基于真实情境的问题驱动式教学——以“人类抗击新型冠状病毒感染”专题复习为例.pdf

年 月 日 第 期生物版:/.基于真实情境的问题驱动式教学 以“人类抗击新型冠状病毒感染”专题复习为例吴孝友 林 伟(.浙江省遂昌中学 浙江 丽水 .丽水市教育教学研究院 浙江 丽水)摘 要:高考重视考查学生在真实情境下所表现出来的科学思维和探究能力教师有必要组织以真实情境为脉络的高考专题复习.新型冠状病毒至今仍在全球蔓延我国付出了艰辛的努力取得了抗击疫情的巨大成就.本节课以新冠病毒的遗传信息表达、免疫应答、精准检测、免疫治疗和疫苗制备为情境脉络设置相应的任务在系列问题的引导下驱动学生思考突破备考的重难点培养学生的生物学学科核心素养.关键词:新型冠状病毒免疫应答病毒检测免疫治疗疫苗制备基金项目:浙江省丽水市教育科学规划 年度课题“深度学习视域下的高中生物情境教学实践研究”(项目编号:).作者简介:吴孝友()男安徽霍山人硕士中学一级教师研究方向:高中生物学教学与评价.中国高考评价体系提出:情境即问题情境指的是真实的问题背景是以问题或任务为中心构成的活动场域强调以“生活实践或学习探索问题情境”为承载载体实现对“四层”“四翼”的考查.普通高中生物学课程标准(年版 年修订)亦明确指出生物学学科核心素养是学生在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力强调应贴近学生生活实际以真实问题情境组织教学和评价.因此在“三新”背景下的生物学教学和备考中尤其要注重真实情境的知识再现.新型冠状病毒(以下简称新冠病毒)的遗传信息表达、免疫应答、精准检测、免疫治疗和疫苗制备等科学情境和相关知识是培育学生生物学学科核心素养的良好载体也是高考关注的热点.任务一:新冠病毒遗传信息的表达资料:新冠病毒是单股正链()病毒通过表面的 蛋白与人体细胞表面的 受体(血管紧张素转化酶)结合并侵入细胞.侵入宿主细胞后合成相应物质的过程如图 所示.作为模版实现病毒 的复制和病毒蛋白质的合成其中 聚合酶参与实现病毒 的复制过程即以病毒 为模板合成 再以 为模板合成新的 .同时依赖核糖体“移码”的特殊机制来提高蛋白表达水平.核糖体“移码”是指病毒 翻译过程中核糖体会向前或向后滑动一两个核苷酸导致病毒可以利用一条 为模板翻译产生两种蛋白质.问题:你还知道哪些 病毒?与真核生物相比它们的遗传信息流是怎样的?问题:新冠病毒的 聚合酶参与什么过程的合成?其遗传信息和遗传密码分别存在于哪里?问题:核糖体“移码”机制为什么可以扩展病毒所携带遗传信息的利用率?通过资料“问题”的解决学生能够对常见的 病毒进行举例利用流程图比较、归纳出 复制病毒和逆转录病毒遗传信息的表达与真核生物间的差异认识到生物界的多样性与统一性.通过资料“问题”的思考学生了解到 聚合酶不仅可以参与遗传信息的转录过程而且还与病毒的 自我复制有关新冠病毒的遗传信息和遗传密码都存在于 上.通过资料“问题”的分析学生明确了核糖体的“移码”机制可导致 上相应密码子提前或延后出现从而扩展病毒所携带遗传信息的利用率生物版 年 月 日 第 期 .能够修正学生的迷思概念更加丰富和完善了次位概念“遗传信息主要编码在 上有些病毒的基因在 上”“遗传信息通过 指导蛋白质的合成”.任务二:新冠病毒引起的免疫应答资料:年 月的自然医学杂志报道澳大利亚科研人员追踪监测了一位新冠病毒感染者康复前伴随的免疫应答反应已经识别出人体免疫系统是如何抵抗新冠病毒的并确定出四种可以抵抗新冠病毒的免疫细胞包括特异性抗体分泌细胞()、滤泡辅助性 细胞(细胞)、活化的 细胞(细胞和 细胞)以及与新冠病毒特异性结合的免疫球蛋白 和 抗体.该研究揭示了人体对抗新冠病毒、治愈新冠感染的能力.问题:新冠病毒感染机体时机体内相应的免疫细胞和抗体是如何产生和对抗病原体的(用概念图表示)?问题:是急性期的抗体在机体内存在时间较短而 是机体内比较长期甚至永久性的抗体.新冠病毒感染者体内 和 抗体含量如何变化(用曲线图表示)?已注射新冠疫苗较长时间的健康人 和 抗体检验结果如何?为了解决资料 中的“问题”学生通过模型建构将细胞免疫和体液免疫的感应阶段、增殖分化阶段和效应阶段有机统一起来加深了对相关过程的理解突破了学习的重难点帮助学生建立了“特异性免疫是通过体液免疫和细胞免疫两种方式针对特定病原体发生的免疫应答”这一次位概念.为了解决资料 中的“问题”学生能够认识到特异性免疫对抗病原体可产生不同的抗体纠正了学生的错误认识“机体针对病原体只会产生一种抗体”同时也拓展了抗体在医学上的具体应用如急性期的 抗体可帮助病情诊断长期甚至永久性的 抗体可使机体获得二次免疫甚至终身免疫的能力检查血液中某种 抗体也能确定一个人是否曾经受到某种特定病原体的侵袭.任务三:新冠病毒的精准检测资料:我国对待疫情始终坚持“人民至上”“生命至上”的总方针毫不动摇.通过实时荧光定量 可以实现快速检测新冠病毒真正做到了“早发现”“早治疗”.实时荧光定量 的基本原理是以病毒独特的基因序列为检测靶标其 扩增的具体过程如图 所示目标靶 序列与预先加入的一段荧光标记探针结合产生了荧光信号扩增出来的靶基因越多累计的荧光信号就越强.问题:提取是核酸检测的第一步如果用亲和层析柱法提取新冠病毒的 对层析柱的介质有何要求?分子极不稳定如果用盐溶液洗涤层析柱获得病毒 的洗脱液如何防止 被降解?问题:荧光定量 反应体系的探针应具有怎样的碱基序列其结构组成又是怎样的?为什么扩增出来的靶基因越多累计的荧光信号就越强?根据资料“问题”学生明晰提取 试剂盒中的层析柱介质应具有与 亲和力强的特点洗脱液应含有 酶抑制剂等成分以防止 的降解进一步总结归纳出影响核酸提取的因素.根据资料“问题”学生结合图示更加深刻地认识了探针的设计和结构组成、荧光定量 的原理及其技术的相关运用.探针是一段人工合成的与病毒 特定序列互补的 单链片段其首尾两端含有荧光信号剂和荧光淬灭剂其结构完整不发出荧光.当鼻拭子中存在新冠病毒 时则反应体系中的探针会与逆转录后的目标靶 结合当 聚合酶沿着 单链移动进行复制时会将探针中的荧光信号剂和荧光淬灭剂剥落而发出荧光信号每扩增一条 链就有一个荧光形成.资料:抗原检测是检测新冠抗原的另一种方法其原理如图 所示.将待检样液加到试纸条一端的样本垫通过层析作用向前移动结合垫上吸附有胶体金标记的抗体.若样本中含有新冠病毒蛋白则二者相互作用形成“胶体金抗体 病毒抗原”复合物然后继续向前移动与固定在检测线的 线抗体结合而被截留在 线产生红色条带.富余的游离金标记抗体则继续向前到达质控线与此处固定的 线抗体结合形成“金标抗体 线抗体”复合物从而使 线发生颜色变化.问题:若抗原检测的结果分别为阳性和阴性其显色结果是怎样的质控线的意义是什么?问题:比较核酸检测和抗原检测的优缺点你认为哪种检测结果最可靠为什么?通过资料“问题”的思考学生能够阐明试纸中的结合垫、线和 线发生的抗原与抗体结合反 年 月 日 第 期生物版:/.应进一步阐述检测线和质控线的意义.通过资料“问题”的思考学生能够辩证地看待核酸检测和抗原检测的优缺点认识到核酸检测灵敏性更高、发现病毒更早而抗原检测的操作更为简便认同党和政府为保护人民群众的生命健康所作出的卓越贡献.任务四:新冠病毒的免疫治疗资料:新冠病毒通过其表面 蛋白和宿主细胞受体 的结合来介导病毒感染.因此筛选获得特异性抑制 蛋白与 相互作用的单克隆抗体是阻遏感染的有效途径.抗体分子呈“”型(图 所示)由相同的 条重链()和 条轻链()组成均含可变区()和恒定区().问题:利用小鼠制备出对抗 蛋白的单克隆抗体其具体流程是怎样的?问题:利用小鼠制备的抗体是鼠源抗体鼠源抗体具有外源性会被人体免疫系统当作抗原而清除称为人抗鼠抗体反应(反应).引起 反应的主要是抗体的 区通过制备人鼠嵌合抗体可解决 反应.抗体的结构是由基因编码的现利用重组 技术可以制备人鼠嵌合抗体请写出简要制备思路.(参考答案:将小鼠抗体基因上的可变区与人抗体基因的恒定区重组将重组后的基因导入骨髓瘤细胞目的基因及其表达的人鼠嵌合抗体检测克隆分泌人鼠嵌合抗体的细胞株.)通过资料“问题”的分析学生能够认识到单克隆抗体的制备运用了细胞融合技术单克隆抗体相较于普通抗体所具备的优点.通过资料“问题”的分析学生对抗体的结构有了进一步的了解结合免疫学的知识理解了鼠源抗体的异源性提升了学生在面对复杂情境时运用学过的基因工程原理解决实际问题的能力.任务五:新冠病毒的疫苗制备资料:接种疫苗可使人群获得免疫力有效降低新冠病毒感染引起的发病、重症和死亡风险.目前我国多条技术路线并行新病疫苗研发已取得瞩目的新进展已获批准上市的有灭活疫苗和腺病毒载体疫苗等.灭活疫苗是用非洲绿猴肾细胞(细胞)培养大量病毒再用物理或化学方法使病毒灭活.腺病毒是常见的、能引起人体自限性症状的病毒其侵染机体时基因并不整合进入宿主染色体具有一定的安全性.腺病毒载体疫苗是将控制新冠病毒 蛋白合成的基因插入至腺病毒载体之中使腺病毒表达出新冠病毒的抗原帮助人体识别并产生特异性免疫.问题:比较灭活疫苗和腺病毒载体疫苗的优缺点?问题:腺病毒的基因组中 基因参与病毒的复制可导致宿主细胞的裂解 基因编码的蛋白质可减弱宿主对病毒的免疫.制备腺病毒载体疫苗过程中应对载体腺病毒作怎样的改造?针对资料“问题”的提出学生通过分析、比较、归纳、得出结论灭活疫苗制备方法简单、安全性有保障但侵染能力弱激发的细胞免疫力不足而腺病毒载体疫苗能够克服传统疫苗的缺点但对某些已感染过腺病毒人群的免疫效果有一定的不足.针对资料 中“问题”的提出学生对疫苗的病毒载体有了更全面的认知为了保证安全性对载体腺病毒的 和 基因作相应的改造、甚至删除体会到科学研究的过程是严谨的.如何将生物学知识进行构建整合形成网络体系灵活运用相关概念解释、解决生产生活中的实际问题是高三复习课首要面临的挑战.教师可在课堂教学过程中以真实情境为背景将重要知识和概念转化为系列问题设置系列任务驱动学生自主思考和探究进而解决问题.参考文献:教育部考试中心.中国高考评价体系.北京:人民教育出版社:.中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准(年版 年修订).北京:人民教育出版社:.(收稿日期:)