淺析諾貝爾生理學或醫(yī)學獎在高中生物學教學中的應用

敬紅星，李艷紅*，蘇珍

（1.西華師范大學生命科學學院，四川南充 637002；2.成都市武侯高級中學，四川成都 610043）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出教學內容要反映社會、經濟和科技發(fā)展的需要，體現“科學、技術、社會”的思想[1]。諾貝爾生理學或醫(yī)學獎（以下簡稱諾貝爾獎）成果背后蘊含豐富的知識脈絡，于教師而言，部分知識可作為拓展學生思維的教學素材，以此打造高效課堂；對學生來說，可在原有知識水平基礎上學習符合認知結構的新知，以此拓寬眼界。以諾貝爾獎作為切入點融入高中生物學教學課堂，不僅可以豐富生物課程資源，推動課堂教學改革，還可發(fā)展學生科學思維，感悟生命科學魅力。

一、諾貝爾獎與高中生物學教學內容的聯系

諾貝爾獎作為與生物學科聯系最緊密的獎項，其研究為生物教學提供了許多教學素材。近年科技研究不斷實現突破，教材內容與時俱進，新人教版教材增添了許多與諾貝爾獎相關的素材，如細胞自噬、樹突狀細胞等。本文梳理了近幾年諾貝爾獎與高中生物學教學內容的聯系（表1）。

表1 諾貝爾獎與高中生物學教學內容的聯系

二、諾貝爾獎在高中生物學教學中的應用原則

（一）遷移性原則

知識遷移是一種學習對另一種學習的影響，是指將已獲得的經驗在新情境中變通地加以應用[2]。諾貝爾獎作為世界級獎項，其研究成果代表科技研究的發(fā)展走向。如何將諾貝爾獎有效引入高中生物學教學課堂，教師可建立兩者之間聯系，創(chuàng)設相似情境要素，逐步引導學生向新情境靠攏。如在《DNA是主要的遺傳物質》章節(jié)中，教材以T2噬菌體侵染大腸桿菌為例，證明DNA是遺傳物質。為幫助學生進一步理解DNA是主要的遺傳物質，教師可引入2020年諾貝爾獎研究主題—丙型肝炎病毒（寄生于肝臟細胞的一類RNA類病毒，外有囊膜和棘突結構，內有核心蛋白和核酸RNA組成的核衣殼[3]），拓展遷移介紹丙肝病毒侵染肝細胞具體過程：進入、合成、組裝、加工、釋放，即丙肝病毒以胞吞形式進入肝細胞，病毒的蛋白質外殼在溶酶體作用下被水解，暴露出RNA，借助宿主細胞內游離的核糖核苷酸進行堿基互補配對，合成新子代RNA。RNA還可作為模板直接在肝細胞核糖體上翻譯為蛋白質，子代RNA與新合成蛋白質組裝加工為新病毒，再通過胞吐離開宿主細胞（圖1）。教師引導學生對比DNA類病毒和RNA類病毒侵染寄主方式的異同，進一步提升學生知識遷移能力。本節(jié)將T2噬菌體侵染大腸桿菌與丙肝病毒侵染肝細胞進行遷移對照學習，構建互補知識橋梁，對創(chuàng)設學生最近發(fā)展區(qū)有著積極作用。

圖1 丙肝病毒侵染肝細胞過程示意圖

（二）科學性原則

諾貝爾獎代表自然科學研究的最高水平，其研究內容遠高于高中生思維水平，抽象文字表達和繁雜技術手段使學生望而生畏。因此教師可通過權威途徑搜集諾貝爾獎相關研究過程，以保證教學內容科學性；同時教師可將復雜晦澀的專業(yè)術語加以整合轉化為符合學生認知結構的教學素材，以保證教學語言科學性。如在《細胞的衰老和死亡》章節(jié)中，教師延伸拓展2016年諾貝爾獎研究成果——細胞自噬機制，其過程包括自噬的誘導激活、自噬泡延伸、自噬體與溶酶體融合、內容物降解。細胞接受自噬信號后，胞質中出現由單層膜凹陷形成的杯狀結構即自噬前體，然后不斷向兩端延伸，將受損細胞器或蛋白質等包裹形成自噬體，自噬體隨后與溶酶體融合形成自噬溶酶體，溶酶體內的酸性水解酶將其進行消化，消化后形成的小分子營養(yǎng)物質可供細胞再利用，其他水解產物被排出細胞外[4]（圖2）?？茖W性是教師滲透諾貝爾獎案例于高中生物教學課堂的首要原則，教師在保證教學內容科學的前提下，可將陌生復雜的專業(yè)名詞轉換為學生易于接受的語言，以培養(yǎng)學生高階思維。

圖2 細胞自噬機制示意圖

（三）激勵性原則

赫爾巴特說過，世界上不存在“無教學的教育”，也不存在“無教育的教學”。諾貝爾獎光鮮亮麗的背后蘊藏著科學家工作的曲折艱辛，而科學家持之以恒奮斗的動力是對社會的責任。如在《種間關系——寄生》章節(jié)中，教師可引用瘧原蟲寄生人體的例子，先講解瘧原蟲生活史，以達成生命觀念目標，延伸講述科研背后奮斗史以踐行社會責任培養(yǎng)。為攻克瘧疾這一疾病，屠呦呦帶領她的團隊以報國為己任，全身心投入瘧疾防治研究。歷經重重困難耗時30余年，最終從植物黃花蒿中提取抗瘧藥物——青蒿素，這項成果極大降低了瘧疾患者死亡率，為人類健康事業(yè)做出巨大貢獻。2015年10月屠呦呦因此項研究成果榮獲諾貝爾獎，成為首位獲得此獎項的華人科學家。本節(jié)在介紹瘧原蟲生活史的基礎上進一步挖掘思政元素，即屠呦呦歷經上百次實驗失敗，仍不言棄的奮斗精神和以身試藥，為科研工作的獻身精神，這不僅可引導學生向榜樣學習，激發(fā)學生強大民族自豪感，在潛移默化中培養(yǎng)學生不畏艱辛、努力奮斗的精神。

（四）生活性原則

新課改要求加強課程內容與學生生活的聯系，關注學生興趣和經驗，精選終身必備知識和技能，而諾貝爾研究正是將人們面臨的難題逐步演變?yōu)閷W術維度的理論。如生活中吃火鍋為何能引起嘴巴灼痛感？含薄荷為何能喚起冰涼清涼感？與人擁抱為何能產生親近感？2021年諾貝爾獎為世人揭曉謎底。美國科學家戴維·朱利葉斯在感受疼痛的神經元胞膜上識別出新型離子通道型受體TRPV1，它能被辣椒素所激活并引起特定離子（如鈉離子、鈣離子）內流，產生的興奮以電信號形式沿神經纖維傳導。在辣椒素受體研究的基礎上，朱利葉斯在化合物薄荷醇中鑒定出一種能被寒冷激活的受體TRPM8[5]。在觸覺感知領域，美國科學家阿德姆·帕塔普蒂安發(fā)現兩個離子通道型受體PIEZO1和PIEZO2，它能被外界機械壓力所激活并產生電信號[7]。這類研究主要用于開發(fā)多種疾病的治療方法，如慢性疼痛、糖尿病等。諾貝爾獎研究源于生活，其成果也應用于生活，為各種疾病治療帶來新的希望和方向。

三、諾貝爾獎在高中生物學教學中的應用意義

（一）以問題為主導，激發(fā)學生科學興趣

亞里士多德曾說過，古往今來人們開始探索，都應起源于對自然萬物的驚異。興趣大多是由疑問和驚異引起的，而問題作為激發(fā)學生科學興趣的有效手段之一，在喚起學生好奇心和激發(fā)探究欲望方面有著積極影響。如2017年諾貝爾獎得主杰弗里·霍爾等人研究的生物鐘機制很好地解釋生活中常見的現象，如公雞為什么每天準時打鳴？貓頭鷹為什么晝伏夜出？人為什么一到晚上就犯困？科學家以果蠅為研究對象，分離出與生物鐘有關的基因period及timeless，它們可編碼在夜間積聚、在白天分解的蛋白質PER和TIM，這種蛋白質在細胞中的數量變化就引起了細胞生物節(jié)律的晝夜變化[6]。因此將諾貝爾獎融入高中生物學教學課堂中，教師需注意從現實生活中尋找學生感興趣的生物現象，不斷設問激趣，探究新知，從而為學生學生物、學好生物、學精生物做好鋪墊。

（二）以探究為主線，提升學生科學思維

新課標指出鍛煉科學思維是培養(yǎng)學生生物學核心素養(yǎng)的關鍵之一，諾貝爾獎作為走在科學最前沿的獎項，其研究內容和方法是培養(yǎng)學生創(chuàng)新性、批判性等思維的良好素材。在教學中教師不僅幫助學生了解諾貝爾獎知識，更要引導學生學習科學家探究問題的思維模式。如人類進化一直是困擾人們的難題之一，2022年諾貝爾獎得主斯萬特·帕博團隊在這一領域中不斷探究，通過DNA分子克隆等技術實現重大突破。20世紀90年代，從尼安德特人化石中提取線粒體DNA并擴增后測序；2002年發(fā)現第一個與人類語言進化相關基因FOXP2；2010年在某山洞內發(fā)現新古人類物種——丹尼索瓦人[7]。后續(xù)研究發(fā)現，人類直系祖先智人不僅和尼安德特人進行過雜交，還和丹尼索瓦人進行過基因交流。對人類起源問題的探究史，幾乎與人類文明發(fā)展史等長，科學探究是一個不斷更新、更正、發(fā)展的過程，目前科技水平得出的結論很難保證未來不被推翻。因此將諾貝爾獎融入高中生物學教學課堂中，教師需幫助學生了解科學研究的方法、思路，引導學生用批判性思維和辯證眼光看待現有科學結論，從而提升學生科學思維，落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

（三）以情境為主脈，培養(yǎng)學生科學態(tài)度

教育的根本任務是立德樹人，而科學態(tài)度是立德樹人的體現，創(chuàng)設情境是培養(yǎng)學生科學態(tài)度的必經途徑。諾貝爾獎背后科學家堅持不懈的精神是學生學習的典范，將其作為教學情境可激發(fā)學生學習內驅力，培養(yǎng)科學態(tài)度。如加拿大科學家拉爾夫·斯坦曼于1973年在小鼠脾臟中發(fā)現一類特殊細胞——樹突狀細胞，后續(xù)一直致力于研究這類細胞在獲得性免疫中的作用。2007年斯坦曼被確診為癌癥，毅然決定以身試藥，利用樹突狀細胞免疫療法開展實驗性治療，成功將生命延長四年半，最后于2011年9月30日去世。令人遺憾的是距離他獲諾貝爾獎僅有三天，這也是史上第一次將此獎項頒給已故的科學家。這一份“遲來的”諾貝爾獎將斯坦曼帶到了世人面前，其研究成果也為后人進一步探索提供有力的理論支撐，大大推動了免疫學發(fā)展。成功向來不是一蹴而就的，它需經歷無數次失敗的錘煉和漫長的時間考驗，方為世人所接受。因此將諾貝爾獎融入高中生物學教學課堂中，教師需將情境教學和情感教育充分結合起來，幫助學生在真實人物故事情境中引發(fā)情感共鳴，發(fā)揮生物學科育人功能。

四、結束語

近期，黨的二十大報告指出，要堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養(yǎng)質量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才，聚天下英才而用之[10]。諾貝爾獎代表基礎科學與自然科學研究的最高水平，可促進學生創(chuàng)新思維能力的提升。