以問題串為驅(qū)動,落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)
——以“免疫學(xué)的應(yīng)用——疫苗”為例

侯妹仿 閆 丹

(北京市密云區(qū)第二中學(xué))

高中生物學(xué)課程是以提高生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨的學(xué)科課程,是落實“立德樹人”根本任務(wù)的重要載體。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生后天習(xí)得的終身受益成果,能為學(xué)生適應(yīng)社會發(fā)展及社會需要奠定基礎(chǔ)。培養(yǎng)高中生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)對于深化課程改革具有重要意義。筆者以“免疫學(xué)的應(yīng)用——疫苗”為例,探討學(xué)科核心素養(yǎng)在教學(xué)實踐中的落實。

一、教材和學(xué)情分析

(一)教材分析

“免疫學(xué)的應(yīng)用——疫苗”是人教版《生物學(xué)·選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第4章“免疫調(diào)節(jié)”第4節(jié)的內(nèi)容。第4章主要介紹免疫調(diào)節(jié),本節(jié)內(nèi)容是對本章理論知識的運用和升華,側(cè)重于解決生活中的實際問題,培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任。

(二)學(xué)情分析

學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)了解特異性免疫的應(yīng)答過程,這為學(xué)習(xí)疫苗發(fā)揮作用的原理奠定了基礎(chǔ)。同時本節(jié)課與學(xué)生接種疫苗的經(jīng)驗緊密相關(guān),因此學(xué)生對本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣較高。除此之外,高二學(xué)生已具備獲取信息的基本能力,但理論聯(lián)系實際的意識和能力較弱,也缺乏對文本材料、圖表信息的處理和加工能力。

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

圍繞培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求,制定如下學(xué)習(xí)目標(biāo):(1)通過狂犬病疫苗接種的調(diào)查,說明疫苗的預(yù)防作用,解釋疫苗的作用原理,提高科學(xué)思維的水平。(2)基于狂犬病疫苗科學(xué)史的閱讀、分析,歸納、概括出疫苗的主要成分,提升生命觀念。(3)通過分析新冠疫苗資料,拓展疫苗的種類及作用,綜合應(yīng)用學(xué)科知識,提升科學(xué)思維。(4)通過交流分享疫苗的研究進展,關(guān)心社會熱點話題,強化崇尚科學(xué)的意識,增強社會責(zé)任感。

三、教學(xué)過程

(一)引入本節(jié)話題

展示狂犬病疫苗的問卷調(diào)查結(jié)果,高二年級251位同學(xué)中約34%的同學(xué)有被狗(貓)咬傷(抓傷)的經(jīng)歷,其中26%的同學(xué)都注射了狂犬病疫苗。這部分同學(xué)為什么要注射疫苗呢?

通過調(diào)查問卷結(jié)果,導(dǎo)入新課并聯(lián)系生活實際,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,進入積極思維狀態(tài)。

(二)疫苗的作用原理

結(jié)合調(diào)查問卷結(jié)果,設(shè)置問題串如下:

(1)疫苗為什么能起到“保護”作用?

疫苗注射進體內(nèi)后引起機體產(chǎn)生體液免疫和細胞免疫,使機體產(chǎn)生記憶細胞和抗體,當(dāng)機體再次接觸抗原時,能夠快速、高效地產(chǎn)生免疫反應(yīng)。

(2)同學(xué)們普遍注射了4或5針狂犬病疫苗,為什么要注射這么多針呢?

學(xué)生通過分析疫苗初次注射和二次注射后機體內(nèi)抗體濃度的變化圖像,得出注射多針疫苗可以刺激機體再次免疫,增強免疫反應(yīng)強度,產(chǎn)生更多的抗體和記憶細胞。

(3)被咬傷(抓傷)后,約4%的同學(xué)未接種狂犬病疫苗的原因:家里寵物注射過疫苗。被注射過狂犬病疫苗的寵物咬傷后,還需要注射疫苗嗎?(教師介紹寵物接種狂犬病疫苗后其免疫保護并不是無懈可擊的,被這類寵物咬傷后,仍然有可能會感染狂犬病毒,一旦出現(xiàn)狂犬病癥狀,病死率近100%,至今無法治愈)

學(xué)生得出被注射過狂犬病疫苗的寵物咬傷后,還需要注射疫苗的結(jié)論。

(4)被咬傷(抓傷)后,約3%的同學(xué)未接種狂犬病疫苗的原因是沒有流血或者皮膚無破損。什么情況下才需要注射狂犬病疫苗呢?(展示狂犬病暴露后免疫預(yù)防處理表格)

學(xué)生得出從接觸方式判斷暴露程度及處理原則。

(5)為什么嚴(yán)重暴露時,需先注射免疫球蛋白或血清?

學(xué)生分析主動免疫劑(疫苗)和被動免疫劑(免疫球蛋白)的作用時間段圖像,得出接種疫苗后7天左右機體可以產(chǎn)生抗體,14天左右才可以達到有保護效果的抗體濃度,而免疫球蛋白注射后可立即與抗原結(jié)合,阻止病毒感染細胞。

通過調(diào)查問卷數(shù)據(jù)的直觀展示及問題串,引導(dǎo)學(xué)生運用免疫學(xué)知識,解釋疫苗的作用原理和注射方法等問題,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和社會責(zé)任。

(三)疫苗的主要成分和制備

任務(wù)1:疫苗的主要成分是什么?

學(xué)案資料：巴斯德將感染了狂犬病的兔的神經(jīng)組織制成勻漿,每天取樣給家兔注射。開始幾天被注射的家兔都會發(fā)病,但隨著勻漿放置時間的延長,家兔發(fā)病的反應(yīng)越來越弱,放置10～14天的勻漿失去使家兔患病的作用。這時,如果再給這些沒有發(fā)病的、被注射了“過期病兔神經(jīng)組織勻漿”的家兔注射新鮮病兔的神經(jīng)組織勻漿,家兔也不會發(fā)病。1885年,巴斯德將勻漿注射給一個被瘋狗咬傷的9歲小男孩,連續(xù)注射十幾天后,小男孩活了下來。這位小男孩就是世界上第一位狂犬病疫苗的注射者。后來,巴斯德制成了狂犬病疫苗,即過期病兔的神經(jīng)組織勻漿。

1.為什么感染了狂犬病的兔的神經(jīng)組織勻漿,可以使家兔發(fā)病?

2.“過期病兔神經(jīng)組織勻漿”不會使家兔患病,說明什么?

3.巴斯德制成了狂犬病疫苗,推測其主要成分是什么?

學(xué)生通過學(xué)案得出巴斯德制成的狂犬病疫苗的主要成分是失去活性、不再致病的狂犬病毒。教師繼續(xù)展示流感疫苗、卡介苗等資料。學(xué)生閱讀并嘗試根據(jù)成分將疫苗分為減毒疫苗和滅活疫苗兩大類。

任務(wù)2:疫苗是如何制備的?

展示科興的滅活新冠疫苗盒,引導(dǎo)學(xué)生小組討論后說出其大致制備流程。教師補充講解vero細胞系及科興滅活新冠疫苗的制備流程。補充展示減毒疫苗、滅活疫苗的概念及特點,引導(dǎo)學(xué)生從安全性和有效性的角度評價這兩種疫苗。接下來設(shè)置如下問題串:

(1)疫苗一定要含有完整的病原體嗎?

不一定,引起免疫反應(yīng)的是抗原而不是整個病原體。

(2)展示新冠病毒的結(jié)構(gòu)及其侵染人體的過程圖,提出S蛋白也可作為新冠疫苗的主要成分。我們?nèi)绾蔚玫酱罅康腟蛋白?

學(xué)生小組討論后得出:可將新冠病毒的S蛋白基因?qū)塍w外細胞系,使其大量表達S蛋白;也可以直接將S蛋白基因?qū)肴梭w,使人體細胞表達S蛋白,人體細胞表達出的S蛋白作為抗原激發(fā)免疫反應(yīng)產(chǎn)生抗體和記憶細胞。

(3)展示已獲批的各國研制的疫苗表格,表明我國的多種疫苗研發(fā)處于國際第一方陣。補充提供我國研制的腺病毒載體疫苗的主要成分及制備流程。接種滅活新冠疫苗都是2針,而腺病毒載體重組疫苗只需要接種1針,為什么?

學(xué)生分析后得出:重組腺病毒DNA在人體細胞中持續(xù)表達抗原,反復(fù)刺激機體免疫系統(tǒng)。

(4)有同學(xué)說“新冠病毒是RNA病毒,易發(fā)生變異,病毒變異后已研發(fā)的新冠疫苗無法起到預(yù)防作用”。請依據(jù)免疫學(xué)原理評價這一觀點。

學(xué)生經(jīng)過一系列的思維碰撞、討論分析后,可以明確:若已研發(fā)的疫苗所根據(jù)的新冠病毒抗原部分沒有發(fā)生變異,則疫苗依舊有效;若已研發(fā)的疫苗所根據(jù)的新冠病毒抗原部分發(fā)生變異,但疫苗激發(fā)產(chǎn)生的抗體仍具有較強的與新冠病毒結(jié)合的能力,則疫苗依然有效;若已研發(fā)的疫苗所根據(jù)的新冠病毒抗原部分發(fā)生變異,且疫苗激發(fā)產(chǎn)生的抗體與新冠病毒結(jié)合的能力大大減弱,則疫苗效果受到影響。

通過資料的分析、歸納、概括,讓學(xué)生自己總結(jié)出傳統(tǒng)疫苗的成分,落實生命觀念的培養(yǎng)。利用新冠疫苗素材,通過環(huán)環(huán)相扣的問題,進一步拓展了學(xué)生對疫苗的種類以及特點的認(rèn)知,拓寬學(xué)生的科技視野。通過分析疫苗的制備過程,滲透工程學(xué)的思想,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點問題并用科學(xué)知識對其分析,落實了教學(xué)過程重實踐的課程理念?；谛鹿诓《镜脑鲋尺^程,結(jié)合遺傳的分子基礎(chǔ)等多個知識,分析疫苗的成分,提升了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的意識和能力,也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。介紹我國的新冠疫苗研究進展,增強學(xué)生的民族自豪感,落實社會責(zé)任的培養(yǎng)。

(四)接種疫苗的作用

展示新冠疫苗預(yù)防感染的有效率和預(yù)防住院死亡率的數(shù)據(jù),并設(shè)置以下問題串:

(1)接種新冠疫苗對個人預(yù)防感染的有效率很高,接種新冠疫苗對公眾健康有什么意義呢?

學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識及從新聞等獲取的內(nèi)容進行思考并說出自己的觀點。

教師展示群體免疫分析圖片,引導(dǎo)學(xué)生進一步分析群體免疫。并補充講解:群體免疫也可以通過自然免疫實現(xiàn),但要付出很多生命的代價。因此,大規(guī)模接種新冠疫苗建立群體免疫,是防控新冠肺炎疫情的有效措施。這也與我國始終堅持“人民至上,生命至上”的抗疫理念相符。

(2)根據(jù)樹突狀細胞疫苗的作用機理圖分析,疫苗還有什么作用?

學(xué)生分析后得出疫苗有治療癌癥的作用。

通過閱讀和思考,使學(xué)生關(guān)注個人、公眾健康,認(rèn)同國家的抗疫理念,落實社會責(zé)任。分析疫苗應(yīng)用于癌癥治療的相關(guān)科技資料,學(xué)生充分體會科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系,認(rèn)同生物學(xué)科的應(yīng)用價值。

(五)疫苗的研究進展

學(xué)生課前查找資料,如HPV疫苗、“糖丸爺爺”顧方舟與脊髓灰質(zhì)炎疫苗的研制,課上交流匯報。教師對這些匯報進行點評、總結(jié)。

通過這一環(huán)節(jié),學(xué)生可以認(rèn)同我國疫苗的發(fā)展水平,學(xué)習(xí)科學(xué)家的研究精神;進一步體會了科學(xué)技術(shù)和社會的關(guān)系,認(rèn)同科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課以疫苗的作用原理、成分、種類、制備、應(yīng)用為線索,以點帶面,引領(lǐng)學(xué)生鞏固應(yīng)用免疫學(xué)知識的同時,涉獵病毒的增殖、遺傳的分子基礎(chǔ)等多個知識內(nèi)容,有利于學(xué)生建立知識之間的聯(lián)系,提升學(xué)生知識遷移能力,綜合應(yīng)用所學(xué)知識的意識和能力。

所選擇的狂犬病疫苗和新冠疫苗,都與學(xué)生生活密切相關(guān),能夠激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的興趣,有利于學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識指導(dǎo)健康生活,關(guān)注個人和公眾健康并培養(yǎng)他們的社會責(zé)任意識。兩個素材的使用有層次,基于狂犬病疫苗了解疫苗的作用原理、成分;利用新冠疫苗進一步拓展了疫苗的種類以及特點。體現(xiàn)了學(xué)科知識的綜合應(yīng)用,拓寬學(xué)生的科技視野,使學(xué)生用科學(xué)知識分析和關(guān)注社會熱點問題。

在課堂實施上,通過提出環(huán)環(huán)相扣的問題串,學(xué)生以個人或小組合作形式完成任務(wù),體現(xiàn)了課堂中學(xué)生的主體地位。以問題為導(dǎo)向,激發(fā)學(xué)生的自主“驅(qū)動力”,易于提高課堂效率。