IBDP生物學(xué)教材中科學(xué)本質(zhì)的特點(diǎn)分析和啟示

何淺慧

摘要：最新修訂的IBDP生物課程文件的一個(gè)重要變化是增加了科學(xué)本質(zhì)的課程模塊，通過對(duì)IBDP生物教材中科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容的分析，發(fā)現(xiàn)在呈現(xiàn)方式方面，科學(xué)本質(zhì)以顯性的方式呈現(xiàn)，并與知識(shí)論課程整合;在內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科，重視科學(xué)史和科學(xué)論證。

關(guān)鍵詞：IBDP生物教材 指南 科學(xué)本質(zhì)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1引言

國際文憑課程（International Baccalaureate DiDlo-ma Programme，IBDP）是為16～19歲學(xué)生提供的、為期兩年的大學(xué)預(yù)科項(xiàng)目。在最新修訂的IBDP生物學(xué)課程文件（Biology guide：first assessment 2016）（以下簡(jiǎn)稱《指南》）的一個(gè)重要變化就是增加了“科學(xué)本質(zhì)（Nature of science，NOS）”這一全新的課程模塊，旨在鼓勵(lì)教師理解科學(xué)的本質(zhì)，并在2014年哈佛大學(xué)出版社（Oxford University Press）出版的的高中生物學(xué)教材（Biology Course Companion：IB Diploma Program）（以下簡(jiǎn)稱IBDP生物學(xué)教材）中安排了較豐富的實(shí)例。將對(duì)IBDP教材中的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容從呈現(xiàn)方式和內(nèi)容設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以期為我國高中生物學(xué)教材的設(shè)計(jì)提供有益的啟示。

2鮮明的呈現(xiàn)方式

2.1顯性呈現(xiàn)，排版鮮明

IBDP生物指南中通過對(duì)“科學(xué)本質(zhì)”這一部分的表述，對(duì)各章節(jié)均詳細(xì)列出科學(xué)本質(zhì)的核心概念，并將其特定的內(nèi)涵與生物學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系。在IBDP生物學(xué)教材中也是以獨(dú)立的欄目來闡述科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容，例如，如圖1所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：酶實(shí)驗(yàn)中確定量測(cè)量需要重復(fù)以確?？煽啃?。我們對(duì)酶活性的了解是基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為了獲得有力的證據(jù)，必須精心設(shè)計(jì)這些并遵循一些基本原則：實(shí)驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)該是定量的而不是描述性的測(cè)量應(yīng)該是準(zhǔn)確的，這在科學(xué)上意味著對(duì)接近真實(shí)值;實(shí)驗(yàn)應(yīng)該重復(fù)，這樣可以比較重復(fù)的課來評(píng)估它們的可靠性教材中與指南中對(duì)科學(xué)的要求一一對(duì)應(yīng)“尋找趨勢(shì)和差異：盡管大多數(shù)生物符合細(xì)胞理論，但也有例外，研究的論理意義：涉及于細(xì)胞的研究越來越好，并提出倫理議題”（圖2）。這種顯性的呈現(xiàn)方式明確了科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的生物學(xué)科內(nèi)容載體，使得科學(xué)本質(zhì)不再是抽象的理論，有助于學(xué)生在概念的學(xué)習(xí)過程中增進(jìn)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解，為課堂教學(xué)開展科學(xué)本質(zhì)教育提供豐富的素材。

2.2整合知識(shí)論，培養(yǎng)理性思維

知識(shí)論（Theory of Knowledge，TOK）是IBDP體系中的核心課程，這門課程不以教授具體的專業(yè)知識(shí)為目的，而是通過追問知識(shí)的本質(zhì)來培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題的理性思維能力。在生物學(xué)教材中的旁欄中專門設(shè)置了知識(shí)論一欄（圖3），它是以生物學(xué)科內(nèi)容為背景來探索某一潛在的知識(shí)論問題。例如，“酶”這一節(jié)中的知識(shí)論欄目的問題——“為什么鎖與鑰匙模型沒有被誘導(dǎo)契合模型完全取代？”，學(xué)生通過對(duì)這個(gè)問題的思考，更加深入地理解酶的作用原理，并對(duì)模型的提出歷程有一定的了解，認(rèn)識(shí)到?jīng)]有哪個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)是輕而易舉的，沒有哪個(gè)模型是真正完美的，它需要不斷地被完善。再如，“DNA和RNA的結(jié)構(gòu)”這一節(jié)中的知識(shí)論設(shè)置了“競(jìng)爭(zhēng)和合作在科學(xué)研究中的相對(duì)作用是什么？”，學(xué)生通過對(duì)DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史的回顧，深入地思考什么是科學(xué)探究，認(rèn)識(shí)到在科學(xué)研究小組內(nèi)部合作很重要，而另一方面，競(jìng)爭(zhēng)可能會(huì)激勵(lì)雄心勃勃的科學(xué)家不懈地工作。通過對(duì)知識(shí)論欄目問題的思考和回答，學(xué)生能夠?qū)ι飳W(xué)科有更深入的學(xué)習(xí)，有利于批判性思維和探究式學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)，從而建立科學(xué)本質(zhì)觀。

3巧妙的內(nèi)容設(shè)計(jì)

3.1體現(xiàn)跨學(xué)科，形成大概念

IBDP生物學(xué)教材中科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容強(qiáng)調(diào)和化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科的融合，打破學(xué)科間的界限，完整地展示科學(xué)事業(yè)的發(fā)展。例如，在“細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)”這一部分中介紹了從光學(xué)顯微鏡到電子顯微鏡的發(fā)展歷程，強(qiáng)調(diào)了在物理上電子顯微鏡的發(fā)明促進(jìn)了對(duì)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的理解。再如，“染色體”部分介紹了放射自顯影技術(shù)從用來發(fā)現(xiàn)特定物質(zhì)在細(xì)胞和組織中的位置，到凱恩斯用此技術(shù)來確定染色體中DNA分子的長度并揭示復(fù)制叉，進(jìn)一步說明了生物學(xué)的發(fā)展離不開物理和化學(xué)研究在技術(shù)上的革新。又如，在“神經(jīng)元和突觸”中介紹了不同專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)家之間合作致力于記憶和學(xué)習(xí)的研究，并以牛津大學(xué)的光遺傳學(xué)的研究技術(shù)為例，強(qiáng)調(diào)生物學(xué)的發(fā)展離不開各學(xué)科的融合，離不開不同專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)家小組之間的協(xié)作……讓學(xué)生理解生物學(xué)不是一門獨(dú)立發(fā)展的學(xué)科，而是與其他學(xué)科相互促進(jìn)，關(guān)聯(lián)發(fā)展的。

3.2重視科學(xué)史，激發(fā)學(xué)生興趣

IBDP生物學(xué)教材對(duì)科學(xué)歷史和文化的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)非常重視。在內(nèi)容的編排上，特別注重對(duì)科學(xué)知識(shí)形成、發(fā)展的歷程進(jìn)行深入的闡述，側(cè)重于通過科學(xué)歷程的體驗(yàn)來學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和研究方法，從中讓學(xué)生挖掘蘊(yùn)含的科學(xué)家的思維品質(zhì)，并認(rèn)識(shí)到科學(xué)的發(fā)現(xiàn)是要經(jīng)歷數(shù)代科學(xué)家不懈的工作，科學(xué)知識(shí)可能會(huì)隨著科學(xué)研究的深入而發(fā)生改變。例如，“膜結(jié)構(gòu)模型”這一部分從戈特（Gorter）和格倫德爾（Grendel）開始提出膜具有雙層磷脂到辛格（Singer）和尼克爾森（Nieolson）提出流動(dòng)鑲嵌模型，呈現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)模型的來龍去脈，涉及了使用模型作為現(xiàn)實(shí)世界的表示，以及一種理論被另一種理論取代的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)，有利于學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)是不斷修正、不斷發(fā)展的，并且深刻體會(huì)到敢于質(zhì)疑是科學(xué)不斷發(fā)展的動(dòng)力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。這種以科學(xué)史發(fā)展歷程的教學(xué)潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生全面的科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生樹立科學(xué)本質(zhì)觀。

3.3強(qiáng)調(diào)科學(xué)論證，保證客觀性

IBDP生物學(xué)指南中特別強(qiáng)調(diào)，為了增強(qiáng)科學(xué)的客觀性，要重視科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)，通過重復(fù)測(cè)量、增加樣本量、避免隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差以及利用多種技術(shù)手段來提高數(shù)據(jù)的可靠性;理解誤差、不確定性、準(zhǔn)確性與精確性之間的差異;認(rèn)識(shí)到認(rèn)知的偏差產(chǎn)生的影響;重視大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，等等。例如，在“設(shè)計(jì)滲透實(shí)驗(yàn)”中就要求精確地定量測(cè)量，并且列出一系列的清單來評(píng)估設(shè)計(jì)：如果可能，結(jié)果應(yīng)該是定量的;使用最合適和最優(yōu)質(zhì)的儀器或其他設(shè)備，測(cè)量應(yīng)盡可能準(zhǔn)確;需要重復(fù)測(cè)量;必須控制可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的所有因素，只允許調(diào)查中的因素發(fā)生變化，其他的因素不變。此清單可用于確保實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)。在IBDP生物的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)中，指南要求學(xué)生完成一定量的定量實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)和課題中測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)自變量、因變量的選取、數(shù)據(jù)的處理、結(jié)果的誤差判斷都做了詳細(xì)的規(guī)定。這種對(duì)證據(jù)和數(shù)據(jù)的重視，能夠保證科學(xué)的真實(shí)性和客觀性，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4啟示

2002年4月我國頒布了《全民科學(xué)素養(yǎng)行動(dòng)計(jì)劃》，目標(biāo)是到2049年中華人民共和國成立100周年時(shí)，全體公民都達(dá)到“人人具備科學(xué)素養(yǎng)”。而“什么是科學(xué)素養(yǎng)”“怎樣提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”這些問題還缺乏可操作的實(shí)驗(yàn)方案。吳堅(jiān)在他的著作《全球教育發(fā)展新趨勢(shì)》中指出：“由于對(duì)科學(xué)哲學(xué)缺乏探索而帶來的對(duì)現(xiàn)代科學(xué)的片面認(rèn)識(shí)，我國學(xué)校的科學(xué)課程與教學(xué)幾乎都不涉及科學(xué)自身的局限性、科學(xué)的本質(zhì)和精神，以及科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的互動(dòng)等重大問題。在大多數(shù)國人的眼里，科學(xué)即真理，因而科學(xué)是不可錯(cuò)的;科學(xué)知識(shí)是精確的證實(shí)知識(shí)，因而它有著至高無上的權(quán)威。這種科學(xué)觀必然導(dǎo)致科學(xué)‘神圣的心理，成為滋生唯科學(xué)主義的心理基礎(chǔ)，其直接結(jié)果反映在科學(xué)教育上，便是不能培養(yǎng)學(xué)生的懷疑精神、批判精神和創(chuàng)新精神?！蔽覈目茖W(xué)教育還注重基礎(chǔ)知識(shí)和技能的傳授，大量的教學(xué)內(nèi)容以講述結(jié)論和定論為主，很少討論這些結(jié)論發(fā)展的過程，對(duì)于科學(xué)精神、科學(xué)研究能力很少涉及，對(duì)于科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)還不夠重視。其實(shí)，科學(xué)不僅僅是知識(shí)體系，它也是一種探究的過程，并在不斷的探究歷程中形成科學(xué)研究特有的思維方式。生物科學(xué)本質(zhì)上是一門自然科學(xué)，與物理、化學(xué)、地球科學(xué)有著一樣的自然科學(xué)屬性，它不僅是一個(gè)結(jié)論豐富的知識(shí)體系，也包括了人類認(rèn)識(shí)自然世界和規(guī)律的一些特有的思維方式和探究過程。所以要培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)就必須對(duì)科學(xué)有一個(gè)比較全面的了解，要重視科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)。在中學(xué)生物教學(xué)過程中，教師要倡導(dǎo)學(xué)生合理的懷疑，“以懷疑作審視的出發(fā)點(diǎn)”，重視邏輯和實(shí)證，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)和證據(jù)對(duì)科學(xué)研究的重要性，“以實(shí)證為判別尺度，以邏輯作論辯的準(zhǔn)繩”，理解科學(xué)的本質(zhì)并形成科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，讓學(xué)生通過嚴(yán)密的邏輯推理和審慎的實(shí)驗(yàn)，來理解科學(xué)是客觀、真實(shí)的。這樣，學(xué)生才會(huì)對(duì)科學(xué)產(chǎn)生興趣，才會(huì)信服科學(xué)。著眼新冠肺炎的控制提升學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

張小明

2019年12月下旬，湖北省武漢市陸續(xù)出現(xiàn)不明原因肺炎病例。人們認(rèn)識(shí)到這是一種能導(dǎo)致急性呼吸道傳染病的新型冠狀病毒。2020年1月31日，此次疫情被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為國際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件。2020年2月8日，國家衛(wèi)生健康委員會(huì)決定將“新型冠狀病毒感染的肺炎”暫命名為“新型冠狀病毒肺炎”，簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”（novel coronaviruspneumonia，NCP）。2月11里，WHO將新型冠狀病毒感染的肺炎命名為COVID-19（Corona Virus Disease2019）。2月11日晚，國際病毒分類委員會(huì)的冠狀病毒研究小組（CSG）正式將新冠病毒命名為“SARS-CoV-2”。疫情初期，人們對(duì)病毒認(rèn)知有局限，從地理位置上，武漢四通八達(dá)，春運(yùn)大潮使武漢人流通向全國各地，疫情猝不及防地蔓延開來。我國政府及時(shí)果斷采取行動(dòng)應(yīng)對(duì)疫情，展現(xiàn)了驚人的速度和果斷的決策力;14億人民聯(lián)防聯(lián)控，各盡其力，萬眾一心，攻克疫情，終于控制住疫情在我國的蔓延。目前，新冠肺炎病例己在全球多個(gè)國家發(fā)現(xiàn)，受到了世界的廣泛重視。3月11日，WHO宣布新冠肺炎具有全球大流行的特征。這是首個(gè)冠狀病毒傳播引發(fā)的全球大流行。

此次疫情的抗擊中，每個(gè)學(xué)生都參與其中，履行著自己的義務(wù)，保衛(wèi)自己，保衛(wèi)家園。生物學(xué)教師在教學(xué)中可以針對(duì)此次疫情，開展校本專題，拓展教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1從生命觀念出發(fā)，解讀SARS-CoV-2

本次疫情發(fā)生突然，發(fā)展迅速。教師要引導(dǎo)學(xué)生從生命觀念的角度，科學(xué)了解本次疫情的發(fā)生，堅(jiān)信疫情最終能夠被控制。尤其，教師要使學(xué)生樹立人是自然的一個(gè)部分，促進(jìn)學(xué)生樹立人與自然和諧相處的平衡觀。

1.1從結(jié)構(gòu)與功能觀認(rèn)識(shí)病毒

冠狀病毒（Coronaviridae/Coronaviruse，CoV）在自然界中廣泛存在。它是一類嚴(yán)重危害人類及家畜家禽健康的病原微生物，目前發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒有十幾種。從形態(tài)學(xué)上來說，冠狀病毒略呈球形，因外形類似中世紀(jì)歐洲帝王的皇冠而得名。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后迅速增殖，對(duì)敏感細(xì)胞造成損傷乃至引發(fā)細(xì)胞裂解死亡。

SARS-CoV-2是一種冠狀病毒，是一類具有囊膜、基因組為線性單股正鏈的RNA病毒，是自然界廣泛存在的一大類病毒。臨床統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，此次由新冠狀病毒引發(fā)的肺炎以發(fā)熱、呼吸困難、乏力為主要表現(xiàn)，少數(shù)有腹瀉、鼻塞和咽痛等癥狀。重癥患者多在發(fā)病后一周出現(xiàn)呼吸困難、低氧血癥，嚴(yán)重者會(huì)快速發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征、膿毒性休克等，甚至死亡。

學(xué)生已經(jīng)具備對(duì)病毒結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的能力，教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧病毒的相關(guān)內(nèi)容，提出問題，促進(jìn)學(xué)生思考，從而使學(xué)生理解SARS-CoV-2的特點(diǎn)：SARS-CoV-2的結(jié)構(gòu)是什么？它如何侵入到細(xì)胞內(nèi)？在細(xì)胞內(nèi)，病毒遵循了那些遺傳信息流？為什么會(huì)致??？新冠病毒在體外可以進(jìn)行增殖嗎？

在學(xué)生思考后，教師提供資料，要求學(xué)生修正關(guān)于遺傳信息流的回答：SARS-CoV-2有包膜結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)衣殼包裹遺傳物質(zhì)，遺傳物質(zhì)是單鏈RNA。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，不需要經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄過程，而是直接以病毒RNA為模板表達(dá)出RNA聚合酶;隨后，RNA聚合酶參與合成mRNA以及病毒遺傳基因組RNA的復(fù)制;mRNA參與各種蛋白質(zhì)合成。接著，教師追問：為什么新冠病毒的變異快？學(xué)生從而可以知道：在新冠病毒的增殖過程中，和DNA生物不一樣，RNA病毒的錯(cuò)誤修復(fù)機(jī)制的酶活性很低，幾乎是沒有，所以變異很快。

教師補(bǔ)充：在SARS-CoV-2侵染宿主細(xì)胞過程中，作用于細(xì)胞受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶II（ACEII），從而特異性感染人的呼吸道上皮細(xì)胞，引發(fā)的肺炎以發(fā)熱、呼吸困難、乏力為主要表現(xiàn)。

學(xué)生從結(jié)構(gòu)與功能出發(fā)，認(rèn)識(shí)SARS-CoV-2，可以幫助理解疫情的發(fā)生原因與應(yīng)對(duì)措施，減少不必要的恐慌，能夠科學(xué)地看待問題。

1.2從進(jìn)化和適應(yīng)觀看待新冠病毒是如何跨界傳播的

1937年，科學(xué)家首次從雞身上分離獲得第一株冠狀病毒，從此開啟對(duì)冠狀病毒微生物的研究。2020年2月，中科院聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)和科研所收集四大洲12個(gè)國家的93個(gè)SARS-CoV-2基因組數(shù)據(jù)，根據(jù)研究，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2可能在11月下旬就已經(jīng)開始人傳人。

教師提出問題：科學(xué)家為什么要尋找病毒的發(fā)源地？病毒是如何傳播到人體的？從而引發(fā)學(xué)生思考科學(xué)家推測(cè)有中間宿主的原因，并明確：尋找病毒的來源以及確定中間宿主，對(duì)疫情的控制和避免再次爆發(fā)具有至關(guān)重要的意義。

教師追問：為什么SARS-CoV-2并沒有使中間宿主患上嚴(yán)重的流行性疾病呢？教師引導(dǎo)學(xué)生分析，得出病毒和中間宿主共同進(jìn)化：免疫力低的中間宿主在自然選擇中被淘汰;毒性特別強(qiáng)的毒株也隨中間宿主的死亡而被淘汰;存留下來的病毒與中間宿主發(fā)生了共同進(jìn)化。

教師補(bǔ)充資料：曾有研究在2008年做過統(tǒng)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)新的傳染病時(shí)，60%是人畜共患。SARS-CoV（引起嚴(yán)重急性呼吸道綜合癥）源自中華菊頭蝠，MERS-CoV（引起中東呼吸綜合征）源自駱駝，HIV來自靈長類近親黑猩猩，野生大雁身上的病毒造成甲型流感。野生動(dòng)物貼近人類、爬上餐桌，身上所攜帶的病毒也實(shí)現(xiàn)了一次從畜到人的跨越。這些未知病毒可能在人群中肆虐傳播，對(duì)人的免疫系統(tǒng)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

學(xué)生通過這樣的分析，知道了要敬畏自然，要科學(xué)地看待感染病毒后所患的COVID-19。

1.3從穩(wěn)態(tài)和平衡觀，理解感染了SARS-CoV-2的個(gè)體被治愈的過程

免疫系統(tǒng)像戰(zhàn)士一樣，時(shí)刻保護(hù)著人體不受侵犯。人體有三道免疫防線抵抗外界病原體。SARS-CoV-2借助空氣傳播，繁殖周期非常短，主要攻擊人的肺部細(xì)胞，容易突破人的第一、二道防線，并通過大量繁殖對(duì)身體的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生影響。因此，人體主要靠淋巴細(xì)胞消滅病毒。人們生活的環(huán)境非常復(fù)雜，淋巴細(xì)胞儲(chǔ)備數(shù)以百萬計(jì)不同種類的抗原受體時(shí)刻準(zhǔn)備迎戰(zhàn)病原體?，F(xiàn)代免疫學(xué)理論認(rèn)為，這是淋巴細(xì)胞內(nèi)有關(guān)基因隨機(jī)重新組合的結(jié)果。一個(gè)人的全部B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的基因都是相同的，其中包括為抗原受體編碼的基因。在淋巴細(xì)胞成熟的過程中，由于抗原受體編碼的基因中的不同部分隨機(jī)地移動(dòng)（重新組合），可以造成數(shù)以百萬計(jì)的重排。對(duì)于一個(gè)B細(xì)胞或一個(gè)T細(xì)胞，這種隨機(jī)重排的過程中只產(chǎn)生一種基因，它編碼出一個(gè)抗原受體，這種受體只能特異識(shí)別一種抗原。一個(gè)人會(huì)有10¹⁰以上不同抗原受體的淋巴細(xì)胞。當(dāng)一種抗原入侵時(shí)，只有一種基因型的淋巴細(xì)胞受體能識(shí)別抗原的“非我”標(biāo)志的特定結(jié)構(gòu)，即抗原蛋白，并與之結(jié)合，這種淋巴細(xì)胞被激活后產(chǎn)生一個(gè)免疫學(xué)上同一的克?。寺【褪沁z傳學(xué)上由一個(gè)細(xì)胞增殖來的相同的細(xì)胞群體）來對(duì)抗這種抗原。這構(gòu)成了免疫學(xué)上特異性的分子和細(xì)胞基礎(chǔ)。

教師提出問題：是不是所有的人接觸SARS-CoV-2都會(huì)產(chǎn)生一樣的反應(yīng)？只要感染SARS-CoV-2就會(huì)發(fā)展成為重癥或危重癥患者嗎？教師聯(lián)系免疫的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生理解：在本次新冠病毒感染人體的過程中，還是需要依靠人體自身的免疫力抵抗病毒。這也是一些免疫力強(qiáng)的病人能自愈的原因。因此不是所有的人感染了都會(huì)患病，只有少數(shù)的人才會(huì)發(fā)展成重癥或危重癥患者。

教師追問：治愈后的人群還會(huì)有再感染的風(fēng)險(xiǎn)嗎？學(xué)生經(jīng)過分析后，明確：在一次對(duì)付一種抗原的免疫應(yīng)答中并不是全部克隆出來的T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞都消耗干凈，而是有一部分保留在血液循環(huán)中成為記憶細(xì)胞。以后一旦遇到同一抗原，這些記憶細(xì)胞便會(huì)更快更大規(guī)模地增殖，做出強(qiáng)有力的反應(yīng)。所以被治愈的患者具備了快速消滅同種病毒的能力，并且他們的體內(nèi)產(chǎn)生了抵抗病毒的抗體。他們的血清也成為治療重癥患者的高效物質(zhì)。

只有科學(xué)了解生物學(xué)的生命現(xiàn)象，形成科學(xué)的自然觀，才能展開對(duì)生命活動(dòng)規(guī)律的探究，從而解決實(shí)際問題。只有正確地認(rèn)識(shí)病毒與疫情，才能在遇到身體不適時(shí)，不發(fā)生恐慌，正確對(duì)待。

2體驗(yàn)我國科學(xué)家利用科學(xué)思維通過科學(xué)探究尋找控制疫情的歷程

肺炎傳播后，如何確認(rèn)病原體侵入人體的路徑？如何快速診斷疑似患者？只有運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)疫情，才能解決實(shí)際問題。教師可以引導(dǎo)學(xué)生簡(jiǎn)單梳理我國科學(xué)家和醫(yī)護(hù)工作人員進(jìn)行科學(xué)思維、找出確診患者的歷程，從而使學(xué)生明白對(duì)確診患者進(jìn)行治療、有效切斷傳播路徑才是減少疫情傳播的重要手段。

2.1快速認(rèn)清病毒

此次疫情開始后，曾有人懷疑是不是SRAS病毒?？蒲腥藛T將SARS-CoV-2的序列和SARS-CoV進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)兩者很相似。因?yàn)楣跔畈《镜腟蛋白對(duì)病毒識(shí)別和入侵有著關(guān)鍵作用，于是科學(xué)家比對(duì)了這兩種冠狀病毒的S蛋白，再通過計(jì)算機(jī)建立模型，發(fā)現(xiàn)雖然相互作用的5個(gè)氨基酸有4個(gè)都發(fā)生了突變，但是SARS-CoV-2的S蛋白與人體的ACEII蛋白整體上依舊有相互作用的能力。這也加深了科研人員對(duì)新冠病毒感染人體機(jī)制的研究。

2.2利用病毒的特點(diǎn)準(zhǔn)確找出患者

感染SARS-CoV-2后，人體早期癥狀類似于流感。怎樣確診？理論上，可以進(jìn)行抗體檢測(cè)、病毒的基因測(cè)序和核酸檢測(cè)。采用抗體檢測(cè)方法有不足之處，因?yàn)榛颊唧w內(nèi)產(chǎn)生抗體需要一定的時(shí)間延遲，容易產(chǎn)生假陰性結(jié)果。目前，分子生物學(xué)手段上常用的方法有病毒的基因測(cè)序與核酸檢測(cè)。基因測(cè)序?qū)τ诩夹g(shù)的要求比較高，所以目前進(jìn)行的確診主要是病毒的核酸檢測(cè)過程。

有不少民眾認(rèn)為：只要用病毒的檢測(cè)試劑盒就能檢測(cè)出是否被感染。事實(shí)非然，每種病毒檢測(cè)試劑盒都具有專一性，對(duì)于這種新的病毒，首先需要研制針對(duì)性的核酸檢測(cè)試劑盒。因此在核酸檢測(cè)的前期，首先從患者細(xì)胞中提取出病毒RNA。然后依賴反轉(zhuǎn)錄酶將RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA，利用PCR方法進(jìn)行擴(kuò)增，通過機(jī)器熒光分析實(shí)時(shí)檢測(cè)定量擴(kuò)增的產(chǎn)物，最后確診。開始使用核酸檢測(cè)，得到結(jié)果一般需要5 h左右。為了加快檢測(cè)速度，我國科研人員、各個(gè)醫(yī)療結(jié)構(gòu)和核酸試劑盒生產(chǎn)企業(yè)也加快開發(fā)針對(duì)SARS-CoV-2的試劑盒。

教師可引導(dǎo)學(xué)生理解核酸檢測(cè)的原理和方法，并促進(jìn)學(xué)生思考：在實(shí)際檢測(cè)中，為什么會(huì)存在假陰性？假陰性的出現(xiàn)是不是說明了病毒出現(xiàn)了變異呢？學(xué)生需要運(yùn)用批判性思維，辯證看待問題，找出可能的原因。學(xué)生聯(lián)系免疫學(xué)和基因工程的內(nèi)容，分析后，可以知道：假陰性的出現(xiàn)與采樣方法、采樣部位、采樣量、運(yùn)輸、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)條件以及疾病發(fā)展的階段都有關(guān)系;另外，試劑盒的靈敏度也可能是影響因素。

教師可以追問：那么，如果將診斷COVID-19的主要依據(jù)改為CT，是否可靠？這種檢測(cè)試劑盒的檢測(cè)效果能一勞永逸嗎？學(xué)生思考后，才會(huì)明白：胸部CT的結(jié)果只能表明病人的肺部是否出現(xiàn)病變，而導(dǎo)致病變的原因并不清楚。因此核酸檢測(cè)與CT各有應(yīng)用價(jià)值，可以用CT檢測(cè)作為輔助篩查的重要手段。但是，確診標(biāo)準(zhǔn)仍是試劑盒檢測(cè)陽性和基因測(cè)序與新冠病毒同源。由于，此次疫情爆發(fā)得突然，因此國家藥監(jiān)局規(guī)定所研制的核酸試劑盒僅為新型冠狀病毒感染的肺炎輔助診斷及應(yīng)急儲(chǔ)備，有效期一年;如果想延續(xù)注冊(cè)使用，還要提交實(shí)驗(yàn)室的臨床數(shù)據(jù)。

2.3尋找遏制疫情發(fā)展的突破口

科學(xué)家和醫(yī)護(hù)人員通過分析SARS-CoV-2，在治療COVID-19的過程中尋找病毒的傳播途徑，從而提出未感染者的預(yù)防措施。我國政府迅速應(yīng)對(duì)，采取了一系列措施，并號(hào)召人們減少外出，勤洗手，戴口罩，降低人與人之間的接觸概率。這些舉措大大遏制了病毒的肆虐傳播，提高了我國控制疫情的有效性。

3樹立人與自然和諧共處的社會(huì)責(zé)任感

每個(gè)學(xué)生都親身經(jīng)歷這次疫情，知道了生物學(xué)關(guān)聯(lián)著每個(gè)人的每一天。教師要引導(dǎo)學(xué)生跳出課本，厘清科學(xué)知識(shí)，基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題。教師要利用這次的疫情，使學(xué)生更加理解人是自然的一員，要學(xué)會(huì)和自然的和諧相處;宣傳對(duì)野生動(dòng)物的保護(hù)，只有保持適當(dāng)?shù)木嚯x感，才能保證人類社會(huì)和自然環(huán)境的和諧共進(jìn)，從而使學(xué)生樹立造福人類的態(tài)度和價(jià)值觀，形成生態(tài)意識(shí)，參與環(huán)境保護(hù)實(shí)踐。在面對(duì)問題和社會(huì)言論時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生積極運(yùn)用生物學(xué)的知識(shí)和方法，不盲從，要勤于思考，注重實(shí)踐，利用科學(xué)的解釋來辨別迷信和偽科學(xué)，并能主動(dòng)向他人宣傳正確的觀念和知識(shí)，盡到普通公民的義務(wù)。

未來，人們還有可能遇到自然界的其他考驗(yàn)，只有不斷提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，才能使學(xué)生更好地促進(jìn)生態(tài)文明，迎接挑戰(zhàn)。