以问题串为驱动,落实生物学学科核心素养——以“免疫学的应用——疫苗”为例

侯妹仿 闫 丹

(北京市密云区第二中学)

高中生物学课程是以提高生物学学科核心素养为宗旨的学科课程,是落实“立德树人”根本任务的重要载体。生物学学科核心素养是学生后天习得的终身受益成果,能为学生适应社会发展及社会需要奠定基础。培养高中生的生物学学科核心素养对于深化课程改革具有重要意义。笔者以“免疫学的应用——疫苗”为例,探讨学科核心素养在教学实践中的落实。

一、教材和学情分析

(一)教材分析

“免疫学的应用——疫苗”是人教版《生物学·选择性必修1·稳态与调节》第4章“免疫调节”第4节的内容。第4章主要介绍免疫调节,本节内容是对本章理论知识的运用和升华,侧重于解决生活中的实际问题,培养学生的社会责任。

(二)学情分析

学生通过前面的学习已经了解特异性免疫的应答过程,这为学习疫苗发挥作用的原理奠定了基础。同时本节课与学生接种疫苗的经验紧密相关,因此学生对本节课的学习兴趣较高。除此之外,高二学生已具备获取信息的基本能力,但理论联系实际的意识和能力较弱,也缺乏对文本材料、图表信息的处理和加工能力。

二、学习目标

围绕培养学生生物学学科核心素养的要求,制定如下学习目标:(1)通过狂犬病疫苗接种的调查,说明疫苗的预防作用,解释疫苗的作用原理,提高科学思维的水平。(2)基于狂犬病疫苗科学史的阅读、分析,归纳、概括出疫苗的主要成分,提升生命观念。(3)通过分析新冠疫苗资料,拓展疫苗的种类及作用,综合应用学科知识,提升科学思维。(4)通过交流分享疫苗的研究进展,关心社会热点话题,强化崇尚科学的意识,增强社会责任感。

三、教学过程

(一)引入本节话题

展示狂犬病疫苗的问卷调查结果,高二年级251位同学中约34%的同学有被狗(猫)咬伤(抓伤)的经历,其中26%的同学都注射了狂犬病疫苗。这部分同学为什么要注射疫苗呢?

通过调查问卷结果,导入新课并联系生活实际,激发学生的学习兴趣,进入积极思维状态。

(二)疫苗的作用原理

结合调查问卷结果,设置问题串如下:

(1)疫苗为什么能起到“保护”作用?

疫苗注射进体内后引起机体产生体液免疫和细胞免疫,使机体产生记忆细胞和抗体,当机体再次接触抗原时,能够快速、高效地产生免疫反应。

(2)同学们普遍注射了4或5针狂犬病疫苗,为什么要注射这么多针呢?

学生通过分析疫苗初次注射和二次注射后机体内抗体浓度的变化图像,得出注射多针疫苗可以刺激机体再次免疫,增强免疫反应强度,产生更多的抗体和记忆细胞。

(3)被咬伤(抓伤)后,约4%的同学未接种狂犬病疫苗的原因:家里宠物注射过疫苗。被注射过狂犬病疫苗的宠物咬伤后,还需要注射疫苗吗?(教师介绍宠物接种狂犬病疫苗后其免疫保护并不是无懈可击的,被这类宠物咬伤后,仍然有可能会感染狂犬病毒,一旦出现狂犬病症状,病死率近100%,至今无法治愈)

学生得出被注射过狂犬病疫苗的宠物咬伤后,还需要注射疫苗的结论。

(4)被咬伤(抓伤)后,约3%的同学未接种狂犬病疫苗的原因是没有流血或者皮肤无破损。什么情况下才需要注射狂犬病疫苗呢?(展示狂犬病暴露后免疫预防处理表格)

学生得出从接触方式判断暴露程度及处理原则。

(5)为什么严重暴露时,需先注射免疫球蛋白或血清?

学生分析主动免疫剂(疫苗)和被动免疫剂(免疫球蛋白)的作用时间段图像,得出接种疫苗后7天左右机体可以产生抗体,14天左右才可以达到有保护效果的抗体浓度,而免疫球蛋白注射后可立即与抗原结合,阻止病毒感染细胞。

通过调查问卷数据的直观展示及问题串,引导学生运用免疫学知识,解释疫苗的作用原理和注射方法等问题,培养学生的科学思维和社会责任。

(三)疫苗的主要成分和制备

任务1:疫苗的主要成分是什么?

学案资料：巴斯德将感染了狂犬病的兔的神经组织制成匀浆,每天取样给家兔注射。开始几天被注射的家兔都会发病,但随着匀浆放置时间的延长,家兔发病的反应越来越弱,放置10～14天的匀浆失去使家兔患病的作用。这时,如果再给这些没有发病的、被注射了“过期病兔神经组织匀浆”的家兔注射新鲜病兔的神经组织匀浆,家兔也不会发病。1885年,巴斯德将匀浆注射给一个被疯狗咬伤的9岁小男孩,连续注射十几天后,小男孩活了下来。这位小男孩就是世界上第一位狂犬病疫苗的注射者。后来,巴斯德制成了狂犬病疫苗,即过期病兔的神经组织匀浆。

1.为什么感染了狂犬病的兔的神经组织匀浆,可以使家兔发病?

2.“过期病兔神经组织匀浆”不会使家兔患病,说明什么?

3.巴斯德制成了狂犬病疫苗,推测其主要成分是什么?

学生通过学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。教师继续展示流感疫苗、卡介苗等资料。学生阅读并尝试根据成分将疫苗分为减毒疫苗和灭活疫苗两大类。

任务2:疫苗是如何制备的?

展示科兴的灭活新冠疫苗盒,引导学生小组讨论后说出其大致制备流程。教师补充讲解vero细胞系及科兴灭活新冠疫苗的制备流程。补充展示减毒疫苗、灭活疫苗的概念及特点,引导学生从安全性和有效性的角度评价这两种疫苗。接下来设置如下问题串:

(1)疫苗一定要含有完整的病原体吗?

不一定,引起免疫反应的是抗原而不是整个病原体。

(2)展示新冠病毒的结构及其侵染人体的过程图,提出S蛋白也可作为新冠疫苗的主要成分。我们如何得到大量的S蛋白?

学生小组讨论后得出:可将新冠病毒的S蛋白基因导入体外细胞系,使其大量表达S蛋白;也可以直接将S蛋白基因导入人体,使人体细胞表达S蛋白,人体细胞表达出的S蛋白作为抗原激发免疫反应产生抗体和记忆细胞。

(3)展示已获批的各国研制的疫苗表格,表明我国的多种疫苗研发处于国际第一方阵。补充提供我国研制的腺病毒载体疫苗的主要成分及制备流程。接种灭活新冠疫苗都是2针,而腺病毒载体重组疫苗只需要接种1针,为什么?

学生分析后得出:重组腺病毒DNA在人体细胞中持续表达抗原,反复刺激机体免疫系统。

(4)有同学说“新冠病毒是RNA病毒,易发生变异,病毒变异后已研发的新冠疫苗无法起到预防作用”。请依据免疫学原理评价这一观点。

学生经过一系列的思维碰撞、讨论分析后,可以明确:若已研发的疫苗所根据的新冠病毒抗原部分没有发生变异,则疫苗依旧有效;若已研发的疫苗所根据的新冠病毒抗原部分发生变异,但疫苗激发产生的抗体仍具有较强的与新冠病毒结合的能力,则疫苗依然有效;若已研发的疫苗所根据的新冠病毒抗原部分发生变异,且疫苗激发产生的抗体与新冠病毒结合的能力大大减弱,则疫苗效果受到影响。

通过资料的分析、归纳、概括,让学生自己总结出传统疫苗的成分,落实生命观念的培养。利用新冠疫苗素材,通过环环相扣的问题,进一步拓展了学生对疫苗的种类以及特点的认知,拓宽学生的科技视野。通过分析疫苗的制备过程,渗透工程学的思想,引导学生关注社会热点问题并用科学知识对其分析,落实了教学过程重实践的课程理念。基于新冠病毒的增殖过程,结合遗传的分子基础等多个知识,分析疫苗的成分,提升了学生综合应用所学知识的意识和能力,也培养了学生的科学思维和创新能力。介绍我国的新冠疫苗研究进展,增强学生的民族自豪感,落实社会责任的培养。

(四)接种疫苗的作用

展示新冠疫苗预防感染的有效率和预防住院死亡率的数据,并设置以下问题串:

(1)接种新冠疫苗对个人预防感染的有效率很高,接种新冠疫苗对公众健康有什么意义呢?

学生结合所学知识及从新闻等获取的内容进行思考并说出自己的观点。

教师展示群体免疫分析图片,引导学生进一步分析群体免疫。并补充讲解:群体免疫也可以通过自然免疫实现,但要付出很多生命的代价。因此,大规模接种新冠疫苗建立群体免疫,是防控新冠肺炎疫情的有效措施。这也与我国始终坚持“人民至上,生命至上”的抗疫理念相符。

(2)根据树突状细胞疫苗的作用机理图分析,疫苗还有什么作用?

学生分析后得出疫苗有治疗癌症的作用。

通过阅读和思考,使学生关注个人、公众健康,认同国家的抗疫理念,落实社会责任。分析疫苗应用于癌症治疗的相关科技资料,学生充分体会科学与技术的关系,认同生物学科的应用价值。

(五)疫苗的研究进展

学生课前查找资料,如HPV疫苗、“糖丸爷爷”顾方舟与脊髓灰质炎疫苗的研制,课上交流汇报。教师对这些汇报进行点评、总结。

通过这一环节,学生可以认同我国疫苗的发展水平,学习科学家的研究精神;进一步体会了科学技术和社会的关系,认同科学技术是不断发展的。

四、教学反思

本节课以疫苗的作用原理、成分、种类、制备、应用为线索,以点带面,引领学生巩固应用免疫学知识的同时,涉猎病毒的增殖、遗传的分子基础等多个知识内容,有利于学生建立知识之间的联系,提升学生知识迁移能力,综合应用所学知识的意识和能力。

所选择的狂犬病疫苗和新冠疫苗,都与学生生活密切相关,能够激发学生发现和提出问题的兴趣,有利于学生应用所学知识指导健康生活,关注个人和公众健康并培养他们的社会责任意识。两个素材的使用有层次,基于狂犬病疫苗了解疫苗的作用原理、成分;利用新冠疫苗进一步拓展了疫苗的种类以及特点。体现了学科知识的综合应用,拓宽学生的科技视野,使学生用科学知识分析和关注社会热点问题。

在课堂实施上,通过提出环环相扣的问题串,学生以个人或小组合作形式完成任务,体现了课堂中学生的主体地位。以问题为导向,激发学生的自主“驱动力”,易于提高课堂效率。