摘要：隨著人類基因組計劃的完成和分子生物學前沿技術的發展，人們能夠從整體角度獲得生理狀態或特定疾病環境下幾乎所有生物學信息，醫學模式也逐漸向個體化的“精準醫學”轉變。為培養學生掌握組學的基本理論、基本知識及技術原理和應用，了解組學發展動向和技術前沿、形成從整體水平認識生命現象、生命活動和生命本質的思維模式，我校自2020年開始，為已具備遺傳學和分子生物學基礎的四年制生物技術專業本科學生開設組學概論專業必修課。為達到教學目的，我們設計了面向精準醫學、涵蓋理論講授和實踐教學的課程思路。理論課程兼具基礎和前沿組學知識，主要講授不同層次分子組學的基本知識和基本技術原理;以腫瘤組學為例系統講解組學的醫學應用;以及組學技術在臨床診斷、生物標志物研發、合成生物學等領域的拓展應用。同時，為提高學習興趣，加深其對知識點的理解，在理論課中進一步穿插了以學生為主體的面向最新組學科技和應用進展的自主學習與討論課。實踐教學內容則包含見習和實習兩方面，讓學生實際體驗到了組學技術的先進性和應用價值。該文就該課程的建設和教學進行初步回顧，以促進和推廣組學課程教學。
關鍵詞：組學;生物技術專業;課程建設
二十一世紀初，隨著人類基因組計劃的完成和分子生物學前沿技術的快速發展，人們有能力在一個特定的復雜生物體系，如一類細胞、一種組織中，同時獲得某種特定類型的分子的全部性質信息，如全部的轉錄物、全部的mRNA、全部的蛋白質等。這一對復雜生物體系中分子的種類、數量、相互關系等性質進行全景式認識和描述的學 科 ， 就是生物學中的前沿學科 — — 組 學(omics)。
在醫學應用領域，單純分析、干預單一分子往往無法正確地認識和解決面臨的臨床問題;而組學可以從整體的角度揭示特定疾病環境下所有的基因、蛋白質及其他分子的水平、功能、分子間相互作用等變化，進而選出關鍵靶點進行精準干預。因此，組學技術的進步推動了醫學模式由“經驗醫學”“循證醫學”向基于患者自身生物學信息和臨床癥狀體征實施醫療決策的“精準醫學”轉變[1]。
講授組學相關知識，使學生在“精準醫學”的時代要求下具有相關知識儲備，在未來醫療相關從業人員的培養中具有舉足輕重的地位。我校自2020年開始，為已具備遺傳學和分子生物學基礎的四年制生物技術本科學生開設涵蓋理論講授和實踐教學的組學專業必修課。該課程名稱為組學概論(An Introduction to Bio-omics)，課內總共50學時，其中理論講授36學時(含考試2學時)、實踐8學時，自主學習與討論6學時，于第三學年的第一學期實施。
1 組學概論課程建設作為一門新興學科，組學概論課程的建設需要從基礎做起。課程的建設內容包括教學大綱的確定、教材和參考書目的編選、教學計劃的制定、教案的編寫、試題庫的建設、教學效果的評價和教學文檔的收集整理等。下面簡要介紹我們在組學概論課程建設方面的具體內容。
1.1 教學目標對組學概論的學習，在知識層面上，使學員掌握組學的基本概念、基本理論和基本技能，了解組學的發展現狀、發展方向和研究方法;在能力層面上，理解如何從組學水平解釋生命現象，用組學技術解決與生物技術、人類健康相關的實踐問題;在課程思政層面上，培養嚴謹求真的科學態度和誠信務實的工作作風，培養系統的辯證唯物主義世界觀和方法論，為后續深入學習相關基礎醫學課程奠定基礎。
1.2 教學內容組學是基于技術進步成長起來的新興學科，其內容豐富，發展迅猛，新知識、新概念層出不窮。因此本課程的教學內容兼顧學科特點和學生知識面，包含基礎和前沿的分子生物學知識，并涉及大量的多學科整合和學科交叉知識。
目前，我們的組學概論課程內容主要分四個單元，分為理論和實踐課程：第一單元是組學總論，包括基本研究方法和不同層次分子組學的基本知識的介紹，讓學生了解組學“是什么”;第二單元是以人類面臨的最為嚴峻和復雜的疾病——腫瘤為例，講解人類重大疾病的組學特征及其在疾病發生發展機制和臨床實踐中的意義，讓學生理解組學能“做什么”;第三單元是組學技術的拓展應用，包括組學技術在產前診斷、個體識別、合成生物學等方面的應用，通過這兩個單元的學習，讓學生了解組學技術“怎么用”。四是組學實踐，學生通過見習和實習，用所學知識解決實際問題，近距離甚至零距離地了解組學“怎么做”。
1.3 教材選用情況
教材是課程標準的具體化，是教師和學生完成教學活動的主要參考書。雖然各組學的專著和教材有很多，如《基因組學》《蛋白質組學》《代謝組學》等，但尚無適合本課程教學內容的涵蓋各組學的參考教材。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》(楊金水主編，2019年高等教育出版社出版)作為基本教材，該書內容簡明扼要，側重于基因組學的基本概念、理論和方法[2,3]。此外，我們還使用第4版《醫學分子生物學實驗技術》(韓驊、高國全主編，2020年人民衛生出版社)作為主要參考書[4]。該書涵蓋基本組學技術在內的分子生物學技術的基本原理、主要用途和主要流程，新版又在內容上增加了基因編輯、合成生物學、細胞外囊泡研究等研究技術前沿，反映了當前生物化學與分子生物學研究以及組學技術的熱點需求。
1.4 課程考核
本課程的考核方式分為形成性考核和終結性考核兩部分。形成性考核分布于教學過程，考核目的主要是考察學生的學習參與度、教學活動的完成度。考核形式分為自主學習與討論表現和實踐課表現。自主學習與討論采用小組匯報形式，教師根據文獻閱讀講解的正確性、演講表現、幻燈制作水平和討論表現打分，小組成員均可獲得相同的分數;實踐課表現則從實驗報告完成情況和課堂實驗情況兩方面評分。終結性考核在課程結束時，主要用于評價本門課程的總體學習效果，采用閉卷、筆試的方式進行。
2 組學概論教學特色與經驗
2.1 組學概論教學特色
2.1.1 在理論課中設置“自主學習與討論”環節在“總論”“腫瘤組學”和“組學技術應用”3個單元的理論講授完成后，我們分別設置了3次2學時的自主學習與討論課。目的是讓學生通過自主閱讀和講解教師推薦的Nature、Science、Cell等頂級期刊的相關權威文獻，了解每單元介紹的組學基本知識和技術方法的實際應用(文獻一般是在緒論課即公布，以期給予學生充分的閱讀和準備時間)。
如在“腫瘤組學”單元最后的自主學習與討論，教師推薦的文獻是關于通過組學研究手段開展的腫瘤發病機制或臨床診療等研究進展。學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和啟發，并根據文獻閱讀講解的正確性、演講表現和討論表現等打分，作為形成性考核成績之一。讓學生自己閱讀、講解文獻，拓寬了學生的視野，也提升了其學習的主動性，使其將課堂所學組學方法技術更好地內化。
2.1.2 在實踐課采用“基于學生自身體驗”的教學模式第四單元是組學實踐，即讓學生通過觀摩(見習)和操作(實驗)，讓學生利用所學組學知識“學有所用”地解決實際問題。考慮到飲酒在包括大學生在內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、相關行為變化來評估，我們在組學概論實踐教學中，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檢測基因多態性)。而該檢測的理論依據既是基因組學的基礎知識，又是腫瘤藥物基因組學的實際應用——乙醇脫氫酶(ADH)和乙醛脫氫酶(ALDH)的基因多態性是導致不同個體酒精耐受性差異的原因。該實驗基于學生自身的飲酒體驗，非常容易引起學生的共鳴和興趣，因此，學生學習的積極性和參與度非常高。
2.1.3 組學概論
課程是系統生物學學習的前奏人體作為一個有機整體，各個系統之間存在著錯綜復雜、密不可分的關聯。研究孤立分子、細胞、組織甚至器官對于整個機體的變化難以得到有效結果。多學科、多系統的交叉是未來醫學發展的方向。系統生物學以整合理念為核心，是通過整合各種組學數據從而解析復雜的生命過程，揭示生命活動本質規律的學科。系統生物學的基礎是各種組學數據的生成。通過本課程的學習，學生可完整地掌握各種組學技術的原理、應用及其發展動態，了解描述一個生命系統的所有要素所要求的技術基礎，為以后系統生物學學習奠定基礎。
2.2 組學概論
教學經驗與學生反饋組學本身是基于實踐的學科，且授課對象是已經開始專業課學習并為后續實習做準備的大學三年級的四年制生物技術專業本科生。因此在教學過程中，需要多手段多層面“加強”學生實踐能力。首先，通過大課講授，在基礎層面加強學生實踐所需知識儲備。即不僅向學生介紹組學理論知識，更向學生提供組學相關的技術應用。
例如，在“人類基因組的結構與功能”一章( 2次課)，我們一方面講授人類基因組的一般結構特征和功能，另一方面則重點講解了“散在重復序列與人類疾病的關聯”“串聯重復序列在個體鑒定中的應用原理”“ENCODE計劃采用的基本技術的原理和應用價值”“SNP和單倍型的檢測技術和應用”等實用性內容。這些內容可以幫助學生更好地完成后續的實習學習。
其次，通過“自主學習與討論”，在前沿層面拓寬學生實踐視野。即通過閱讀前沿文獻讓學生先進行“觀戰”，讓學生看到“組學能做什么、是怎么做的”，從而激發學生學習的積極性，培養學生運用所學組學基礎知識解決實際問題的能力。
最后，通過實踐，在實際應用層面鍛煉學生實踐能力。實踐單元又分為見習和實習2類，共4次課，第1次是血清蛋白質組的檢測，是我科室采用質譜技術為臨床患者進行的蛋白質組學檢測?？紤]到操作難度和臨床診斷準確性，故設置為見習課。通過教師講解和實際觀摩，讓學生近距離地了解服務于診療的組學技術應用。
后3次為學生動手的實驗課，從自身飲酒體驗出發，進行個體酒精敏感性基因檢測。實驗可以讓學生“參戰”，近距離甚至零距離地鍛煉其實踐能力。在課程結束時，通過調查問卷我們了解到學生的主觀感受反饋，約95%學生對教學非常滿意，現摘錄部分學生反饋意見如下：學生1“我覺得在組學課上學到了很多新知識，開闊了我的視野”;學生2“很喜歡自主學習課，自己的文獻閱讀能力和演講能力都有提升”;學生3“酒精基因檢測很有趣，是我最投入的一次實驗課”。學生的肯定給予我們前進的動力，在教學中我們還要不斷反思總結，以期讓學生學有所獲。
3 組學概論教學的思考與展望
首先，雖然我們初步完成了四年制生物技術專業本科生的組學概論課程建設，但教材建設仍亟待完成、距離建設成熟的課程體系仍需做大量工作。
其次，組學是基于分子生物學研究方法迅猛發展而發展起來的新興交叉學科，其研究手段通常為高通量實驗方法，實驗結果往往數據量龐大，需要借助于強大的生物信息學的理論和手段進行分析。基于這一特點，組學教學中應進一步加強生物信息學的課堂教學和實戰演練。對于有教學資源和條件的院校，可以考慮開設專門的生物信息學課程。再次，組學概論是一門基于技術和實踐的課程。無論是課堂教學還是實踐教學，都涉及到教學實例的選定。我們最近的一項研究表明，選擇與學生切身體驗相關的課堂實例對于提高課堂教學效果具有一定的促進作用[5]。
如何在有限的實驗場地、儀器設備和經費條件下，選擇學生有機會切身體會、參與實踐的教學實例，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觀點，具有不同特點。整體論注重事物的完整性、全面性和復雜性;而還原論與整體論相反，認為復雜系統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研究的最基本方法。生命體本身就是開放的復雜巨系統，如何完整、準確地認識生命，以達到保護生命的目標，是巨大的科學挑戰。組學概論教學內容從整體上把握組學的研究內容和方法，有助于同學們的宏觀學習和認知;也利用還原論的知識結合具體實例(如腫瘤)引領學生進行深入學習。
值得注意的是，組學的核心是基因組學[6]，其涉及的根本問題是遺傳學的基因型與表型的關系問題。在遺傳學教學中簡單、過分強調基因型對表型的影響，會導致基因本質主義(essentialism)傾向[7]。這不僅不利于學生準確掌握相關知識，還會帶來倫理學、哲學乃至世界觀等方面的思政問題。因此，在授課過程中，教師應該予以正確導向，通過多組學技術融合等角度，指導學生正確認識基因和環境對于表型的綜合作用，并加強相關倫理學知識教育，以幫助學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(4版). 北京: 高等教育出版社, 2019
[3] 陳艷炯, 朱莉, 官方霖, 等. 醫學研究生的基因組學課程建設和教學初探. 醫學教育研究與實踐, 2017, 25(6): 889-892
[4] 韓驊, 高國全. 醫學分子生物學實驗技術(4版). 北京:人民衛生出版社, 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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