社會(huì)性科學(xué)議題在高中生物學(xué)復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用

劉 欣 （北京師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100052）

社會(huì)性科學(xué)議題指由當(dāng)代科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)所引起的一系列與社會(huì)倫理道德觀念和經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密相關(guān)的社會(huì)性問(wèn)題，例如，克隆技術(shù)和基因工程等高新產(chǎn)品給社會(huì)倫理觀念和生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)的難題［1］。在生物學(xué)課程中，“社會(huì)性科學(xué)議題”也可稱作“生物學(xué)社會(huì)議題”。

傳統(tǒng)的高三年級(jí)生物學(xué)復(fù)習(xí)課教學(xué)往往以知識(shí)點(diǎn)梳理、查漏補(bǔ)缺和習(xí)題訓(xùn)練為主要策略，方式、方法和學(xué)習(xí)內(nèi)容都與新課有所重復(fù)，易引起學(xué)生的厭倦感，而且概念復(fù)習(xí)與習(xí)題訓(xùn)練分開(kāi)進(jìn)行，知識(shí)的學(xué)習(xí)與能力的訓(xùn)練互相割裂，不利于培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)以致用”的能力?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在“實(shí)施建議”部分明確指出，“教師要引導(dǎo)學(xué)生特別關(guān)注我國(guó)和學(xué)校所在地區(qū)與學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活相關(guān)的問(wèn)題，使學(xué)生積極思考與生物學(xué)有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題……培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感”。為此，筆者根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施建議，嘗試探索了以社會(huì)性科學(xué)議題為情境的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式復(fù)習(xí)課教學(xué)模式，以某一社會(huì)性科學(xué)議題作為課堂教學(xué)的情境和主線，收集若干典型事例，編寫(xiě)成科普短文，用系列問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)概念的整合和真實(shí)問(wèn)題的解決。

1 應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題進(jìn)行高三生物學(xué)復(fù)習(xí)課教學(xué)實(shí)例

1.1 太湖水華的發(fā)生與治理

閱讀材料：藍(lán)藻是一類分布廣泛的原核生物。藍(lán)藻能吸收水體中的CO2和HCO3－，使細(xì)胞中無(wú)機(jī)碳含量高出胞外500～1 000 倍以上。吸收的HCO3－再在碳酸酐酶的催化下形成CO2。研究人員向藍(lán)藻培養(yǎng)液中加入一定量的放射性H14CO3－，發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)14C 濃度增加的速率大于培養(yǎng)液中H14CO3－生成14CO2的速率。在水體CO2含量較低時(shí)，藍(lán)藻仍能高效進(jìn)行光合作用，使其在水體中占據(jù)優(yōu)勢(shì)［2］。

太湖位于長(zhǎng)江三角洲，是我國(guó)第三大淡水湖泊，是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的重要淡水資源。太湖目前污染狀況較為嚴(yán)重，整體處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，水草區(qū)面積退縮，藍(lán)藻頻繁爆發(fā)。太湖水體中的含N、P 化合物主要來(lái)自農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)和生活污水污染。太湖底泥平均厚度0.28 m，其中N、P 化合物含量很高，受到擾動(dòng)時(shí)就會(huì)釋放到水體中，是其內(nèi)污染源。

藍(lán)藻的爆發(fā)也與太湖生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。“浮游植物→浮游動(dòng)物→鱭魚(yú)→鲌魚(yú)” 是太湖食物網(wǎng)中的重要鏈條之一。研究人員調(diào)查太湖的鱭魚(yú)、鲌魚(yú)資源，發(fā)現(xiàn)自1986年至2004年，鲌魚(yú)的年漁獲量由1 200 t下降至150 t，鱭魚(yú)年漁獲量由5 000 t 上升至20 000 t。太湖食物網(wǎng)復(fù)雜程度下降的同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)指數(shù)自1960年至2002年下降了55.71%。2009年測(cè)得“系統(tǒng)總生產(chǎn)量/系統(tǒng)總呼吸量”高達(dá)4.2，表明太湖生態(tài)系統(tǒng)處于不成熟、不穩(wěn)定的狀態(tài)［3］。

教師設(shè)置問(wèn)題串：

1）藍(lán)藻吸收HCO3－的方式是什么？ 你的判斷理由是什么？

2）藍(lán)藻的光合作用過(guò)程與高等植物有何異同？

3）將藍(lán)藻從黑暗中轉(zhuǎn)移至光照條件下，發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻吸入無(wú)機(jī)碳的速率明顯增加，你認(rèn)為速率增加的主要原因是什么？ 研究人員同時(shí)測(cè)定藍(lán)藻光合放氧速率，結(jié)果表明無(wú)機(jī)碳的吸收速率顯著高于光合放氧速率，這一證據(jù)是否支持你的推測(cè)？

4）太湖原本為沉水植物占據(jù)優(yōu)勢(shì)的“草型湖泊”，隨著污染的加重逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸逍秃础?，這屬于人類活動(dòng)對(duì)群落演替的干擾。這種演替現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)制是什么？

5）太湖的鱭魚(yú)和鲌魚(yú)種群數(shù)量發(fā)生變化的主要原因是什么？藍(lán)藻爆發(fā)與這一現(xiàn)象有什么關(guān)系？如果停止捕撈，預(yù)期鱭魚(yú)和鲌魚(yú)種群數(shù)量會(huì)如何變化？

6）太湖物質(zhì)循環(huán)指數(shù)下降，“系統(tǒng)總生產(chǎn)量／系統(tǒng)總呼吸量”數(shù)值遠(yuǎn)大于1，原因是什么？ 這與太湖底泥中N、P 的積累有什么關(guān)系？

7）有人提出應(yīng)對(duì)太湖底泥進(jìn)行疏浚，請(qǐng)對(duì)此觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

8）請(qǐng)你根據(jù)上文提出一項(xiàng)針對(duì)太湖污染狀況的治理對(duì)策。

問(wèn)題1～3，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物質(zhì)進(jìn)、出細(xì)胞的方式與光合作用的相關(guān)概念，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明藍(lán)藻通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸吸收HCO3－，從黑暗中轉(zhuǎn)移至光下后，光合作用消耗CO2，產(chǎn)生ATP，使得無(wú)機(jī)碳的吸收速率因膜內(nèi)、外濃度差增大和ATP 供應(yīng)增加而加快。

問(wèn)題4～6，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)太湖水華的成因進(jìn)行綜合分析。人類對(duì)鲌魚(yú)的過(guò)度捕撈導(dǎo)致鱭魚(yú)種群數(shù)量增加，浮游動(dòng)物減少，降低了捕食對(duì)藍(lán)藻的抑制作用。水體中N、P 含量增加使得藍(lán)藻占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，沉水植物減少，既減弱了對(duì)藍(lán)藻的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用，又導(dǎo)致水生動(dòng)物因喪失棲息環(huán)境和食物資源而減少。太湖營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化，物質(zhì)循環(huán)指數(shù)下降，有機(jī)碎屑沉積，使底泥總量和污染程度增加，而且因?yàn)槿鄙俪了参锏墓讨?，底泥稍受風(fēng)浪擾動(dòng)即會(huì)釋放到水體中，成為內(nèi)污染源。

問(wèn)題7～8，引導(dǎo)學(xué)生辯證地思考和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。底泥雖然是內(nèi)污染源，但也是生態(tài)系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，要以不破壞水生植物和底棲生物的自我修復(fù)繁衍為前提，在重污染區(qū)進(jìn)行生態(tài)疏浚。太湖污染的治理要針對(duì)水華的成因，遵循生態(tài)工程的整體原理，從減排、去污、控藻等各個(gè)方面采取措施。

1.2 遺傳病的基因治療

閱讀材料：7 歲的哈桑患有“交界型大皰性表皮松解癥”，2015年6月，他因大面積的皮膚破損感染而瀕于死亡。

皮膚的表皮與真皮依靠“細(xì)胞外間質(zhì)”粘附在一起。細(xì)胞外間質(zhì)中的層黏連蛋白-332 的β3 亞基由LAMB3基因編碼。哈桑的LAMB3基因有2 個(gè)堿基對(duì)的錯(cuò)誤，無(wú)法表達(dá)。他的皮膚極為脆弱，輕微摩擦就會(huì)導(dǎo)致皮膚破損和繼發(fā)感染。

一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)哈桑進(jìn)行了基因治療，從哈桑的左腿內(nèi)側(cè)取下一小塊皮膚，在體外培養(yǎng)皮膚細(xì)胞。然后利用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體將正常LAMB3基因插入細(xì)胞的基因組內(nèi)。之后對(duì)細(xì)胞中被LAMB3基因插入的序列進(jìn)行DNA測(cè)序，發(fā)現(xiàn)不同細(xì)胞中LAMB3基因的插入位點(diǎn)不同，但并沒(méi)有導(dǎo)致細(xì)胞癌變。研究人員繼續(xù)培養(yǎng)這些細(xì)胞，形成若干塊單層“人造皮膚”，最后分3 次進(jìn)行了移植。2016年2月，哈桑出院了。術(shù)后4 個(gè)月、8 個(gè)月、21 個(gè)月時(shí)，研究人員從哈桑皮膚上取樣進(jìn)行了活檢，發(fā)現(xiàn)新皮膚功能良好。哈桑終于過(guò)上了正常孩子的生活［4］。

與哈桑相比，17 歲的基辛格更加不幸?；粮窕加泻币?jiàn)的遺傳病——鳥(niǎo)氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶缺乏癥，只要攝入的蛋白質(zhì)稍有過(guò)量，他體內(nèi)的氨就會(huì)迅速積累，毒害組織器官。1999年，基辛格參加了一項(xiàng)基因治療的臨床試驗(yàn)，在注射了由腺病毒改造成的“空”載體之后，他出現(xiàn)了嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)，5 d 后死亡。后續(xù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，基辛格在試驗(yàn)之前血液中就存在腺病毒抗體，在注射病毒后發(fā)生了快速而強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。被免疫系統(tǒng)攻擊的細(xì)胞裂解后釋放大量蛋白質(zhì)，血氨水平升高至正常水平的10 倍，造成了肝、腎衰竭和腦死亡。

教師設(shè)置問(wèn)題串：

1）用什么方法可獲得LAMB3基因？

2）天然的逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA 上有3 組序列：LTR 序列——含有調(diào)節(jié)基因和啟動(dòng)子，調(diào)控病毒RNA 的轉(zhuǎn)移及表達(dá)；包裝信號(hào)序列——能被病毒蛋白質(zhì)識(shí)別，引發(fā)病毒的組裝；結(jié)構(gòu)基因——編碼逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶、外殼蛋白等病毒蛋白質(zhì)。將天然逆轉(zhuǎn)錄病毒改造成載體，需要去除哪些序列？增加哪些基因？

3）裸露的載體RNA 無(wú)法侵染宿主細(xì)胞，研究人員用基因工程技術(shù)構(gòu)建包裝細(xì)胞，然后將帶有載體cDNA 的質(zhì)粒導(dǎo)入包裝細(xì)胞，就會(huì)形成和釋放具有侵染能力的病毒載體。構(gòu)建包裝細(xì)胞過(guò)程中需要導(dǎo)入哪些基因？

4）將一小塊皮膚培育成能覆蓋哈桑全身的“人造皮膚”，關(guān)鍵的操作程序有哪些？

5）研究人員為什么關(guān)注目的基因的插入位點(diǎn)？提出根據(jù)載體序列設(shè)計(jì)引物，PCR 擴(kuò)增出宿主細(xì)胞中被插入DNA 片段的實(shí)驗(yàn)思路。

6）怎樣確認(rèn)哈桑經(jīng)移植手術(shù)后的皮膚細(xì)胞來(lái)自基因治療細(xì)胞？ 怎樣確認(rèn)轉(zhuǎn)入的基因已正確表達(dá)，且表達(dá)產(chǎn)物分布在正確的位置？

7）為什么哈桑和基辛格的基因治療需要使用不同的病毒載體？

8）基辛格在試驗(yàn)前血液中存在腺病毒抗體的原因是什么？ 他在注射病毒載體后發(fā)生的免疫應(yīng)答過(guò)程是怎樣的？

9）基辛格的悲劇發(fā)生后，各國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)于基因治療臨床試驗(yàn)的審核更加嚴(yán)格，請(qǐng)你嘗試提出2 項(xiàng)需要加以審核的條件。

10）有人認(rèn)為遺傳病的基因治療會(huì)造成“選擇放松”，導(dǎo)致人類未來(lái)遺傳病發(fā)病頻率升高。你如何評(píng)價(jià)這一觀點(diǎn)？

問(wèn)題1～3，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用基因工程的相關(guān)概念解決實(shí)際問(wèn)題。去除天然逆轉(zhuǎn)錄病毒的結(jié)構(gòu)基因，加入目的基因和標(biāo)記基因，然后用能表達(dá)病毒結(jié)構(gòu)基因的包裝細(xì)胞包裝改造后的病毒RNA，就能獲得逆轉(zhuǎn)錄病毒載體。

問(wèn)題4～6，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、PCR 技術(shù)和抗原抗體雜交技術(shù)解決問(wèn)題。從待測(cè)細(xì)胞中提取DNA，限制酶切割，再用DNA 連接酶處理，部分DNA 片段會(huì)發(fā)生自身環(huán)化。根據(jù)載體序列設(shè)計(jì)引物，PCR 擴(kuò)增出環(huán)化DNA 中載體序列兩側(cè)的未知序列，再進(jìn)行測(cè)序，即可了解載體的插入位點(diǎn)是否是重要基因或抑癌基因。制備層黏連蛋白-332 的單克隆抗體，用抗原抗體雜交技術(shù)對(duì)移植皮膚進(jìn)行檢測(cè)，可了解目的基因是否表達(dá)及表達(dá)產(chǎn)物的分布位置。

問(wèn)題7～9，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)基因治療的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行思考?；粮裨幌俨《靖腥具^(guò)，接受的載體劑量又非常大，死于強(qiáng)烈的二次免疫引發(fā)的并發(fā)癥。監(jiān)管的目的是既要保證受試者的安全，又不能過(guò)分限制醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展，因此，要對(duì)研究團(tuán)隊(duì)的資質(zhì)、前期研究基礎(chǔ)、受試者的篩選和受試者的知情同意情況等進(jìn)行監(jiān)管。目前，我國(guó)衛(wèi)生部等部門(mén)已頒布多項(xiàng)相關(guān)政策法規(guī)。

問(wèn)題10，引導(dǎo)學(xué)生從人類進(jìn)化的角度審視基因治療?！斑x擇放松”造成的有害基因頻率的升高極其有限，而基因治療的發(fā)展將使人類有足夠的能力應(yīng)對(duì)“選擇放松”，這正是人類社會(huì)文明與進(jìn)步的表現(xiàn)。

2 社會(huì)性科學(xué)議題應(yīng)用于高三生物學(xué)復(fù)習(xí)課的價(jià)值

2.1 為概念體系的構(gòu)建提供情境 學(xué)生的概念學(xué)習(xí)是有一定規(guī)律的，概念的形成需要典型實(shí)例的支撐，概念的融會(huì)貫通則是在運(yùn)用概念解決問(wèn)題的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的。

社會(huì)性科學(xué)議題提供了一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題情境，為了解決問(wèn)題，學(xué)生需要將不同模塊的概念進(jìn)行整合，例如，“太湖水華的發(fā)生與治理”涉及光合作用、物質(zhì)進(jìn)／出細(xì)胞的方式、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)等概念，“基因治療”涉及基因工程、細(xì)胞工程、細(xì)胞癌變、免疫調(diào)節(jié)和進(jìn)化等概念。與碎片化、去情境化的概念復(fù)習(xí)相比，以社會(huì)性科學(xué)議題為情境的概念復(fù)習(xí)進(jìn)行了單元教學(xué)內(nèi)容的重新整合，更加符合高三學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建概念體系。

2.2 為科學(xué)思維的發(fā)展提供素材 科學(xué)思維培養(yǎng)的重要策略是科學(xué)論證。提出、評(píng)價(jià)和修正科學(xué)觀點(diǎn)，運(yùn)用證據(jù)和邏輯為現(xiàn)象作出解釋，為問(wèn)題提出合理的解決方案，都屬于科學(xué)論證的范疇。

社會(huì)性科學(xué)議題為學(xué)生提供了一系列兼具復(fù)雜性和實(shí)用性的科學(xué)問(wèn)題，例如，“太湖水華的發(fā)生與治理”要求學(xué)生解釋藍(lán)藻吸收無(wú)機(jī)碳速率變化的原因，解釋太湖生態(tài)系統(tǒng)退化的原因，評(píng)價(jià)治理方案；“基因治療”要求學(xué)生提出改造逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的方案，解釋基辛格免疫風(fēng)暴的成因，評(píng)價(jià)“選擇放松”的觀點(diǎn)。在針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)論證的過(guò)程中，學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造性思維和辯證思維等高階思維都能得到訓(xùn)練和發(fā)展。

2.3 為社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)提供平臺(tái) 生物學(xué)課程中的社會(huì)責(zé)任既是一種態(tài)度和意愿，又是一種解決問(wèn)題的能力，其中，既有與個(gè)人健康生活相關(guān)的部分，也有作為公民關(guān)注、參與和解決社會(huì)議題的部分。將社會(huì)性科學(xué)議題融入課堂教學(xué)，在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注、討論和嘗試解決水污染、基因治療等與個(gè)人生活、生命倫理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和公共安全都具有相關(guān)性的社會(huì)議題，為培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任提供了良好的平臺(tái)。

3 總結(jié)

可作為高中生物學(xué)復(fù)習(xí)課情境的社會(huì)性科學(xué)議題還包括減肥療法、癌癥防治、良種作物培育與推廣、狂犬病防治和瀕危動(dòng)物保護(hù)等，這些議題既與學(xué)生高中階段所學(xué)概念關(guān)系密切，又有較多研究案例可供學(xué)生進(jìn)行分析，而且案例多具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性和開(kāi)放性，是很好的能力訓(xùn)練和社會(huì)責(zé)任培養(yǎng)的載體。

“問(wèn)渠那得清如許，為有源頭活水來(lái)”。將社會(huì)性科學(xué)議題引入課堂，給課堂教學(xué)帶來(lái)了新情境、新議題和新趣味，為枯燥的復(fù)習(xí)課教學(xué)注入了生機(jī)與活力，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效教學(xué)方法。