真實科研情境下高中生物學(xué)課程融入思政元素的教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1教材分析與設(shè)計思路

“動物細胞工程”是人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》（以下簡稱“教材”第2章第2節(jié)的內(nèi)容，包括動物細胞培養(yǎng)、動物細胞融合技術(shù)與單克隆抗體、動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物三部分。“動物細胞工程”作為細胞工程的基礎(chǔ)，上與植物細胞工程緊密相連，下為學(xué)習(xí)胚胎工程奠定基礎(chǔ)。然而，本節(jié)涉及的微觀知識較為抽象，在高中階段的教學(xué)條件下難以通過實驗操作進行直觀呈現(xiàn)。一輪復(fù)習(xí)階段，教師應(yīng)秉持單元教學(xué)設(shè)計理念，把握動物細胞工程技術(shù)的關(guān)鍵脈絡(luò)和核心要點，結(jié)合學(xué)生已有知識，以問題為引領(lǐng)，將思政教育融人教學(xué)過程中，通過任務(wù)驅(qū)動構(gòu)建本節(jié)的教學(xué)設(shè)計流程。

本文通過創(chuàng)設(shè)傳統(tǒng)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(yǎng)）一TRI靶向藥物的制備（動物細胞融合技術(shù)與單克隆抗體）一癌癥治療的其他方案（干細胞培養(yǎng)及其應(yīng)用和動物體細胞核移植技術(shù)）\"的設(shè)計思路進行教學(xué)設(shè)計（見圖1）。在教學(xué)過程中，學(xué)生能夠進行深度思考并運用歸納與概括等科學(xué)方法進行實驗設(shè)計與探究實踐，最終綜合運用所學(xué)知識、原理和技術(shù)提出治療癌癥的可行性方案。

學(xué)生通過對本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅能夠培養(yǎng)自身生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，加深對科學(xué)、技術(shù)和社會相互關(guān)系的認識，而且能夠認同傳統(tǒng)中草藥作為中華文化瑰寶的獨特地位和重要價值，培養(yǎng)傳承和創(chuàng)新發(fā)展傳統(tǒng)中草藥事業(yè)的責(zé)任意識以及自發(fā)關(guān)注生命科學(xué)研究領(lǐng)域最新動態(tài)和卓越成果的習(xí)慣，實現(xiàn)“三全育人”的教育目標和立德樹人的根本任務(wù)。

2教學(xué)目標

2.1核心素養(yǎng)目標

（1）通過實驗驗證TRI對肝癌的抑制作用，結(jié)合動物細胞在機體內(nèi)生存所需要的條件，歸納并推理出體外培養(yǎng)動物細胞的基本條件和流程，關(guān)注動物細胞培養(yǎng)在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，發(fā)展科學(xué)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(yǎng)學(xué)生運用相關(guān)生物學(xué)知識解決實際問題的科學(xué)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(yǎng)、動物體細胞核移植技術(shù)等在生產(chǎn)實踐、生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)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(tǒng)中草藥的潛在價值，形成文化自信，認識到要讓傳統(tǒng)中草藥獲得國際認可，還需要從事生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域研究的科研人員勇?lián)厝危e極投身科研實踐，提升社會責(zé)任意識。

（2）認同我國在干細胞領(lǐng)域取得的突出成就，通過學(xué)習(xí)相關(guān)知識，不斷提高自身素養(yǎng)和能力，肩負起實現(xiàn)高水平科技自立自強的時代重任，實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的歷史使命。

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

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

教師展示我國每年肝癌發(fā)病人數(shù)呈逐年上升趨勢的數(shù)據(jù)圖片，利用視頻和科研論文“雷公藤紅素通過調(diào)控ATF4/caspase-3/GSDME信號通路促進肝癌細胞焦亡”介紹傳統(tǒng)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(shè)計意圖：教師通過創(chuàng)設(shè)真實科研情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生命健康，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生指明探究方向。

3.2問題引領(lǐng)，科學(xué)探究

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

3.2.1動物細胞培養(yǎng)

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(yǎng)這種細胞需要哪些基本條件？ ③ 如何控制自變量、無關(guān)變量以及如何檢測因變量？

問題 ① 對應(yīng)動物細胞獲取的過程，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康姆治龀鲂枰酶伟┘毎M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(yīng)動物細胞培養(yǎng)的條件，離體的動物細胞在適宜的環(huán)境條件下才能生存，學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識回顧細胞在機體內(nèi)生存所需要的條件。問題 ③ 貫穿動物細胞培養(yǎng)相關(guān)實驗整體設(shè)計，學(xué)生需要聯(lián)系并運用所學(xué)知識，提取和加工資料中的關(guān)鍵信息，培養(yǎng)自身的語言表達能力與實驗思維。為便于學(xué)生理解，教師設(shè)計并呈現(xiàn)如下實驗設(shè)計表格（見表1）。

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

教師呈現(xiàn)文獻中的實驗數(shù)據(jù)圖（見圖2），學(xué)生對其進行分析得出實驗結(jié)果。在科研過程中，實驗結(jié)果的可靠性與科學(xué)性往往依賴于多個實驗數(shù)據(jù)的相互佐證與支撐。教師繼續(xù)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(yǎng)，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(nèi)的成瘤性。學(xué)生已知肝癌細胞是一種貼壁細胞，教師可讓學(xué)生結(jié)合教材寫出經(jīng)TRI處理后的肝癌細胞克隆形成實驗的設(shè)計思路。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過閱讀資料，結(jié)合教材示意圖，運用規(guī)范的生物學(xué)術(shù)語描述動物細胞的培養(yǎng)過程，加深自身對原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)概念的理解。

教師呈現(xiàn)文獻中細胞克隆形成實驗的實驗數(shù)據(jù)圖（見圖3），學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)提取關(guān)鍵信息并分析得出實驗結(jié)果。

基于上述實驗結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納得出實驗結(jié)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(xiàn)真實科研數(shù)據(jù)完成動物細胞培養(yǎng)內(nèi)容的教學(xué)，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(yīng)用于臨床，后續(xù)還需要研究哪些課題？如果要讓傳統(tǒng)中草藥獲得國際認可，可能需要解決哪些問題？

設(shè)計意圖：教師通過設(shè)置開放式的問題，促使學(xué)生運用生物學(xué)知識辨析并糾正在學(xué)習(xí)或思考過程中可能產(chǎn)生的認知偏差與誤區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)、理性地看待基礎(chǔ)研究，培養(yǎng)學(xué)生提出合理研究課題的能力。

3.2.2動物細胞融合技術(shù)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(fā)者應(yīng)如何改進產(chǎn)品？改進過程涉及哪些技術(shù)？隨后，教師引出動物細胞融合技術(shù)的概念、結(jié)果、原理、方法及意義和應(yīng)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(xué)生結(jié)合教材思考并完成以下任務(wù)： ① 分析獲得雜交瘤細胞至少需要經(jīng)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(shù)制備靶向肝癌細胞的抗體有哪些優(yōu)點，如何利用該單克隆抗體與TRI制作肝癌靶向藥物？

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

3.2.3干細胞培養(yǎng)及其應(yīng)用和動物體細胞核移植技術(shù)

教師展示資料：原發(fā)性肝癌作為危害我國國民健康的惡性腫瘤，其發(fā)病率和死亡率均較高。雖然肝癌治療方法多樣，但外科手術(shù)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(shù)常見的并發(fā)癥。學(xué)生結(jié)合教材，根據(jù)動物細胞工程技術(shù)提出治療受損肝臟的另一種可行性方案，包括誘導(dǎo)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(shù)培育肝臟供體進行肝臟移植手術(shù)。學(xué)生歸納并概括出這兩種方案大致的技術(shù)流程及應(yīng)用，利用網(wǎng)絡(luò)查閱我國干細胞臨床藥物的適用場景。

設(shè)計意圖：教師通過展示資料，引出干細胞培養(yǎng)及其應(yīng)用和動物體細胞核移植技術(shù)的知識點。學(xué)生進一步認識到動物細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎(chǔ)，并通過查閱相關(guān)資料，了解我國干細胞的研究進展及應(yīng)用前景。

3.3構(gòu)建框架，提升素養(yǎng)

為幫助學(xué)生記憶本節(jié)內(nèi)容涉及的生物學(xué)原理、技術(shù)及方法，教師應(yīng)對相關(guān)知識的邏輯脈絡(luò)進行梳理，構(gòu)建一輪復(fù)習(xí)知識框架，以期達到良好的復(fù)習(xí)效果。

4教學(xué)反思

筆者通過構(gòu)建真實的科研情境，采用“科研情境一核心問題一實驗設(shè)計與方案一歸納總結(jié)”的主線式情境教學(xué)方法，深度解讀并整合教材內(nèi)容。教學(xué)活動中，教師應(yīng)依托科研數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生集中探討核心問題，并通過分析圖像資料和提取關(guān)鍵信息，引導(dǎo)學(xué)生掌握動物細胞工程技術(shù)及其流程，逐步提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在學(xué)生掌握細胞的生活環(huán)境、細胞分化、免疫調(diào)節(jié)等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可以結(jié)合最新的科研文獻，選取真實的科研數(shù)據(jù)作為課堂教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠運用所學(xué)知識、關(guān)鍵技能和核心素養(yǎng)解決實際問題。此外，在滲透思政教育的過程中，教師還應(yīng)深挖學(xué)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(xué)過程中巧妙融入思政教育元素，可以培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和勇于探究的社會責(zé)任意識。

參考文獻

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

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

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