基于STSE教育理念下的微生物學(xué)課程教學(xué)研究

李從虎，龍槿彥，霍紅月，吳雙雙

（安慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 安慶 246133）

STSE是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、社會（Society）和環(huán)境（Environment）四個單詞首字母的縮寫，代表著一種新的教育模式和價值觀，是一種體現(xiàn)未來的教育[1]。STSE教育理念要求教師在教學(xué)過程中將科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境緊密聯(lián)系起來，既要注重知識的傳授與應(yīng)用，也要強調(diào)學(xué)生解決問題的基本技能，更要突出科學(xué)與技術(shù)的社會環(huán)境[2]。因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程已不再是單純的知識獲取過程，更是一種將知識學(xué)以致用并培養(yǎng)社會責(zé)任感、參與意識和決策能力的過程，最終提升自身的科學(xué)素養(yǎng)。目前，STSE教育理念已在我國中學(xué)教育中被廣泛研究，但在高校自然科學(xué)領(lǐng)域卻鮮有報道。即使有也是比較寬泛，缺乏具體的實施案例[3]。

微生物學(xué)是高校生命科學(xué)領(lǐng)域的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容蘊藏了豐富的教學(xué)素材和全新的STSE教學(xué)視角。例如，在介紹“酵母菌”章節(jié)時，教師要詳細講解本節(jié)中的科學(xué)知識，即“酵母菌的形態(tài)、構(gòu)造和功能”；在學(xué)生掌握知識點后，教師則將知識延伸，引入酵母菌在白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用，從而使學(xué)生了解酵母菌的生產(chǎn)實踐應(yīng)用；隨后，從科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域延伸到社會領(lǐng)域，指出中國的酒文化知識以及過度酗酒和不當(dāng)飲酒的危害，從而提升學(xué)生的社會責(zé)任感；最后，指出白酒清潔生產(chǎn)的重要性，使學(xué)生深刻體會綠色發(fā)展的理念。教師通過挖掘教學(xué)素材、積極備課，將科學(xué)知識（S）-技術(shù)（T）-社會（S）-環(huán)境（E）有效銜接、緊密結(jié)合，既提高了學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，又提升了人文素養(yǎng)。

基于此，本文以微生物學(xué)課程中“病毒的繁殖方式”為例，充分挖掘教學(xué)素材，豐富課堂教學(xué)，具體授課流程如圖1所示。結(jié)合STSE教育理念，學(xué)生不僅掌握了病毒繁殖的具體知識，也了解到病毒有益與有害的實踐應(yīng)用，更培養(yǎng)了高尚的社會責(zé)任感和環(huán)境保護意識。

圖1 STSE教育理念下“病毒繁殖方式”的授課流程

1 科學(xué)（Science）知識的深化

科學(xué)知識的教育取向要求在微生物學(xué)課程的教學(xué)過程中重視學(xué)科的系統(tǒng)性和邏輯性，注重學(xué)生對微生物學(xué)術(shù)語和概念的理解，強調(diào)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的吸收。教師要通過知識線的詳細講解以促進學(xué)生對微生物學(xué)知識的掌握。

在“病毒的繁殖方式”教學(xué)過程中，教師通過展示歷史上的鼠疫、非典等傳染病圖片，引出病毒的基本特性，即無完整的細胞結(jié)構(gòu)和代謝酶系，并提出病毒如何繁殖的科學(xué)問題，從而導(dǎo)入本課。結(jié)合課件與圖片展示，提出問題并引起討論，從而引出病毒（以噬菌體為例）繁殖過程的知識線，即“吸附、侵入、增殖、成熟和裂解”[4]。

1.1 知識點1：吸附

吸附是病毒感染細胞的第一階段，病毒尾絲尖端的吸附蛋白依靠空間結(jié)構(gòu)的互補性與正常細胞的特異性宿主相結(jié)合，并通過氫鍵、電荷等作用力實現(xiàn)有效吸附[5]。由于每個細胞表面的特異性宿主數(shù)量有限，因此其所吸附的病毒量有一定的限制。除此之外，病毒對宿主細胞的吸附還受到陽離子濃度、溫度、pH等因素影響（表1）。

表1 病毒（噬菌體）對宿主細胞吸附的影響因素

1.2 知識點2：侵入

在吸附后，病毒尾部釋放出的溶菌酶作用于細胞壁中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡萄糖胺間的β-1,4糖苷鍵，從而使宿主細胞壁的肽聚糖碳骨架瓦解并使細胞壁產(chǎn)生小孔；隨后，病毒尾鞘收縮，使核酸經(jīng)中空尾管注射進入宿主細胞，而其蛋白質(zhì)外殼則留在宿主細胞外[4]。這是一種通過注射方式將核酸送入受體細胞的模式，且脫殼與侵入是一起發(fā)生的，整個侵入過程僅需15秒。由于病毒蛋白質(zhì)外殼留在細胞外，此時其不是完整的病毒粒子，失去了原有的感染特性，從而進入潛伏期。

1.3 知識點3：增殖

進入宿主細胞的病毒核酸會改變宿主細胞正常的代謝途徑，并利用宿主細胞的生物合成場所進行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而產(chǎn)生大量的用于病毒粒子組裝的核酸和蛋白質(zhì)。病毒增殖過程嚴(yán)格按照早期、次早期和晚期的基因順序進行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，具有強烈的時序性。病毒首先利用宿主原有蛋白（細菌RNA聚合酶等）轉(zhuǎn)錄出早期mRNA并翻譯出早期蛋白（次早期mRNA聚合酶、更改蛋白等），接著又利用次早期mRNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出次早期mRNA并翻譯出次早期蛋白（DNA酶、DNA聚合酶、5-羥甲基胞嘧啶合成酶、晚期mRNA聚合酶等），最后又利用晚期mRNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出晚期mRNA并翻譯出晚期蛋白（頭部蛋白、尾部蛋白、裝配蛋白等）[4]。

1.4 成熟

該階段是組成病毒粒子的核酸和蛋白質(zhì)在宿主細胞內(nèi)實現(xiàn)自我裝配的過程。首先，病毒核酸分子縮合并被核衣殼包裹而形成病毒的頭部；其次，病毒的尾鞘、尾管、基板和刺突組裝形成不含有尾絲的尾部；再次，病毒的尾部與頭部相連接；最后，接入尾絲以形成完整的病毒粒子。這一過程極其復(fù)雜，至少47個基因和30種不同的蛋白質(zhì)參與[4]。

1.5 裂解

這是病毒繁殖的最后階段，宿主細胞內(nèi)的病毒粒子釋放出脂肪酶和溶菌酶，前者改變宿主細胞膜的通透性，而后者則破壞細胞壁的肽聚糖，從而促使宿主細胞裂解并釋放出大量完整的病毒粒子。新形成的病毒可再次感染其它細胞，隨著時間推移，正常細胞數(shù)量變得越來越少，而病毒則越來越多。

“病毒的繁殖方式”是微生物學(xué)（周德慶主編）的重點內(nèi)容，教師應(yīng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)并結(jié)合多種教學(xué)方法，對授課內(nèi)容進行精講和細講。例如，通過圖片、動畫演示并結(jié)合課堂提問和討論，使學(xué)生重點掌握病毒入侵細胞的5個階段，逐步提升學(xué)生的科學(xué)意識。

2 技術(shù)（Technology）的應(yīng)用

掌握科學(xué)知識是為了促進生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，從而提高人類生活水平，因此，授課過程可以展示病毒的實踐應(yīng)用，讓學(xué)生了解病毒對人類生產(chǎn)和生活有害與有益的方面，提升學(xué)生對于病毒實踐的思考和繼續(xù)發(fā)展的認(rèn)知，最終發(fā)展學(xué)生的技術(shù)意識。

2.1 病毒的危害

2019年底，由新型冠狀病毒（COVID-19，見圖2）引起的肺炎疫情在全球爆發(fā)流行。截至2021年6月，已有超過1.76億的感染病例和381萬的死亡病例，對全球公共衛(wèi)生安全構(gòu)成了巨大威脅。那么新冠病毒是如何感染人體的，通過老師的講解，學(xué)生明白新冠病毒的棘突蛋白可以與血管素轉(zhuǎn)換酶ACE2結(jié)合，隨后其被細胞膜上的弗林蛋白酶識別和裂解，促進了受體結(jié)合區(qū)的結(jié)構(gòu)重排，增加了與細胞膜的親和度，有助于病毒與細胞膜的融合，最終使病毒RNA進入宿主細胞[7]。此外，還可以介紹對人類威脅較大的HIV病毒、乙肝病毒、HPV病毒等，通過將書本知識延伸到常見病毒，既能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能加深其對公共衛(wèi)生安全事件的重視。通過知識延伸，使學(xué)生認(rèn)識到病毒的危害，更重要的是使其熟知如何預(yù)防病毒的感染。例如，在預(yù)防新冠病毒時應(yīng)該做到：需警惕、不輕視、戴口罩、講衛(wèi)生、勤洗手、勤通風(fēng)、噴嚏后、慎揉眼、少出門、少聚集、有癥狀、早就醫(yī)、打噴嚏、捂口鼻、不恐慌、不傳謠、防控疫、眾齊心。

圖2 新冠病毒結(jié)構(gòu)示意圖[6]

2.2 病毒的益處

通過對“病毒的繁殖方式”知識的學(xué)習(xí)，同學(xué)們都知道病毒對人類是有害的，且在生活中應(yīng)做好預(yù)防和防護措施。但是病毒對人類有無益處呢，答案是肯定的，人類只要對病毒進行深入研究并利用好病毒，將有助于提高人類的身體健康和生活水平。首先，病毒具有易編輯、易轉(zhuǎn)化的特點，可以作為基因工程的載體，如腺病毒、噬菌體、猴病毒40、牛乳頭瘤病毒、花椰菜花葉病毒等常用病毒載體。例如，陳薇院士團隊研制出了一款重組腺病毒載體疫苗，其對預(yù)防新冠病毒的感染具有重要作用。這種重組腺病毒載體疫苗是將新冠病毒的刺突蛋白重組到腺病毒載體上，接種后免疫細胞會生產(chǎn)針對新冠病毒刺突蛋白的抗體，使新冠病毒難以進入人體細胞。其次，昆蟲病毒可用于生物防治，具有藥效持久和環(huán)保等優(yōu)點。例如，我國成功研制的棉鈴蟲、松毛蟲、菜青蟲等病毒殺蟲劑，實現(xiàn)了安全、高效、環(huán)保和廉價的目標(biāo)。

通過案例教學(xué)，授課教師將“病毒的繁殖方式”的科學(xué)知識延伸到生產(chǎn)實踐，體現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)的協(xié)同作用，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣得到極大提高，使其明白了學(xué)習(xí)科學(xué)知識的目的在于利用科學(xué)知識以提升生產(chǎn)技術(shù)，最終服務(wù)于人類。

3 社會（Society）責(zé)任感的升華

教育的根本任務(wù)在于“立德樹人”，因此，對“人”的教育是貫徹黨教育方針的重要落腳點?！安《镜姆敝撤绞健钡慕虒W(xué)內(nèi)容是“立德樹人”教育的有效切入點，結(jié)合全球疫情現(xiàn)狀，貫穿情感融入，一方面增強了課堂的趣味性，另一方面培養(yǎng)了學(xué)生正確的人生觀、價值觀和世界觀，使學(xué)生的社會責(zé)任感得到了升華。

3.1 社會主義制度優(yōu)越性

對于2019年底爆發(fā)的新冠疫情，我國政府果斷地建立了疫情防控的長效聯(lián)動機制。中央政府從大局出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃和調(diào)配全國各種醫(yī)療資源；各級人民政府實事求是，制定出了切實可行的疫情防控具體措施；各基層相關(guān)人員兢兢業(yè)業(yè)，堅決執(zhí)行政府制定的政策。正是由于從中央到基層的全方位立體管控，才有效阻止了病毒的快速擴散。

在歐美等資本主義國家疫情開始爆發(fā)時，我國已經(jīng)取得了控制疫情的基本經(jīng)驗。彼時，發(fā)達資本主義國家完全可以借鑒中國應(yīng)對疫情的經(jīng)驗，并利用自己強大的科技實力來控制疫情。然而現(xiàn)實沒有，究其原因主要是政府部門沒有壯士斷腕之決心、忽視生命，而民眾又不愿聽從政府建議，過度崇尚自由，依然不戴口罩、參加各種集會。截止目前，美國確診總量451萬例，死亡73萬例；巴西確診總量215萬例，死亡60萬例；日本確診總量171萬例，死亡2萬例；德國確診總量432萬例，死亡9萬例。除此之外，2009年和2019年美國亦爆發(fā)了兩次大流感，分別造成了6 080萬例和2 900萬例感染，同時死亡數(shù)據(jù)分別達到了1.2萬例和1.6萬例[5]。這些數(shù)據(jù)清晰地表明西方資本主義國家所謂的“人權(quán)”忽視了最基本的“生命權(quán)”，在面對人民生死攸關(guān)的重要事件時，也流露出了對生命的漠視。

教師在授課過程中可以通過我國和資本主義國家在抗疫方面的比較，使同學(xué)們真正認(rèn)識到堅持中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)是我們打贏疫情防控保衛(wèi)戰(zhàn)的根本保證。始終以人民為宗旨，全力保障人民的生命財產(chǎn)安全，深刻彰顯了中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)和中國特色社會主義制度的優(yōu)越性。

3.2 無私奉獻精神耀中華

在這場無硝煙的防疫戰(zhàn)爭中，許許多多可歌可泣的英雄人物和他們的感人事跡涌現(xiàn)在大眾視野之中。著名呼吸病學(xué)專家鐘南山院士不顧生命危險，奔赴疫區(qū)指導(dǎo)防疫救助工作；中共黨員張定宇醫(yī)生隱瞞身患漸凍癥絕癥的病情，顧不上被新冠病毒感染的妻子，親自診斷病患，堅守在抗疫最前線。更有一批英雄人物舍身衛(wèi)國，獻出了寶貴的生命。李文亮醫(yī)生是吹響這場戰(zhàn)爭的號角者，在工作中不慎感染新冠病毒，經(jīng)全力搶救無效不幸去世；劉智明院長帶著抱病的身體挺身而出，只爭朝夕，最終倒在了抗疫一線。這些都是無數(shù)英雄人物感人事跡的冰山一角，還有更多的無名英雄在默默奉獻。我們的醫(yī)護人員舍小家為大家，穿著厚重的防護服，冒著被感染的風(fēng)險，與時間賽跑救助患者，被稱為“最美逆行者”；我們的公安干警，全力保障疫情防護的交通安全和人民的生命財產(chǎn)安全，是我們的忠誠衛(wèi)士；我們的社區(qū)工作者和志愿者，面對疫情沒有恐懼、迎難而上，堅守在疫情防控的第一線；我們的農(nóng)民工兄弟們用自己最堅實的肩膀扛起了火神山和雷神山醫(yī)院的基建重任。

教師通過視頻演示，使學(xué)生明白正是由于廣大同胞的無私奉獻，才保證了抗疫工作的順利進行，才使得千千萬萬民眾的健康和幸福得以守護。當(dāng)然，教師還需要向?qū)W生強調(diào)，要學(xué)好知識學(xué)好本領(lǐng)，時刻樹立為祖國繁榮復(fù)興和人民幸福奉獻青春的遠大理想。

3.3 遵紀(jì)守法顯成效

科學(xué)有效的隔離是防治傳染病快速傳播的重要方法之一[8]。這種隔離措施也被歷史證明是正確的，如上世紀(jì)初我國東北爆發(fā)的“鼠疫”事件，臨危受命的伍連德積極采取隔離措施使疫情得到有效控制。如今，面對新冠疫情，黨中央和各級人民政府根據(jù)實際制定了一系列切實有效的隔離措施，大家積極響應(yīng)，最終使疫情沒有大規(guī)模爆發(fā)。反觀國外民眾，多不愿執(zhí)行政府的防疫措施，使得疫情一發(fā)不可收拾。當(dāng)然，也要注意到在我國防疫戰(zhàn)爭中，也有極個別人沒有遵紀(jì)守法的意識，對于政府制定的疫情防控措施漫不經(jīng)心、不愿配合，從而導(dǎo)致疫情小范圍爆發(fā)。

教師通過引用一些正面和反面的案例，強調(diào)在社會生活中每個人的言行都必須受到社會規(guī)范和法律法規(guī)的制約，在享受權(quán)利的同時，也要履行義務(wù)。只有廣大人民群眾擁有良好的社會責(zé)任感，遵紀(jì)守法，才會實現(xiàn)社會和諧，才能安居樂業(yè)。相反，如果一個人過度追求“完全自由”，其破壞法律的言行舉止必將受到法律制裁。通過教師的講解和引領(lǐng)，使學(xué)生都能自覺地成為法律法規(guī)的遵守者和宣傳員。

總之，通過圖片、動畫、提問、比較和案例等形式，教師將有關(guān)新冠疫情的情感教育融入到課程教學(xué)過程中，能夠使學(xué)生感知社會主義制度優(yōu)越性，堅定共產(chǎn)主義理想信念；能夠激發(fā)學(xué)生的愛國情感，培養(yǎng)民族自豪感；能夠培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀、世界觀和人生觀。

4 環(huán)境（Environment）意識的增強

關(guān)于人類傳染病病毒，目前絕大多數(shù)已被證實來源于野生動物。例如，新冠病毒可能來源于蝙蝠，也可能來源于穿山甲[9]；HIV病毒來源于黑猩猩[10]；SARS病毒來源于蝙蝠，果子貍是中間宿主[11]。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容后，同學(xué)們認(rèn)識到在人類與動物接觸過程中，這些原本寄生在動物體內(nèi)的病毒與人體接觸的可能性會大大增加。過多接觸和食用野生動物加大了動物病毒對人類的感染概率，從而影響人類的健康。此外，對野生動物的濫捕濫殺，導(dǎo)致動物種群間的食物鏈以及種群關(guān)系發(fā)生改變，也將對生物多樣性和生態(tài)平衡產(chǎn)生巨大沖擊，最終對人類健康和生命安全產(chǎn)生潛在危害。所以，從某種意義上來說，保護野生動物就是保護人類自己。

可以將這一觀點繼續(xù)延伸到對整個大自然環(huán)境的保護，認(rèn)識到人與自然要和諧相處。我們要積極響應(yīng)習(xí)近平總書記有關(guān)“綠水青山就是金山銀山”的可持續(xù)發(fā)展理念，在尊重自然規(guī)律基礎(chǔ)上，合理有效地利用自然資源。只有樹立綠色發(fā)展理念，才能實現(xiàn)環(huán)境保護與人類社會發(fā)展的平衡，最終促進人與自然和諧發(fā)展。

5 結(jié)束語

作者以“病毒的繁殖方式”為例，基于STSE教育理念，通過圖片、動畫、案例、問題引導(dǎo)等教學(xué)方式，將知識、技術(shù)、社會和環(huán)境有機結(jié)合，在較大程度上提升了教學(xué)內(nèi)容的新穎性和吸引力。STSE教育理念不僅能提升學(xué)生對科學(xué)知識的掌握，提高學(xué)生的技術(shù)意識和實踐技能，更能增強學(xué)生的社會責(zé)任感和環(huán)境意識，實現(xiàn)綜合素養(yǎng)的不斷提高。在后續(xù)研究中，本團隊擬設(shè)置對比實驗，優(yōu)化綜合評價指標(biāo)，從評價的對象、內(nèi)容、方式和方法等角度，繼續(xù)開展STSE教育理念下課程教學(xué)質(zhì)量的評價研究。