摘要：开展蛋白质结构与功能课程对于研究生的科研选题和学科前沿动态的掌握都有着重要的意义，而蛋白质结构与功能课程内容深奥，抽象性强，学习起来难度较大。如何在有限的课时内使学生掌握基本内容，同时提高学生在实践中分析问题、解决问题的能力，并具有从事蛋白质结构与功能相关研究技能的人才是非常值得探讨的问题。本文从优化教学内容和教学方法方面探讨了该课程的改革。
关键词：蛋白质；结构与功能；教学改革；教学方法；教学内容
作者简介：张小轶（1974-），女，甘肃天水人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，讲师；李春华（1974-），女，山东郓城人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，副教授。（北京 100124）
基金项目：本文系北京工业大学教育教学研究项目（项目编号：ER2011-C51）、2011年北京工业大学研究生课程建设项目（项目编号：C22011-B-024）、北京工业大学教育教学项目（项目编号：ER2009-C-57）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）34-0124-02
蛋白质是生命功能的体现者，是人体最重要的物质。人体中的蛋白质有10万种以上，功能主要有以下7点：构成人体组织、酶和激素、抗体、调节体液平衡、运输、维持神经系统正常功能、提供热能。没有蛋白质就没有生命，蛋白质结构与功能的研究是从分子水平了解生命现象的基础，尤其是蛋白质高级结构的解析，使人类能更深入、更准确的阐明和发现许多重要的生命现象的作用机制，并为设计新的蛋白质或改造已有蛋白质提供可靠的依据，同时为新的药物分子设计提供合理的靶分子结构，[1]这无论是对生物学还是医学和药学，都是非常重要的，因此，蛋白质的结构和功能领域的知识及技能是生物学、医学和药学专业的重要基础。此外，过去的30年里，蛋白质结构与功能研究领域取得了突飞猛进的发展，[2]随着人类基因组计划的实施，后基因组计划又把蛋白质结构与功能的研究提到了一个新的高度，分析蛋白质结构、功能及其关系是蛋白质组计划中的一个重要组成部分，[3]因此，这个领域又成为生物医药行业的研究前沿。
在高校研究生的课程教学中，开展蛋白质结构与功能课程对于研究生的科研选题和学科前沿动态的掌握都有着重要的意义，而蛋白质结构与功能课程内容深奥，抽象性强，学习起来难度较大。如何使蛋白质结构与功能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，同时提高学生在实践中分析问题、解决问题的能力，并具有从事蛋白质结构与功能相关研究技能术的人才是非常值得探讨的问题。本文将就如何改善蛋白质结构与功能的教学内容和教学方法，培养即具有坚实的蛋白质结构与功能领域专业基础知识，又具有一定科研探索及创新能力的高素养人才进行探讨。
一、优化和更新教学内容
教学内容是人才培养的关键，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。我们本着“系统性、综合性、先进性、实践性”的要求，在广泛调研国内外教材，广泛调研国内外研究进展，并从客观实际出发，利用学校及学院有利条件，充分结合学院病毒与药理研究室、分子设计与蛋白质功能研究室、生物医学工程等的研究方向和研究课题，具体设计有本学院特色的各章节的具体内容。
1.蛋白质的基础知识和基本原理
蛋白质的基础知识和基本原理部分，课程将结合国内外最新的科研动态和研究成果以及本学院的科研课题，让学生以自身研究方向为实例，来理解基础知识并能在今后的研究工作中加以灵活应用。
2.蛋白质的研究方法
生物实验方法、物理方法、生物信息学方法等；重点讲述本院进行的几种蛋白质研究方法，适当安排课时让学生进行参观和操作学习，充分做到理论联系实际。
3.蛋白质研究领域的前沿介绍
蛋白质结构功能与重大疾病、基于靶蛋白结构功能进行药物设计与研发、体内外的蛋白质折叠及蛋白质空间结构预测、蛋白质与DNA及RNA的相互作用。从近年国际蛋白质科学会议的内容可以看出，蛋白质领域的覆盖面很宽，它的各分支学科几乎涉及当今生命科学中的各个重要领域，然而，蛋白质结构功能与重大疾病、基于靶蛋白结构功能进行药物设计与研发、体内外的蛋白质折叠及蛋白质空间结构预测、蛋白质与DNA及RNA的相互作用这4个领域仍是当今蛋白质领域的重点和热点。
本课程教学内容设置由浅入深，由基础到前沿，且紧跟国际前沿；并与学院的科研项目有密切的联系，理论联系实际，培养学生的动手能力；还将紧密结合蛋白质结构与功能的前沿研究，在课堂上多指出一些国际上尚未解决的重大问题，引导学生积极主动地思考，激发学生的科研兴趣；并以国内外最新的重大前沿课题为实例，引导学生提出该前沿课题的科学问题，并结合自己已有知识设计研究路线并进行结果分析，培养学生的创新思维；同时密切关注国内外蛋白质结构与功能研究的进展，并根据该领域科研项目的深入开展进一步推动课程内容的建设、更新与调整。
二、改革教学方法，调动学生的学习积极性
运用适当的教学方法，能有效提高教学质量，因此，改革教学方法也是教育教学改革的重要内容。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.采用多媒体进行直观教学
由于本课程课时短而内容多且深奥，处理好有限的课堂教学时间与大量深奥教学内容之间的矛盾，就成为确保教学质量的重要前提。多媒体课件的运用，可以将所教授的知识以图像、动画、视频音频及文字信息等方式形象逼真、直观生动地展示给学生，有助于学生对抽象深奥知识的理解和接受，且扩大了教学内容的信息量，同时也提高了学生对课堂教学的学习兴趣。例如，在教学蛋白质生物合成一章中，采用多媒体动画教学，非常形象直观呈现了蛋白质合成、分选及加工等过程，易于学生掌握并理解；在讲述蛋白质的空间结构时，展示蛋白质空间结构模型、图片、动画演示，进一步引导学生对蛋白质空间结构的理解，学生仅需通过观察便能对蛋白质的空间结构产生感性认识。
2.结合本学院的科研方向进行实例教学
蛋白质结构与功能是科研性及操作性极强的学科，在教学中培养学生的科研素质、创新能力及动手能力是非常有意义的。我们尝试在教学过程融入本学院的科研课题，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，在酶活性中心的结构与功能一章中，结合本学院以“HIV-1整合酶为靶点的药物研发”科研课题，采用学生先查资料、设计研究方案，然后教师以生物化学方法及生物信息学方法为两个主要研究方案进行讲解，融入科学研究思路及各种技术的原理和方法，培养了学生的科研思维及各知识点间的融会贯通能力。再如，在“维系蛋白质结构的力”部分，除了讲解维系蛋白质1-4级结构的力的化学本质与特点之外，还将结合国内外最新研究进展及本学院研究课题，介绍具体的蛋白质中，发生这些力的部位及关键残基，以及如何计算蛋白质内部这些力的大小，并如何结合物理数学模型编写计算程序，用生物信息学的方法预测蛋白质内部的作用力，使学生理解这些作用力，并懂得如何在研究工作中应用这方面的知识。
3.培养学生自学及创新能力的讨论教学
大学教学更注重培养学生的自学能力、以及将所学知识加以应用及创新的能力，因此，需要在教学过程中融入学生的自我学习及创造，让学生从教学的客体转变为主体。我们对部分内容采用自学讨论的模式。例如，在蛋白质的修饰加工部分，我们将该部分内容分为糖基化、磷酸化、甲基化、羧基化、乙酰化等方面，采用分组自学，若干同学选择同一部分内容，对该部分内容的基础知识及与正常生理功能或疾病的关系进行自学，并完成多媒体制作，然后每个方向请一位同学走上讲台，讲授所学的内容，其他同学加以补充和讨论，最后由教师进行总结和归纳，引导学生对如何根据基础知识来解决应用难题如疾病治疗进行深入探讨，进一步培养学生的创新能力。通过学生的自主参与教学及调研和思考，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。
4.注重实践教学，培养学生理论联系实际的能力
蛋白质结构与功能是一门理论兼应用性的学科，因此，该课程在培养学生扎实的基础知识之外，另一个重要的目标就是培养学生的动手能力。适当增加了该课程的实验课时数，包括实验观摩课和实验操作课。如，结合药理室、分子设计及生物信息研究室的课题研究，详细介绍艾滋病整合酶蛋白质体外构建、分离、纯化、测活的生物实验方法并安排实验操作；结合生物医学工程的研究课题，介绍X-射线衍射及核磁共振物理方法研究蛋白质结构功能的原理，安排实验观摩；结合分子设计及生物信息研究室的研究课题，详细讲述生物信息学方法进行蛋白质结构功能研究的主要原理，及如何用计算机辅助方法、以蛋白质结构与功能为靶点进行药物设计，安排上机操作。这样不但可以加深学生对蛋白质结构与功能研究的生物实验方法、物理方法及生物信息学方法的学习，还培养了学生独立科研工作的能力。
5.加强引导式互动教学
传统教学模式只注重教师的“教”，而互动式教学注重引导学生观察问题、分析问题、解决问题的能力。互动式教学把课堂教学形象化、生动化，优化了课堂教学效果，让学生参与到教学中，形成了良好的交流氛围，注重有助于学生在上课时提高注意力，激起学生的学习兴趣，调动学生的积极性、主动性。
提问是一个基本的互动教学方式，好“问题”是互动教学得以开展的基础。提问必须避免不假思索的简单提问，如“是不是”、“对不对”、“好不好”，这样提问毫无启发性，目的仅为要求学生陈述以往学过的知识、强化学生的记忆。教师课前必须立足教学内容、根据学生的基础和兴趣，精心设计互动问题。一是选择时下热点的、关注度比较高的问题进行互动，这有利于激发学生兴趣，使学生大胆提出自己的观点。二是应该引导学生进行思考，如蛋白质的氨基酸序列究竟是如何确定其空间构象的呢？给出几种实验方法及实验结果，让学生利用已有知识思考这些方法和结果能得出什么结论，最后由老师引导学生得出正确结论。三是教师选择的互动问题必须具有重要价值，同时辅助各种教学手段来激发学生对该问题的兴趣，并对学生的答案进行剖析和引导，培养学生分析和解决问题的能力。四是应抓住学生容易生疑的知识点设计互动问题。对于疑点，学生往往比较敏感，围绕疑点问题开展互动，可以激发学员探索欲望，最后拨云见日，换来学生的深刻思考及深刻记忆。
三、结语
随着时代的发展，蛋白质的结构功能不断被揭示，蛋白质的结构功能与人体正常生理功能、与重大疾病以及与生物制药等的密切相关不断受到重视，该领域的知识也得到不断地更新和充实，因此，在该课程的教学工作中，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，不断改进教学方法以取得事半功倍的教学效果。总之，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。
参考文献：
[1]樊龙江.生物信息学札记[DB/OL].http://ibi.zju.edu.cn/bioinplant/.
2010.
[2][英]D.惠特福德.蛋白质结构与功能[M].魏群,译.北京:科学出版社,2008.
[3]陈虹,王立东.人类后基因组计划:蛋白质组学的研究现状和展望[J].河南医学研究,2002,11(1):83-85.
（责任编辑：刘丽娜）
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