以問題串為驅動,落實生物學學科核心素養
——以“免疫學的應用——疫苗”為例

侯妹仿 閆 丹

(北京市密云區第二中學)

高中生物學課程是以提高生物學學科核心素養為宗旨的學科課程,是落實“立德樹人”根本任務的重要載體。生物學學科核心素養是學生后天習得的終身受益成果,能為學生適應社會發展及社會需要奠定基礎。培養高中生的生物學學科核心素養對于深化課程改革具有重要意義。筆者以“免疫學的應用——疫苗”為例,探討學科核心素養在教學實踐中的落實。

一、教材和學情分析

(一)教材分析

“免疫學的應用——疫苗”是人教版《生物學·選擇性必修1·穩態與調節》第4章“免疫調節”第4節的內容。第4章主要介紹免疫調節,本節內容是對本章理論知識的運用和升華,側重于解決生活中的實際問題,培養學生的社會責任。

(二)學情分析

學生通過前面的學習已經了解特異性免疫的應答過程,這為學習疫苗發揮作用的原理奠定了基礎。同時本節課與學生接種疫苗的經驗緊密相關,因此學生對本節課的學習興趣較高。除此之外,高二學生已具備獲取信息的基本能力,但理論聯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、學習目標

圍繞培養學生生物學學科核心素養的要求,制定如下學習目標:(1)通過狂犬病疫苗接種的調查,說明疫苗的預防作用,解釋疫苗的作用原理,提高科學思維的水平。(2)基于狂犬病疫苗科學史的閱讀、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,綜合應用學科知識,提升科學思維。(4)通過交流分享疫苗的研究進展,關心社會熱點話題,強化崇尚科學的意識,增強社會責任感。

三、教學過程

(一)引入本節話題

展示狂犬病疫苗的問卷調查結果,高二年級251位同學中約34%的同學有被狗(貓)咬傷(抓傷)的經歷,其中26%的同學都注射了狂犬病疫苗。這部分同學為什么要注射疫苗呢?

通過調查問卷結果,導入新課并聯系生活實際,激發學生的學習興趣,進入積極思維狀態。

(二)疫苗的作用原理

結合調查問卷結果,設置問題串如下:

(1)疫苗為什么能起到“保護”作用?

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

(2)同學們普遍注射了4或5針狂犬病疫苗,為什么要注射這么多針呢?

學生通過分析疫苗初次注射和二次注射后機體內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,增強免疫反應強度,產生更多的抗體和記憶細胞。

(3)被咬傷(抓傷)后,約4%的同學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,一旦出現狂犬病癥狀,病死率近100%,至今無法治愈)

學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論。

(4)被咬傷(抓傷)后,約3%的同學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防處理表格)

學生得出從接觸方式判斷暴露程度及處理原則。

(5)為什么嚴重暴露時,需先注射免疫球蛋白或血清?

學生分析主動免疫劑(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合,阻止病毒感染細胞。

通過調查問卷數據的直觀展示及問題串,引導學生運用免疫學知識,解釋疫苗的作用原理和注射方法等問題,培養學生的科學思維和社會責任。

(三)疫苗的主要成分和制備

任務1:疫苗的主要成分是什么?

學案資料：巴斯德將感染了狂犬病的兔的神經組織制成勻漿,每天取樣給家兔注射。開始幾天被注射的家兔都會發病,但隨著勻漿放置時間的延長,家兔發病的反應越來越弱,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病的、被注射了“過期病兔神經組織勻漿”的家兔注射新鮮病兔的神經組織勻漿,家兔也不會發病。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,即過期病兔的神經組織勻漿。

1.為什么感染了狂犬病的兔的神經組織勻漿,可以使家兔發病?

2.“過期病兔神經組織勻漿”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?

學生通過學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。教師繼續展示流感疫苗、卡介苗等資料。學生閱讀并嘗試根據成分將疫苗分為減毒疫苗和滅活疫苗兩大類。

任務2:疫苗是如何制備的?

展示科興的滅活新冠疫苗盒,引導學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,引導學生從安全性和有效性的角度評價這兩種疫苗。接下來設置如下問題串:

(1)疫苗一定要含有完整的病原體嗎?

不一定,引起免疫反應的是抗原而不是整個病原體。

(2)展示新冠病毒的結構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。我們如何得到大量的S蛋白?

學生小組討論后得出:可將新冠病毒的S蛋白基因導入體外細胞系,使其大量表達S蛋白;也可以直接將S蛋白基因導入人體,使人體細胞表達S蛋白,人體細胞表達出的S蛋白作為抗原激發免疫反應產生抗體和記憶細胞。

(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?

學生分析后得出:重組腺病毒DNA在人體細胞中持續表達抗原,反復刺激機體免疫系統。

(4)有同學說“新冠病毒是RNA病毒,易發生變異,病毒變異后已研發的新冠疫苗無法起到預防作用”。請依據免疫學原理評價這一觀點。

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

通過資料的分析、歸納、概括,讓學生自己總結出傳統疫苗的成分,落實生命觀念的培養。利用新冠疫苗素材,通過環環相扣的問題,進一步拓展了學生對疫苗的種類以及特點的認知,拓寬學生的科技視野。通過分析疫苗的制備過程,滲透工程學的思想,引導學生關注社會熱點問題并用科學知識對其分析,落實了教學過程重實踐的課程理念。基于新冠病毒的增殖過程,結合遺傳的分子基礎等多個知識,分析疫苗的成分,提升了學生綜合應用所學知識的意識和能力,也培養了學生的科學思維和創新能力。介紹我國的新冠疫苗研究進展,增強學生的民族自豪感,落實社會責任的培養。

(四)接種疫苗的作用

展示新冠疫苗預防感染的有效率和預防住院死亡率的數據,并設置以下問題串:

(1)接種新冠疫苗對個人預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?

學生結合所學知識及從新聞等獲取的內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,引導學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,但要付出很多生命的代價。因此,大規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)根據樹突狀細胞疫苗的作用機理圖分析,疫苗還有什么作用?

學生分析后得出疫苗有治療癌癥的作用。

通過閱讀和思考,使學生關注個人、公眾健康,認同國家的抗疫理念,落實社會責任。分析疫苗應用于癌癥治療的相關科技資料,學生充分體會科學與技術的關系,認同生物學科的應用價值。

(五)疫苗的研究進展

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

通過這一環節,學生可以認同我國疫苗的發展水平,學習科學家的研究精神;進一步體會了科學技術和社會的關系,認同科學技術是不斷發展的。

四、教學反思

本節課以疫苗的作用原理、成分、種類、制備、應用為線索,以點帶面,引領學生鞏固應用免疫學知識的同時,涉獵病毒的增殖、遺傳的分子基礎等多個知識內容,有利于學生建立知識之間的聯系,提升學生知識遷移能力,綜合應用所學知識的意識和能力。

所選擇的狂犬病疫苗和新冠疫苗,都與學生生活密切相關,能夠激發學生發現和提出問題的興趣,有利于學生應用所學知識指導健康生活,關注個人和公眾健康并培養他們的社會責任意識。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。體現了學科知識的綜合應用,拓寬學生的科技視野,使學生用科學知識分析和關注社會熱點問題。

在課堂實施上,通過提出環環相扣的問題串,學生以個人或小組合作形式完成任務,體現了課堂中學生的主體地位。以問題為導向,激發學生的自主“驅動力”,易于提高課堂效率。