以生物學(xué)事實為依據(jù)問題引領(lǐng)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維-以“單克隆抗體”教學(xué)為例

科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，發(fā)展科學(xué)思維是生物學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)之一，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020年修訂）》中關(guān)于“科學(xué)思維”的表述是：尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。在以前的課堂教學(xué)中，學(xué)生只是被動地獲得生物學(xué)概念，缺乏以事實和資料支撐的形成過程，不能很好地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。在教學(xué)過程中，筆者積極探索“以生物學(xué)事實為依據(jù)，問題引領(lǐng)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維”的教學(xué)策略，以期有效地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。本文以“單克隆抗體”教學(xué)為例，探討依據(jù)生物學(xué)事實，創(chuàng)設(shè)問題情境以引領(lǐng)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維的生物學(xué)課堂教學(xué)策略。一、生物學(xué)事實的來源與問題的提煉學(xué)生學(xué)習(xí)的目的不僅僅是要獲得教材中的某些必備知識，更重要的是能夠運用所學(xué)的生物學(xué)知識，在真實情境中去解決相關(guān)問題的能力。而學(xué)生在真實的情境（即事實）中學(xué)習(xí)，效率比傳統(tǒng)的、傳授式的教學(xué)模式要高得多。所以在教學(xué)過程中，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，具體學(xué)情，選擇恰當(dāng)?shù)氖聦?，營造寬松良好的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生產(chǎn)生濃烈的學(xué)習(xí)興趣，主動地去獲取知識。事實可以來源于新聞報道、社會熱點、科學(xué)實驗、科技文獻(xiàn)、生產(chǎn)生活實際等，要求真實準(zhǔn)確，學(xué)生易理解接受。教師根據(jù)所給的事實，提煉出基于事實和與所學(xué)知識相關(guān)的、有思維含量的、指向明確的問題來引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與到學(xué)習(xí)活動中去。所提煉的問題應(yīng)能夠引導(dǎo)學(xué)生理解核心概念和原理，梳理重要的生理過程，解釋相關(guān)的生命現(xiàn)象，設(shè)計解決問題的思路及方案等。問題要求符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有層次性，由淺到深，循序漸進(jìn)，而且要面向全體學(xué)生，兼顧各個層面的學(xué)生。二、以事實和問題發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維1.發(fā)展批判性思維。批判性思維是基于標(biāo)準(zhǔn)的有辨識能力的判斷，是合理的、反省性的思維，是在面對生物學(xué)現(xiàn)象時，敢于質(zhì)疑權(quán)威的言論和已有的認(rèn)知體系，并辯證地提出自己的觀點。批判性思維需要在掌握已有生物學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上，分辨自己和他人思維中的錯誤，強調(diào)對已思維過程進(jìn)行批判性和審辨性思考。在“單克隆抗體”一節(jié)教學(xué)引入環(huán)節(jié)，筆者展示了2020年2月13日晚9時，湖北省新型冠狀病毒肺炎疫情防控工作指揮部召開第23場新聞發(fā)布會上武漢金銀潭醫(yī)院院長張定宇的呼吁：新冠肺炎康復(fù)者捐獻(xiàn)血漿，用于救治重危癥患者；國家衛(wèi)健委的“可采用恢復(fù)期血漿治療新冠肺炎患者”的指導(dǎo)意見，以及康復(fù)者捐獻(xiàn)血漿的采訪視頻。依據(jù)以上事實，筆者設(shè)置了兩個問題：（1）為什么康復(fù)者的血漿可用于救治重危癥患者？（2）為什么不用康復(fù)者的血漿治療輕癥患者？對于第一個問題，學(xué)生根據(jù)已有的知識儲備，能很快地作出正確的回答。第二個問題與第一個問題產(chǎn)生沖突，激發(fā)了學(xué)生探索的興趣。學(xué)生通過思考討論及筆者的進(jìn)一步介紹后，認(rèn)識到自己認(rèn)知上存在的誤區(qū)，在將來碰到類似的問題時能夠辯證地思考，而不是想當(dāng)然地認(rèn)為應(yīng)該怎樣或不應(yīng)該怎樣。由于受到知識水平及思維廣度和深度的的限制，學(xué)生對于許多生物學(xué)現(xiàn)象不敢或難以做出辯證的判斷，所以在平時的教學(xué)過程中應(yīng)多訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維，使學(xué)生能逐步具有求證精神、正確評價自己和他人的思維和觀點、對事物審慎作出判斷。2.發(fā)展分析和歸納思維。分析是指遵循嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬕?guī)律、經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致地研究、逐步地推理，最后得出明確結(jié)論的一種思維方式；歸納是從個別中發(fā)現(xiàn)一般的推理形式和思維方式。在學(xué)習(xí)單克隆抗體制備流程的篩選環(huán)節(jié)時，筆者設(shè)置如下表1所示的事實和問題，以及設(shè)計意圖。表1：單克隆抗體制備流程的篩選環(huán)節(jié)胞中DNA的合成一般有兩條：①主要途徑（D）：由氨基酸和糖合成核苷酸，進(jìn)而合成DNA，氨基喋呤（aminopterin，A）會阻斷D途徑。②替代途徑（S）：在細(xì)胞含有次黃嘌呤（hypoxanthine，H）和胸腺嘧啶核苷酸（thymidine，T）的情況下，經(jīng)過次黃嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)化酶（HGPRT）和胸腺嘧啶核苷激酶（TK）的催化作用下合成DNA。淋巴細(xì)胞中有DNA合成的這兩條途徑，而選擇用來細(xì)胞融合的骨髓瘤細(xì)胞只有D途徑，沒有S途徑。根據(jù)上述事實，應(yīng)該在培養(yǎng)液中加入什么物質(zhì)來篩選雜交瘤細(xì)胞？理由是什么？學(xué)生通過閱讀材料，獲取相關(guān)的信息并作答，訓(xùn)練學(xué)生獲取信息的能力，以及語言規(guī)范表達(dá)的能力；并通過分析歸納得出細(xì)胞融合后初次初步篩選的方法：即應(yīng)用選擇性培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細(xì)胞。3.融合后的細(xì)胞用培養(yǎng)板培養(yǎng)（展示96孔細(xì)胞培養(yǎng)板圖片），有活細(xì)胞的孔即為雜交瘤細(xì)胞孔。獲得的雜交瘤細(xì)胞有多種，其中有的并不能產(chǎn)生抗體，有的能產(chǎn)生所需的抗體，有的產(chǎn)生的是其他的抗體。為什么對篩選出來的雜交瘤細(xì)胞還要做二次篩選？如何進(jìn)一步篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細(xì)胞？你的思路是什么？需解決的問題是什么？解決的方法是什么？學(xué)生通過對以上事實的分析，就相關(guān)的問題進(jìn)行討論和思考，歸納得出：再次篩選的方法是“克隆化培養(yǎng)和專一抗體檢測”且要進(jìn)行多次。在單克隆抗體的應(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)，筆者展示了表2事實和問題及設(shè)計意圖：表2單克隆抗體在實踐中的應(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)課堂上，學(xué)生通過教師所提供的事實和問題，分析、歸納出相應(yīng)的知識，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動地記憶相關(guān)的知識向主動獲取知識轉(zhuǎn)變，提升了學(xué)習(xí)的效率；通過科學(xué)思維與實驗的結(jié)合，使知識的獲取與思維的發(fā)展相結(jié)合，避免結(jié)論性知識學(xué)習(xí)與科學(xué)思維培養(yǎng)脫節(jié)的問題。3.發(fā)展模型與建模思維。模型是指人們基于某種特定的研究目的，對某個實際問題或客觀事物、法則，進(jìn)行抽象后的一種簡化的綜合性描述。這種描述可以是定性的，也可以是定量的；模型的形式很多，有的借助于具體的實物或其他形象化的手段（物理模型），有的是通過概括的形式來表達(dá)（概念模型），有的是根據(jù)對研究對象所觀察到的現(xiàn)象，運用數(shù)學(xué)的邏輯方法和語言進(jìn)行總結(jié)（數(shù)學(xué)模型）。在單克隆抗體的制備的篩選過程中，為了讓學(xué)生能夠直觀形象地感受整個過程，筆者提供磁力貼，要求學(xué)生根據(jù)所給的事實和問題，構(gòu)建單克隆抗體篩選流程的物理模型，使該知識點形象化和體系化。在課堂小結(jié)部分，筆者要求學(xué)生再認(rèn)真閱讀教材P48～49圖2-16米爾斯坦和科勒制備單克隆抗體過程的示意圖，用關(guān)鍵詞、箭頭、框框，構(gòu)建單克隆抗體制備的流程圖，在完成概念模型構(gòu)建的同時，要求學(xué)生分析該模型，歸納出該過程大致需要哪幾個步驟。單克隆抗體的篩選環(huán)節(jié)及制備流程是本節(jié)課的兩個重難點，往常的教學(xué)模式，學(xué)生對于整個過程缺乏理解，只是機械地記憶，達(dá)不到有效的學(xué)習(xí)目的。在本節(jié)課教學(xué)中，筆者以事實為依據(jù)，以問題為驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生建模、析模，使知識體系化，這有助于學(xué)生在新情境下運用所學(xué)知識解決相關(guān)的問題，同時可提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。4.發(fā)展創(chuàng)造性思維。創(chuàng)造性思維是指以感知、記憶、思考、理解等能力為基礎(chǔ)，通過想象、聯(lián)想、直覺思維、靈感思維等，創(chuàng)造出新觀點、新理論、新方法等。在單克隆抗體的應(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)，筆者設(shè)置了表3的事實和問題。表3單克隆抗體的應(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生通過激烈的小組討論后，認(rèn)為可以用“人——鼠嵌合抗體”來代替鼠源單克隆抗體。對于方案中的不成熟地方，筆者鼓勵學(xué)生課后可去查閱資料、文獻(xiàn)加以完善。癌癥是當(dāng)今世界人類死亡率較高的疾病之一，傳統(tǒng)的化療、放療、手術(shù)等給患者的生理和心理都帶來了很大的痛苦。如果ADC能在臨床上大范圍使用的話，那無疑是給癌癥患者帶來巨大的福音！在這個環(huán)節(jié)中，學(xué)生們表現(xiàn)出了極大的熱情，他們根據(jù)自己已有的知識、方法，不斷探討可行性方案，在這個過程中，一定程度上發(fā)展了他們的創(chuàng)造性思維。也由此激發(fā)學(xué)生積極學(xué)習(xí)生物學(xué)知識，并將所學(xué)知識服務(wù)于生產(chǎn)、生活實踐的熱情。三、體會和思考科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，也是發(fā)展生物學(xué)學(xué)科其他核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。筆者在教學(xué)過程中，以事實和問題創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生進(jìn)行分析討論，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，并形成相關(guān)的生物學(xué)概念，再引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的生物學(xué)知識運用于生產(chǎn)、生活實踐中，這樣有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。但是學(xué)生的科學(xué)思維是逐步發(fā)展的，不可能一蹴而就，這就需要教師在每節(jié)課有意識地進(jìn)行訓(xùn)練，不斷積累強化。基于科學(xué)和實踐的事實，提煉出有效的問題，以問題作為驅(qū)動，在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的思考和討論，是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維的有效方法之一，但并不是唯一的方法。在生物學(xué)教學(xué)中還有其他方法也可以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，例如：教材中的科學(xué)史也是重要素材，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)史，從中去領(lǐng)悟科學(xué)家們的科學(xué)思維（尤其是批判性思維和創(chuàng)造性思維）和科學(xué)精神；教材中的“問題探討”“問題與討論”“技能應(yīng)用”“思維拓展”“知識遷移”、圖表等實驗數(shù)據(jù)結(jié)果等欄目，都是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的優(yōu)質(zhì)素材，教師在教學(xué)過程中要善于運用這些素材，讓這些素材發(fā)揮有效的作用。同時，科學(xué)思維的發(fā)展也會受到多種因素的影響，學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)的興趣會激發(fā)學(xué)生的