心的一种开放式、互动式的新型教学模式，其特点是将案例引入课堂教学之中，根据不同课程的特点案例教学会采取不同的模式与实施方法[8]。

为了充分调动学生学习的主动性和积极性，培养学生分析问题和解决问题的能力，功能蛋白质组学课程引入案例式教学。功能蛋白质组学发展迅速，新知识、新技术和新方法层出不穷。功能蛋白质组学课程主要针对授课内容中的一些难点和前沿问题设置案例教学的探讨主题。在开课初期，由主讲教师提供一些案例选题，学生自由分组并确定选题，之后每次课安排一个讨论案例。选题同时，教师会提供一定量与主题相关的研究论文，同时鼓励学生自主查找、补充背景资料，并做成PPT 课件。课堂上，由学生代表用PPT 讲解主题案例。随后，学生进行分组讨论，选出每组的代表把讨论的结果进行汇报和提问，再由案例讲授组的学生回答。最后由教师对学生提出的难点问题进行解答，并对知识点进行提炼、归纳和总结。在整个的讨论过程中，以学生为主体，教师主要发挥组织和引导作用，对学生讨论情况进行适当点评，鼓励学生提出不同意见。

案例式教学全程以学生为主导，不仅调动了学生的学习积极性，提高自主学习热情，而且在分析和讨论案例的过程中，鼓励学生多角度思考，培养学生创造性思维，全面提高了学生的科研能力和创新能力。

三、引入多元化的考评体系

考核是教学活动的一个重要组成，不仅能反映学生对理论知识的掌握情况，反馈课堂教学效果，而且科学合理的考核方式还能调动学生学习的主观能动性，端正学习态度，提高学习能力，使学生的综合素质全面提高，对培养创新型人才具有重要的促进作用。鉴于考评体系对教学质量和学生能力培养的重要性，我们对功能蛋白质组学课程的考评体系进行了一系列改革。改革前功能蛋白质组学课程考核由平时成绩和课程论文两部分组成，由于考核方式单一，造成学生在课堂上积极性不高，对课程中的一些难点和前沿知识浅尝辄止，不愿意多花时间去思考，找资料去深入了解，从而导致有一部分同学即使学习了课程，通过了考核，自身的知识体系和科研能力也没有得到充实和提高。为了加强学生的日常学习状态，改变考核方式单一的现状，课程引入了多元的考评体系，考核方式由考勤、随堂作业完成度、课堂讨论参与度、案例教学完成情况和课程论文综述等多种考核形式组成，综合考核学生课堂表现、课外学习效果和对知识的理解和应用能力。改革后的考评方式，融入了多种考试方法，更注重学生学习的过程评价，对教学全过程的学生表现，包括资料查找、整合、表达和撰写能力进行全面考察，从而激发学生的学习兴趣，提高学生的课堂表现，使学生主动学习积极思考，更关注学生的创新能力和综合素质的提高，全面提高教学效果。

四、教学效果评价

培养研究生的创新能力是新时代研究生教育的核心要求，对课程一系列的改革使功能蛋白质组学更符合生物科学类学术型研究生的培养需求。功能蛋白质组学课程紧跟学术前沿、实用性强，受到学生的普遍重视，选修学生众多，在本校该课程受到同行专家及研究生的一致好评。功能蛋白质组学课程结束后，对全部选课研究生进行了调查反馈问卷（表2），结果显示有95%左右的学生认为全英文授课方式有助于拓宽国际视野，了解学科的前沿知识；有95%左右的学生喜欢案例式教学方式，认为比只由老师教授的课程收获更多；有98%左右的学生认为功能蛋白质组学有助于科研思维和创新思维的培养。也有少部分学生认为课前花费大量时间预习英文资料，是不值得的；对专业英语写作水平和英语的口语水平没有提高，说明一小部分学生的课堂讨论的参与度还不够，还需要进一步鼓励和调动。课程调查的结果显示了功能蛋白组学课程引入全英文授课和案例式教学的实施效果良好，有利于激发和调动学生的学习积极性，提升学生的创新精神，有助于满足我国创新型高素质专门人才的培养需求。

表2 功能蛋白质组学引入全英文授课和案例式教学的学生态度调查问卷 （%）

五、结束语

经过几年的教学实践，我们已经对功能蛋白质组学进行了一系列的教学改革，教学质量逐步提升，然而功能蛋白质组学是一门理论知识抽象复杂，以技术方法为主的实验科学，仅以动画和录像的方式无法达到动手实验获得的效果。因此，研究生功能蛋白质组学课程需要投入更多的学时和经费，增设实验教学内容，这样才能进一步提高功能蛋白质组学的教学质量。教学改革任重道远，不能一蹴而就，我们将继续深入研究课程特点，精心选择教学内容，紧跟学科发展前沿，充分利用多媒体技术和网络资源，不断进行教学方法与教学手段改革，以学生为主体，充分启发学生的创新思维，提高学生的综合素质，为培养适应国家需要的创新型高质量人才继续努力。