以生物学事实为依据，问题引领发展学生的科学思维——以“单克隆抗体”教学为例

福建省莆田第二中学 潘兰玉

科学思维是生物学学科核心素养的主要内容，发展科学思维是生物学教学的重要目标之一，《普通高中生物学课程标准（2017版2020年修订）》中关于“科学思维”的表述是：尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。在以前的课堂教学中，学生只是被动地获得生物学概念，缺乏以事实和资料支撑的形成过程，不能很好地发展学生的科学思维。在教学过程中，笔者积极探索“以生物学事实为依据，问题引领发展学生的科学思维”的教学策略，以期有效地训练学生的科学思维。本文以“单克隆抗体”教学为例，探讨依据生物学事实，创设问题情境以引领学生发展科学思维的生物学课堂教学策略。

一、生物学事实的来源与问题的提炼

学生学习的目的不仅仅是要获得教材中的某些必备知识，更重要的是能够运用所学的生物学知识，在真实情境中去解决相关问题的能力。而学生在真实的情境（即事实）中学习，效率比传统的、传授式的教学模式要高得多。所以在教学过程中，教师可根据教学内容，具体学情，选择恰当的事实，营造宽松良好的学习氛围，使学生产生浓烈的学习兴趣，主动地去获取知识。事实可以来源于新闻报道、社会热点、科学实验、科技文献、生产生活实际等，要求真实准确，学生易理解接受。教师根据所给的事实，提炼出基于事实和与所学知识相关的、有思维含量的、指向明确的问题来引导学生积极主动地参与到学习活动中去。所提炼的问题应能够引导学生理解核心概念和原理，梳理重要的生理过程，解释相关的生命现象，设计解决问题的思路及方案等。问题要求符合学生的认知规律，有层次性，由浅到深，循序渐进，而且要面向全体学生，兼顾各个层面的学生。

二、以事实和问题发展学生的科学思维

1.发展批判性思维。

批判性思维是基于标准的有辨识能力的判断，是合理的、反省性的思维，是在面对生物学现象时，敢于质疑权威的言论和已有的认知体系，并辩证地提出自己的观点。批判性思维需要在掌握已有生物学基本原理的基础上，分辨自己和他人思维中的错误，强调对已思维过程进行批判性和审辨性思考。在“单克隆抗体”一节教学引入环节，笔者展示了2020年2月13日晚9时，湖北省新型冠状病毒肺炎疫情防控工作指挥部召开第23场新闻发布会上武汉金银潭医院院长张定宇的呼吁：新冠肺炎康复者捐献血浆，用于救治重危症患者；国家卫健委的“可采用恢复期血浆治疗新冠肺炎患者”的指导意见，以及康复者捐献血浆的采访视频。依据以上事实，笔者设置了两个问题：（1）为什么康复者的血浆可用于救治重危症患者？（2）为什么不用康复者的血浆治疗轻症患者？对于第一个问题，学生根据已有的知识储备，能很快地作出正确的回答。第二个问题与第一个问题产生冲突，激发了学生探索的兴趣。学生通过思考讨论及笔者的进一步介绍后，认识到自己认知上存在的误区，在将来碰到类似的问题时能够辩证地思考，而不是想当然地认为应该怎样或不应该怎样。

由于受到知识水平及思维广度和深度的的限制，学生对于许多生物学现象不敢或难以做出辩证的判断，所以在平时的教学过程中应多训练学生的批判性思维，使学生能逐步具有求证精神、正确评价自己和他人的思维和观点、对事物审慎作出判断。

2.发展分析和归纳思维。

分析是指遵循严谨的逻辑规律、经过认真细致地研究、逐步地推理，最后得出明确结论的一种思维方式；归纳是从个别中发现一般的推理形式和思维方式。在学习单克隆抗体制备流程的筛选环节时，笔者设置如下表1所示的事实和问题，以及设计意图。

表1： 单克隆抗体制备流程的筛选环节

胞中DNA的合成一般有两条：①主要途径（D）：由氨基酸和糖合成核苷酸，进而合成DNA，氨基喋呤（aminopterin，A）会阻断D途径。②替代途径（S）：在细胞含有次黄嘌呤（hypoxanthine，H）和胸腺嘧啶核 苷 酸（thymidine，T）的情况下，经过次黄嘌呤磷酸核糖转化酶（HGPRT）和胸腺嘧啶核苷激酶（TK）的催化作用下合成DNA。淋巴细胞中有DNA合成的这两条途径，而选择用来细胞融合的骨髓瘤细胞只有D途径，没有S途径。根据上述事实，应该在培养液中加入什么物质来筛选杂交瘤细胞？理由是什么？学生通过阅读材料，获取相关的信息并作答，训练学生获取信息的能力，以及语言规范表达的能力；并通过分析归纳得出细胞融合后初次初步筛选的方法：即应用选择性培养基筛选出杂交瘤细胞。3.融合后的细胞用培养板培养（展示96孔细胞培养板图片），有活细胞的孔即为杂交瘤细胞孔。获得的杂交瘤细胞有多种，其中有的并不能产生抗体，有的能产生所需的抗体，有的产生的是其他的抗体。为什么对筛选出来的杂交瘤细胞还要做二次筛选？如何进一步筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞？你的思路是什么？需解决的问题是什么？解决的方法是什么？学生通过对以上事实的分析，就相关的问题进行讨论和思考，归纳得出：再次筛选的方法是“克隆化培养和专一抗体检测”且要进行多次。

在单克隆抗体的应用教学环节，笔者展示了表2事实和问题及设计意图：

表2 单克隆抗体在实践中的应用教学环节

课堂上，学生通过教师所提供的事实和问题，分析、归纳出相应的知识，使学生的学习由被动地记忆相关的知识向主动获取知识转变，提升了学习的效率；通过科学思维与实验的结合，使知识的获取与思维的发展相结合，避免结论性知识学习与科学思维培养脱节的问题。

3.发展模型与建模思维。

模型是指人们基于某种特定的研究目的，对某个实际问题或客观事物、法则，进行抽象后的一种简化的综合性描述。这种描述可以是定性的，也可以是定量的；模型的形式很多，有的借助于具体的实物或其他形象化的手段（物理模型），有的是通过概括的形式来表达（概念模型），有的是根据对研究对象所观察到的现象，运用数学的逻辑方法和语言进行总结（数学模型）。在单克隆抗体的制备的筛选过程中，为了让学生能够直观形象地感受整个过程，笔者提供磁力贴，要求学生根据所给的事实和问题，构建单克隆抗体筛选流程的物理模型，使该知识点形象化和体系化。在课堂小结部分，笔者要求学生再认真阅读教材P48～49图2-16米尔斯坦和科勒制备单克隆抗体过程的示意图，用关键词、箭头、框框，构建单克隆抗体制备的流程图，在完成概念模型构建的同时，要求学生分析该模型，归纳出该过程大致需要哪几个步骤。

单克隆抗体的筛选环节及制备流程是本节课的两个重难点，往常的教学模式，学生对于整个过程缺乏理解，只是机械地记忆，达不到有效的学习目的。在本节课教学中，笔者以事实为依据，以问题为驱动，引导学生建模、析模，使知识体系化，这有助于学生在新情境下运用所学知识解决相关的问题，同时可提高学生的科学思维和科学探究能力。

4.发展创造性思维。

创造性思维是指以感知、记忆、思考、理解等能力为基础，通过想象、联想、直觉思维、灵感思维等，创造出新观点、新理论、新方法等。在单克隆抗体的应用教学环节，笔者设置了表3的事实和问题。

表3 单克隆抗体的应用教学环节

学生通过激烈的小组讨论后，认为可以用“人——鼠嵌合抗体”来代替鼠源单克隆抗体。对于方案中的不成熟地方，笔者鼓励学生课后可去查阅资料、文献加以完善。癌症是当今世界人类死亡率较高的疾病之一，传统的化疗、放疗、手术等给患者的生理和心理都带来了很大的痛苦。如果ADC能在临床上大范围使用的话，那无疑是给癌症患者带来巨大的福音！

在这个环节中，学生们表现出了极大的热情，他们根据自己已有的知识、方法，不断探讨可行性方案，在这个过程中，一定程度上发展了他们的创造性思维。也由此激发学生积极学习生物学知识，并将所学知识服务于生产、生活实践的热情。

三、体会和思考

科学思维是生物学学科核心素养的重要内容，也是发展生物学学科其他核心素养的关键。笔者在教学过程中，以事实和问题创设情境，让学生进行分析讨论，训练学生的科学思维，并形成相关的生物学概念，再引导学生将所学的生物学知识运用于生产、生活实践中，这样有效地提高了学生的学习效率。但是学生的科学思维是逐步发展的，不可能一蹴而就，这就需要教师在每节课有意识地进行训练，不断积累强化。基于科学和实践的事实，提炼出有效的问题，以问题作为驱动，在教学过程中激发学生的思考和讨论，是发展学生的科学思维的有效方法之一，但并不是唯一的方法。在生物学教学中还有其他方法也可以发展学生的科学思维，例如：教材中的科学史也是重要素材，教师可以引导学生分析科学史，从中去领悟科学家们的科学思维（尤其是批判性思维和创造性思维）和科学精神；教材中的“问题探讨”“问题与讨论”“技能应用”“思维拓展”“知识迁移”、图表等实验数据结果等栏目，都是发展学生科学思维的优质素材，教师在教学过程中要善于运用这些素材，让这些素材发挥有效的作用。同时，科学思维的发展也会受到多种因素的影响，学生的自信心和学习的兴趣会激发学生的科学思维，所以教师在选择事实（情境）、素材等时，既要具有科学性，又要是学生感兴趣的（可以选择与所学内容相关的社会热点问题。如与免疫有关的，可以新型冠状病毒创设情境；克隆技术，可选克隆猴“中中”“华华”为例；现代生物技术的伦理道德问题，可选基因编辑婴儿事件等）；在设置问题时，既要符合教学目标，又要符合学生的认知水平，是他们通过思考和讨论可以解答的，以提升学生的自信心和成就感。