摘要：隨著人類基因組計劃的完成和分子生物學(xué)前沿技術(shù)的發(fā)展，人們能夠從整體角度獲得生理狀態(tài)或特定疾病環(huán)境下幾乎所有生物學(xué)信息，醫(yī)學(xué)模式也逐漸向個體化的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”轉(zhuǎn)變。為培養(yǎng)學(xué)生掌握組學(xué)的基本理論、基本知識及技術(shù)原理和應(yīng)用，了解組學(xué)發(fā)展動向和技術(shù)前沿、形成從整體水平認(rèn)識生命現(xiàn)象、生命活動和生命本質(zhì)的思維模式，我校自2020年開始，為已具備遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)的四年制生物技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生開設(shè)組學(xué)概論專業(yè)必修課。為達(dá)到教學(xué)目的，我們設(shè)計了面向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、涵蓋理論講授和實踐教學(xué)的課程思路。理論課程兼具基礎(chǔ)和前沿組學(xué)知識，主要講授不同層次分子組學(xué)的基本知識和基本技術(shù)原理;以腫瘤組學(xué)為例系統(tǒng)講解組學(xué)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用;以及組學(xué)技術(shù)在臨床診斷、生物標(biāo)志物研發(fā)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域的拓展應(yīng)用。同時，為提高學(xué)習(xí)興趣，加深其對知識點的理解，在理論課中進一步穿插了以學(xué)生為主體的面向最新組學(xué)科技和應(yīng)用進展的自主學(xué)習(xí)與討論課。實踐教學(xué)內(nèi)容則包含見習(xí)和實習(xí)兩方面，讓學(xué)生實際體驗到了組學(xué)技術(shù)的先進性和應(yīng)用價值。該文就該課程的建設(shè)和教學(xué)進行初步回顧，以促進和推廣組學(xué)課程教學(xué)。
關(guān)鍵詞：組學(xué);生物技術(shù)專業(yè);課程建設(shè)
二十一世紀(jì)初，隨著人類基因組計劃的完成和分子生物學(xué)前沿技術(shù)的快速發(fā)展，人們有能力在一個特定的復(fù)雜生物體系，如一類細(xì)胞、一種組織中，同時獲得某種特定類型的分子的全部性質(zhì)信息，如全部的轉(zhuǎn)錄物、全部的mRNA、全部的蛋白質(zhì)等。這一對復(fù)雜生物體系中分子的種類、數(shù)量、相互關(guān)系等性質(zhì)進行全景式認(rèn)識和描述的學(xué) 科 ， 就是生物學(xué)中的前沿學(xué)科 — — 組 學(xué)(omics)。
在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，單純分析、干預(yù)單一分子往往無法正確地認(rèn)識和解決面臨的臨床問題;而組學(xué)可以從整體的角度揭示特定疾病環(huán)境下所有的基因、蛋白質(zhì)及其他分子的水平、功能、分子間相互作用等變化，進而選出關(guān)鍵靶點進行精準(zhǔn)干預(yù)。因此，組學(xué)技術(shù)的進步推動了醫(yī)學(xué)模式由“經(jīng)驗醫(yī)學(xué)”“循證醫(yī)學(xué)”向基于患者自身生物學(xué)信息和臨床癥狀體征實施醫(yī)療決策的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”轉(zhuǎn)變[1]。
講授組學(xué)相關(guān)知識，使學(xué)生在“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的時代要求下具有相關(guān)知識儲備，在未來醫(yī)療相關(guān)從業(yè)人員的培養(yǎng)中具有舉足輕重的地位。我校自2020年開始，為已具備遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)的四年制生物技術(shù)本科學(xué)生開設(shè)涵蓋理論講授和實踐教學(xué)的組學(xué)專業(yè)必修課。該課程名稱為組學(xué)概論(An Introduction to Bio-omics)，課內(nèi)總共50學(xué)時，其中理論講授36學(xué)時(含考試2學(xué)時)、實踐8學(xué)時，自主學(xué)習(xí)與討論6學(xué)時，于第三學(xué)年的第一學(xué)期實施。
1 組學(xué)概論課程建設(shè)作為一門新興學(xué)科，組學(xué)概論課程的建設(shè)需要從基礎(chǔ)做起。課程的建設(shè)內(nèi)容包括教學(xué)大綱的確定、教材和參考書目的編選、教學(xué)計劃的制定、教案的編寫、試題庫的建設(shè)、教學(xué)效果的評價和教學(xué)文檔的收集整理等。下面簡要介紹我們在組學(xué)概論課程建設(shè)方面的具體內(nèi)容。
1.1 教學(xué)目標(biāo)對組學(xué)概論的學(xué)習(xí)，在知識層面上，使學(xué)員掌握組學(xué)的基本概念、基本理論和基本技能，了解組學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展方向和研究方法;在能力層面上，理解如何從組學(xué)水平解釋生命現(xiàn)象，用組學(xué)技術(shù)解決與生物技術(shù)、人類健康相關(guān)的實踐問題;在課程思政層面上，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度和誠信務(wù)實的工作作風(fēng)，培養(yǎng)系統(tǒng)的辯證唯物主義世界觀和方法論，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程奠定基礎(chǔ)。
1.2 教學(xué)內(nèi)容組學(xué)是基于技術(shù)進步成長起來的新興學(xué)科，其內(nèi)容豐富，發(fā)展迅猛，新知識、新概念層出不窮。因此本課程的教學(xué)內(nèi)容兼顧學(xué)科特點和學(xué)生知識面，包含基礎(chǔ)和前沿的分子生物學(xué)知識，并涉及大量的多學(xué)科整合和學(xué)科交叉知識。
目前，我們的組學(xué)概論課程內(nèi)容主要分四個單元，分為理論和實踐課程：第一單元是組學(xué)總論，包括基本研究方法和不同層次分子組學(xué)的基本知識的介紹，讓學(xué)生了解組學(xué)“是什么”;第二單元是以人類面臨的最為嚴(yán)峻和復(fù)雜的疾病——腫瘤為例，講解人類重大疾病的組學(xué)特征及其在疾病發(fā)生發(fā)展機制和臨床實踐中的意義，讓學(xué)生理解組學(xué)能“做什么”;第三單元是組學(xué)技術(shù)的拓展應(yīng)用，包括組學(xué)技術(shù)在產(chǎn)前診斷、個體識別、合成生物學(xué)等方面的應(yīng)用，通過這兩個單元的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解組學(xué)技術(shù)“怎么用”。四是組學(xué)實踐，學(xué)生通過見習(xí)和實習(xí)，用所學(xué)知識解決實際問題，近距離甚至零距離地了解組學(xué)“怎么做”。
1.3 教材選用情況
教材是課程標(biāo)準(zhǔn)的具體化，是教師和學(xué)生完成教學(xué)活動的主要參考書。雖然各組學(xué)的專著和教材有很多，如《基因組學(xué)》《蛋白質(zhì)組學(xué)》《代謝組學(xué)》等，但尚無適合本課程教學(xué)內(nèi)容的涵蓋各組學(xué)的參考教材。因此，一方面，我們在首輪授課時即組織各位教師積極編寫講義;另一方面，選擇第4版《基因組學(xué)》(楊金水主編，2019年高等教育出版社出版)作為基本教材，該書內(nèi)容簡明扼要，側(cè)重于基因組學(xué)的基本概念、理論和方法[2,3]。此外，我們還使用第4版《醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗技術(shù)》(韓驊、高國全主編，2020年人民衛(wèi)生出版社)作為主要參考書[4]。該書涵蓋基本組學(xué)技術(shù)在內(nèi)的分子生物學(xué)技術(shù)的基本原理、主要用途和主要流程，新版又在內(nèi)容上增加了基因編輯、合成生物學(xué)、細(xì)胞外囊泡研究等研究技術(shù)前沿，反映了當(dāng)前生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究以及組學(xué)技術(shù)的熱點需求。
1.4 課程考核
本課程的考核方式分為形成性考核和終結(jié)性考核兩部分。形成性考核分布于教學(xué)過程，考核目的主要是考察學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度、教學(xué)活動的完成度。考核形式分為自主學(xué)習(xí)與討論表現(xiàn)和實踐課表現(xiàn)。自主學(xué)習(xí)與討論采用小組匯報形式，教師根據(jù)文獻閱讀講解的正確性、演講表現(xiàn)、幻燈制作水平和討論表現(xiàn)打分，小組成員均可獲得相同的分?jǐn)?shù);實踐課表現(xiàn)則從實驗報告完成情況和課堂實驗情況兩方面評分。終結(jié)性考核在課程結(jié)束時，主要用于評價本門課程的總體學(xué)習(xí)效果，采用閉卷、筆試的方式進行。
2 組學(xué)概論教學(xué)特色與經(jīng)驗
2.1 組學(xué)概論教學(xué)特色
2.1.1 在理論課中設(shè)置“自主學(xué)習(xí)與討論”環(huán)節(jié)在“總論”“腫瘤組學(xué)”和“組學(xué)技術(shù)應(yīng)用”3個單元的理論講授完成后，我們分別設(shè)置了3次2學(xué)時的自主學(xué)習(xí)與討論課。目的是讓學(xué)生通過自主閱讀和講解教師推薦的Nature、Science、Cell等頂級期刊的相關(guān)權(quán)威文獻，了解每單元介紹的組學(xué)基本知識和技術(shù)方法的實際應(yīng)用(文獻一般是在緒論課即公布，以期給予學(xué)生充分的閱讀和準(zhǔn)備時間)。
如在“腫瘤組學(xué)”單元最后的自主學(xué)習(xí)與討論，教師推薦的文獻是關(guān)于通過組學(xué)研究手段開展的腫瘤發(fā)病機制或臨床診療等研究進展。學(xué)生通過小組合作的形式，進行文獻的閱讀、幻燈的制作和最終的限時演講和討論。在該過程中，教師的角色只是引導(dǎo)和啟發(fā)，并根據(jù)文獻閱讀講解的正確性、演講表現(xiàn)和討論表現(xiàn)等打分，作為形成性考核成績之一。讓學(xué)生自己閱讀、講解文獻，拓寬了學(xué)生的視野，也提升了其學(xué)習(xí)的主動性，使其將課堂所學(xué)組學(xué)方法技術(shù)更好地內(nèi)化。
2.1.2 在實踐課采用“基于學(xué)生自身體驗”的教學(xué)模式第四單元是組學(xué)實踐，即讓學(xué)生通過觀摩(見習(xí))和操作(實驗)，讓學(xué)生利用所學(xué)組學(xué)知識“學(xué)有所用”地解決實際問題?？紤]到飲酒在包括大學(xué)生在內(nèi)的成年人中的普遍性，且酒精的耐受性可以簡單地通過面色潮紅、相關(guān)行為變化來評估，我們在組學(xué)概論實踐教學(xué)中，將個體酒精敏感性基因檢測作為其中的一項實驗(實驗二、唾液DNA檢測基因多態(tài)性)。而該檢測的理論依據(jù)既是基因組學(xué)的基礎(chǔ)知識，又是腫瘤藥物基因組學(xué)的實際應(yīng)用——乙醇脫氫酶(ADH)和乙醛脫氫酶(ALDH)的基因多態(tài)性是導(dǎo)致不同個體酒精耐受性差異的原因。該實驗基于學(xué)生自身的飲酒體驗，非常容易引起學(xué)生的共鳴和興趣，因此，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與度非常高。
2.1.3 組學(xué)概論
課程是系統(tǒng)生物學(xué)學(xué)習(xí)的前奏人體作為一個有機整體，各個系統(tǒng)之間存在著錯綜復(fù)雜、密不可分的關(guān)聯(lián)。研究孤立分子、細(xì)胞、組織甚至器官對于整個機體的變化難以得到有效結(jié)果。多學(xué)科、多系統(tǒng)的交叉是未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的方向。系統(tǒng)生物學(xué)以整合理念為核心，是通過整合各種組學(xué)數(shù)據(jù)從而解析復(fù)雜的生命過程，揭示生命活動本質(zhì)規(guī)律的學(xué)科。系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)是各種組學(xué)數(shù)據(jù)的生成。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可完整地掌握各種組學(xué)技術(shù)的原理、應(yīng)用及其發(fā)展動態(tài)，了解描述一個生命系統(tǒng)的所有要素所要求的技術(shù)基礎(chǔ)，為以后系統(tǒng)生物學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
2.2 組學(xué)概論
教學(xué)經(jīng)驗與學(xué)生反饋組學(xué)本身是基于實踐的學(xué)科，且授課對象是已經(jīng)開始專業(yè)課學(xué)習(xí)并為后續(xù)實習(xí)做準(zhǔn)備的大學(xué)三年級的四年制生物技術(shù)專業(yè)本科生。因此在教學(xué)過程中，需要多手段多層面“加強”學(xué)生實踐能力。首先，通過大課講授，在基礎(chǔ)層面加強學(xué)生實踐所需知識儲備。即不僅向?qū)W生介紹組學(xué)理論知識，更向?qū)W生提供組學(xué)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用。
例如，在“人類基因組的結(jié)構(gòu)與功能”一章( 2次課)，我們一方面講授人類基因組的一般結(jié)構(gòu)特征和功能，另一方面則重點講解了“散在重復(fù)序列與人類疾病的關(guān)聯(lián)”“串聯(lián)重復(fù)序列在個體鑒定中的應(yīng)用原理”“ENCODE計劃采用的基本技術(shù)的原理和應(yīng)用價值”“SNP和單倍型的檢測技術(shù)和應(yīng)用”等實用性內(nèi)容。這些內(nèi)容可以幫助學(xué)生更好地完成后續(xù)的實習(xí)學(xué)習(xí)。
其次，通過“自主學(xué)習(xí)與討論”，在前沿層面拓寬學(xué)生實踐視野。即通過閱讀前沿文獻讓學(xué)生先進行“觀戰(zhàn)”，讓學(xué)生看到“組學(xué)能做什么、是怎么做的”，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)組學(xué)基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力。
最后，通過實踐，在實際應(yīng)用層面鍛煉學(xué)生實踐能力。實踐單元又分為見習(xí)和實習(xí)2類，共4次課，第1次是血清蛋白質(zhì)組的檢測，是我科室采用質(zhì)譜技術(shù)為臨床患者進行的蛋白質(zhì)組學(xué)檢測?？紤]到操作難度和臨床診斷準(zhǔn)確性，故設(shè)置為見習(xí)課。通過教師講解和實際觀摩，讓學(xué)生近距離地了解服務(wù)于診療的組學(xué)技術(shù)應(yīng)用。
后3次為學(xué)生動手的實驗課，從自身飲酒體驗出發(fā)，進行個體酒精敏感性基因檢測。實驗可以讓學(xué)生“參戰(zhàn)”，近距離甚至零距離地鍛煉其實踐能力。在課程結(jié)束時，通過調(diào)查問卷我們了解到學(xué)生的主觀感受反饋，約95%學(xué)生對教學(xué)非常滿意，現(xiàn)摘錄部分學(xué)生反饋意見如下：學(xué)生1“我覺得在組學(xué)課上學(xué)到了很多新知識，開闊了我的視野”;學(xué)生2“很喜歡自主學(xué)習(xí)課，自己的文獻閱讀能力和演講能力都有提升”;學(xué)生3“酒精基因檢測很有趣，是我最投入的一次實驗課”。學(xué)生的肯定給予我們前進的動力，在教學(xué)中我們還要不斷反思總結(jié)，以期讓學(xué)生學(xué)有所獲。
3 組學(xué)概論教學(xué)的思考與展望
首先，雖然我們初步完成了四年制生物技術(shù)專業(yè)本科生的組學(xué)概論課程建設(shè)，但教材建設(shè)仍亟待完成、距離建設(shè)成熟的課程體系仍需做大量工作。
其次，組學(xué)是基于分子生物學(xué)研究方法迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，其研究手段通常為高通量實驗方法，實驗結(jié)果往往數(shù)據(jù)量龐大，需要借助于強大的生物信息學(xué)的理論和手段進行分析?；谶@一特點，組學(xué)教學(xué)中應(yīng)進一步加強生物信息學(xué)的課堂教學(xué)和實戰(zhàn)演練。對于有教學(xué)資源和條件的院校，可以考慮開設(shè)專門的生物信息學(xué)課程。再次，組學(xué)概論是一門基于技術(shù)和實踐的課程。無論是課堂教學(xué)還是實踐教學(xué)，都涉及到教學(xué)實例的選定。我們最近的一項研究表明，選擇與學(xué)生切身體驗相關(guān)的課堂實例對于提高課堂教學(xué)效果具有一定的促進作用[5]。
如何在有限的實驗場地、儀器設(shè)備和經(jīng)費條件下，選擇學(xué)生有機會切身體會、參與實踐的教學(xué)實例，是一個值得思考的問題。最后，整體論和還原論都是人類看待世界的哲學(xué)觀點，具有不同特點。整體論注重事物的完整性、全面性和復(fù)雜性;而還原論與整體論相反，認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)可以通過其各個組成部分的行為及其相互作用來加以解釋。還原論方法也是迄今為止自然科學(xué)研究的最基本方法。生命體本身就是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，如何完整、準(zhǔn)確地認(rèn)識生命，以達(dá)到保護生命的目標(biāo)，是巨大的科學(xué)挑戰(zhàn)。組學(xué)概論教學(xué)內(nèi)容從整體上把握組學(xué)的研究內(nèi)容和方法，有助于同學(xué)們的宏觀學(xué)習(xí)和認(rèn)知;也利用還原論的知識結(jié)合具體實例(如腫瘤)引領(lǐng)學(xué)生進行深入學(xué)習(xí)。
值得注意的是，組學(xué)的核心是基因組學(xué)[6]，其涉及的根本問題是遺傳學(xué)的基因型與表型的關(guān)系問題。在遺傳學(xué)教學(xué)中簡單、過分強調(diào)基因型對表型的影響，會導(dǎo)致基因本質(zhì)主義(essentialism)傾向[7]。這不僅不利于學(xué)生準(zhǔn)確掌握相關(guān)知識，還會帶來倫理學(xué)、哲學(xué)乃至世界觀等方面的思政問題。因此，在授課過程中，教師應(yīng)該予以正確導(dǎo)向，通過多組學(xué)技術(shù)融合等角度，指導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識基因和環(huán)境對于表型的綜合作用，并加強相關(guān)倫理學(xué)知識教育，以幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。
參 考 文 獻
[1] Bahcall O. Precision medicine. Nature, 2015, 526(7573):335
[2] 楊金水. 基因組學(xué)(4版). 北京: 高等教育出版社, 2019
[3] 陳艷炯, 朱莉, 官方霖, 等. 醫(yī)學(xué)研究生的基因組學(xué)課程建設(shè)和教學(xué)初探. 醫(yī)學(xué)教育研究與實踐, 2017, 25(6): 889-892
[4] 韓驊, 高國全. 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗技術(shù)(4版). 北京:人民衛(wèi)生出版社, 2020
[5] Liang L, Yan XC, Cao XL, et al. A student experiencebasedteaching to improve the understanding of genotypephenotyperelationship in classroom teaching of medicalgenetics. J Biol Education, 2021, : 1-11
作者：梁 亮， 晏賢春， 徐欣元， 趙 晶， 韓 驊
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