李雪梅

一、背景及意义

受到新冠疫情影响,疫情防控成为一个具有重大教育意义的主题,很多学校都会开展疫情相关专题教育,如主题班会、抗疫宣传等,但与学科教学相融合的内容却不多,而病毒这一生物学概念,在高中生物学第一节课中就有所提及。因此,笔者作为一名高中生物学教师及备课组长,以此为素材,将防疫涉及的生物学知识整合为单元教学,确定单元目标,包括知识目标和学科素养目标,其中知识目标有新冠病毒的特点、病毒的传播、病毒的遗传与进化、病毒的检测、病毒的免疫和预防、药物研发与疫苗,选择合适的教学形式,确定合理的教学评价方式。挖掘其育人价值,积累材料,在践行核心素养的同时,为其他教师提供教学素材,积累课程资源。再通过线上生物学教学,亲自授课实践,做好防疫知识的渗透,帮助学生认识病毒,了解疫苗的原理及应用,增强自身免疫力,做好个人防护,宣传科学的防疫知识,建立结构与功能相适应,遗传与进化观,稳态与平衡观等生命观念,培养学生的归纳概括能力,辩证性思维等科学思维,学会用科学知识解决现实问题,提高生物学科学素养。

二、高中阶段与疫情相关的生物学知识介绍

(一)病毒的结构及生存方式

病毒没有细胞结构,由蛋白质和核酸两部分构成 (只有少数几种例外,如仅仅以核酸形式存在的类病毒)。病毒不能独立生存,当我们被新冠病毒感染时,病毒便寄生在我们身体的细胞内。

(二)病毒的类型

按宿主类型划分,动物病毒,如HIV 病毒、新型冠状病毒;植物病毒,如烟草花叶病毒;细菌病毒,如噬菌体。

也可以按遗传物质划分,病毒可分为DNA 病毒,如噬菌体;RNA 病毒,如HIV 病毒、新型冠状病毒、SARS 病毒。

(三)病毒的增殖过程

结合图解,总结出病毒的增殖过程: 吸附在细胞表面→注入核酸(注: HIV 病毒不仅注入RNA,还注入逆转录酶)→合成→装配→释放五个步骤。

(四)病毒遗传信息的传递和表达

根据学生所学的基因的传递和表达,提炼出病毒的遗传信息的传递和表达。其中,DNA 病毒,可以进行DNA 复制、转录和翻译。这种遗传信息的传递和表达方式普遍存在于以DNA 为遗传物质的生物中。

RNA 病毒可以进行RNA 的复制,逆转录。如烟草花叶病毒即为RNA 复制病毒;HIV 病毒为逆转录病毒。

了解了病毒的增殖过程及遗传信息的传递和表达,就可以考虑如何研发出抗病毒的药物了。可让学生结合所学知识,共同讨论,大胆猜想,归纳总结抗病毒药物的类型: 第一类是受体阻断剂。新冠病毒是通过ACE II 受体介导将遗传物质注射入细胞中,通过药物去竞争这一个位点,从而减少细胞的感染概率;第二类是核苷酸类似药。人体遗传物质在复制时需要核苷酸作为原料来合成DNA 或RNA。这类药物通过“模仿” 核苷酸的结构,使得后续病毒的复制、翻译和装配过程无法正常进行,减少病毒的复制概率;第三类是聚合酶抑制剂。就是用药物去抑制聚合酶的活性;第四类是抑制蛋白质合成,直接杀伤病毒。

(五)病毒的变异与进化

病毒的变异为基因突变,为进化提供了原材料。因RNA 为单链,以RNA 为遗传物质的病毒,发生变异的概率更高,如新型冠状病毒。

(六)人体免疫与疫苗

病毒在免疫学上属于抗原,对于病原体的攻击,人体有三道防线来抵御,高中生对于免疫的三道防线,体液免疫和细胞免疫的过程都有所了解,在此,可让学生再次巩固。

及时接种疫苗有助于减轻感染病毒后的症状,我国已上市的新型冠状病毒疫苗类型有灭活疫苗、腺病毒载体蛋白疫苗、核酸疫苗、重组蛋白疫苗等。接种疫苗后,机体可以产生抗体和记忆细胞,当二次接触抗原时,记忆细胞会迅速增殖分化产生浆细胞,进而快速产生大量抗体。但记忆细胞和抗体的存活时间是有限的,因此,疫苗需要及时接种第二针、第三针,以快速产生大量的记忆细胞和抗体。

(七)核酸检测、试剂盒检测方法及原理

新冠病毒内的遗传物质是RNA,是核酸的一种,核酸检测原理为分子杂交。根据前面复习的病毒遗传信息的传递和表达,带领学生分析核酸检测的原理。从鼻咽中获得样本后,如果样本中存在病毒RNA,在使用逆转录酶进行处理后,再对DNA进行开链处理,则可以得到与病毒RNA 互补配对的核酸链。使用能与病毒配对的特定探针后,如发现探针与之结合,即得到阳性结果,则可以确定样本中存在病毒。

试剂盒检测中抗原检测的是病毒表面的蛋白质,其原理为抗原抗体杂交。人体一旦感染病毒,鼻咽中的结构蛋白可作为抗原刺激浆细胞产生特异性抗体。抗体检测的原理也是抗原抗体杂交。被新冠病毒感染的人体内会有抗体产生,因此,通过检测人体中是否存在与新冠病毒特异性结合的抗体,从而间接证明人体是否已感染新型冠状病毒。

几种方法相比,试剂盒检测出现假阳性的概率较高。因此,目前有疫情的各地都在进行核酸检测。

三、有效的线上教学方式方法

(一)线上教学媒介

自线上教学开展以来,笔者尝试运用不同的方式进行线上教学,如腾讯会议、钉钉直播、钉钉在线课堂。其中腾讯会议比较适合在召开会议时使用。

钉钉直播连线比较容易,教师的讲解和板书,学生都可以接收到,更适合年龄大一些的能集中注意力听讲的学生,和需要加大传授知识量、加快教学进度的课堂。教师讲、学生听,效率较高。缺点是无法看到学生,不能及时了解和观察到学生的学习状态,课堂互动比较困难,课堂上学生回答问题时需要邀请学生连麦或接受学生申请连麦,并且每次只能和一人连麦,还有时间延迟等缺点,比较浪费时间。因此,与钉钉直播相比,比较适合高中及高中以下年龄段学生的教学方式是钉钉在线课堂。

运用钉钉在线课堂教学时,教师可以推荐在安静环境中学习的学生选择取消静音,像在线下的课堂上一样,随时与教师交流,学生间也可以随时进行交流,对热点问题进行讨论,另外,教师也能在屏幕右侧看到学生,根据学生的眼神、表情,准确掌握学生的学习情况,及时调整教学方法和教学进度。同时,通过设置答题卡等方式掌握学生的学习效果。屏幕的左侧,可以用来书写板书,或通过屏幕共享播放课件。或许是因为教师们普遍喜欢钉钉在线课堂这种方便互动的教学模式,因此,在运用时,常常出现网络拥堵、卡顿、连不上在线课堂的情况,教师连不上课堂,就无法邀请学生进入课堂,耽误正常上课时间,解决这一问题的方法是用钉钉在线课堂的预约课堂功能,在预约的时间即可直接开启在线课堂,既省时又省心。

对于作业的批改和反馈,笔者学校的教师普遍喜欢用微信的“每日交作业” 小程序,选择题由教师设置答题卡和分值,学生提交后自动出现分值和正答率,简单明了地反映出学生的知识盲区,方便快捷,有利于教师对错题进行针对性的讲解和训练,效果较好。对于非选择题,动手操作之类的作业可让学生拍照或者录制视频上传,教师线上检查,以检测学生课堂内容的落实情况。同时,也可通过奖励小红花、评选优秀作业等方式对学生进行鼓励。另外,为了确保传上来的内容清晰,可用扫描全能王等手机扫描软件。

(二)课堂教学形式

多年教学经验让我们明确,兴趣的确是最好的老师。严密的推理过程往往更能抓住高中生的思维。更何况新冠病毒这一与我们息息相关的话题本身就是学生关注的焦点,生物学学科知识与病毒相结合,学生的学习效果明显。

笔者在高中挑选了有代表性的两类高三班级,实验班和尖子班,了解不同类型班级中高中生感兴趣的防疫知识,课堂形式包括通过课堂观察、个别访谈、成果展示、作业反馈等方法,观察教学效果,进行阶段性反思,及时总结经验教训,调整研究方向和研究方法,做好生物学学科知识与防疫知识的有效融合,尝试运用不同教学模式渗透防疫知识。如对于实验班,图片、动画、介绍新冠病毒的视频等方式的加入可为课堂学习带来新意,再通过与生活紧密联系的话题,激发学生的讨论热情。对于特优班,严密的逻辑推理是学生很感兴趣的,因此,笔者设置了更多的逻辑分析类问题,如抗病毒药物的研制、疫苗的研发等,培养学生的探究能力。

(三)重点知识的落实

在教学模式上,笔者结合班级情况,采用问题串的方式,问题串更容易调动学生的情绪状态,此时学生的接受能力是最强的。在关键时刻给他们的神经细胞施以刺激,让他们的大脑处于活跃状态,以利于反射的形成和突触的建立,帮助知识的落实。

如在其中一节课中,笔者设置了如下讨论:

讨论一: 新冠病毒是什么? 如何传播的? 如何控制新冠病毒的传播?

归纳概括所学的关于病毒的结构,病毒的生存方式等学科知识,探讨病毒的传播途径,通过如下方式控制新冠病毒的传播:

控制传染源: 对患者和密接人员及时隔离。

切断传播途径: 减少空气传播,出门戴口罩,减少飞沫传播。另外,及时通风,室内及时消毒,减少接触传播。感染者的粪便和尿液中或存在新冠病毒,可能在排便时滴溅至环境中,因此,使用公筷,保持卫生环境,回到家里及时彻底清洗双手,出门戴手套及必戴口罩都可以减少新冠病毒的感染。

保护易感人群: 早睡早起,均衡营养,适度锻炼身体,保持好心情等,都有助于增强自身免疫力,以抵抗病毒或及时监控和清除病毒。

在讨论中学会辩证性地分析问题,用科学知识解释生活现象,学会独立思考,有主见,不盲从,有主张。

讨论二: 为什么喷洒75%的酒精,对新冠病毒消毒效果最好? 如何提高自身免疫力?

不同浓度的酒精作用是不同的: 30%左右的酒精可用于高烧患者物理降温。通过擦拭皮肤使患者皮肤的毛细血管扩张,增加散热;95%的酒精可用于酒精灯的燃料;无水乙醇则可用于实验室中色素的提取。酒精浓度过低不足以将细菌杀死,而浓度过高又会使菌体表面形成一层包膜,将芽孢包裹起来,所以,喷洒75%的酒精对新冠病毒消毒效果最好。

养成良好的作息习惯,均衡营养,适度锻炼身体,保持好心情,接种疫苗等,都有助于增强自身免疫。

讨论三: 新冠病毒会与我们共存吗?

拓展讨论新冠病毒与生物学的关系,体会保护生物的重要作用,保护我们共同的家园——生物圈的重要性,明确人类只是自然界中无数生物中的一种,只有尊重地球生物,敬畏生命,懂得感恩,才会有未来美好的生活。

最后,通过对病毒相关内容进行整理,制作概念图,建构概念模型,培养科学思维,帮助学生在知识进阶的同时实现思维进阶。