“分子生物物理”课程建设中的探索.docx

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1、“分子生物物理”课程建设中的探索 摘要：在课程建设的众多环节中，建设合适的教学内容和运用恰当的教学方法至关重要。就“分子生物物理”课程建设中，如何把握好以上两个环节，从而更好地培育探讨生的动手实力，激发他们的创新精神方面做了初步探究。 关键词：教学内容；教学方法；动手实力；创新精神 作者简介：李春华，女，山东郓城人，北京工业高校生命科学与生物工程学院，教授；张小轶，女，甘肃天水人，北京工业高校生命科学与生物工程学院，讲师。 基金项目：本文系2022年北京工业高校探讨生课程建设项目的探讨成果。 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1017-007919-0127-02 学科交叉是

2、当前极富活力的领域，分子生物学与物理学的交叉分子生物物理学日益受到人们的关注。1分子生物物理学是以生物大分子，即主要以核酸和蛋白质及其复合体作为探讨对象，力求在分子水平上用物理学的概念、理论与技术来探讨生命物质与生命过程。它是结构生物学、分子医学和药学专业的重要基础课程。生物医药是北京工业高校生命科学与生物工程学院科研发展的重要方向之一，开设“分子生物物理学”课程非常必要。但如何结合学院特色进行该课程的建设，是一个值得思索的问题。先进适合的教学内容建设和恰当的教学方法运用无疑是至关重要的，本文就课程建设中如何把握好这两方面的问题，培育探讨生的动手实力，激发他们的创新精神方面，浅谈一些心得和体会

3、，与大家沟通。 一、结合学院特色，设计先进的教学内容 恰当先进的教学内容对学生完善的学问框架的构筑，对创新思维的形成具有重要意义。围绕国内外前沿，结合学院特色，笔者希望建设一门具有基础性、宽广性、系统性、实践性和综合性的“分子生物物理”课程。详细内容包括以下几个方面。 1.蛋白质和核酸的基础学问 蛋白质和核酸是分子生物物理探讨的主要对象，是不行忽视的基础学问部分。主要教学内容涵盖：蛋白质和核酸的基本组成、结构层次、分类，维系蛋白质和核酸结构稳定的作用力及其本质，模拟生物大分子的数学物理模型及力场等。 这部分内容中的大部分，生物背景的学生在其本科阶段的“生物化学”和“分子生物学”中有所接触，但内

4、容不够深化，学生对此领域的学问没有形成肯定的体系。而非生物学科来源的探讨生则对这个领域基本没有了解。因此，课程将全面系统地介绍这部分基础学问，快速补齐部分学生的学问缺口。 此外，将大胆创新，结合国内外最新科研成果和学院的探讨课题，系统深化地讲解这部分内容。让学生通过对详细实例和贴近自身探讨对象的学习，来理解基本学问，并在今后的工作中敏捷应用。如在讲解并描述蛋白质的1-4级结构和结构-功能关系时，将以学院重点课题所涉及的艾滋病病毒整合酶、蛋白酶和gp41蛋白以及某些耐高温蛋白、信号转导蛋白和离子通道蛋白为例，让学生理解各种作用力对分子结构稳定性的影响，对其生物功能发挥的作用；还将介绍如何计算分子

5、内部作用力的大小，如何用统计物理和生物信息学的方法预料这些作用力。抽象的概念和理论，因为有了详细的实例分析，会变得详细、形象和生动，有利于学生的理解，同时有助于他们在详细探讨工作中应用这方面的学问。 2.蛋白质-配体相互作用与识别 蛋白质-配体相互作用在分子识别和信号传导中起着重要作用，其探讨对计算机协助药物设计和筛选具有重要意义。该部分内容与学院几个重大科研方向亲密相关，因此是课程的教学重点。主要内容包括：分子间相互作用的热力学和动力学过程、分子对接方法、分子柔性的处理和打分函数的探讨等。 课程除了讲解并描述以上内容外，还将紧密结合学院病毒药理探讨室和笔者所在的分子设计与生物信息探讨室的主要

6、探讨方向，重点讲解并描述分子对接在药物筛选中的应用。学院已获批的国家“1013”、“863”等多个抗艾滋病药物研发项目，国际科技合作环境污染物监测项目，都为这部分内容供应了丰富的教学案例和素材，可调动学生学习的主动性，同时协作上机操作，对提高学生理论联系实际、创新思维及动手实力具有重要意义。 另外，紧跟科技前沿，还将引入国际CAPRI复合物结构预料试验内容。讲授历届试验中国外和我们科研小组的最新工作，同时在课余指导学生参与试验，这将是课程的一大突出特色。CAPRI试验是欧洲生物信息学中心举办的，自2001年启动到现在已进行了27届竞赛。课题组作为中国高校的首个代表共参与了26届，并应邀参与了在

7、法国、意大利、加拿大和西班牙举办的1-4届CAPRI研讨会。信任这一内容的引入不仅可以大大激发学生学习的爱好，而且可提高其创新思维和迎接挑战的实力。 3.蛋白质和核酸空间结构预料及功能性运动 蛋白质和核酸对生命活动的维持至关重要，其空间结构和动力学性质确定了它的生物学功能。因此蛋白质和核酸如何形成自然结构，即折叠问题，以及功能性运动问题是“分子生物物理”中非常重要的内容。其探讨对蛋白质工程设计人类须要的生物分子具有重要的科学和实际意义。教学内容包括：蛋白质和核酸折叠的理论基础、折叠模型及方法、折叠的探讨热点及有待解决的问题、弹性网络模型、蛋白质和核酸功能性运动及变构探讨等。 这部分内容将结合笔

8、者所在探讨室的工作来进行。该探讨室始终在从事生物分子折叠、空间结构预料及功能性运动方面的探讨工作，获得1项国家自然科学基金重大项目子课题、4项国家自然科学基金项目和2项教化部博士点基金项目的资助。曾在国际知名刊物发表相关论文多篇，受到国际同行的认可。另外本探讨室还建立了与中国科学院生物物理探讨所的合作关系。这些都为这部分内容的建立奠定了良好的基础。 4.探讨生物分子系统的物理方法和技术 生物物理技术在分子生物物理中占有特别地位，它极大地推动了分子生物物理学的发展，是该学科中不行缺少的一个重要组成部分。这部分主要介绍几种探讨生物分子体系重要的物理方法和技术，包括核磁共振、圆二色性光谱、紫外-可见

9、汲取光谱、红外与拉曼光谱和原子力显微镜等，同时讲解这些方法和技术在详细生物分子体系探讨中的应用。 课程将紧密结合学院生物技术、病毒药理探讨室和生物医学工程中心等的主要探讨方向，讲解并描述紫外、荧光光谱方法在蛋白质折叠及生物分子识别探讨中的应用，圆二色光谱方法在蛋白质二级结构测定中的应用，核磁共振方法在生物分子动力学性质探讨方面的应用等。本章与前两部分内容形成了很好的呼应，分别是对同一探讨问题从理论和试验两个角度的讲解，这对学生构建该课程完备的学问体系具有重要意义，理论联系实际对其创新性工作的提出形成潜在的影响。 以上课程内容的设置紧跟国际前沿，并与学院的科研项目亲密联系，因此该课程的胜利建设必

10、定会对学院探讨生的培育起到良好的促进和指导作用。同时该领域科研项目的深化开展又会进一步推动该课程内容的更新与调整，形成良性循环。 二、现代教学方法和手段相结合，切实讲好每一堂课 要搞好教学，除了教学内容，还要有与其相适应的教学方法和模式的建立。针对“分子生物物理”学这门课，如何优化教学方法来激发学生学习爱好，培育他们创新的精神和实力，是笔者孜孜以求的问题。笔者在近年来的教学实践和与老一辈老师的沟通中，总结了一些现代教学方法和模式，希望在教学中大胆尝试并不断完善。 1.从头至尾贯穿实践训练，培育学生动手实力 实践教学在人才培育中不行或缺。实践教学最根本的目的就是帮助学生将书本学问运用于生产实践，

11、完成从书本到现实、从理论到实践的飞跃。2 从第一节课起，就让学生找寻一个感爱好的生物分子体系，且这个体系将作为探讨对象贯穿整个课程。随着课程的深化，会讲到一系列的方法来探讨生物分子的相互作用与识别，折叠及功能性运动等，这涉及一些大型软件包的运用。娴熟运用这些模拟软件，无疑对硕士生探讨工作的顺当进行非常重要。笔者指导学生逐步应用这些软件到自己感爱好的体系上，分析获得初步结果。由于所选择的分子是学生感爱好的体系，所以他们会迫不及待主动主动地去尝试运用这些方法，希望得到一些数据来说明该体系特有的性质。依据状况支配时间让学生与大家共享探讨结果。在这一好玩的探究过程中，不仅增加了学生的学习爱好，让学生体

12、验发觉的喜悦，而且可以使他们娴熟驾驭软件的操作和相关方法的原理。 2.探讨性教学，激发学生的求知欲望 在教学中，采纳探讨性教学方式，重视传授学问形成的过程，将学问得以产生的起因或探讨过程展示给学生，开发学生的才智，激发他们自主学习和探究的动机。另外在此过程中，培育他们敢于向权威挑战的精神，这是创建性人才所须要的重要品质。 探讨性教学的关键是探讨性教学方案的设计。分子生物物理中一些重要的理论学问都是通过科学试验探讨得出的。针对这一状况，通过动画、录像、电影等表现形式，将诸如X-射线衍射的发觉、DNA双螺旋结构的证明、蛋白质折叠的Anfinsen原理的提出等呈现在学生面前，既有科学性，又有故事性。

13、学生则像科学家一样，以主子公的身份去发觉问题、分析问题、解决问题，并在探究过程中获得学问、发展技能、培育创新实力。当学生把被动接受学问的过程变为主动探究获得学问的过程时，就会产生一种胜利感，一种极大的求知欲望。另外，试验过程中，科学家从失败到胜利的艰辛之旅将成为鼓舞学生勇于探究，攀登科学高峰的恒久的精神动力。 3.引入创新性实践教学模式 探讨生教学应尤其重视教学与科研的结合。笔者安排将理论联系实际，在课余开展创新性实践教学活动，引入CAPRI试验。方案如下： 学生的分组及原始数据的取得。依据学生的爱好和背景将其分组。笔者及所指导的高年级探讨生都可以作为他们所询问的对象。指导学生上互联网下载试验

14、的题目。 模型的建立。在学生驾驭了蛋白质复合物结构预料理论的基础上，引导学生对目前国际上所采纳的模型及方法绽开深化细致的分析和探讨，激励学生大胆发觉并指出其中的问题与不足，提出多种可能的解决方案。给学生肯定的时间，按小组自行探讨，设计自己的模型，并分组向老师汇报。老师在此基础上给出建议，尽可能帮助建立一套合理、可行的方案。 预料并提交结果。各小组分头进行蛋白质复合物的结构预料，并可与同时期参与预料的老师及高年级学生进行探讨。在肯定时间范围内，提交肯定数量的结构给老师。考虑到与高年级学生相比，他们的科研实力终归有限，因此我们将其获得的结果与高年级参赛学生预料的结果放在一起进行全面的分析，最终确定

15、要提交的10个可能正确的结果。 预料结果的评价。大赛组委会对各小组提交的结果进行评价，并公布预料结果。同时，蛋白质复合物的试验结构也会公开，这样老师就可以通过比较学生的预料结果与试验结构之间的近似程度，对各组学生提交的预料结果赐予评判，并公布预料结果。 总结阅历，分组汇报，并赐予肯定的嘉奖。各小组总结胜利与失败的阅历，做成PPT向大家汇报，并答辩。老师依据成果、工作看法和投入状况，计入考试成果的一部分。对那些成果较好的小组，老师可以指导其撰写科技论文或申请探讨生项目。通过这一创新性实践教学活动，充分发挥学生的主体性和能动性，各方面的实力均可得到很好的熬炼，包括创新思维实力、解决问题的实力、动手

16、实力、答辩实力和组织协调实力等。 三、结束语 课程建设将面对学院主要科研方向，对教学内容和方法进行设计和优化，重点引入实践训练环节和国际CAPRI试验创新性教学模式，最终将“分子生物物理”建设成一门先进教学内容和现代教学方法相融合的课程，从而激发学生学习的爱好，提高其创新思维实力和迎接挑战的实力。 参考文献： 1张慧茹，赵红月，赵银丽，等.交叉学科与探讨生创新人才的教化J.中国电力教化，2022，. 2吴林根.大众化高等教化背景下高校实践教学体系的构建J.高教论坛，2004，. 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页