新专业背景下《蛋白质与酶工程》课程教学改革的探索与实践
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作者: 彭书明 曾 英 雷泞菲 谢洪观 李 凛 阳小成
[摘要] 蛋白质与酶工程是生物工程专业主干课程,课程内容丰富、涉及面宽。为此开展以修订教学大纲、精选教材、优化教学内容、改革教学方法和成绩考核方式为内容的教学改革和探索。既注重传授专业知识,更注重传授学生“学习”的能力,旨在提高蛋白质与酶工程课堂教学质量,从而满足生物工程专业和21世纪复合型人才培养要求。
[关键词] 蛋白质与酶工程 教学改革 探索与实践
蛋白质工程是20世纪80年代初诞生的一个新兴生物技术领域,是生物工程的重要组成部分。其特点是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过有控制的基因修饰和基因合成,对现有蛋白质加以定向改造,设计、构建并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质。因此,有学者称,蛋白质工程是第二代基因工程。而酶工程则是酶的生产与应用的技术过程,其主要任务是通过人工操作,获得人们所需要的酶,并通过各种方法使酶发挥其催化功能。蛋白质工程与酶工程两者是有机的统一体。酶工程的重点是在于对已存在的酶的合理利用,而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质的分子改造。随着蛋白质工程的发展,其成果最终也会应用到酶工程中,使酶工程成为蛋白质工程的一部分。
蛋白质与酶工程作为生物工程专业的主干课程,其教学的效果在一定程度上会影响毕业生的质量。因此,如何使蛋白质与酶工程课程适合时代发展的需要,在有限的课时内使学生掌握基本内容,提高学生在实践中分析问题、解决问题的能力,培养具有从事蛋白质与酶工程研究及生产的技术人才是非常值得探讨的问题。
我校2002年开设生物工程专业,最初并没有蛋白质与酶工程课程,后经大纲修订增加了该课程,通过近5届学生的培养,对该课程在教学大纲、教学内容、教学方法、考核制度等方面的改革取得了一定的效果,本文就此作一浅析。
一、制定好教学大纲,优化和更新教学内容
教学大纲是实现教学目标而进行的教育内容要求,是以系统和连贯的形式,按章节、课题和条目叙述该学科主要内容的教学指导文件。为保证教学目标的顺利实施,围绕教学计划,遵循科学性和思想性相结合、理论和实践相结合的原则,结合学科发展现状和趋势以及我国人才市场需求,我们借鉴和参考国内外著名大学经验,通过调查、研究和讨论,对该课程教学大纲进行了多次修订:一是适当增加了该课程理论教学和实验课时数,理论课时数由原来24学时调整为28学时,实验学时由原来16学时,增加为20学时;二是优化教学内容,加强学生工程素质培养,我们增加和删节了部分章节内容,使教学大纲的内容更加完整和系统性;三是对教学大纲进行了细化,明确指出了各章节的重点、难点,并加强了实践环节,强调实验基本技能训练;四是详细地规定了考核方式和成绩评定方法,明确了平时、实验和期末成绩所占的比例,避免了一张试卷定终身和任课教师随意操作成绩的弊端。制定好教学大纲后,教学内容的改革应当依从教学大纲。我们从教材的选用,教学参考书的制定,教学内容的优化和更新,以及实验内容的合理安排等方面作了一些探索。
1.合理选择教材
蛋白质与酶工程作为生物工程专业的主干课程之一,教材较多,不过大都有所侧重,部分院校开设的课程偏重理论学习,选用的教材为蛋白质工程;部分院校开设的课程则偏重对蛋白质的应用,选用的教材是酶工程。结合我校专业特色,培养复合型人才,满足社会对大学生的多方面的要求,有必要兼顾理论和应用的学习。因此,我们以王大成主编的《蛋白质工程》和郭勇主编的《酶工程》为核心,参考了众多《蛋白质工程》和《酶工程》教材,对课程的内容进行了合理的组织安排,既兼顾了蛋白质的分子设计等理论学习,同时也掌握了酶的工业化生产和应用等技术。
2.指定内容更为广泛的参考用书
在教学参考书指定方面,选定更为广泛的参考用书,着重实际应用技术方面的参考用书。例如,选用汪家政主编的《蛋白质技术手册》和美国冷泉港实验室编写的实验指南等,以引导学生利用课后时间根据参考书提供的案例,加强实际操作技术的学习。另外,我们还为学生确定了部分国内外学术期刊,如《生物工程学报》、《中国生物工程杂志》等作为参考资料,让学生了解蛋白质与酶工程的发展前沿与动态,激发学生对该课程的学习兴趣。
3.紧扣课程主线,优化教学内容
教学内容是人才培养的主要落脚点,是教学改革的关键,按照大纲和教材对课程内容进行优化和更新是保证教学质量,体现课程系统性、完整性和合理性的保障。我们依据大纲、结合选定教材对课程内容做了如下调整安排:删除了酶工程中第一章绪论,将其整合到总的绪论部分,有利于同学们对比分析蛋白质工程与酶工程二者之间的相互联系和区别;删除了第二章微生物发酵产酶、第三章动植物细胞培养产酶,这两部分内容将在专业选修课微生物发酵工程、植物细胞组织培养等课程中详细学习,避免了教学过程中的重复;删除了蛋白质工程中第三章突变蛋白质的物理化学性质分析,将其部分内容整合到蛋白质结构基础一章,使得教学内容更具层次,增加学生掌握蛋白质分子设计的必要基础;将第五章酶分子修饰与蛋白质工程中蛋白质的修饰和表达整合;将酶工程中酶的提取与分离纯化改为蛋白质的分离纯化技术,参考蛋白质技术手册补充蛋白质和酶的提取方法。优化调整后,教学内容更为精炼,体系更为清晰,同时兼顾了理论学习和实际的工业应用。
4.注重实验课的教学
蛋白质与酶工程是一门理论兼应用性很强的学科,为了培养学生的动手能力,强化实验教学,我们在狠抓学生基本实验技能训练的基础上,增加了部分探索性和设计性实验,对提高学生的综合能力起到了较好的作用。我们开设了如蛋白质的分离纯化实验,学生可根据学习的课程内容,设计不同生物材料来源的蛋白质提取纯化方法。同时增加微生物或酶的固定化实验,学生可以自主设计固定剂的浓度,探讨不同浓度固定剂对微生物细胞的固定效果,并比较微生物固定前与固定后的优缺点,最后进行结果分析。这样不但可以加深学生对微生物固定化方法的学习,还培养了学生独立科研工作的能力。
二、改革教学方法,调动学生的学习积极性
改革教学方法,是教育教学改革的重要内容。在教学过程中,无论教师或学生都会遇到这样的情况,同样的教学内容,有的人讲起来娓娓动听,有的人讲起来则索然无味,教学效果迥然不同。这与教学方法、手段和技巧是分不开的。因此,有必要将传统“填鸭式”教学转向“自主式”教学。在教会学生学习书本知识的同时,还要让学生学会“学习”。优化教学手段和方法有利于学生对教学内容的理解,有利于充分调动学生的主动性、积极性和创造性,有利于培养学生自学能力,分析解决问题的能力。为此,我们在教学实践中运用了如下的教学方法:
1.采用多媒体教学
由于该课程课时短、内容多,处理好有限的课堂教学时间与丰富教学内容之间的矛盾,就成为确保教学质量的重要前提。采用现代化教学手段是解决该问题的有效途径,多媒体课程教学软件的开发与大量运用,可以将所教授的知识以各种文本、图像、动画、视频音频信息等方式直观生动、形象逼真地表达,不仅扩大了教学内容的信息量,也提高了学生对课堂教学的学习兴趣,有助于学生对知识的理解和接受。例如,在教学蛋白质分离纯化技术一章中,采用由GE公司开发的多媒体动画教学软件,非常形象直观呈现了分子筛、离子交换层析等技术分离蛋白质的原理和操作过程,易于学生掌握,反应很好。
2.结合科学研究,采用实例教学
生物工程作为实验操作性和科研性极强的学科,在教学中培养学生的科研素质与动手能力是非常有意义的。我们尝试在教学过程融入教师的科学研究,采用启发式的教学方式,拟定问题,由学生设计方案解决问题。例如,在蛋白质分离纯化技术一章中,结合植物凝集素的分离提取的科学研究,采用学生先查资料、设计研究方案,然后教师就以凝集素的分离纯化过程为主线进行讲解,使整个教学过程形象生动,也增加了各知识点间的相互连贯性。通过实例教学模式,融入科学研究思路,同学们不但掌握了各种技术的原理和方法,并且培养了科学研究的素养。
3.自学讨论教学
大学课程的教学,并不是传统的所谓教师教授,学生学习的模式,应该融入学生的自我学习。在教学过程中,提供更多的机会,让学生充分参与教学实施过程中,让学生从教学的客体转变为教学的主体。因此,我们在教学过程中,对部分概念、基础知识和应用等内容采用自学讨论的模式。例如,有关蛋白质与酶在医药、工业中的应用部分,我们将该部分内容分为3～5个方面,采用分组自学,并完成多媒体制作,然后随机抽取3～5名同学走上讲台,讲授所学的内容,最后由教师进行总结和归纳。通过学生的自主参与教学,既可以提高学生对该课程的了解,也可以锻炼他们的语言表达能力。
三、改革课程考核制度,提高学生的综合能力
目前,国内外著名大学对学生的能力培养尤为重视,崇尚创新思维的构建,其考试的形式也多种多样,在考核知识的同时,更注重对学生的能力评价。我们将课程的成绩考核分为3部分,即平时成绩考核(10%)、实验成绩(20%)和期末成绩(70%)。平时成绩考核包括学生课堂表现、课堂纪律、参与课堂讨论和讨论报告完成情况等。
另外,实验考核部分由于加大了探索性和设计性实验内容,考核的标准就不应该只看实验结果,而应重视学生的实验设计思路,及其在实验过程中处理突发问题的情况,进行综合评定。期末考核我们采用闭卷的形式,目的是检查学生对整个教学内容的掌握程度。除了要求掌握的基本知识点外,尽量减少死记硬背单个知识点的考核,增大知识面的考核力度,让学生对所学内容做到融会贯通,提高学生灵活运用知识解决实际问题的能力。
四、结语
随着时代的发展,生物工程应用领域逐渐扩大,蛋白质与酶工程的内容也会得到不断更新和充实,因此我们应该不断地进行探索和实践,不断丰富和完善教学内容,使其适应时代发展需求。总之,教学改革是一项系统工程,提高教学质量、培养高素质的21世纪合格人才是我们奋斗的目标。目前我们还处于不断探索、不断实践、不断总结的阶段,在教材建设、精品课程建设和师资队伍建设等方面我们还将进一步加强。
参考文献:
[1]王大成.蛋白质工程[M].北京:化学工业出版社,2002.
[2]孙毅.蛋白质工程的研究进展及其前景展望[J].科技情报开发与经济,2006,16(9):162-163.
[3]郭勇.酶工程[M].北京:科学出版社,2004.
基金项目:四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目(P09184);成都理工大学教改项目(2009-XJ8-38)
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