《蛋白质分离技术》实验课程建设推动探索性人才培养

杨海麟，周哲敏，辛瑜，陆建，管政兵

摘要：强化实践实验教学模式是高等院校提高学生培养质量的一个重要课题。本文针对《蛋白质分离技术》实验课程教学方法进行改革，提高学生的学习兴趣，巩固学科知识，增强创新能力。

关键词：蛋白质分离技术；探索性人才；实验课程；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0235-02

强化实践实验教学模式是高等院校提高学生培养质量的一个重要课题。工科院校普遍开设了实验课程，理论教育和实践脱节，实验内容不能及时更新，学生感受不到所学知识与现实之间的联系，缺乏学习动力、热情和兴趣。目前实验课程的设置对培养学生的动手能力，强化工程实践能力的要求还存在相当的差距。本文就《蛋白质分离技术》精品实验课程建设所做的一些教改工作进行总结，以期与国内广大同行共同探讨精品实验课程建设。

一、课程教学特点

《蛋白质分离技术》是我校生物工程专业的必修专业课。本课程是一门理论性和实践性都很强的课程，具有以下特点与问题。

1.快速发展的基础性技术与滞后的教材之间的矛盾。蛋白质分离技术发展日新月异，许多技术不断升级，甚至被淘汰。教材滞后在所难免，难以满足教学的要求。

2.有限教学时间与丰富的教学内容之间的矛盾。《蛋白质分离技术》涉及技术多，包括盐析、离心、层析、电泳等。教学中，由于教学时间少，难免注重技术、方法、手段，而忽视实验结果和目的性。这就造成学生对蛋白质分离课程的教学目的不明确，教学也就事倍功半。

3.有限教学资源条件与不断提高的实验教学要求之间的矛盾。多年来，我院一直很重视蛋白质分离实验教学设备的购置。但学生数量的增加让教学设备的压力日益增大，设备采购资金捉襟见肘。加上以前采购的实验室教学设备与不断更新的科研设备在功能和应用上存在较大的差距，采用落后的实验室教学设备进行封闭式实验教学，也难以满足学生对课程技术的理解和使用，甚至会产生认识上的偏差。

4.对蛋白质分离的单元操作、设备及工程性内容不掌握。和化学工程一样，蛋白质分离由许多单元操作集合而成，需要工程化的理解和设计。现有教材及授课对原理讲解较多，多单元操作工程化的介绍很少，严重影响学生灵活掌握课程。譬如，学生对层析分离介质选择及应用不熟悉，对工业制备色谱系统不熟悉。

二、教学思想与理念

《蛋白质纯化技术》是一门非常注重具体实践操作、工程味浓的课程。如何使学生在众多的单元知识学习过程中，将知识点融会贯通，将不同的单元串联起来设计某种特定生物产品的纯化工艺路线，并进行工程放大，适应当前科技的飞速发展，是检验课程教育成败的关键。《蛋白质分离技术》的实验教学理念是：强化基础理论，突出工程和应用理念，适当兼顾科研前沿发展，着重提高学生分析问题与解决问题的能力。实验教学与科研平台相结合，采用开放性、案例型教学模式，培养学生的实践和应用能力。课程改革拟打破该门课程传统的学生理论学习与动手实践环节相互脱离的教学方式，根据授课过程中的实际需要，不拘囿于固定的理论学习与实践的时间安排，机动灵活地安排理论学习与动手实践操作时间，达到使学生及时加深对所学内容的印象和理解，迅速有效地从感性认识上升到理性认识，从而大大提高教学效果的目的；使学生能够独立完成一整套蛋白质纯化操作体系，彻底改变学生开始研究生阶段的学习时还要学习蛋白质纯化方面课程的局面。本课程教改的关键在于如下几点。

1.力求在有限教学条件下开展教学内容的创新，不断增强学生对蛋白质分离系列技术学以致用的教学效果。实践表明，学生在自行选择的模块实验中兴趣和积极性很高，效果很好。此外，组织学生进入工厂实习，实地了解生化分离设备与工艺路线的结合，并要求学生在实习报告中做出合理性评价，让学生更好地把书本与实际相结合，掌握分离技术的精髓。

2.努力改进教学手段和方法，不断提高蛋白质分离技术教学效率。蛋白质品种多，分离技术广而新，没有现代化的教学手段难以有较好的教学效果。为此，采用现代化的教学手段，包括编写新教材，建设先进的蛋白质分离教学实验平台，直观、带趣味性蛋白纯化技术的影像资料（如Flash模拟动画、视频），增加应用性强的实践观摩环节，都极大地提高了教学的效率。

三、教学定位与特色

《蛋白质分离技术》教学改革的定位。

1.重应用，彰显教学目的性。如何使学生在众多的单元知识学习过程中，将知识点融会贯通，将不同的单元串联起来设计某种特定生物产品的纯化工艺路线，并进行工程放大，适应当前科技的飞速发展，是检验课程教育成败的关键。强调技术的应用性是本课程教学的重中之重。

2.教学与科研相结合，体现技术的前沿性。针对蛋白质分离技术发展日新月异，依托科研平台坚实的基础硬件条件，将最新的科研实验条件在教学中展示、应用，丰富了教学内容，缓解了实验教学条件的压力。

3.有条件地开展工程化培训，体现蛋白质分离技术的集成化、规模化、自动化。在教学中如何系统地介绍蛋白质分离技术、工艺、设备及单元操作，是实现学生分析问题和解决问题能力培养的关键。应大力抓实践环节的训练，训练内容包括基础实验、综合实验、创新实验等环节，充分体现蛋白质分离技术的工程性。

该课程有20年的建设发展史，有相对稳定而完整的课程体系与教学内容，是国内发酵工程专业最早开设的一门独立的专业必修课之一。我学院的这门课程依托粮食发酵工艺与技术国家工程实验室、发酵技术国家工程中心（无锡）、工业生物技术教育部重点实验室、糖化学与生物技术教育部重点实验室等科研平台以及国内最早的发酵工程博士点，为本科教学提供了坚实的依托。作为生物工程专业的基础技能和课程，《蛋白质分离技术》课程的改革具有重要的意义。

四、课改内容

1.优化教学内容，采用科研与教学相结合的案例教学模式。蛋白质分离技术涉及技术、工艺、单元操作、设备等。现有的教学内容重在技术，对单元操作、工艺设计、设备方面的介绍较少。在教学中如何系统地介绍蛋白质分离技术、工艺、设备及单元操作，是实现学生分析问题和解决问题能力培养的关键。课程教学内容分为理论课、实验课及教学手段现代化建设，还有与上述课程建设相匹配的多媒体课件建设。理论课上，通过课堂讲授、提问、思考题、讨论等方式实现教学。另外，我们要求学生翻译创新性或工程性论文，达到了解学术前沿发展，强化工程理念的目标。endprint

实验课教学编写适合本专业的《蛋白质分离技术》实验教材。在有限的硬件条件下，结合科研设备和教学设备，建设《蛋白质分离技术》实验教学平台，尽最大可能地为学生提供良好的分离设备条件。打破理论课必须讲授理论知识、实践课只能进行实践教学的束缚，授课老师可自由地根据所授内容的具体实际情况和需要，灵活安排理论学习与实践操作环节的时间。充分利用现有的本科实验室条件和各老师本研究室的条件，分阶段对实验设备、实验过程进行观摩、操作，把理论知识及时消化，转化为实践技能。

2.改进教学方法，提高教学效率。结合科研经历的教学内容总能使学生因生动形象、言之有物而兴趣倍增。如介绍科研项目“谷氨酰胺转胺酶”中对发酵液内脂谷氨酰胺转胺酶分离工艺，在项目“腈水合酶研究”中对腈水合酶分离纯化工艺等。在课堂教学中及时调整内容，补充新技术，将新的科研成果实例与基本理论结合起来讲解，一方面充实了教学内容，另一方面又使学生接触新的科技信息。例如：基因工程药物作为药物，纯度要求高，能否分离纯化其表达产物是该药物能否投入生产、走向市场的关键，而涉及的分离技术属于高新科技，在相应的课本中并不全面，故在讲课中充实了这方面的内容，详细讲述从蛋白质包涵体的产生、分离和复性方法。课堂上穿插介绍国内外相关企业重新设计学生实践操作的内容：包括更换待纯化蛋白样品的来源（拟基因工程大肠杆菌来源）及具体分离的目标蛋白（拟重组腈水合酶），增强学生对蛋白质来源的科学认识；简化目标蛋白的检测方法（拟HPLC法），提高对活性测定的方法更加科学的认识，也缩短在活性测定方面的时间；增加所用层析技术的种类（拟增加疏水作用层析、亲和层析）等，使学生对各项纯化方法有更全面的了解。

授课形式力求多样化、形象化。课堂上在讲解各种抽象的蛋白质纯化技术原理和操作的同时，拟增加些直观、带趣味性的介绍各种蛋白纯化技术的影像资料（如Flash模拟动画、视频）给学生观看，及时加深学生对于理论、操作等的理解和掌握。强化实验过程的指导，采用小班上课，分组操作。针对目前的实验条件，计划将实验课分成三个小班，然后每个小班再分成两个小组。每位老师带领几名学生完成整个实验过程，力争让每一个学生都能完成一整套操作，具备独立进行简单蛋白质纯化的能力。

3.教材建设。本课程现在使用的教材是自编的实验教材和讲义。我们拟为本科生编写《蛋白质分离技术实验》教材。

4.完善实践环节。实践环节的训练是工科学生不可或缺的，是工科高校重点教学内容，教育成本较高。相对于理论教学，专业课实验教学规模很难做大。为此付出相当大的精力抓实践环节的训练，训练内容包括基础实验、综合实验、创新实验、认识实习等环节。实践环节，为弥补学校目前还不具备工业规模蛋白质纯化设备的现状，进一步增加课程的工程性质，计划在课程结束前利用节假日带领所有学生到进行大规模蛋白质分离纯化的工厂实地参观学习一次，增强学生对工业规模及中小规模蛋白质纯化不同工艺的理解和认识。

通过精品课程建设，《蛋白质分离技术》这门课上一个新的台阶，进入教学和实验相结合的发展阶段，实现教学效果的提高，培养探索性人才。endprint