タンパク質構造の教育における ICT の活用（Ⅱ）
菊地 浩人 1), 早坂 明哲 2)
1) 日本医科大学 物理学教室
2) 日本医科大学 医学教育センター
kikuchi@nms.ac.jp, yhayasaka@nms.ac.jp

The Use of ICT in Teaching Protein Structures (II)
Hiroto Kikuchi 1), Yoshiaki Hayasaka 2)1) Department of Physics, Nippon Medical School2) Center for Medical Education, Nippon Medical School
概要
タンパク質の構造を中心としたバイオインフォマティクスの概要を紹介する授業を行う機会が２年連続してあった。２年間とも、対象となるクラスは２クラスあり、一方には従来行われてきた座学中心の授業を行い、もう一方には３Ｄビューワーソフトを利用して、学生各自が自分のＰＣ上で具体的にタンパク質の３次元構造を表示する演習方式で授業を行った。２つのクラスに対して、教授する知識としては、同じ内容を扱った。授業の前後に同じテストを課し、授業の前後での教育効果を確認すると共に、従来の教育方法と ICTを活用した場合の方法によって、学生への教育効果に差異が生じるか否かに関して、２年間の結果が調べられた。

1の試験結果の比較も行われ、従来の講義方法と、はじめにICT を積極的に用いた方法で、タンパク質の構造タンパク質の３次元構造データベースであるやバイオインフォマティクスの概要に関して、学Protein Data Base (PDB)の充実，及び３Ｄビューワ

生の理解状況に明確な差異が現れるか否かが調べーソフトの発達によって、現在、パソコンのモニられた。

ター上で、タンパク質の具体的な３次元構造を簡単に見ながら、様々な物理情報を操作することができる。従来は、テキストで書かれた構造に関す

2

テスト問題

る情報を頼りにして、学習者は頭の中でイメージ

テストは、タンパク質の構造に関する問題としながら学習したが、昨今は、具体的な３次元構それに関係するバイオインフォマティクスの分野造をリアルに見ながら学習することができる。

から 10 問が作成され、４つの選択支から正答を選

著者らは、日本医科大学の情報科学演習という授業において、タンパク質の構造を中心としたバぶ方法で行われた。ここでは、問題だけを列記しておく。

イオインフォマティクスの概要をテーマとする授業機会が２年連続あった。110～120 名の学生が２

1.

びなさい。

つのクラスに別れて同じ授業を受けるので、１つのクラスに対しては、従来からの座学中心の授業

2.
3.
4.
5.

トランスクリプトームの説明として正しいものを選びなさい。

２年間において、授業方法を変えた２つのクラス
6.

519
520

プロテオミクスで用いられる技術と関係ないものを選びなさい。

授業の前後には、10 問から構成される全く同じテストが行われ、授業の成果が確認された。また、

αへリックスのピッチの距離はどのくらいか、正しいものを選びなさい。

像を学生各自に表示させて、それと共にタンパク質の構造の知識を伝える授業を行った。

S-S 結合とはどのような結合か、正しいものを選びなさい。

をする一方、もう１つのクラスに対しては、３Ｄビューワーソフトでタンパク質の３次元構造の画

β シートの構造は何種あるか、正しいものを選図のようなポリペプチドがαへリックスを作

るとき、Ａの印の付いた酸素原子と水素原子を通して水素結合を作る相手の原子はどれか、7.
8.

示したものである。
試験は、10 問から成り、1 問 10 点で採点した。

適切なものを選びなさい。

この結果から、前半クラス、後半クラス共に、プ

次に示した球状タンパク質の性質に関する記レテストに比べポストテストで点数は t 検定の結述の中で、不適切なものを一つ選べ。

果、有意に上昇した（p<0.01）。

立体構造の似ている２つのタンパク質間で、対応関係にある原子が分かっている場合には、RMSD(Root Mean Square Deviation)と呼ばれるり合いの程度を数値化することができる。
RMSD は、全ての対応する原子間の距離を ２乗した値の平均値（相加平均）にルートをとったものとして定義される。 あるタンパク質における６つの原子 A,B,C,D,E,F と別のタンパク質の６つの原子 A’,B’,C’,D’,E’,F’について対応関係が分かっており、互いにもっともよく重なるように回転して重ねた時の平均点数値を計算することにより、立体構造の 重な

p<0.01

100.0
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.00.0

プレテスト

ポストテスト前半クラス

図1

p<0.01

プレテスト

ポストテスト

後半クラス

2017 年度に実施したプレテストとポストテストの比較

対応原子間の距離は以下の表のようになった。
この表から B-B’, C-C’, D-D’, E-E’は正確

また、プレテスト、ポストテスト、それぞれ「前に重なったが、他の原子間ではずれが見られ半クラス-後半クラス」でｔ検定を行ったところ、ることがわかる。

プレテストに関しては、p=0.31 となり、前半クラ

ここで、６つの原 子に対する RMSD 値はいスと後半クラスの授業前での差はなく、ポストテくらになるか。選択肢の中からもっとも適切

ストに関しては、p=0.25 となり、前半クラスと後な値を一つ選べ。ただ し、原子間距離の単位半クラスでの差はなかった。

は考慮しないものとする。
9.

生体高分子の立体構造解析に用いられる計算手法のうち、分子動 力学法と分子力学法に関する以下の記述において、不適切なものを 選択肢の中から選べ。

(2) 2018 年度
基本的に、前年度と同様に授業を行った。前半クラスは 58 名から構成され、従来からの座学中心

10. タンパク質の立体構造予測に用いられる手法の教育を行い、後半クラスは、55 名から構成され、名として 適切でないものを選択肢の中から３Ｄビューワーソフトでタンパク質の３次元構造一つ選べ。の画像を学生各自に表示させて、それと共にタンパク質の構造の知識を伝える授業を行った。
図２は、2018 年における図１と同様の内容を示3 結果したものである。プレテストの結果は、前年度の結果とほぼ同じであったが、ポストテストに関し(1) 2017 年度
２つのクラスを前半クラス、後半クラスと呼んで区別する。前半クラスは 57 名から構成され、従来からの座学中心の教育を行った。後半クラス
は、54 名から構成され、３Ｄビューワーソフトでタンパク質の３次元構造の画像を学生各自に表示させて、それと共にタンパク質の構造の知識を伝える授業を行った。
図１は、前半クラスと後半クラスで、プレテス
トとポストテストに関する平均点及び標準偏差を520
521ては、前年度の結果よりも点数が良くなっていた。
前年同様、前半クラス、後半クラス共に、プレテストに比べポストテストで点数は t 検定の結果、有意に上昇した（p<0.01）。
また、プレテスト、ポストテスト、それぞれ「前半クラス-後半クラス」でｔ検定を行ったところ、プレテストに関しては、両側検定で p=0.30 となり、前半クラスと後半クラスの授業前での差はなく、ポストテストに関しては、p=0.12 となり、前半クラスと後半クラスでの差はなかった。

p<0.01p<0.01

100.0
90.0
80.0

平均点

70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0

10.00.0
プレテスト

ポストテスト

前半クラス

図２

プレテスト

ポストテスト後半クラス

2018 年度に実施したプレテストとポストテストの比較

4 まとめ
当初、２つのクラスで授業効果の差が出ないとの予想の下に授業計画を行った。実際に、仮説通り、座学中心（前半クラス）、ICT を利用した演習中心（後半クラス）の両方とも、授業の前後で成績が上昇（知識量が増えた・理解度が上がった）し、授業方法で差がつかないことが明らかとなった。
また、プレテストに関しては、2017 年度と 2018年度で差がなかったが、ポストテストに関しては、2017 年度よりも、2018 年度の方が良い成績となっていた。このことは、教える側が２年目となって、学生に対してよりわかりやすい授業になったことが原因と考えられる。

以上の点から考察されることは、３Ｄビューワーソフトを用いて、視覚にうったえる授業よりも、教える人間のちょっとした教え方の善し悪しの効果があったことを物語っている。
なお、今回は短時間の１回の授業における教育効果だけしか見ることができていない。我々の予想では、本格的に長い時間の教育を考えた場合には、ICT を積極的に利用した方が、教育の効果が上がると予想しているが、ICT をより有効に利用するための授業に結びつけることは、今後の課題である。

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