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[摘要]蛋白質(zhì)與酶工程是高校生物技術(shù)專業(yè)的一門重要課程。近年來隨著生物技術(shù)的發(fā)展，國家和市場對生物技術(shù)專業(yè)人才的需求和要求也逐步提高，為了更好地適應(yīng)這些要求，本文以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導向，對本科生蛋白質(zhì)與酶工程課程教學進行了改革與探索。通過整合優(yōu)化教學內(nèi)容，改進課堂教學模式，挖掘課程思政元素，加強實踐能力培養(yǎng)和強化過程考核等方式，促進蛋白質(zhì)與酶工程課程教學的發(fā)展和提高。

[關(guān)鍵詞]蛋白質(zhì)與酶工程；生物技術(shù)；教學改革；應(yīng)用型人才；課程思政

蛋白質(zhì)與酶工程是高校生物技術(shù)專業(yè)的一門重要課程，很多高校的生物技術(shù)專業(yè)作為一門專業(yè)核心課程講授[1]。近年來，隨著生命科學與技術(shù)的迅猛發(fā)展，生物技術(shù)在醫(yī)療、醫(yī)藥、健康及環(huán)保等產(chǎn)業(yè)中占據(jù)越來越重要的地位。而蛋白質(zhì)工程和酶工程作為生物技術(shù)的重要組成部分，在上述這些產(chǎn)業(yè)中占據(jù)極其重要的地位。尤其是在全球新冠疫情的大背景下，市場對檢測試劑、疫苗及抗病毒藥物的需求猛增，而這些檢測試劑、疫苗及藥物的研發(fā)及生產(chǎn)正是蛋白質(zhì)工程和酶工程的重要內(nèi)容之一。在這一形勢下，對相應(yīng)的蛋白質(zhì)及酶工程生物技術(shù)人才需求會增加，要求也會進一步提高。高校作為我國科技人才培養(yǎng)的重要組成部分，培養(yǎng)出適應(yīng)新形勢下市場需求的人才是高校的重要任務(wù)之一[2-3]。因此，為了更好地適應(yīng)市場需求，培養(yǎng)出高質(zhì)量的應(yīng)用型人才，以培養(yǎng)具備實踐能力的應(yīng)用型人才為導向，對我校本科生蛋白質(zhì)與酶工程課程教學進行了改革與探索。

1教學內(nèi)容的整合與優(yōu)化

蛋白質(zhì)與酶工程課程實際上可以分為蛋白質(zhì)與酶工程兩大模塊[1]。二者既有相通之處，又有各自的側(cè)重點。在很多院校，蛋白質(zhì)工程和酶工程是作為兩門獨立的課程分別設(shè)課。我校依據(jù)兩門課程的特點，將二者整合為一門課程。蛋白質(zhì)工程與酶工程都是涉及到大量專業(yè)基礎(chǔ)知識和其他學科知識綜合運用的課程，包括有機化學、生物化學及分子生物學等。二者涉及到的知識繁多復雜，難度較大。將二者整合為一門課程進一步增大了課程的難度。如何在有限的總課時量下將課程的核心知識傳授給學生是本課程面臨的第一個挑戰(zhàn)。為了更好地切合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，結(jié)合地方性院校學生的實際，對課程的大綱進行了調(diào)整，對教學內(nèi)容進行了優(yōu)化，對蛋白質(zhì)工程和酶工程兩個模塊的內(nèi)容進行了深度的整合。增加了課程中與應(yīng)用和實踐結(jié)合更加緊密的內(nèi)容的學時比例，更加強調(diào)課程的應(yīng)用性。例如弱化了蛋白質(zhì)工程中蛋白質(zhì)理性設(shè)計中的理論及計算內(nèi)容，這些內(nèi)容涉及到大量艱深的物理及化學理論知識，對于本科生來說難度過大。整合了蛋白質(zhì)工程中蛋白質(zhì)的修飾和酶工程中酶分子修飾改造的內(nèi)容。對整個課程中涉及到其他課程的知識進行了梳理，將學生在其他課程中學過的知識進行了精簡，以突出課程的核心內(nèi)容。例如課程涉及到的蛋白質(zhì)與酶的基礎(chǔ)知識，學生基本上在生物化學及分子生物學等前置課程中學過，在教學的時候，以課前自學和課堂提問的方式，讓學生回顧這些內(nèi)容。課程還涉及與基因工程、細胞工程和發(fā)酵工程等課程交叉的內(nèi)容，在制訂教學內(nèi)容時，將重復的內(nèi)容進行了精簡。通過這些措施，讓整個課程思路脈絡(luò)更加清晰，重點突出，教學內(nèi)容也更加貼近應(yīng)用性實踐性的要求。

2教學方法的改革與探索

蛋白質(zhì)與酶工程相比于一些生物技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，內(nèi)容難度較大，抽象度高，學習難度較大。盡管課程安排在大三年級，學生有了一定的有機化學、生物化學及分子生物學的基礎(chǔ)，但是從歷年的教學經(jīng)驗來看，學生掌握好這一門課程存在一定的難度，對知識的掌握也往往停留在機械性的記憶水平上，無法做到靈活運用所學的知識去分析解決實際問題。為了更好地落實地方高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求，培養(yǎng)具備實踐能力的應(yīng)用型人才，有必要對既往的教學進行改革和探索。(1)注重課程的應(yīng)用性，理論聯(lián)系實際，豐富課堂教學的內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣。在以往的教學過程中，采用傳統(tǒng)的講解結(jié)合PPT演示。由于教學內(nèi)容抽象且難度較大，學生很難集中注意力，教學效果差。為了改變這一問題，在講授內(nèi)容時，穿插科學研究的故事和實際案例，增加教學內(nèi)容的趣味性。例如在講解蛋白質(zhì)凝膠色譜技術(shù)時，介紹了通用電氣公司的經(jīng)典凝膠色譜產(chǎn)品Sephadex系列誕生的故事，源自于一位年輕科學家的意外錯誤。在講解蛋白質(zhì)藥物的時候，以胰島素這一經(jīng)典藥物為例，介紹了幾十年來各個醫(yī)藥公司在胰島素研發(fā)和修飾改造上的競爭和市場化案例。這些故事及案例充分調(diào)動了學生的興趣和積極性。蛋白質(zhì)與酶工程是一門應(yīng)用性較強的課程，其最終目的是運用蛋白質(zhì)和酶的理論知識去指導實踐，更好地改造和運用蛋白質(zhì)或酶去造福人類。在以往的過程教學過程中，往往容易忽略這一點，很多教學內(nèi)容陳舊，和當前的工業(yè)應(yīng)用脫節(jié)。在培養(yǎng)應(yīng)用型人才的導向下，在課堂中增加了大量的蛋白質(zhì)工程和酶工程的實際案例，例如知名的國際蛋白質(zhì)與酶制劑產(chǎn)業(yè)巨頭諾維信，賽默飛世爾等企業(yè)的案例，工程蛋白藥物的研發(fā)與市場開發(fā)案例，國內(nèi)新興蛋白質(zhì)藥物、酶制劑公司崛起的案例，讓學生了解到當前蛋白質(zhì)工程和酶工程產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，提高了學生對蛋白質(zhì)與酶工程產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的信心，讓學生有了主動學習的動力。結(jié)合學生最關(guān)心的就業(yè)問題，讓學生通過互聯(lián)網(wǎng)主動去了解蛋白質(zhì)和酶工程目前的行業(yè)發(fā)展狀況，就業(yè)情況等。這種把課程學習和學生切身利益結(jié)合在一起的方法，大大提高了學生主動學習的積極性，取得了良好的學習效果。(2)改進課堂教學方式，促進學生主動學習。在蛋白質(zhì)與酶工程課程中，部分章節(jié)內(nèi)容較為抽象，單一的教師講授方法往往很難取得好的教學效果，也無法激發(fā)學生的學習興趣。為此，在教學過程中，引入了一些新的教學模式，督促學生主動學習，提高學生自學的能力。蛋白質(zhì)與酶工程課程內(nèi)容繁多，僅靠課堂上的36個學時很難將課程知識掌握好。在教學過程中，每次課后都會留下一個課程相關(guān)的問題，讓學生課后去查找資料。下次課時就這一問題讓學生給出答案。最初學生尋找答案的過程會遇到各種困難，例如最典型的問題就是很多學生觀念不正確，尋求答案往往只限于教材，如果教材沒有就無法完成問題了。面對這一問題，首先破除了學生固化的觀念，教材上沒有的，指導學生主動去圖書館、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫去檢索資料獲。蛋白質(zhì)與酶工程作為一個朝氣蓬勃的新興產(chǎn)業(yè)，近年來發(fā)展速度很快，僅靠教材是很難獲得最新知識的。引入激勵機制，主動去查找資料獲得合理的答案可以獲得課程平時分加分。通過這一方法訓練學生搜索資料自主學習的能力，養(yǎng)成自主學習的習慣。在一些涉及前沿領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域的章節(jié)，展開了分小組的團隊學習模式。例如在蛋白質(zhì)和酶分子修飾改造這一部分，和2018年諾貝爾獎“酶的定向進化”及“噬菌體展示技術(shù)”密切相關(guān)，而這些技術(shù)在當前新冠病毒藥物及疫苗研發(fā)中發(fā)揮重要作用。這一熱點緊扣時事，具有較好的實踐意義。因此以酶的定向進化及噬菌體展示技術(shù)為主題，讓各個小組任選其中一個技術(shù)，利用圖書館及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫等資源查找文獻資料，撰寫學習總結(jié)制作PPT，并在課堂上利用多媒體作小組報告，其他組成員點評。教師給每個小組的報告作出點評，指出報告中出現(xiàn)的一些問題。通過這種學生自主參與學習的過程，大大加強加深了學生對所涉及章節(jié)知識的理解，拓展了學生的視野，更好地了解的學科最前沿的知識和行業(yè)狀況；教師在點評總結(jié)過程中也容易發(fā)現(xiàn)學生存在的問題，增強了教師與學生間的互動。(3)充分挖掘課程思政元素，加強課程的思政教育功能建設(shè)。2020年6月，教育部在《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》中明確提出課程思政建設(shè)要在所有高校、所有學科專業(yè)全面推進[4]。在綱要的指導思想下，在課程改革中充分挖掘思政元素，發(fā)揮課程的育人作用[5]。例如在課程的緒論部分，為了讓學生理解蛋白質(zhì)工程中解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)對于蛋白質(zhì)工程的重要性，給學生介紹了人們在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析工作上的艱辛歷程。從最初的蛋白質(zhì)結(jié)晶X射線衍射法、核磁共振法，到現(xiàn)在的冷凍電鏡方法，一直到最新的基于人工智能引擎AlphaFold2預測的方法。通過這一案例讓學生認識到科學的進步離不開艱難的探索，也激發(fā)了學生進一步學習的興趣。充分地在蛋白質(zhì)與酶工程課中融入了課程思政，讓學生認識到探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感。在講解蛋白質(zhì)工程技術(shù)在蛋白藥物及疫苗研發(fā)中的應(yīng)用的時候，結(jié)合當前全球新冠疫情的背景，介紹了我國科學家在解析新冠病毒蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、研發(fā)抗病毒抗體及疫苗方面所作的貢獻，以及我國在抗擊疫情方面的努力和成效，樹立了學生的民族自豪感和自信心，也激發(fā)了學生運用所學的生物技術(shù)知識為國家為社會作貢獻熱情。(4)以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為導向，加強實踐能力的培養(yǎng)。蛋白質(zhì)與酶工程是一門應(yīng)用型實踐性極強的學科，因此在教學過程中特別強調(diào)了實踐能力[6]。例如在蛋白質(zhì)工程及酶工程模塊中，都涉及到蛋白質(zhì)或者酶制劑的生產(chǎn)問題，這一問題非常貼合生產(chǎn)和應(yīng)用實際，對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才來說至關(guān)重要。以往的教學往往只是簡單地講解生產(chǎn)的原理及流程，比較抽象，學生也并未了解實際的生產(chǎn)過程。為了更好的突出實踐性，將酶的生產(chǎn)流程分為酶的發(fā)酵過程，酶的提取及分離純化和酶制劑三部分，其中酶的發(fā)酵生產(chǎn)將在發(fā)酵工程這一門課中重點學習。酶的分離純化和酶制劑作為教學的重點，在講解的過程中充分發(fā)揮任課教師個人的科研方向優(yōu)勢，將任課教師的科研課題中酶的分離純化的科研過程以及一些純化設(shè)備使用等分享給學生，既激發(fā)了學生的科研興趣，也讓學生了解到了真實的科研及生產(chǎn)過程。課后留給學生一些酶純化的問題，讓學生查詢資料自主完成酶純化工藝的設(shè)計。當然，實踐性的內(nèi)容僅僅依賴課堂教學是遠遠不夠的，還需要實驗課讓學生能動手操作。然而在筆者所在的地方性院校，由于實際條件的限制，以往的課程中并沒有加入實驗課，顯然這是一個短板。在接下來的教學改革中，加入課程實驗是必然的。在實驗項目的設(shè)置上，以切合生產(chǎn)實際為原則，設(shè)置一些綜合性的、多流程的大實驗，讓學生能夠完整地體驗蛋白質(zhì)或酶的生產(chǎn)過程。例如將蛋白質(zhì)與酶工程實驗設(shè)計和上游的基因工程實驗、發(fā)酵工程實驗對接，將多學科的知識綜合起來，形成一個蛋白質(zhì)或酶生產(chǎn)的完整流程，為學生未來進入相關(guān)行業(yè)從事實際生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。(5)完善課程的考核評價方式，強化學習過程的考核。考核是對學生學習效果評價的重要方式。然而僅僅采用考試的方式對學生考核無法對學生的學習效果作出客觀全面的評價，對學生平時的學習也難以起到督促作用，所以一般采取平時表現(xiàn)加上期末成績進行綜合性考察。以往的考核中，平時成績的考核并未做到細化，主要依據(jù)學生考勤及小作業(yè)等方式評價，平時考核僅浮于形式，很難起到督促作用。為了真正做到對學生學習過程的監(jiān)督與考核，強化了學習的過程考核。首先制訂了詳細的平時考核標準，更加注重學生平時學習的參與度，將平時成績在總成績中的占比由原來的30%提高到了40%。學生在課堂上主動回答問題，參與小組討論并發(fā)言，作為課堂表現(xiàn)加分；課后積極參與小組學習，查找資料撰寫小組學習報告作為平時學習的加分；課后作業(yè)改為更加注重應(yīng)用和實踐能力大作業(yè)，包括蛋白質(zhì)及酶工程前沿技術(shù)的專題報告、酶純化及酶工程應(yīng)用的工藝流程設(shè)計、蛋白質(zhì)和酶工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)的市場調(diào)查等。盡管這些作業(yè)難度很大，但是對作業(yè)的評價更加注重學生檢索和搜集資料的過程。通過這些舉措，學生平時學習的積極性得到了提高。期末閉卷考試占總成績比例由原來的70%調(diào)整為60%，在期末試題的命制上也進行了大量的優(yōu)化，向?qū)嵺`和應(yīng)用方向傾斜。大部分試題考查學科的基本知識點，難度控制適中，需要學生理解或者運用知識點解決一些小問題，避免死記硬背。同時也加入了一些與實踐應(yīng)用聯(lián)系較為緊密的綜合性試題和實驗設(shè)計題，例如設(shè)計一套基于離子的交換方法對特定蛋白質(zhì)分離純化的流程，或者從基因工程開始設(shè)計一套利用His-tag標簽純化目標蛋白質(zhì)的流程，考查學生對知識靈活運用能力和實踐能力。通過這些考核方式的改革，更加全面地反映學生對知識的掌握情況。

3結(jié)語

隨著技術(shù)的進步和對專業(yè)人才需求的擴大，蛋白質(zhì)與酶工程作為生物技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，在未來的發(fā)展中也會變得越來越重要，對課程、對學生的要求也會不斷提高。課程改革也將會在不斷的探索、實踐和總結(jié)中前進。在接下來的課程的探索與改革中，將繼續(xù)在提高課程應(yīng)用性、實踐性方向努力，增加探索性實驗比例。另外，蛋白質(zhì)與酶工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，課程將持續(xù)跟蹤相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，讓學生畢業(yè)后能更好地適應(yīng)行業(yè)需求。繼續(xù)加強課程思政的建設(shè)，在課程中挖掘更多的思政元素，提升課程的育人功能。

作者：楊程 單位：黔南民族師范學院 生物科學與農(nóng)學院