武 陶，趙 培，阮海華

(天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津 300314)

蛋白質(zhì)組學(xué)是一門典型的交叉學(xué)科，內(nèi)容涉及生物學(xué)、化學(xué)、生物信息學(xué)等，具有涵蓋內(nèi)容多、知識范圍廣等特點。該學(xué)科相關(guān)研究技術(shù)和方法廣泛用于生物、農(nóng)學(xué)、食品、醫(yī)學(xué)等與生命科學(xué)密切相關(guān)的領(lǐng)域。作為生物技術(shù)專業(yè)本科專業(yè)核心課程，課程教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握蛋白質(zhì)組學(xué)的基礎(chǔ)理論與經(jīng)典實驗技術(shù)，同時能夠具備一定解決實際問題的能力，從而為學(xué)生后續(xù)深造學(xué)習(xí)或從事相關(guān)科研工作打下理論基礎(chǔ)。為實現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，進(jìn)行課程改革就顯得至關(guān)重要。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

蛋白質(zhì)組學(xué)包含的知識點較多，涉及實驗技術(shù)新穎，綜合性較強(qiáng)。多數(shù)學(xué)生認(rèn)為，該課程學(xué)習(xí)難度較大，質(zhì)譜儀的工作原理、蛋白質(zhì)組定量技術(shù)等知識抽象、枯燥，理解較困難。而且傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師課堂講授理論為主，授課方式較單一，學(xué)生參與度不足，課堂氣氛不夠活躍，難以達(dá)到提升學(xué)生綜合能力的目標(biāo)。為解決上述問題，將BOPPS教學(xué)模式貫穿于課程教學(xué)過程，同時輔以多元化的教學(xué)手段，對蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了探究。

2 教學(xué)改革具體內(nèi)容

基于培養(yǎng)能夠跟隨技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，能用所學(xué)知識解決實際復(fù)雜生物技術(shù)問題的應(yīng)用型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，同時結(jié)合課時數(shù)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，筆者選擇何華勤主編，中國林業(yè)出版社2011年出版的《簡明蛋白質(zhì)組學(xué)》作為教材，該教材內(nèi)容簡明清晰，配圖豐富，易于學(xué)生理解。在實際教學(xué)中，打破了教材內(nèi)容原有框架，按照蛋白質(zhì)組學(xué)的技術(shù)層次對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了模塊化重組與優(yōu)化。對于教材內(nèi)容中與生物化學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)以及生物信息學(xué)等課程交叉的部分進(jìn)行簡要講解或要求學(xué)生自學(xué)。在授課過程中介紹該領(lǐng)域的前沿技術(shù)、熱點話題，并通過與公司合作，定期組織蛋白質(zhì)組學(xué)先進(jìn)技術(shù)講座，作為教學(xué)內(nèi)容的輔助部分，要求學(xué)生可將經(jīng)典理論與前沿技術(shù)進(jìn)展有機(jī)聯(lián)系、融會貫通。

該課程分為4個模塊(表1)。模塊1：緒論，著重介紹蛋白質(zhì)組與基因組的聯(lián)系與區(qū)別以及蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)路線，使學(xué)生建立蛋白質(zhì)組學(xué)的整體知識框架；模塊2：蛋白質(zhì)組學(xué)的三大經(jīng)典基礎(chǔ)技術(shù)，即雙向電泳技術(shù)、生物質(zhì)譜技術(shù)、生物信息學(xué)。其中，重點講解雙向電泳中蛋白質(zhì)樣品制備的注意事項以及電泳過程中第一向電泳與第二向電泳操作的注意事項、生物質(zhì)譜分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的原理與操作流程，關(guān)于生物信息學(xué)部分只作簡介。模塊3：蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)中的高階技術(shù)，即基于質(zhì)譜技術(shù)的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)(重點介紹熱門的iTRAQ技術(shù)與SILAC技術(shù))，介紹蛋白質(zhì)相互作用研究的基本原理和主要技術(shù)方法，使學(xué)生掌握蛋白質(zhì)相互作用研究的主要技術(shù)流程、應(yīng)用和優(yōu)缺點；模塊4：在完成前3個模塊學(xué)習(xí)后，學(xué)生具備了扎實的蛋白質(zhì)組學(xué)理論與實驗基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)入模塊4的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以更好地理解蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在微生物學(xué)、食品科學(xué)、植物學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

上述教學(xué)模塊之間相互聯(lián)系，前一教學(xué)模塊是后一教學(xué)模塊的基礎(chǔ)(理論基礎(chǔ)或技術(shù)基礎(chǔ))。其中，模塊4既可作為單獨的教學(xué)內(nèi)容，又可適當(dāng)穿插在模塊2與模塊3的教學(xué)中，在講授蛋白質(zhì)組學(xué)的具體技術(shù)時介紹這些技術(shù)的應(yīng)用實例，促進(jìn)學(xué)生對技術(shù)原理的理解。

表1 蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)模塊Table 1 Teaching modules contained in Proteomics Course

在教學(xué)過程中，注重教學(xué)與科研的結(jié)合?？蒲惺墙虒W(xué)的源頭活水，以科研促進(jìn)教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。利用科研上的研究進(jìn)展為教學(xué)內(nèi)容服務(wù)，將科研精神融入教育理念，可使晦澀難懂的知識點變得容易理解。筆者在博士期間曾進(jìn)行過外膜蛋白的提取與定量分析研究，其中用到了蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的基礎(chǔ)操作，即蛋白質(zhì)樣品的制備與電泳分析。因此，在講解蛋白質(zhì)組學(xué)二維電泳中蛋白樣品制備這一部分時，展示樣品制備過程，并展示SDS-PAGE電泳圖片，通過電泳分析，為后續(xù)定量分析與生物質(zhì)譜分析打下基礎(chǔ)。此外，結(jié)合筆者所在課題組利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究外泌體功能與侵染宿主的機(jī)制等方面的研究進(jìn)展，向?qū)W生介紹定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的流程，以及對應(yīng)結(jié)果的分析方法，使學(xué)生體會到蛋白質(zhì)組學(xué)在實際科研中的應(yīng)用。

在當(dāng)下“大數(shù)據(jù)”特別是后疫情時代，多媒體教學(xué)法、小組討論法、案例分析教學(xué)法等新型教學(xué)手段層出不窮。這一現(xiàn)狀要求在教學(xué)形式上不斷推陳出新。因此，在組織教學(xué)過程中，根據(jù)蛋白質(zhì)組學(xué)的課程特點與該專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，有選擇性地使用先進(jìn)的教學(xué)方法，使課堂教學(xué)更加豐富多彩，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有所改善。

BOPPS教學(xué)模式的應(yīng)用。在泛雅超星學(xué)習(xí)通平臺建立了課程班級，且借助這一網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺在蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)中運用BOPPS教學(xué)模型，合理調(diào)整課前—課中—課后的知識點分布。在具體的教學(xué)設(shè)計中，采用與生活相關(guān)的事例來激發(fā)學(xué)生對于將要學(xué)習(xí)知識點的興趣，同時利用超星學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺發(fā)布教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生需要提前預(yù)習(xí)的內(nèi)容，要求學(xué)生完成對應(yīng)的前測試題，并且針對預(yù)習(xí)的內(nèi)容提出問題，課堂上帶著問題進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)。課堂上，教師講授重點知識點后，提出主題討論供師生共同討論，提高學(xué)生的參與度，另外，采用超星學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺發(fā)布課堂同步習(xí)題并要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成作答，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況。最后教師針對授課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并留給學(xué)生思考作業(yè)。

以教學(xué)模塊2中的生物質(zhì)譜技術(shù)為例，具體闡述如何在教學(xué)過程中運用BOPPS教學(xué)模型。首先，以學(xué)生已經(jīng)比較熟悉的液相(氣相)色譜技術(shù)導(dǎo)入新內(nèi)容學(xué)習(xí)，同時告知學(xué)生這部分內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)包括3個方面，即知識目標(biāo)：掌握質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)與組成，掌握2種代表性質(zhì)譜的基本原理與優(yōu)缺點。技能目標(biāo)：能夠獨立操作使用質(zhì)譜儀。情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生誠實守信、認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度。然后教師發(fā)布前測試題，了解學(xué)生的前期知識儲備，課上教師重點講授基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜與液相色譜-電噴霧-串聯(lián)質(zhì)譜的工作原理與優(yōu)缺點。為了更好地理解設(shè)備的運行原理，利用網(wǎng)上的教學(xué)視頻，加深學(xué)生的理解。此外，為及時鞏固所學(xué)知識點，在理論知識學(xué)習(xí)完成后，及時在課堂上發(fā)布習(xí)題(圖1)。教學(xué)內(nèi)容完成后，課后留給學(xué)生總結(jié)作業(yè)：查閱2種質(zhì)譜技術(shù)的具體應(yīng)用。BOPPS教學(xué)模型在蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)過程中的應(yīng)用，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性與主體參與度，得到了學(xué)生的積極反響。

此外，在完成每一章節(jié)的課堂教學(xué)后，教師將錄制的包含有教學(xué)重難點的視頻、PPT等教學(xué)資源上傳至學(xué)習(xí)通中對應(yīng)的課程班級，這樣，學(xué)生可以永久保留，有助于學(xué)生在課后學(xué)習(xí)、思考與復(fù)習(xí)。經(jīng)過筆者多輪教學(xué)實踐，取得了良好效果。

堅持立德樹人，融入思政元素。在教學(xué)過程中，該課程還注重滲透課程思政的理念。緒論部分講述蛋白質(zhì)組學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程時，著重介紹我國蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展歷程，其中重要的時間點，如1998年我國啟動了蛋白質(zhì)組學(xué)研究，以賀福初院士為首的科研團(tuán)隊領(lǐng)銜我國的蛋白質(zhì)組學(xué)研究，并在2003年主導(dǎo)了人類肝臟蛋白組研究計劃；2014年6月，中國人類蛋白質(zhì)組學(xué)計劃全面啟動實施。在講授上述發(fā)展歷程時，著重介紹我國科學(xué)家在高度的國家使命感的驅(qū)動下，刻苦鉆研、銳意創(chuàng)新、永攀高峰的科學(xué)精神，使學(xué)生了解我國科學(xué)家的科學(xué)精神，增強(qiáng)民族自豪感，并號召學(xué)生學(xué)習(xí)前輩不畏艱難、勇于探索的精神。

在教學(xué)過程中，關(guān)注新冠肺炎疫情防控與疫苗研制的最新動態(tài)，介紹鐘南山、張伯禮、陳薇院士等的抗疫事跡，號召學(xué)生向人民英雄學(xué)習(xí)。并且針對疫情防控與生物技術(shù)發(fā)布主題討論(圖2)，師生展開互動討論，鼓勵學(xué)生積極思考、提問、發(fā)言，加大學(xué)生的參與度。通過該方式可以在教學(xué)過程中很好地融入思政元素，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)的自信心和認(rèn)同感。

圖1 課堂習(xí)題事例Fig.1 Exercises delivered in class

圖2 課堂主題討論實例Fig.2 An example of topic discussion in class

充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。由于課時量有限，目前暫時未開設(shè)對應(yīng)的實驗課程，因此筆者利用網(wǎng)絡(luò)資源，制作了相關(guān)的實驗視頻和PPT演示實驗。在教學(xué)過程中邊播放邊講解，總結(jié)實驗步驟和重點細(xì)節(jié)等。增強(qiáng)學(xué)生的感官認(rèn)識，使學(xué)生進(jìn)一步理解抽象的概念。在講到固定pH梯度(IPG)膠條、二維電泳設(shè)備、質(zhì)譜儀等蛋白質(zhì)組學(xué)中比較經(jīng)典與重要的實驗設(shè)備時，通過多媒體進(jìn)行全方位展示。對于一些比較重要的實驗操作，如雙向電泳的準(zhǔn)備工作以及重點操作過程，結(jié)合實驗教學(xué)視頻給學(xué)生進(jìn)行直觀展示。這些教學(xué)實踐在一定程度上彌補(bǔ)了缺少實驗課的不足。

輕翻轉(zhuǎn)，多師生互動。在課程教學(xué)的后半段，翻轉(zhuǎn)課堂的模式，鍛煉學(xué)生的語言組織能力與歸納總結(jié)能力，同時加深學(xué)生對各專題所涉及理論知識的理解。該課程嘗試了2種設(shè)置專題的模式：①固定專題內(nèi)容：蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用。②設(shè)置多個題目，即專題1：酶裂解在植物組織蛋白質(zhì)樣品提取中的應(yīng)用與優(yōu)勢；專題2：請舉出一例實例說明iTRAQ技術(shù)的應(yīng)用；專題3：請舉出一例實例說明SILAC的應(yīng)用；專題4：蛋白質(zhì)組學(xué)樣品制備中如何提高膜蛋白的提取效率；專題5：植物葉綠體蛋白質(zhì)組學(xué)分析。學(xué)生在完成基本理論與技術(shù)的學(xué)習(xí)后，根據(jù)教師給出的專題內(nèi)容，通過調(diào)研文獻(xiàn)，課前完成PPT制作。課堂上，按照學(xué)生講—老師評—學(xué)生評的方式進(jìn)行探討與學(xué)習(xí)。通過多學(xué)期的實踐以及收集學(xué)生反饋，表明專題教學(xué)效果良好。不論是固定專題內(nèi)容，還是任選專題內(nèi)容，師生互動的課堂討論方式可以通過啟發(fā)式教育引導(dǎo)學(xué)生主動思考，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，使學(xué)生的文獻(xiàn)收集能力與自主學(xué)習(xí)能力得到增強(qiáng)與提升。

考核是教學(xué)活動的重要環(huán)節(jié)，課程考核對教學(xué)起到反饋、調(diào)節(jié)、評價和促進(jìn)作用，對培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣及調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性具有重要作用。該課程的考核注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考查，課程考核總成績包括期末成績與平時成績，并加大了平時成績的比例。平時成績包括課堂研討參與度、隨堂測驗完成度、分組匯報內(nèi)容PPT 講解，并綜合評價學(xué)生課堂表現(xiàn)和課外拓展的學(xué)習(xí)效果(表2)。這種綜合考核方式強(qiáng)化了課程教學(xué)過程中學(xué)生的參與度和靈活性，使學(xué)生在輕松的環(huán)境下主動學(xué)習(xí)；教師也可以根據(jù)考核后的反饋信息，以學(xué)生為主體，及時改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法，促進(jìn)教學(xué)水平的提高及教學(xué)效果的優(yōu)化。

表2 蛋白質(zhì)組學(xué)課程考核方式Table 2 Assessment method of Proteomics Course

3 小結(jié)與討論

蛋白質(zhì)組學(xué)是一門內(nèi)容新穎、發(fā)展迅猛、技術(shù)先進(jìn)，且與實際應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，經(jīng)過多輪教學(xué)改革與實踐，課程教學(xué)取得了良好效果。BOPPS教學(xué)模式與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的聯(lián)合應(yīng)用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，為學(xué)生獲取課程學(xué)習(xí)材料與課后及時鞏固復(fù)習(xí)提供了更多的學(xué)習(xí)資源，有助于學(xué)生理解抽象的技術(shù)原理，減少學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒。但是，仍存在很多不足之處，如個別基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生課堂參與度不夠，還有一些學(xué)生克服困難的精神不足。因此，課程改革需要以注重培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的能力為抓手持續(xù)改進(jìn)，針對不同學(xué)生選用個性化的教學(xué)方法，并加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋與收集。另外，還應(yīng)優(yōu)化課時量分配，適當(dāng)增設(shè)經(jīng)典實驗環(huán)節(jié)，使學(xué)生具備基本的實驗操作能力。同時應(yīng)鼓勵教師和學(xué)生積極參與相關(guān)科學(xué)研究，真正做到學(xué)以致用，增強(qiáng)學(xué)生的成就感與自信心，實現(xiàn)學(xué)生與工作崗位的順利對接，實現(xiàn)教與學(xué)的雙贏。