結合社會熱點創設情境，培養學生核心素養
——“單克隆抗體的應用”教學設計

北京市第十七中學 薛曉華

北京市朝陽區教師發展學院 陳 俠

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱為《課程標準》）在關于社會責任素養的描述中提出，學生應能夠以造福人類的態度和價值觀，積極運用生物學知識和方法，關注社會問題，參與討論并做出理性解釋，成為健康中國的促進者和實踐者。責任意識的形成和責任行為能力的提升需要在真實情境中發生。當前，新冠肺炎疫情再次暴發，國家對新冠病毒檢測及防控提出了新的措施和要求，高中生應成為這一措施的認同者、踐行者及宣傳者。筆者在實施“單克隆抗體的應用”一節的教學時，結合新冠病毒抗原檢測這一社會熱點創設情境，依托生物學知識培養學生的社會責任素養。

一、教學內容分析及教學設計思路

隨著疫情的再次暴發，國家相關部門要求在核酸檢測基礎上增加抗原檢測，作為篩查新冠病毒感染者的補充途徑。抗原檢測對學生認識細胞工程原理、體驗細胞工程的價值具有重要現實意義，同時也是培養學生社會責任素養的重要載體。因此，以“新冠病毒抗原檢測”這一事件和要求創設學習的真實情境，引導學生關注社會；通過親身體驗抗原檢測過程，探究抗原檢測原理，引導學生科學生活；在比較核酸檢測、抗原檢測及抗體檢測的特點，認識抗原檢測在新冠肺炎疫情防控中的重要作用后，調研了群眾對抗原檢測存在的問題，進而開展向群眾宣傳抗原檢測知識的實踐活動。由責任情感到責任認知、再到責任行為，不斷增強學生社會責任感，使學生承擔責任的主動性逐步提升（見圖1）。

圖1 社會責任主動性提升的過程

二、教學活動設計與實施

（一）在關注社會中聚焦和研究問題

在新的疫情防控形式下，教師介紹國家相關部門的新要求，即在核酸檢測基礎上增加抗原檢測的決定。為了更好地落實這一要求，提出本節課探究的系列問題：怎樣做新冠病毒的抗原檢測、其檢測的原理是什么？抗原檢測與以往的核酸檢測及抗體檢測相比有什么不同？為什么要增加抗原檢測？在這樣的問題情境中，學生可以自然關注社會熱點問題和科技發展前沿，激發了學習的欲望。

（二）在活動體驗中學習和運用知識

1.嘗試體驗、提出問題

教師提供新冠病毒形態結構圖（見圖2）及關于新冠病毒N蛋白特點的拓展學習資料，幫助學生通過分析獲得新的認識：檢測新冠病毒抗原的檢測卡內含有三種單克隆抗體，抗新冠病毒N蛋白單克隆抗體1（鼠源性）、抗新冠病毒N蛋白單克隆抗體2（鼠源性），以及抗體1的抗體。本試劑盒檢測的是N抗原。由于新冠病毒N蛋白在不同新冠病毒株系中高度保守，所以可用于檢測多種新冠病毒；N蛋白具有良好的免疫原性，在制備單抗時容易讓小鼠免疫成功；病毒侵染細胞后表達量最高，所以用N蛋白作為檢測對象更易被檢測。本環節的體驗活動和討論過程充分激發了學生的思維積極性，并通過概括性的語言表達使思維外顯化，促進了學生對抗原概念的深入理解以及選擇抗原檢測對象的科學性。

圖2 新冠病毒結構圖

2.觀察結果、探究原理

學生觀察檢測結果（見圖3），根據說明書得出檢測的結論。檢測的結果有兩種：僅C線出現紅色條帶，為陰性；C、T線均沒有出現紅色條帶，檢測無效。

圖3 學生新冠抗原檢測結果

依據檢測結果，組織學生討論和探究：檢測卡里究竟有什么物質？檢測的原理是什么？

學生通過拆解新的檢測卡可以發現其中的檢測條。檢測條是由不同材質的材料組合在一起的。檢測卡上有一個深紅色的膠體金墊，在檢測結果中出現的紅色條帶是由這些紅色物質移動形成的。為了幫助學生深入探究其工作原理，教師提供下列支持性資料。

資料1：檢測卡的結構及膠體金的作用。檢測卡由樣品墊、膠體金墊、吸水濾紙等構成（見圖4）。膠體金是一種有顏色的金溶膠，金溶膠粒子大小不同，顏色也有所不同，如顆粒在20～40納米范圍內呈深紅色。膠體金表面帶有負電荷可以通過靜電與蛋白質緊密結合，從而將蛋白質進行標記，并且不影響蛋白質的生物活性。

圖4 膠體金法檢測卡及示意圖

資料2：檢測條中的物質分布圖（見圖5）。

圖5 膠體金法檢測卡物質分布圖

基于以上資料信息，啟發學生進行演繹推理。如果檢測樣品中含有新冠病毒，隨著液體的移動，會與膠體金墊上的金標抗體1結合形成病毒—金標抗體1復合物，復合物繼續向前移動，與T線上的抗N蛋白單抗2結合，進一步形成抗N蛋白單抗2—新冠病毒—金標抗體1雙抗夾心的復合物，將導致T線顯示紅色。而足量的未與N蛋白結合的金標抗體1繼續向前，與固定在C線處的抗抗體1的抗體結合，C線顯示紅色。如果檢測樣品中沒有新冠病毒，金標抗體無法與抗體2直接結合，因此T線不顯色，僅C線顯紅色。有的學生用檢測原理圖進行闡釋，簡潔明了（見圖6）。

圖6 抗原檢測原理示意圖

為了培養學生的發散思維，啟發學生進一步研討開放性問題：C線不出現紅色的原因可能有哪些？學生通過猜測、推理發表各自的見解，如檢測卡的吸水紙墊有問題，金標抗體無法與抗金標抗體的抗體結合、金標抗體無法移動、抗金標抗體的抗體沒有固定在膜上等；再如，操作性問題，加入樣本的量太少、加樣的位置偏離等。通過思考和研討，進一步深入明確C線的對照作用，檢驗試劑盒和操作是否有問題，同時也能解釋為什么C線不出現紅色的檢測結果是無效的，因此C線稱為“質控線”，T線稱為“檢測線”。

3.實例分析、應用知識

在呈現試劑盒研發過程中，對另外一些病原體進行的檢測，結果如圖7所示。

圖7 特異性檢測結果

引導學生思考系列問題：圖7所示的檢測結果能得出什么結論？請你推測研發人員做這些檢測的目的是什么？你認為還有哪些因素可能干擾檢測結果（藥物、過敏反應等）？學生在討論交流的基礎上，閱讀使用說明書中關于產品性能指標—分析特異性相關內容，體會特異性檢測在防止誤檢中的作用。

（三）在實踐活動中遷移和推廣知識

首先，組織學生比較核酸檢測、抗原檢測、抗體檢測的異同。提供新冠病毒感染和人體免疫系統響應過程示意圖（圖8）。

圖8 新冠病毒感染和人體免疫系統響應示意圖

引導學生分析得出每種檢測方法最早可檢出的感染階段。核酸檢測：感染后，發病前；抗體檢測：發病一周后；抗原檢測：感染后，發病前。在此基礎上，對三種檢測方法進行比較（見表1）。

表1 核酸檢測、抗體檢測、抗原檢測比較

學生在討論中進一步理解三種檢測方法均依據特異性的原理，抗體檢測陽性并不能區分既往感染和現感染，目前大部分人均接種了新冠疫苗，因此不能利用抗體檢測來判斷是否感染新冠病毒。抗原檢測因為操作簡便、快速、可自檢，可實現對管控區、封控區等相關人群的快速篩查，為疫情防控提供支持。

其次，引導學生針對調研中其他年級學生、家庭成員、社區居民等人員，存在的如抗原檢測可靠嗎、為什么既做抗原檢測又做核酸檢測等疑惑，做出解釋和宣傳的方法和內容（三種檢測方法的利與弊），在校園櫥窗、社區宣傳欄或樓道電梯間展示，引導群眾認同國家的防疫措施和要求，并帶頭積極響應，爭做宣傳和引導志愿者。

（四）總結收獲與體會，強化社會責任

引導學生分享本節課學習的收獲與體會。有的同學談到國家在制定疫情防控政策時，都是有科學依據的，我們應該積極執行；有的學生總結到單克隆抗體的應用就在我們的身邊，真切地體會到生物技術在抗疫中起到的重要作用。通過學生的發言，可以看出學生已經認識到生物工程和技術可以解決疫情中的實際問題，相信學生將會把課上的這些體會與自己的家人和朋友分享，他們會成為防疫措施的積極擁護者、踐行者和引導者，強化其社會責任。

三、教學反思與體會

核心素養的終極意義在于社會責任的落實。首先，創設真實的學習情境是基礎。落實社會責任教育不能僅靠空口說教，只有真實地感知問題、分析問題、解決問題，社會責任才能在情感、認知和行為上自然形成。其次，教師關注和研究社會熱點問題是保障。從影響社會生產、生活、社會成員身體健康的現象和問題中，選取與生物學有關的問題進行研究，是開發課程資源、更新教學內容、激發學生學習興趣的重要策略，也是教師的基本教學方式。最后，精心設計學習活動，讓學生在解決問題的過程中學習和應用知識。承擔社會責任的態度和能力是建立在應用生物學知識及科學思維，對相關社會問題內在邏輯進行分析的基礎上逐漸形成的，教師在教學中應基于情境中的真實問題設計有內在邏輯的學習活動，讓學生在活動體驗中學習和理解知識，繼而遷移和運用知識，最終為解決社會問題奠定基礎，這樣才能將社會責任內化于心、外化于行，并做到持之以恒。