结合社会热点创设情境，培养学生核心素养
——“单克隆抗体的应用”教学设计

北京市第十七中学 薛晓华

北京市朝阳区教师发展学院 陈 侠

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称为《课程标准》）在关于社会责任素养的描述中提出，学生应能够以造福人类的态度和价值观，积极运用生物学知识和方法，关注社会问题，参与讨论并做出理性解释，成为健康中国的促进者和实践者。责任意识的形成和责任行为能力的提升需要在真实情境中发生。当前，新冠肺炎疫情再次暴发，国家对新冠病毒检测及防控提出了新的措施和要求，高中生应成为这一措施的认同者、践行者及宣传者。笔者在实施“单克隆抗体的应用”一节的教学时，结合新冠病毒抗原检测这一社会热点创设情境，依托生物学知识培养学生的社会责任素养。

一、教学内容分析及教学设计思路

随着疫情的再次暴发，国家相关部门要求在核酸检测基础上增加抗原检测，作为筛查新冠病毒感染者的补充途径。抗原检测对学生认识细胞工程原理、体验细胞工程的价值具有重要现实意义，同时也是培养学生社会责任素养的重要载体。因此，以“新冠病毒抗原检测”这一事件和要求创设学习的真实情境，引导学生关注社会；通过亲身体验抗原检测过程，探究抗原检测原理，引导学生科学生活；在比较核酸检测、抗原检测及抗体检测的特点，认识抗原检测在新冠肺炎疫情防控中的重要作用后，调研了群众对抗原检测存在的问题，进而开展向群众宣传抗原检测知识的实践活动。由责任情感到责任认知、再到责任行为，不断增强学生社会责任感，使学生承担责任的主动性逐步提升（见图1）。

图1 社会责任主动性提升的过程

二、教学活动设计与实施

（一）在关注社会中聚焦和研究问题

在新的疫情防控形式下，教师介绍国家相关部门的新要求，即在核酸检测基础上增加抗原检测的决定。为了更好地落实这一要求，提出本节课探究的系列问题：怎样做新冠病毒的抗原检测、其检测的原理是什么？抗原检测与以往的核酸检测及抗体检测相比有什么不同？为什么要增加抗原检测？在这样的问题情境中，学生可以自然关注社会热点问题和科技发展前沿，激发了学习的欲望。

（二）在活动体验中学习和运用知识

1.尝试体验、提出问题

教师提供新冠病毒形态结构图（见图2）及关于新冠病毒N蛋白特点的拓展学习资料，帮助学生通过分析获得新的认识：检测新冠病毒抗原的检测卡内含有三种单克隆抗体，抗新冠病毒N蛋白单克隆抗体1（鼠源性）、抗新冠病毒N蛋白单克隆抗体2（鼠源性），以及抗体1的抗体。本试剂盒检测的是N抗原。由于新冠病毒N蛋白在不同新冠病毒株系中高度保守，所以可用于检测多种新冠病毒；N蛋白具有良好的免疫原性，在制备单抗时容易让小鼠免疫成功；病毒侵染细胞后表达量最高，所以用N蛋白作为检测对象更易被检测。本环节的体验活动和讨论过程充分激发了学生的思维积极性，并通过概括性的语言表达使思维外显化，促进了学生对抗原概念的深入理解以及选择抗原检测对象的科学性。

图2 新冠病毒结构图

2.观察结果、探究原理

学生观察检测结果（见图3），根据说明书得出检测的结论。检测的结果有两种：仅C线出现红色条带，为阴性；C、T线均没有出现红色条带，检测无效。

图3 学生新冠抗原检测结果

依据检测结果，组织学生讨论和探究：检测卡里究竟有什么物质？检测的原理是什么？

学生通过拆解新的检测卡可以发现其中的检测条。检测条是由不同材质的材料组合在一起的。检测卡上有一个深红色的胶体金垫，在检测结果中出现的红色条带是由这些红色物质移动形成的。为了帮助学生深入探究其工作原理，教师提供下列支持性资料。

资料1：检测卡的结构及胶体金的作用。检测卡由样品垫、胶体金垫、吸水滤纸等构成（见图4）。胶体金是一种有颜色的金溶胶，金溶胶粒子大小不同，颜色也有所不同，如颗粒在20～40纳米范围内呈深红色。胶体金表面带有负电荷可以通过静电与蛋白质紧密结合，从而将蛋白质进行标记，并且不影响蛋白质的生物活性。

图4 胶体金法检测卡及示意图

资料2：检测条中的物质分布图（见图5）。

图5 胶体金法检测卡物质分布图

基于以上资料信息，启发学生进行演绎推理。如果检测样品中含有新冠病毒，随着液体的移动，会与胶体金垫上的金标抗体1结合形成病毒—金标抗体1复合物，复合物继续向前移动，与T线上的抗N蛋白单抗2结合，进一步形成抗N蛋白单抗2—新冠病毒—金标抗体1双抗夹心的复合物，将导致T线显示红色。而足量的未与N蛋白结合的金标抗体1继续向前，与固定在C线处的抗抗体1的抗体结合，C线显示红色。如果检测样品中没有新冠病毒，金标抗体无法与抗体2直接结合，因此T线不显色，仅C线显红色。有的学生用检测原理图进行阐释，简洁明了（见图6）。

图6 抗原检测原理示意图

为了培养学生的发散思维，启发学生进一步研讨开放性问题：C线不出现红色的原因可能有哪些？学生通过猜测、推理发表各自的见解，如检测卡的吸水纸垫有问题，金标抗体无法与抗金标抗体的抗体结合、金标抗体无法移动、抗金标抗体的抗体没有固定在膜上等；再如，操作性问题，加入样本的量太少、加样的位置偏离等。通过思考和研讨，进一步深入明确C线的对照作用，检验试剂盒和操作是否有问题，同时也能解释为什么C线不出现红色的检测结果是无效的，因此C线称为“质控线”，T线称为“检测线”。

3.实例分析、应用知识

在呈现试剂盒研发过程中，对另外一些病原体进行的检测，结果如图7所示。

图7 特异性检测结果

引导学生思考系列问题：图7所示的检测结果能得出什么结论？请你推测研发人员做这些检测的目的是什么？你认为还有哪些因素可能干扰检测结果（药物、过敏反应等）？学生在讨论交流的基础上，阅读使用说明书中关于产品性能指标—分析特异性相关内容，体会特异性检测在防止误检中的作用。

（三）在实践活动中迁移和推广知识

首先，组织学生比较核酸检测、抗原检测、抗体检测的异同。提供新冠病毒感染和人体免疫系统响应过程示意图（图8）。

图8 新冠病毒感染和人体免疫系统响应示意图

引导学生分析得出每种检测方法最早可检出的感染阶段。核酸检测：感染后，发病前；抗体检测：发病一周后；抗原检测：感染后，发病前。在此基础上，对三种检测方法进行比较（见表1）。

表1 核酸检测、抗体检测、抗原检测比较

学生在讨论中进一步理解三种检测方法均依据特异性的原理，抗体检测阳性并不能区分既往感染和现感染，目前大部分人均接种了新冠疫苗，因此不能利用抗体检测来判断是否感染新冠病毒。抗原检测因为操作简便、快速、可自检，可实现对管控区、封控区等相关人群的快速筛查，为疫情防控提供支持。

其次，引导学生针对调研中其他年级学生、家庭成员、社区居民等人员，存在的如抗原检测可靠吗、为什么既做抗原检测又做核酸检测等疑惑，做出解释和宣传的方法和内容（三种检测方法的利与弊），在校园橱窗、社区宣传栏或楼道电梯间展示，引导群众认同国家的防疫措施和要求，并带头积极响应，争做宣传和引导志愿者。

（四）总结收获与体会，强化社会责任

引导学生分享本节课学习的收获与体会。有的同学谈到国家在制定疫情防控政策时，都是有科学依据的，我们应该积极执行；有的学生总结到单克隆抗体的应用就在我们的身边，真切地体会到生物技术在抗疫中起到的重要作用。通过学生的发言，可以看出学生已经认识到生物工程和技术可以解决疫情中的实际问题，相信学生将会把课上的这些体会与自己的家人和朋友分享，他们会成为防疫措施的积极拥护者、践行者和引导者，强化其社会责任。

三、教学反思与体会

核心素养的终极意义在于社会责任的落实。首先，创设真实的学习情境是基础。落实社会责任教育不能仅靠空口说教，只有真实地感知问题、分析问题、解决问题，社会责任才能在情感、认知和行为上自然形成。其次，教师关注和研究社会热点问题是保障。从影响社会生产、生活、社会成员身体健康的现象和问题中，选取与生物学有关的问题进行研究，是开发课程资源、更新教学内容、激发学生学习兴趣的重要策略，也是教师的基本教学方式。最后，精心设计学习活动，让学生在解决问题的过程中学习和应用知识。承担社会责任的态度和能力是建立在应用生物学知识及科学思维，对相关社会问题内在逻辑进行分析的基础上逐渐形成的，教师在教学中应基于情境中的真实问题设计有内在逻辑的学习活动，让学生在活动体验中学习和理解知识，继而迁移和运用知识，最终为解决社会问题奠定基础，这样才能将社会责任内化于心、外化于行，并做到持之以恒。