真實科研情境下高中生物學課程融入思政元素的教學設計

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1教材分析與設計思路

“動物細胞工程”是人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修3·生物技術與工程》（以下簡稱“教材”第2章第2節的內容，包括動物細胞培養、動物細胞融合技術與單克隆抗體、動物體細胞核移植技術和克隆動物三部分?！皠游锛毎こ獭弊鳛榧毎こ痰幕A，上與植物細胞工程緊密相連，下為學習胚胎工程奠定基礎。然而，本節涉及的微觀知識較為抽象，在高中階段的教學條件下難以通過實驗操作進行直觀呈現。一輪復習階段，教師應秉持單元教學設計理念，把握動物細胞工程技術的關鍵脈絡和核心要點，結合學生已有知識，以問題為引領，將思政教育融人教學過程中，通過任務驅動構建本節的教學設計流程。

本文通過創設傳統中草藥雷公藤（TripterygiumwilfordiiHook.f.）中的活性成分雷公藤紅素（TRI）能抑制肝癌細胞生長這一真實科研情境，按照“TRI對肝癌的抑制作用（動物細胞培養）一TRI靶向藥物的制備（動物細胞融合技術與單克隆抗體）一癌癥治療的其他方案（干細胞培養及其應用和動物體細胞核移植技術）\"的設計思路進行教學設計（見圖1）。在教學過程中，學生能夠進行深度思考并運用歸納與概括等科學方法進行實驗設計與探究實踐，最終綜合運用所學知識、原理和技術提出治療癌癥的可行性方案。

學生通過對本節內容的學習，不僅能夠培養自身生物學學科核心素養，加深對科學、技術和社會相互關系的認識，而且能夠認同傳統中草藥作為中華文化瑰寶的獨特地位和重要價值，培養傳承和創新發展傳統中草藥事業的責任意識以及自發關注生命科學研究領域最新動態和卓越成果的習慣，實現“三全育人”的教育目標和立德樹人的根本任務。

2教學目標

2.1核心素養目標

（1）通過實驗驗證TRI對肝癌的抑制作用，結合動物細胞在機體內生存所需要的條件，歸納并推理出體外培養動物細胞的基本條件和流程，關注動物細胞培養在科學研究和生產實踐中的應用，發展科學思維。

（2）通過探究TRI靶向藥物的制備，闡明動物細胞融合的方法、單克隆抗體制備的一般流程和原理，培養學生運用相關生物學知識解決實際問題的科學探究能力。

（3）通過分析癌癥治療的其他方案，了解干細胞培養、動物體細胞核移植技術等在生產實踐、生物醫學工程中的應用價值，形成熱愛生命、健康生活的生命觀念。

2.2 思政目標

（1）認同傳統中草藥的潛在價值，形成文化自信，認識到要讓傳統中草藥獲得國際認可，還需要從事生物學、醫藥學領域研究的科研人員勇擔重任，積極投身科研實踐，提升社會責任意識。

（2）認同我國在干細胞領域取得的突出成就，通過學習相關知識，不斷提高自身素養和能力，肩負起實現高水平科技自立自強的時代重任，實現中華民族偉大復興的歷史使命。

（3）能正確認識、分析并嘗試解決科學問題，培養探索未知、追求真理的社會責任意識，努力為科技進步和社會發展貢獻力量。

3教學過程

3.1創設情境，激發興趣

教師展示我國每年肝癌發病人數呈逐年上升趨勢的數據圖片，利用視頻和科研論文“雷公藤紅素通過調控ATF4/caspase-3/GSDME信號通路促進肝癌細胞焦亡”介紹傳統中草藥雷公藤的功效，進而提出問題：如何開展TRI對肝癌抑制作用的研究？

設計意圖：教師通過創設真實科研情境，引導學生關注生命健康，激發學生的學習興趣，為學生指明探究方向。

3.2問題引領，科學探究

教師進一步將問題細化為：“如何設計實驗驗證TRI對肝癌的抑制作用”再整合教材內容設計實驗。

3.2.1動物細胞培養

教師提出問題： ① 選擇哪種細胞作為實驗材料？如何獲得這種細胞？ ② 培養這種細胞需要哪些基本條件？ ③ 如何控制自變量、無關變量以及如何檢測因變量？

問題 ① 對應動物細胞獲取的過程，學生根據實驗目的分析出需要利用肝癌細胞進行實驗，教師提示科研人員從人和小鼠的肝癌組織中分離獲取人肝癌細胞（HepG2細胞）和小鼠肝癌細胞（Hepa1-6細胞）。問題 ② 對應動物細胞培養的條件，離體的動物細胞在適宜的環境條件下才能生存，學生結合所學知識回顧細胞在機體內生存所需要的條件。問題 ③ 貫穿動物細胞培養相關實驗整體設計，學生需要聯系并運用所學知識，提取和加工資料中的關鍵信息，培養自身的語言表達能力與實驗思維。為便于學生理解，教師設計并呈現如下實驗設計表格（見表1）。

設計意圖：通過探究TRI對肝癌的抑制作用，教師綜合考查了學生提取和加工關鍵信息以及設計實驗的能力，學生掌握了科學研究的一般方法。

教師呈現文獻中的實驗數據圖（見圖2），學生對其進行分析得出實驗結果。在科研過程中，實驗結果的可靠性與科學性往往依賴于多個實驗數據的相互佐證與支撐。教師繼續展示資料：細胞克隆形成實驗是指使用藥物處理細胞之后，將細胞進行收集并重新培養，用于判斷細胞的增殖能力，評價不同影響因素（藥物、基因等）對腫瘤細胞增殖能力的影響或群體依賴性的敏感性，以及細胞在體內的成瘤性。學生已知肝癌細胞是一種貼壁細胞，教師可讓學生結合教材寫出經TRI處理后的肝癌細胞克隆形成實驗的設計思路。

設計意圖：學生通過閱讀資料，結合教材示意圖，運用規范的生物學術語描述動物細胞的培養過程，加深自身對原代培養、傳代培養概念的理解。

教師呈現文獻中細胞克隆形成實驗的實驗數據圖（見圖3），學生根據數據提取關鍵信息并分析得出實驗結果。

基于上述實驗結果，教師引導學生歸納得出實驗結論：體外實驗表明，雷公藤中的活性成分TRI能夠抑制人和小鼠肝癌細胞的增殖，具有一定的抑癌作用。

教師通過呈現真實科研數據完成動物細胞培養內容的教學，并進一步提出問題：該研究成果能否說明TRI可以治療肝癌？如果研究人員要將TRI作為肝癌靶向藥物應用于臨床，后續還需要研究哪些課題？如果要讓傳統中草藥獲得國際認可，可能需要解決哪些問題？

設計意圖：教師通過設置開放式的問題，促使學生運用生物學知識辨析并糾正在學習或思考過程中可能產生的認知偏差與誤區，引導學生科學、理性地看待基礎研究，培養學生提出合理研究課題的能力。

3.2.2動物細胞融合技術與單克隆抗體

教師提出問題：若已有研究表明，TRI能夠用于治療肝癌患者，但同時會造成其他正常細胞損傷，藥物研發者應如何改進產品？改進過程涉及哪些技術？隨后，教師引出動物細胞融合技術的概念、結果、原理、方法及意義和應用。

教師展示資料：已有研究表明，肝癌細胞表面標志物包括甲胎蛋白、癌胚抗原、糖類抗原19-9等。學生結合教材思考并完成以下任務： ① 分析獲得雜交瘤細胞至少需要經過幾次篩選，原理分別是什么； ② 以流程圖的形式描述，如何獲得針對肝癌細胞的單克隆抗體； ③ 通過動物細胞融合技術制備靶向肝癌細胞的抗體有哪些優點，如何利用該單克隆抗體與TRI制作肝癌靶向藥物？

設計意圖：教師采用主線式情境教學法開展教學活動，能夠使學生體會到生物學研究的連續性與邏輯性。在這一過程中，學生不僅能夠掌握基本的生物學理論知識和相關技術，而且能夠通過大量實驗論證過程進一步提高利用所學知識解決實際問題的能力。

3.2.3干細胞培養及其應用和動物體細胞核移植技術

教師展示資料：原發性肝癌作為危害我國國民健康的惡性腫瘤，其發病率和死亡率均較高。雖然肝癌治療方法多樣，但外科手術仍是最常見和最有效的治療手段之一，同時肝功能衰竭也是肝切除手術常見的并發癥。學生結合教材，根據動物細胞工程技術提出治療受損肝臟的另一種可行性方案，包括誘導性多能干細胞用于治療受損肝臟，以及運用體細胞核移植技術培育肝臟供體進行肝臟移植手術。學生歸納并概括出這兩種方案大致的技術流程及應用，利用網絡查閱我國干細胞臨床藥物的適用場景。

設計意圖：教師通過展示資料，引出干細胞培養及其應用和動物體細胞核移植技術的知識點。學生進一步認識到動物細胞培養是動物細胞工程的基礎，并通過查閱相關資料，了解我國干細胞的研究進展及應用前景。

3.3構建框架，提升素養

為幫助學生記憶本節內容涉及的生物學原理、技術及方法，教師應對相關知識的邏輯脈絡進行梳理，構建一輪復習知識框架，以期達到良好的復習效果。

4教學反思

筆者通過構建真實的科研情境，采用“科研情境一核心問題一實驗設計與方案一歸納總結”的主線式情境教學方法，深度解讀并整合教材內容。教學活動中，教師應依托科研數據，引導學生集中探討核心問題，并通過分析圖像資料和提取關鍵信息，引導學生掌握動物細胞工程技術及其流程，逐步提升學生的生物學學科核心素養。在學生掌握細胞的生活環境、細胞分化、免疫調節等內容的基礎上，教師可以結合最新的科研文獻，選取真實的科研數據作為課堂教學內容，使學生能夠運用所學知識、關鍵技能和核心素養解決實際問題。此外，在滲透思政教育的過程中，教師還應深挖學科中的思政教育素材，并將其按模塊進行歸納分類，建立思政資源庫。2][3]綜上所述，在教學過程中巧妙融入思政教育元素，可以培養學生的探索精神和勇于探究的社會責任意識。

參考文獻

[1]李端，王永輝，周靜，等.雷公藤紅素通過調控ATF4/caspase-3/GSDME信號通路促進肝癌細胞焦亡[J].中國藥理學通報，2024，40（2）：299-307.

[2]李漫靈，龐毅，何英姿.高中生物學課程思政實施路徑探析[J」中學生物教學，2024（17）：10-13.

[3]賴小燕.思政元素融入高中生物教學的探索與實踐J」試題與研究，2024（16）：136-138.