［摘 要］新醫(yī)科是構(gòu)筑健康中國的重要基礎(chǔ)，需要不斷推進(jìn)理念創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新。生物芯片技術(shù)是典型的新醫(yī)科課程，教學(xué)內(nèi)容豐富，包含表達(dá)譜芯片、甲基化芯片、單核苷酸多態(tài)芯片和拷貝數(shù)變異芯片等高通量生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，在產(chǎn)前診斷、腫瘤檢測及抗腫瘤藥物篩選、感染性疾病診斷和抗藥機制等方面具有重要的應(yīng)用。同時，生物芯片技術(shù)具有前沿性和交叉性的特點。因此，對生物芯片技術(shù)課程的教學(xué)，既要強基固本，又要守正創(chuàng)新，這樣才能培養(yǎng)適應(yīng)和服務(wù)于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究的人才。南京醫(yī)科大學(xué)生物芯片技術(shù)課程教學(xué)團(tuán)隊在現(xiàn)有教學(xué)模式基礎(chǔ)上，從融入課程思政、明確課程目標(biāo)、分析學(xué)情、完善課程內(nèi)容、優(yōu)化課程教學(xué)方式和完善考核方式六個維度進(jìn)行教學(xué)改革和實踐，相關(guān)研究可為醫(yī)學(xué)院校生物芯片技術(shù)教學(xué)提供借鑒與參考。

［關(guān)鍵詞］新醫(yī)科；生物芯片技術(shù)；生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)

［中圖分類號］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）18-0061-05

一、生物芯片技術(shù)的發(fā)展和課程教學(xué)現(xiàn)狀

生物芯片技術(shù)是由微電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計算機科學(xué)、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)交叉綜合的高新技術(shù)，是生命科學(xué)研究中一項革命性的技術(shù)突破，也是分子生物學(xué)領(lǐng)域的一項里程碑式的突破。該技術(shù)能夠高通量、并行化、微型化和自動化地檢測蘊藏在生物體內(nèi)的海量基因和蛋白質(zhì)信息[1]，在分子生物學(xué)研究領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)臨床檢驗領(lǐng)域和生物制藥領(lǐng)域等領(lǐng)域顯示出了強大的生命力并得到了廣泛的應(yīng)用[2-4]。

2000年8月，國務(wù)院批示、原國家計委批復(fù)，成立生物芯片北京國家工程研究中心，旨在研制開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的生物芯片技術(shù)，以及可供研究、診斷和藥物開發(fā)等領(lǐng)域應(yīng)用的生物芯片，實現(xiàn)中國生物芯片產(chǎn)業(yè)化[5]。如今，生物芯片技術(shù)發(fā)展迅猛，在醫(yī)學(xué)生物研究領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于人類疾病的診斷、藥物開發(fā)和個體化醫(yī)療。

開設(shè)生物芯片技術(shù)課程已成為現(xiàn)代社會發(fā)展的需要，也是新醫(yī)科發(fā)展的必然結(jié)果。生物芯片技術(shù)課程已成為醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)重要的主干課，同時越來越多的醫(yī)學(xué)院校其他專業(yè)也將該課程納入必修課程體系[6]。傳統(tǒng)生物芯片技術(shù)課程主要講述生物芯片概念及發(fā)展過程，系統(tǒng)介紹生物芯片的原理、類型、制備、檢測、數(shù)據(jù)存儲管理與處理分析以及在基因表達(dá)、基因多態(tài)性、病原體檢測、新藥篩選等方面的應(yīng)用，使學(xué)生掌握生物芯片技術(shù)的基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，掌握生物芯片在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用。

然而，隨著科學(xué)技術(shù)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，生物芯片技術(shù)作為一門前沿交叉技術(shù)，也在不斷革新，其臨床應(yīng)用場景也越來越廣[7-8]，現(xiàn)有教材知識體系難以滿足教學(xué)需求，若故步自封于已有的教學(xué)內(nèi)容，可能會導(dǎo)致學(xué)生深造或走向工作崗位時，出現(xiàn)知識的割裂，難以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和科研需求。因此，授課教師需要對生物芯片前沿科研進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用進(jìn)行及時追蹤，并將相關(guān)內(nèi)容納入課程教學(xué)體系。

新醫(yī)科是新時代國家對醫(yī)學(xué)教育發(fā)展提出的最新要求，也對醫(yī)理交叉學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了更高的要求。生物芯片技術(shù)課程不能將教學(xué)目標(biāo)局限于生物技術(shù)原理和知識點層面，而應(yīng)將理科、醫(yī)科領(lǐng)域的相關(guān)知識融會貫通于教學(xué)中，以培養(yǎng)掌握豐富生物醫(yī)學(xué)知識和臨床應(yīng)用的生物芯片技術(shù)及其臨床應(yīng)用的專業(yè)人才[9-10]。生物芯片技術(shù)課程應(yīng)進(jìn)一步加強對學(xué)生獲取、處理和應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)能力的培養(yǎng)。因此，在教學(xué)過程中，教師不能囿于理論教學(xué)，需要采用真實的臨床數(shù)據(jù)和案例，讓學(xué)生在計算機上完成生物芯片數(shù)據(jù)獲取、分析和臨床應(yīng)用的全過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及科研素養(yǎng)。此外，該課程在教學(xué)方法上不能沿襲教師的“一言堂”，否則會導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺少方向和動力，失去學(xué)習(xí)的主動性和獨立探索的動力。

南京醫(yī)科大學(xué)開設(shè)的生物芯片技術(shù)課程最大的特色是學(xué)科融合，充分利用附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)問題和數(shù)據(jù)優(yōu)勢，將前沿科研探索和臨床應(yīng)用相結(jié)合，對課程內(nèi)容進(jìn)行拓展，并融入臨床案例教學(xué)，使學(xué)生既能適應(yīng)生物芯片技術(shù)不斷發(fā)展和變化的需要，又能應(yīng)用生物芯片技術(shù)解決臨床問題。這門課程教學(xué)內(nèi)容和方式的設(shè)置和實施，將有利于完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維方式，啟迪學(xué)生科學(xué)研究方法，激發(fā)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，為學(xué)生將來從事與生物芯片有關(guān)的醫(yī)學(xué)教學(xué)、科研和臨床工作打下基礎(chǔ)，推動新醫(yī)科的發(fā)展。

二、生物芯片技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐

生物芯片技術(shù)課程是生物信息學(xué)國家一流本科專業(yè)的主干課，課程內(nèi)容在臨床診斷、個性化治療和疾病預(yù)后評估等方面起著重要作用。課程教學(xué)團(tuán)隊需要立足專業(yè)和行業(yè)發(fā)展動態(tài)，全局把握課程培養(yǎng)目標(biāo)。授課教師對專業(yè)發(fā)展及該課程在專業(yè)培養(yǎng)中的重要性的認(rèn)知，可能會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因此，授課教師應(yīng)從專業(yè)人才培養(yǎng)角度，在教學(xué)過程中積極引導(dǎo)，培養(yǎng)能夠服務(wù)于健康中國戰(zhàn)略的生物信息學(xué)人才。

（一）融入課程思政，為黨育人，為國育才

在課程教學(xué)中，應(yīng)融入課程思政，落實立德樹人根本任務(wù)。例如講到芯片數(shù)據(jù)分析時，舉例說明我國科學(xué)家在芯片數(shù)據(jù)分析及其基礎(chǔ)和臨床應(yīng)用領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位，已涌現(xiàn)一批杰出的生物信息學(xué)國際知名專家，從而增強學(xué)生的民族自豪感，鼓舞學(xué)生把握時代良機，銳意創(chuàng)新，為國家榮譽和國民健康努力奮斗。在講到生物芯片應(yīng)用于預(yù)后分析，某個基因表達(dá)可延長病人幾個月的生存期時，帶領(lǐng)學(xué)生觀看諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者詹姆斯·P.艾利森（James P. Allison）的采訪視頻。該視頻中提到，一位患者對艾利森講，她最大的人生愿望就是她的生命能延長幾個月，看到她的孩子畢業(yè)。這樣真實的例子，可以引起學(xué)生的共情，激發(fā)學(xué)生為人類健康而奮斗的激情與動力。

（二）明確課程目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

教師在讓學(xué)生掌握已有的教學(xué)內(nèi)容包括表達(dá)譜芯片、甲基化芯片、單核苷酸多態(tài)芯片、拷貝數(shù)變異芯片、蛋白質(zhì)芯片原理及數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，著重將生物芯片領(lǐng)域內(nèi)最新的研究，包括前沿技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用融入課堂，使學(xué)生能適應(yīng)社會和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

2.技能目標(biāo)

通過真實臨床數(shù)據(jù)解析，使學(xué)生獨立完成生物芯片數(shù)據(jù)的獲取、處理、分析和應(yīng)用，其中分析部分包括科研圖表制作以及臨床結(jié)果解讀。

3.素質(zhì)目標(biāo)

使學(xué)生理論結(jié)合實際，完成臨床問題導(dǎo)向的實驗設(shè)計。例如給定一個臨床問題，讓學(xué)生設(shè)計出芯片檢測方案以及分析方法。

這些目標(biāo)的實現(xiàn)對推動現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)快速發(fā)展和臨床轉(zhuǎn)化、推動生物醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)與新醫(yī)科產(chǎn)業(yè)深入融合具有重要意義。

（三）學(xué)情分析和應(yīng)對策略

以南京醫(yī)科大學(xué)為例，生物芯片技術(shù)課程是生物信息學(xué)國家一流本科專業(yè)重要的主干課程，在大三第一學(xué)期開設(shè)。該課程既依賴于一、二年級專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，又是后續(xù)重要專業(yè)課程的先修課程。對該課程知識的認(rèn)知和掌握程度直接影響到學(xué)生對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。因此，教師需要對學(xué)情進(jìn)行合理分析，對學(xué)生加以正確引導(dǎo)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。首先，要強調(diào)該課程作為專業(yè)主干課，其內(nèi)容在專業(yè)知識體系中非常重要，讓學(xué)生在思想上高度重視。其次，在導(dǎo)論課給出具體的生物芯片技術(shù)臨床應(yīng)用案例，介紹生物芯片在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生對該課程產(chǎn)生濃厚的興趣。最后，芯片數(shù)據(jù)分析需要學(xué)生具備扎實的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)，實驗課需要學(xué)生能夠熟練使用R語言和Linux系統(tǒng)，上述知識點薄弱的學(xué)生對該課程存在畏懼感，教師需合理回顧相關(guān)知識，讓學(xué)生克服畏懼，順利進(jìn)入該課程的學(xué)習(xí)。

（四）完善課程內(nèi)容

生物芯片技術(shù)具有前沿性和交叉性特點，課程教學(xué)團(tuán)隊圍繞科技前沿和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，不斷拓展課程知識體系。一方面，保證學(xué)生畢業(yè)后不會出現(xiàn)知識的斷層；另一方面，培養(yǎng)學(xué)生主動追蹤前沿發(fā)展動態(tài)的意識和自主學(xué)習(xí)的能力，增強學(xué)生畢業(yè)后的崗位勝任力。

1.圍繞科技前沿拓展教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生適應(yīng)科技發(fā)展和科研需求

教師應(yīng)當(dāng)全面了解生物芯片的前沿科技進(jìn)展，及時追蹤最新發(fā)表的生物芯片相關(guān)文章，從而在教學(xué)過程中有的放矢，及時更新和拓展課程知識體系，使學(xué)生能夠適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和科研需求。例如，2018年3月，Nature重磅發(fā)表通過機器學(xué)習(xí)程序分析DNA甲基化芯片大數(shù)據(jù)、獲得甲基化指紋圖譜、助力腦腫瘤精準(zhǔn)診斷的文章[11]。在2018年秋季學(xué)期的課程教學(xué)中，課程教學(xué)團(tuán)隊開始增加該文獻(xiàn)的解讀、文獻(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)獲取和處理、腦腫瘤診斷探討的內(nèi)容，并重現(xiàn)文章的分析流程。在后續(xù)教學(xué)中，課程教學(xué)團(tuán)隊持續(xù)追蹤了甲基化芯片的前沿進(jìn)展，使學(xué)生緊跟科技前沿發(fā)展，并培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。

2.圍繞產(chǎn)業(yè)應(yīng)用拓展教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進(jìn)步，國內(nèi)外生物芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)也在迅猛發(fā)展，課程教學(xué)團(tuán)隊通過行業(yè)調(diào)查，將新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用及時納入課程體系。例如，甲基化芯片是研究DNA甲基化的重要工具，近20年來，Illumina 450K和850K芯片在癌癥研究、遺傳疾病、衰老和分子流行病學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。2023年，Illumina公司在850K芯片基礎(chǔ)上，推出了升級版甲基化芯片900K EPIC v2.0，更新優(yōu)化了更多的甲基化位點，以期在疾病機制、生物標(biāo)志物、表觀遺傳學(xué)研究領(lǐng)域有更多的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)[12]。教師應(yīng)在后續(xù)課程教學(xué)中增加EPIC v2.0芯片的介紹，包括與之前版本芯片的比較、異同點及其在芯片檢測和疾病研究中的優(yōu)勢，從而保證學(xué)生緊跟行業(yè)發(fā)展動態(tài)，畢業(yè)后能夠從事并勝任專業(yè)相關(guān)工作。

3.注重臨床案例教學(xué)，結(jié)合醫(yī)學(xué)院背景，融入臨床項目驅(qū)動

實踐課教學(xué)以理論知識為基礎(chǔ)，采用真實的生物芯片數(shù)據(jù)，完成芯片數(shù)據(jù)處理。課題設(shè)計與實施要求學(xué)生能完成問題導(dǎo)向的實驗設(shè)計，例如給定一個白血病分型診斷的臨床問題，讓學(xué)生設(shè)計芯片檢測方案以及分析方法。通過臨床案例的實踐教學(xué)，提高學(xué)生主動思考、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

（五）優(yōu)化課程教學(xué)方式

生物芯片技術(shù)課程內(nèi)容包括生物芯片的原理和高通量生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用。在該課程的教學(xué)中，教師應(yīng)以學(xué)生為中心，強調(diào)理論與實踐緊密結(jié)合，使學(xué)生理論知識和動手實踐能力水平同步提高，并以臨床問題為驅(qū)動，推動新醫(yī)科的發(fā)展。

1.靈活運用多種教學(xué)手段，拓展學(xué)習(xí)深度和廣度

如介紹各類生物芯片原理時，教師除運用PPT及板書外，還可以適當(dāng)運用音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)等，提高課堂教學(xué)的直觀性和趣味性。同時，充分利用超星網(wǎng)絡(luò)平臺，發(fā)布知識點相關(guān)的網(wǎng)頁或視頻，助力學(xué)生課后學(xué)習(xí)和提升。

2.開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)相長、師生共進(jìn)

轉(zhuǎn)變角色，以學(xué)生為主體，真正做到教學(xué)相長。教師在閱讀大量課程相關(guān)科研文獻(xiàn)后，精選部分讓學(xué)生課后閱讀，并要求學(xué)生在課堂上進(jìn)行匯報，同時讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下對文章進(jìn)行深入剖析和討論。通過文獻(xiàn)閱讀、匯報和討論，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、表達(dá)及與同學(xué)交流討論的能力，鍛煉學(xué)生主動學(xué)習(xí)新知識并進(jìn)行總結(jié)的能力。

（六）建立多元化的評價體系與反饋機制，多維度考查教學(xué)效果

評價體系既要注重考查學(xué)生所獲得的知識，也要注重考查學(xué)生處理實際問題的能力。生物芯片技術(shù)課程的考核分為文獻(xiàn)匯報、階段性考核、課題設(shè)計與實施、期末考試4個部分。

文獻(xiàn)匯報主要考查學(xué)生自學(xué)新知識并進(jìn)行總結(jié)歸納的能力；階段性考核通過課堂提問、討論和作業(yè)的形式來完成，將學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)（如課堂互動、實際操作過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、在學(xué)習(xí)過程中對其他學(xué)生的幫助以及所提出問題的深度等）與成績掛鉤，促進(jìn)學(xué)生積極參與課堂教學(xué)；課題設(shè)計與實施是讓學(xué)生基于所學(xué)內(nèi)容，提出一個科學(xué)假設(shè)，并從公共數(shù)據(jù)庫下載相應(yīng)數(shù)據(jù)，設(shè)計課題并解決問題；期末考試由檢查學(xué)生掌握知識的程度轉(zhuǎn)向考核學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，減少死記硬背的題型，增加與醫(yī)學(xué)實踐、科研相結(jié)合的分析型試題。

這些考核方式可更為公正、科學(xué)地評定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、調(diào)動學(xué)生的積極性，有助于多維度提高學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力及科研素養(yǎng)。同時，為了及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，教師可以通過課后作業(yè)、教學(xué)門戶網(wǎng)站、微信和郵件等渠道與學(xué)生溝通，及時了解學(xué)生的思想動態(tài)和學(xué)生對知識點的掌握程度，并根據(jù)這些反饋信息，及時調(diào)整教學(xué)方案和進(jìn)度。

三、課程改革的創(chuàng)新之處和成效

（一）課程思政激發(fā)了學(xué)生為人類健康事業(yè)奮斗的動力

課程思政是落實立德樹人根本任務(wù)的重要舉措。生物芯片技術(shù)課程結(jié)合專業(yè)特點凝練臨床課程思政案例，分類推進(jìn)課程思政建設(shè)，從而突出對學(xué)生醫(yī)學(xué)人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生為人類健康而努力奮斗的精神和內(nèi)在驅(qū)動力。

（二）對科技和產(chǎn)業(yè)前沿的追蹤實現(xiàn)了前沿性知識與課程體系的有機融合

科技和產(chǎn)業(yè)前沿性知識的拓展，能夠彌補基礎(chǔ)性知識滯后的不足，使學(xué)生緊跟學(xué)科前沿技術(shù)發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。這種基礎(chǔ)性、前沿性和應(yīng)用性三位一體的課程體系，能夠有效延伸推廣至其他理醫(yī)交叉類課程，對探索符合新時代需求的新醫(yī)科人才培養(yǎng)體系及醫(yī)學(xué)教育改革至關(guān)重要。

（三）多元化評價體系體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

文獻(xiàn)匯報、階段性考核和課題設(shè)計與實施促進(jìn)了師生間、學(xué)生間的互動與思想交流，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和熱情，提高了學(xué)生獨立思考和解決實際問題的能力，在培養(yǎng)學(xué)生基本理論知識素養(yǎng)的同時加強了對學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。

生物芯片技術(shù)課程是南京醫(yī)科大學(xué)國家一流本科專業(yè)——生物信息學(xué)專業(yè)的主干課程，課程教學(xué)已開展8年，絕大多數(shù)學(xué)生能夠獨立完成芯片數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)預(yù)處理、分析和臨床結(jié)果解讀。學(xué)生在本科階段文獻(xiàn)閱讀與匯報的鍛煉，讓他們能夠從容地從文獻(xiàn)中獲取有效信息并進(jìn)行剖析。這些充分體現(xiàn)了生物芯片技術(shù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革對學(xué)生培養(yǎng)的效果，不僅體現(xiàn)了學(xué)生在生物芯片課程學(xué)習(xí)中所取得的進(jìn)步與收獲，而且體現(xiàn)了學(xué)生已具備自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。在本科畢業(yè)設(shè)計階段，學(xué)生能夠合理地結(jié)合芯片數(shù)據(jù)和其他生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行畢業(yè)課題的設(shè)計和實施。學(xué)生在研究生面試或求職面試時，基本能夠應(yīng)對考官提出的關(guān)于芯片的問題，同時顯示出較強的生物芯片前沿科技文獻(xiàn)知識獲取能力。課程改革的成效將為教師開展后續(xù)教學(xué)研究、進(jìn)一步提升教學(xué)效果積累豐富的案例和素材，也將進(jìn)一步促進(jìn)新醫(yī)科人才的培養(yǎng)，為健康中國戰(zhàn)略服務(wù)。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：周侯辰］