以生物學事實為依據，問題引領發展學生的科學思維
——以“單克隆抗體”教學為例

福建省莆田第二中學 潘蘭玉

科學思維是生物學學科核心素養的主要內容，發展科學思維是生物學教學的重要目標之一，《普通高中生物學課程標準（2017版2020年修訂）》中關于“科學思維”的表述是：尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。在以前的課堂教學中，學生只是被動地獲得生物學概念，缺乏以事實和資料支撐的形成過程，不能很好地發展學生的科學思維。在教學過程中，筆者積極探索“以生物學事實為依據，問題引領發展學生的科學思維”的教學策略，以期有效地訓練學生的科學思維。本文以“單克隆抗體”教學為例，探討依據生物學事實，創設問題情境以引領學生發展科學思維的生物學課堂教學策略。

一、生物學事實的來源與問題的提煉

學生學習的目的不僅僅是要獲得教材中的某些必備知識，更重要的是能夠運用所學的生物學知識，在真實情境中去解決相關問題的能力。而學生在真實的情境（即事實）中學習，效率比傳統的、傳授式的教學模式要高得多。所以在教學過程中，教師可根據教學內容，具體學情，選擇恰當的事實，營造寬松良好的學習氛圍，使學生產生濃烈的學習興趣，主動地去獲取知識。事實可以來源于新聞報道、社會熱點、科學實驗、科技文獻、生產生活實際等，要求真實準確，學生易理解接受。教師根據所給的事實，提煉出基于事實和與所學知識相關的、有思維含量的、指向明確的問題來引導學生積極主動地參與到學習活動中去。所提煉的問題應能夠引導學生理解核心概念和原理，梳理重要的生理過程，解釋相關的生命現象，設計解決問題的思路及方案等。問題要求符合學生的認知規律，有層次性，由淺到深，循序漸進，而且要面向全體學生，兼顧各個層面的學生。

二、以事實和問題發展學生的科學思維

1.發展批判性思維。

批判性思維是基于標準的有辨識能力的判斷，是合理的、反省性的思維，是在面對生物學現象時，敢于質疑權威的言論和已有的認知體系，并辯證地提出自己的觀點。批判性思維需要在掌握已有生物學基本原理的基礎上，分辨自己和他人思維中的錯誤，強調對已思維過程進行批判性和審辨性思考。在“單克隆抗體”一節教學引入環節，筆者展示了2020年2月13日晚9時，湖北省新型冠狀病毒肺炎疫情防控工作指揮部召開第23場新聞發布會上武漢金銀潭醫院院長張定宇的呼吁：新冠肺炎康復者捐獻血漿，用于救治重危癥患者；國家衛健委的“可采用恢復期血漿治療新冠肺炎患者”的指導意見，以及康復者捐獻血漿的采訪視頻。依據以上事實，筆者設置了兩個問題：（1）為什么康復者的血漿可用于救治重危癥患者？（2）為什么不用康復者的血漿治療輕癥患者？對于第一個問題，學生根據已有的知識儲備，能很快地作出正確的回答。第二個問題與第一個問題產生沖突，激發了學生探索的興趣。學生通過思考討論及筆者的進一步介紹后，認識到自己認知上存在的誤區，在將來碰到類似的問題時能夠辯證地思考，而不是想當然地認為應該怎樣或不應該怎樣。

由于受到知識水平及思維廣度和深度的的限制，學生對于許多生物學現象不敢或難以做出辯證的判斷，所以在平時的教學過程中應多訓練學生的批判性思維，使學生能逐步具有求證精神、正確評價自己和他人的思維和觀點、對事物審慎作出判斷。

2.發展分析和歸納思維。

分析是指遵循嚴謹的邏輯規律、經過認真細致地研究、逐步地推理，最后得出明確結論的一種思維方式；歸納是從個別中發現一般的推理形式和思維方式。在學習單克隆抗體制備流程的篩選環節時，筆者設置如下表1所示的事實和問題，以及設計意圖。

表1： 單克隆抗體制備流程的篩選環節

胞中DNA的合成一般有兩條：①主要途徑（D）：由氨基酸和糖合成核苷酸，進而合成DNA，氨基喋呤（aminopterin，A）會阻斷D途徑。②替代途徑（S）：在細胞含有次黃嘌呤（hypoxanthine，H）和胸腺嘧啶核 苷 酸（thymidine，T）的情況下，經過次黃嘌呤磷酸核糖轉化酶（HGPRT）和胸腺嘧啶核苷激酶（TK）的催化作用下合成DNA。淋巴細胞中有DNA合成的這兩條途徑，而選擇用來細胞融合的骨髓瘤細胞只有D途徑，沒有S途徑。根據上述事實，應該在培養液中加入什么物質來篩選雜交瘤細胞？理由是什么？學生通過閱讀材料，獲取相關的信息并作答，訓練學生獲取信息的能力，以及語言規范表達的能力；并通過分析歸納得出細胞融合后初次初步篩選的方法：即應用選擇性培養基篩選出雜交瘤細胞。3.融合后的細胞用培養板培養（展示96孔細胞培養板圖片），有活細胞的孔即為雜交瘤細胞孔。獲得的雜交瘤細胞有多種，其中有的并不能產生抗體，有的能產生所需的抗體，有的產生的是其他的抗體。為什么對篩選出來的雜交瘤細胞還要做二次篩選？如何進一步篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細胞？你的思路是什么？需解決的問題是什么？解決的方法是什么？學生通過對以上事實的分析，就相關的問題進行討論和思考，歸納得出：再次篩選的方法是“克隆化培養和專一抗體檢測”且要進行多次。

在單克隆抗體的應用教學環節，筆者展示了表2事實和問題及設計意圖：

表2 單克隆抗體在實踐中的應用教學環節

課堂上，學生通過教師所提供的事實和問題，分析、歸納出相應的知識，使學生的學習由被動地記憶相關的知識向主動獲取知識轉變，提升了學習的效率；通過科學思維與實驗的結合，使知識的獲取與思維的發展相結合，避免結論性知識學習與科學思維培養脫節的問題。

3.發展模型與建模思維。

模型是指人們基于某種特定的研究目的，對某個實際問題或客觀事物、法則，進行抽象后的一種簡化的綜合性描述。這種描述可以是定性的，也可以是定量的；模型的形式很多，有的借助于具體的實物或其他形象化的手段（物理模型），有的是通過概括的形式來表達（概念模型），有的是根據對研究對象所觀察到的現象，運用數學的邏輯方法和語言進行總結（數學模型）。在單克隆抗體的制備的篩選過程中，為了讓學生能夠直觀形象地感受整個過程，筆者提供磁力貼，要求學生根據所給的事實和問題，構建單克隆抗體篩選流程的物理模型，使該知識點形象化和體系化。在課堂小結部分，筆者要求學生再認真閱讀教材P48～49圖2-16米爾斯坦和科勒制備單克隆抗體過程的示意圖，用關鍵詞、箭頭、框框，構建單克隆抗體制備的流程圖，在完成概念模型構建的同時，要求學生分析該模型，歸納出該過程大致需要哪幾個步驟。

單克隆抗體的篩選環節及制備流程是本節課的兩個重難點，往常的教學模式，學生對于整個過程缺乏理解，只是機械地記憶，達不到有效的學習目的。在本節課教學中，筆者以事實為依據，以問題為驅動，引導學生建模、析模，使知識體系化，這有助于學生在新情境下運用所學知識解決相關的問題，同時可提高學生的科學思維和科學探究能力。

4.發展創造性思維。

創造性思維是指以感知、記憶、思考、理解等能力為基礎，通過想象、聯想、直覺思維、靈感思維等，創造出新觀點、新理論、新方法等。在單克隆抗體的應用教學環節，筆者設置了表3的事實和問題。

表3 單克隆抗體的應用教學環節

學生通過激烈的小組討論后，認為可以用“人——鼠嵌合抗體”來代替鼠源單克隆抗體。對于方案中的不成熟地方，筆者鼓勵學生課后可去查閱資料、文獻加以完善。癌癥是當今世界人類死亡率較高的疾病之一，傳統的化療、放療、手術等給患者的生理和心理都帶來了很大的痛苦。如果ADC能在臨床上大范圍使用的話，那無疑是給癌癥患者帶來巨大的福音！

在這個環節中，學生們表現出了極大的熱情，他們根據自己已有的知識、方法，不斷探討可行性方案，在這個過程中，一定程度上發展了他們的創造性思維。也由此激發學生積極學習生物學知識，并將所學知識服務于生產、生活實踐的熱情。

三、體會和思考

科學思維是生物學學科核心素養的重要內容，也是發展生物學學科其他核心素養的關鍵。筆者在教學過程中，以事實和問題創設情境，讓學生進行分析討論，訓練學生的科學思維，并形成相關的生物學概念，再引導學生將所學的生物學知識運用于生產、生活實踐中，這樣有效地提高了學生的學習效率。但是學生的科學思維是逐步發展的，不可能一蹴而就，這就需要教師在每節課有意識地進行訓練，不斷積累強化。基于科學和實踐的事實，提煉出有效的問題，以問題作為驅動，在教學過程中激發學生的思考和討論，是發展學生的科學思維的有效方法之一，但并不是唯一的方法。在生物學教學中還有其他方法也可以發展學生的科學思維，例如：教材中的科學史也是重要素材，教師可以引導學生分析科學史，從中去領悟科學家們的科學思維（尤其是批判性思維和創造性思維）和科學精神；教材中的“問題探討”“問題與討論”“技能應用”“思維拓展”“知識遷移”、圖表等實驗數據結果等欄目，都是發展學生科學思維的優質素材，教師在教學過程中要善于運用這些素材，讓這些素材發揮有效的作用。同時，科學思維的發展也會受到多種因素的影響，學生的自信心和學習的興趣會激發學生的科學思維，所以教師在選擇事實（情境）、素材等時，既要具有科學性，又要是學生感興趣的（可以選擇與所學內容相關的社會熱點問題。如與免疫有關的，可以新型冠狀病毒創設情境；克隆技術，可選克隆猴“中中”“華華”為例；現代生物技術的倫理道德問題，可選基因編輯嬰兒事件等）；在設置問題時，既要符合教學目標，又要符合學生的認知水平，是他們通過思考和討論可以解答的，以提升學生的自信心和成就感。