蛋白质组学教学改革与思考

摘要 蛋白质组学是生物学科相关专业的核心课程，该课程知识点较多，涉及的研究技术新颖、复杂。基于课程特点以及人才培养发展规划，在教学过程中采取多元化的教学手段，突出专题讨论，强调学生的深度参与感，使教学过程更加灵活、高效，促进学生完善知识的自我构建，驱动学生对知识的主动探究。对教学实践中采取的教学内容优化与重组、BOPPS教学模型、思政元素融入课堂教学、轻翻转课堂教学、考核方式等教学方式改革进行总结与思考，为提升专业人才培养质量奠定实践基础。

关键词 蛋白质组学;教学内容;教学方式;考核方式;教学改革

中图分类号 S-01   文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）16-0253-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.16.063

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Teaching Reform and Thinking of Proteomics

WU Tao， ZHAO Pei， RUAN Hai-hua

（College of Biotechnology and Food Science， Tianjin University of Commerce， Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology， Tianjin 300134）

Abstract Proteomics course is an important optional course for students major in life science and related majors， which contains large amount of knowledge points and advanced technology. According to the characteristics of the course and our aim for talent cultivation， diversified teaching methods were adopted in the teaching process，highlight thematic discussion， emphasize students’ deep sense of participation， make the teaching process more flexible and efficient， promote students to improve the knowledge of self-construction， drive students to actively explore knowledge. In this paper， we summarized the reform of teaching methods such as teaching content optimization and reorganization， BOPPS teaching model， integration of ideological and political elements into classroom teaching， flipped classrooms and reform of assessment methods，aiming to lay a practical foundation for improving quality of students’ cultivation.

Key words Proteomics;Teaching contents;Teaching methods;Assessment methods;Teaching reform

蛋白质组学是一门典型的交叉学科，内容涉及生物学、化学、生物信息学等，具有涵盖内容多、知识范围广等特点。该学科相关研究技术和方法广泛用于生物、农学、食品、医学等与生命科学密切相关的领域[1]。作为生物技术专业本科专业核心课程，课程教学目标是使学生掌握蛋白质组学的基础理论与经典实验技术，同时能够具备一定解决实际问题的能力，从而为学生后续深造学习或从事相关科研工作打下理论基础。为实现上述教学目标，提高学生的综合素质，进行课程改革就显得至关重要。

1 教学现状与存在的问题

蛋白质组学包含的知识点较多，涉及实验技术新颖，综合性较强。多数学生认为，该课程学习难度较大，质谱仪的工作原理、蛋白质组定量技术等知识抽象、枯燥，理解较困难。而且传统的教学方式以教师课堂讲授理论为主，授课方式较单一，学生参与度不足，课堂气氛不够活跃，难以达到提升学生综合能力的目标。为解决上述问题，将BOPPS教学模式贯穿于课程教学过程，同时辅以多元化的教学手段，对蛋白质组学教学改革进行了探究。

2 教学改革具体内容

2.1 优化重组教学内容，科研反哺教学

基于培养能够跟随技术发展进步，能用所学知识解决实际复杂生物技术问题的应用型创新创业人才的培养目标，同时结合课时数以及学生的学习基础，笔者选择何华勤主编，中国林业出版社2011年出版的《简明蛋白质组学》作为教材[2]，该教材内容简明清晰，配图丰富，易于学生理解。在实际教学中，打破了教材内容原有框架，按照蛋白质组学的技术层次对教学内容进行了模块化重组与优化。对于教材内容中与生物化学、蛋白质化学以及生物信息学等课程交叉的部分进行简要讲解或要求学生自学。在授课过程中介绍该领域的前沿技术、热点话题，并通过与公司合作，定期组织蛋白质组学先进技术讲座，作为教学内容的辅助部分，要求学生可将经典理论与前沿技术进展有机联系、融会贯通。

该课程分为4个模块（表1）。模块1：绪论，着重介绍蛋白质组与基因组的联系与区别以及蛋白质组学研究的技术路线，使学生建立蛋白质组学的整体知识框架;模块2：蛋白质组学的三大经典基础技术，即双向电泳技术、生物质谱技术、生物信息学。其中，重点讲解双向电泳中蛋白质样品制备的注意事项以及电泳过程中第一向电泳与第二向电泳操作的注意事项、生物质谱分析蛋白质结构的原理与操作流程，关于生物信息学部分只作简介。模块3：蛋白质组学技术中的高阶技术，即基于质谱技术的定量蛋白质组学分析技术（重点介绍热门的iTRAQ技术与SILAC技术），介绍蛋白质相互作用研究的基本原理和主要技术方法，使学生掌握蛋白质相互作用研究的主要技术流程、应用和优缺点;模块4：在完成前3个模块学习后，学生具备了扎实的蛋白质组学理论与实验基础，在此基础上进入模块4的学习，学生可以更好地理解蛋白质组学技术在微生物学、食品科学、植物学等领域的应用。

上述教学模块之间相互联系，前一教学模块是后一教学模块的基础（理论基础或技术基础）。其中，模块4既可作为单独的教学内容，又可适当穿插在模块2与模块3的教学中，在讲授蛋白质组学的具体技术时介绍这些技术的应用实例，促进学生对技术原理的理解。

在教学过程中，注重教学与科研的结合。科研是教学的源头活水，以科研促进教学是提高教学质量的重要途径[3]。利用科研上的研究进展为教学内容服务，将科研精神融入教育理念，可使晦涩难懂的知识点变得容易理解[4]。笔者在博士期间曾进行过外膜蛋白的提取与定量分析研究，其中用到了蛋白质组学研究中的基础操作，即蛋白质样品的制备与电泳分析。因此，在讲解蛋白质组学二维电泳中蛋白样品制备这一部分时，展示样品制备过程，并展示SDS-PAGE电泳图片，通过电泳分析，为后续定量分析与生物质谱分析打下基础。此外，结合笔者所在课题组利用蛋白质组学技术研究外泌体功能与侵染宿主的机制等方面的研究进展，向学生介绍定量蛋白质组学技术的流程，以及对应结果的分析方法，使学生体会到蛋白质组学在实际科研中的应用。

2.2 教学形式多样化

在当下“大数据”特别是后疫情时代，多媒体教学法、小组讨论法、案例分析教学法等新型教学手段层出不穷[5-7]。这一现状要求在教学形式上不断推陈出新。因此，在组织教学过程中，根据蛋白质组学的课程特点与该专业人才培养的目标，有选择性地使用先进的教学方法，使课堂教学更加丰富多彩，也使学生的学习效果有所改善[8]。

2.2.1 BOPPS教学模式的应用。

在泛雅超星学习通平台建立了课程班级，且借助这一网络教学平台在蛋白质组学教学中运用BOPPS教学模型[9-11]，合理调整课前—课中—课后的知识点分布。在具体的教学设计中，采用与生活相关的事例来激发学生对于将要学习知识点的兴趣，同时利用超星学习通在线教学平台发布教学目标以及学生需要提前预习的内容，要求学生完成对应的前测试题，并且针对预习的内容提出问题，课堂上带着问题进行有针对性的学习。课堂上，教师讲授重点知识点后，提出主题讨论供师生共同讨论，提高学生的参与度，另外，采用超星学习通在线教学平台发布课堂同步习题并要求学生在规定时间内完成作答，检验学生学习情况。最后教师针对授课内容进行总结，并留给学生思考作业。

以教学模块2中的生物质谱技术为例，具体阐述如何在教学过程中运用BOPPS教学模型。首先，以学生已经比较熟悉的液相（气相）色谱技术导入新内容学习，同时告知学生这部分内容的教学目标。教学目标包括3个方面，即知识目标：掌握质谱仪的结构与组成，掌握2种代表性质谱的基本原理与优缺点。技能目标：能够独立操作使用质谱仪。情感目标：培养学生诚实守信、认真负责、严谨治学的态度。然后教师发布前测试题，了解学生的前期知识储备，课上教师重点讲授基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱与液相色谱-电喷雾-串联质谱的工作原理与优缺点。为了更好地理解设备的运行原理，利用网上的教学视频，加深学生的理解。此外，为及时巩固所学知识点，在理论知识学习完成后，及时在课堂上发布习题（图1）。教学内容完成后，课后留给学生总结作业：查阅2种质谱技术的具体应用。BOPPS教学模型在蛋白质组学教学过程中的应用，充分发挥了学生的主观能动性与主体参与度，得到了学生的积极反响。

此外，在完成每一章节的课堂教学后，教师将录制的包含有教学重难点的视频、PPT等教学资源上传至学习通中对应的课程班级，这样，学生可以永久保留，有助于学生在课后学习、思考与复习。经过笔者多轮教学实践，取得了良好效果。

2.2.2 坚持立德树人，融入思政元素。

在教学过程中，该课程还注重渗透课程思政的理念[12-13]。绪论部分讲述蛋白质组学的产生与发展历程时，着重介绍我国蛋白质组学的发展历程，其中重要的时间点，如1998年我国启动了蛋白质组学研究，以贺福初院士为首的科研团队领衔我国的蛋白质组学研究，并在2003年主导了人类肝脏蛋白组研究计划;2014年6月，中国人类蛋白质组学计划全面启动实施。在讲授上述发展历程时，着重介绍我国科学家在高度的国家使命感的驱动下，刻苦钻研、锐意创新、永攀高峰的科学精神，使学生了解我国科学家的科学精神，增强民族自豪感，并号召学生学习前辈不畏艰难、勇于探索的精神。

在教学过程中，关注新冠肺炎疫情防控与疫苗研制的最新动态，介绍钟南山、张伯礼、陈薇院士等的抗疫事迹，号召学生向人民英雄学习。并且针对疫情防控与生物技术发布主题讨论（图2），师生展开互动讨论，鼓励学生积极思考、提问、发言，加大学生的参与度。通过该方式可以在教学过程中很好地融入思政元素，增强学生对专业的自信心和认同感。

2.2.3 充分利用网络教学资源。

由于课时量有限，目前暂时未开设对应的实验课程，因此笔者利用网络资源，制作了相关的实验视频和PPT演示实验。在教学过程中边播放边讲解，总结实验步骤和重点细节等。增强学生的感官认识，使学生进一步理解抽象的概念。在讲到固定pH梯度（IPG）胶条、二维电泳设备、质谱仪等蛋白质组学中比较经典与重要的实验设备时，通过多媒体进行全方位展示。对于一些比较重要的实验操作，如双向电泳的准备工作以及重点操作过程，结合实验教学视频给学生进行直观展示。这些教学实践在一定程度上弥补了缺少实验课的不足。