高校臨床分子生物學檢驗教學設計

趙楊靜，孫梓暄，嚴永敏，張 徐，錢 暉

（江蘇大學醫(yī)學院，江蘇 鎮(zhèn)江 200031）

臨床分子生物學檢驗是利用分子生物學技術(shù)研究人體生物大分子（核酸和蛋白）的存在、結(jié)構(gòu)和表達調(diào)控的改變，從而為疾病的預測、預防、診治和轉(zhuǎn)歸提供分子水平信息的一門學科[1]。作為醫(yī)學檢驗專業(yè)的主干課程，臨床分子生物學檢驗由“理論知識”“檢測技術(shù)”“臨床應用”3個篇章組成。“理論知識”篇涉及分子生物學基本知識、分子標志物和標本處理，“檢測技術(shù)”篇涉及眾多重要的分子檢測技術(shù)，“臨床應用”篇涉及各類疾病常用的檢測技術(shù)和方法，其中“檢測技術(shù)”篇因各種技術(shù)的概念和原理較為復雜抽象，成為整門課程教學的重點、難點。教師需要合理進行教學設計，將各種檢測技術(shù)概念和原理巧妙地與分子生物學基礎(chǔ)理論及其臨床應用相結(jié)合，才能收到最佳教學效果。本文以臨床分子生物學檢驗課程中廣泛應用的重要技術(shù)——實時熒光定量PCR技術(shù)（realtime quantitative Polymerase Chain Reaction，qPCR）為例，進行臨床分子生物學檢驗教學設計，包括課程導入、知識講授、應用拓展和課堂小結(jié)4個步驟，旨在引導學生提出問題、解決問題、聯(lián)系實際和發(fā)散思維（見表1）。

表1 實時熒光定量PCR“四步法”教學設計

1 以“新冠肺炎疫情”進行課程導入

課程導入是教學設計的第一步，是每節(jié)課課堂教學的前奏，合理、新穎、貼近生活的課程導入能達到激發(fā)學生學習興趣、調(diào)動學習積極性和引導主動思考的目的和效果。2019年底發(fā)生的新冠肺炎疫情肆虐全球，目前已成為全球性重大公共衛(wèi)生事件。根據(jù)我國《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第九版）》，新冠病毒實驗室檢查包括一般檢查、病原學及血清學檢查、影像學檢查。新冠病毒診斷方法包括基于分子診斷技術(shù)的核酸檢測和免疫技術(shù)的抗體檢測，其中新冠病毒核酸檢測陽性為確診的首要標準，包括qPCR、基因測序和數(shù)字PCR等。但由于基因測序和數(shù)字PCR對儀器和檢測人員要求較高，不適用于大規(guī)模檢測，qPCR是目前臨床上對新冠病毒檢測的主要方法。相對于常規(guī)PCR技術(shù)，qPCR可在全封閉的體系中完成擴增并進行實時分析，定量檢測出低拷貝數(shù)的病毒RNA，具有快速、準確、成本低等優(yōu)勢。在已上市的分子體外診斷試劑中，基于qPCR的新冠病毒核酸檢測盒占比超過70%[2]。在新冠病毒肺炎疫情出現(xiàn)之前，qPCR在臨床主要應用于乙肝、丙肝和人乳頭瘤病毒等核酸檢測項目。而目前qPCR已成為新冠病毒全民核酸篩查和病例確診的主要手段，因此利用學生親身經(jīng)歷的新冠病毒核酸篩查為切入點，能激發(fā)學生學習qPCR技術(shù)的興趣。

在教學過程中首先引導學生回憶“理論知識”篇已經(jīng)學過的標本檢測前處理相關(guān)內(nèi)容，提出第一個問題：“在進行新冠病毒核酸樣本采集時，醫(yī)護人員會用一根長棉簽采集鼻/咽拭子等，然后樣本會被送到醫(yī)院檢驗科進行檢測，已知SARS-CoV-2是一種正義單鏈RNA病毒，檢驗人員從患者樣本中分離純化出RNA之后，首選檢測方法是什么？”學生通過前面常規(guī)PCR技術(shù)部分的學習，一般能給出正確答案——qPCR。其次提出第二個問題：“由于RNA不穩(wěn)定易降解，在進行qPCR之前應進行何種反應生成qPCR擴增模板？”引導學回顧常規(guī)PCR相關(guān)內(nèi)容作為本次課程的知識儲備。最后提出問題“qPCR的反應體系和程序是什么？檢驗人員是如何得出核酸檢測陰性或陽性結(jié)果的？qPCR在感染性疾病檢測中的優(yōu)勢有哪些？”通過這3個環(huán)環(huán)相扣的問題，讓學生認識到qPCR技術(shù)的重要性。

2 以思維導圖進行知識講授

思維導圖是20世紀70年代由英國心理學家東尼·博贊提出的，用于記憶、學習和思考的思維“地圖”。它作為一種高效的知識整理工具，能將煩瑣復雜的知識點以圖文并重的方式形象化、層級化地表現(xiàn)出來，具有思維可視化、思維激發(fā)和思維整理3個重要的特征，目前已經(jīng)被應用到各個學科的教學中，并收到較好的應用效果[3]。臨床分子生物學檢驗課程中含有大量抽象概念和對比內(nèi)容，需要學生善于將腦海中零碎的知識點前后聯(lián)系，因此思維導圖適合運用到本課程教學中，幫助學生建立清晰的邏輯層次和立體化的知識框架。

通過前期核酸體外擴增技術(shù)的學習，學生已經(jīng)掌握了常規(guī)PCR技術(shù)的基本原理、反應體系和擴增參數(shù)，因此在進行qPCR講授時，教師應側(cè)重于講解其與常規(guī)PCR技術(shù)的差異。熒光定量PCR是在PCR體系中加入熒光基團，利用熒光信號累積實時監(jiān)測整個PCR反應進程，最后通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析對目的基因進行定量的技術(shù)。相對于常規(guī)PCR，qPCR技術(shù)的關(guān)鍵在于引入熒光基團以及實時監(jiān)測PCR進程并獲得待檢樣本中初始核酸拷貝數(shù)。教師在授課過程中要善于邊講解邊繪制思維導圖，先確定主題是“實時熒光定量PCR”，從主題展開第一級主干分支，包括4個模塊“常用概念”“熒光物質(zhì)”“反應體系”和“數(shù)據(jù)分析”，再逐級延伸。在繪制思維導圖時，教師要利用關(guān)鍵詞簡明扼要地代表分支內(nèi)容，利用不同顏色的字體或線條突出重、難點，利用符號進行知識點的聯(lián)系和對比，從而將抽象概念形象化。教師課堂中繪制思維導圖的目的在于帶領(lǐng)學生提綱挈領(lǐng)地學習，讓學生既見樹木又見森林，但不建議包含過多細節(jié)內(nèi)容，可在課后將思維導圖分享給學生，布置課后作業(yè)，要求學生將本次課程思維導圖各層級的細節(jié)分支補充完整，即可得到本次課程的完整知識體系。例如，教師可在課堂中繪制思維導圖（見圖1），要求學生課后結(jié)合課程所講內(nèi)容，查閱相關(guān)資料，將“常用概念”中每個概念的具體定義、“熒光物質(zhì)”中兩種方法的異同點、“反應體系”中與常規(guī)PCR的異同點、“數(shù)據(jù)分析”中兩種分析方法的異同點補充完整。通過在教師的引導下繪制思維導圖，學生不僅能牢牢掌握本次課程的重、難點內(nèi)容，主次分明地梳理知識點，還能完成一次效果明顯的邏輯思維訓練。因此，高校教師在課堂上使用思維導圖輔助知識講授，不僅能幫助學生輕松掌握知識間的層次關(guān)系，提高課堂授課效率，還能促進學生課后鞏固復習，理解和記憶知識。

3 以“新冠病毒核酸檢測”為例進行應用拓展

臨床分子生物學檢驗是利用分子生物學技術(shù)進行臨床輔助診斷、治療和預后評估的學科，學生在扎實掌握各類實驗技術(shù)原理和步驟的基礎(chǔ)上，全面學習各分子檢驗技術(shù)在臨床疾病中的實際應用顯得尤為重要[4]。這就要求教師在講解完分子診斷技術(shù)理論知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合其臨床應用提高學生對技術(shù)應用的認識。目前我國國家藥品監(jiān)督管理局已經(jīng)批準了眾多國內(nèi)公司生產(chǎn)的基于qPCR法的新冠病毒核酸檢測試劑盒，教師可以新冠病毒核酸檢測作為qPCR的臨床應用案例。在臨床應用拓展部分，教師需要重點強調(diào)qPCR進行新冠病毒核酸檢測時技術(shù)應用設置的參數(shù)或步驟的特別之處。例如，利用qPCR對RNA定量檢測前，首先要將生物樣本中分離得到的RNA進行逆轉(zhuǎn)錄PCR成cDNA，才能作為qPCR模板。但由于新冠病毒具有生物危害性，且需要盡可能縮短檢測時間，因此采用的是一步法逆轉(zhuǎn)錄實時熒光定量PCR，即將逆轉(zhuǎn)錄和TaqMan探針法qPCR兩步反應集中在一個反應管中進行。其次，根據(jù)SARSCoV-2全基因組序列，國家衛(wèi)生健康委員會推薦新冠病毒的3個特異性保守區(qū)域（ORF1ab、N和E基因）適合作為擴增區(qū)域，目前大部分試劑盒以ORF1ab和N雙基因作為擴增靶標設計探針和引物。最后，結(jié)合擴增曲線和循環(huán)閾值進行結(jié)果判斷，判斷擴增結(jié)果為陽性、陰性或可疑[5]。針對臨床應用拓展，教師可給學生布置課外思考題，引導學生課后自主拓展學習，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。例如：（1）一步法逆轉(zhuǎn)錄實時熒光定量PCR是如何實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄和qPCR兩個反應分步進行？（2）目前新冠病毒在全球范圍持續(xù)出現(xiàn)了多種變異株，現(xiàn)用的探針和引物是否仍適用于檢測變異株？（3）新冠病毒探針和引物如何設計？（4）不同試劑盒采用不同序列的探針和引物是否會影響檢測結(jié)果？（5）任何診斷指標都有兩個基本評價指標，即敏感性和特異性，全員或區(qū)域大規(guī)模新冠篩查采用混采方法會不會影響檢測的敏感性和特異性呢？此外，學生還可自主學習臨床分子生物學檢驗線上學習資源，例如，登錄中國大學慕課平臺，學習江蘇大學開設的臨床分子生物學檢驗慕課[6]，完成配套單元作業(yè)和單元測驗，在互動區(qū)與授課教師進行交流討論。教師還要鼓勵學生利用課后時間廣泛查閱資料、研讀科學文獻，掌握國內(nèi)外相關(guān)最新應用和研究進展，培養(yǎng)科研思維和創(chuàng)新性思維。

4 以“抗疫精神”思政元素進行課堂小結(jié)

高校肩負著培養(yǎng)國家棟梁的重要任務，是培養(yǎng)人才的主陣地，課程思政是當前高校落實“立德樹人”根本任務的重要形式，這就要求高校教師積極思考和探索各學科專業(yè)課程中蘊含的思政教育資源，制訂全新的教學計劃，將專業(yè)課程和思政課程同向同行、協(xié)同進行。教師要善于在教學過程中深入挖掘課程思政元素，有機融入課程教學，達到潤物無聲的育人效果。在此次抗擊新冠肺炎疫情過程中，“中國速度”和“中國經(jīng)驗”獲得國際社會高度肯定。臨床分子生物學檢驗課程中涉及的生物樣本采集、核酸提取和核酸檢測等內(nèi)容，涵蓋了很多生動的思政元素[7]。例如，實時熒光定量PCR檢測新冠病毒核酸依賴于病毒全基因組序列信息來設計探針和引物，中國第一時間向世界分享了新冠病毒全基因組序列信息和核酸檢測的探針引物序列[8]。新冠肺炎疫情發(fā)生以來，快速準確的新冠病毒核酸檢測離不開大量一線抗疫的醫(yī)護人員日夜奮戰(zhàn)。此外，近年來我國各類核酸檢測試劑出口海外、醫(yī)護人員參與全球抗疫援助等，都體現(xiàn)了中華兒女創(chuàng)新攻堅的科學精神、矢志不渝的愛國主義精神、人民至上的奉獻精神和命運與共的仁愛精神。

5 結(jié)語

相對于醫(yī)學檢驗專業(yè)其他專業(yè)課程，臨床分子生物學檢驗是一門相對較新的主干課程，是利用分子生物學理論和技術(shù)輔助疾病診療的學科，其理論知識微觀抽象、復雜難懂，容易讓學生對這門課產(chǎn)生畏懼感。這就要求教師對課程教學進行精心設計，這樣才能收到理想的教學效果。核酸檢測技術(shù)作為臨床分子生物學檢驗課程中的重要內(nèi)容，不僅是當今新冠病毒核酸篩查和確診的主要手段，也為其他傳染性疾病、腫瘤、遺傳性疾病等提供臨床診斷依據(jù)。實時熒光定量PCR技術(shù)知識難度適中、應用性強，易于應用多媒體教學等多種教學方法，也易于結(jié)合社會熱點和融入課程思政，是臨床分子生物學檢驗這門課程教學設計的理想范例。因此，在進行臨床分子生物學檢驗這門課程教學設計時，教師要以一節(jié)課為單位進行教學設計，從課程導入、知識講授、應用拓展、課堂小結(jié)4個步驟精心編排。以貼近學生生活的案例和問題導入課程主題，激發(fā)學生的學習興趣和提高其自主思考能力；以思維導圖的方式培養(yǎng)學生將零碎繁多的知識點進行模塊化總結(jié)、建立邏輯層次、構(gòu)建知識體系的能力；以最典型的臨床案例拓展分子檢驗技術(shù)的應用場景，鼓勵學生課外研讀文獻、主動思考學習；將思政元素和專業(yè)知識有機融合進行課程小結(jié)，增強學生的專業(yè)自信，提升學生的思政修養(yǎng)。這種“四步法”教學設計思路清晰，從應用到理論再到應用，循序漸進，以新冠病毒核酸檢測為主線，將實時熒光定量PCR技術(shù)的所有知識點巧妙貫穿其中，能夠讓學生在專業(yè)知識、思想道德、邏輯思維和實踐應用等各方面得到最大的提高和收獲。