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1、 教学设计课题 抗轮状病毒感染的机理学校北京市大兴区第一中学教师李超指导思想与理论依据生物学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环境科学及其他有关科学和技术的基础。高中教育阶段的生物学课程（以下简称本课程）是科学领域的重要学科课程之一，其精要是展示生物学的基本内容，反映自然科学的本质。它既要让学生获得基础的生物学知识，又要让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法。生物学课程要求学生主动地参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，
2、发展终身学习的能力。高中教育阶段的生物学课程是以提高学生核心素养为宗旨的学科课程，是树立社会主义核心价值观、实现“立德树人”根本任务的重要载体。教学背景分析 本节课以抗轮状病毒感染的系列研究和最新成果作为研究背景，主要涉及抗原、抗体、特异性免疫反应、单克隆抗体等免疫学的基础知识。从感染轮状病毒的症状出发，到机体抗病毒感染的分子机理，细胞学变化，不仅锻炼学生对分子机理的解读，以及学生依据生物学基础知识对实验相关信息进行解读、推理等理解与应用层次的能力，还训练学生设计并评价探究实验的创新能力。对于轮状病毒的诊断涉及单克隆抗体的制备以及应用，让学生更好的理解科技为人类健康服务的意义。最后关于轮状病毒
3、的治疗，让学生明确抗生素不能作为治疗手段，呼吁学生关注抗生素滥用现象，体现核心素养所要求的“社会责任”。学生情况：通过前一阶段的复习，学生对于高中所学的知识已经有了全面和熟练的掌握。但是在利用已有的资料，解读信息的能力上仍不到位；并且很难将所学的知识与试题考查的考点对应起来。学生在设计和评价实验方案上，学生已有了找自变量，因变量可检测的概念，以及“对照实验”、“等量”“平行重复”的原则，但是在应用的过程中无法全面的考虑。教学方式：探究式、讲授式、讨论教学手段：多媒体技术准备：PPT 教学目标1.概述单克隆抗体的制备过程及其技术基础。2.通过描述机体抗病毒感染的机制,训练学生解读信息的能力。3.
4、通过学生分析实验目的，设计和评价实验方案，训练并提高学生的思辨、创新能力。4.通过给定的情境，运用生物学的知识得出结果，解释导致生物学现象或实验结果的原因，训练学生推理和归因的应用能力。5.通过对抗生素滥用问题的认识和关注，提高学生的社会责任感。教学重难点（一） 教学重点1.学生理解机体抗病毒感染的分子机理，能提出实验设计思路并加以评价。2.单克隆抗体在医学诊断中的应用。（二） 教学难点对机体抗病毒感染机制的理解，并全面掌握实验设计的变量和原则。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图情境导入提供相关数据：“根据国外统计，几乎所有5 岁以内的儿童都由于各种原因感染过轮状病毒（RV），并且感染率
5、最高为6 个月至2岁的幼儿，并且在发展中国家发病率尤其高。”展示轮状病毒的图片，是一种双链RNA病毒，由于形状似车轮状，命名为“轮状病毒”。举例轮状病毒感染后的症状，说明对轮状病毒感染的机理、诊断和治疗的必要性。让学生对轮状病毒有一定的认识，引发学生的思考。以真实材料创设情境,调动学生学习兴趣，引发学生对轮状病毒的关注。环节一抗轮状病毒感染的机理资料1：一项新的研究发现，在感染轮状病毒后，在肠上皮细胞中发生蛋白Nlrp9b的特异性表达。Nlrp9b蛋白能够和细胞质内的轮状病毒RNA受体DHX9蛋白（RNA解旋酶）相互作用，直接结合轮状病毒，并且与衔接蛋白Asc和半胱天冬酶-1（cas-1）形成
6、炎性小体。这一过程有两个作用，一是促进白细胞介素-18（IL-18）分泌，增强免疫细胞的作用；二是诱导小肠上皮细胞凋亡，从而限制该病毒的复制。由于小肠上皮细胞的凋亡引发双糖水解不良，使得肠道乳糖、木糖、脂肪等因吸收障碍难以消化而被堆积在肠内，使得肠粘膜与肠腔渗透压升高，发生腹泻。任务一：根据上述资料，请写出Nlrp9b蛋白在抗病毒感染中发挥作用的流程图。学生补充作用途径并交流，师生共同完善该蛋白的作用机理。思考并讨论：如何限制病毒在宿主体内的扩散？任务二：请写出研究人员运用分子生物学技术证明Nlrp9b在肠上皮细胞中特异性地表达的实验思路。教师组织学生讨论交流。出示资料2展示科研人员研究该基因
7、功能所用的实验方法，包括基因敲除技术以及TUNEL 法检测细胞凋亡的技术。学生根据文字信息,转化成流程图的形式,分析得出机体抗病毒感染的机制.学生设计实验证明Nlrp9b在小肠上皮细胞中特异表达培养学生对信息的解读和转换能力，提高学生对资料的分析和理解能力。并能应用所学的生物学知识阐明机体抗轮状病毒感染的机制。学生用所学的分子生物学技术来解决实际问题，提出研究方案，预期研究结果，并依据生物学知识阐释研究方案的合理性，训练了学生的表达、思辨和创新能力。环节二轮状病毒的诊断过渡：我们了解了机体抗病毒感染出现的症状以及分子机制，当孩子出现这些症状之后，我们怎么判断他就是轮状病毒感染了呢？接下来我们看
8、看轮状病毒的诊断方法。资料3：儿童感染轮状病毒（RV）后，粪便中会检出轮状病毒的存在。用抗RV单克隆抗体制备的试纸可以测试儿童是否感染RV。下图是抗RV单克隆抗体制备流程示意图： 任务三：根据所学知识，回答（1）-（4）小题。（1）制备单克隆抗体利用的生物学技术有_ 和_。给小鼠注射的RV相当于_，注射后小鼠体内发生的特异性免疫反应类型是_。（2）促进动物细胞融合得到乙，常采用的方法有_。（3）用特定的选择培养基对乙筛选，得到的细胞丙的特点是_。（4）对丙检测筛选得到丁，采用的方法是_。生产的单克隆抗体可以与_特异性结合，从而诊断是否感染轮状病毒 。展示轮状病毒快速诊断试剂盒的使用方法，分析试
9、纸可能出现的情况。学生思考并完成学案上的问题。教师组织学生讨论交流，并提出该试剂盒所用的原理为双抗体夹心法。学生运用所学的生物学知识，回答单克隆抗体制备流程中所涉及的问题。根据轮状病毒快速诊断试剂盒的使用方法资料，学生思考并讨论试纸可能出现的问题及原因。创设探究活动,让通过问题引导学生思考、讨论、总结归纳出单克隆抗体制备的流程以及所应用的技术基础。通过探究轮状病毒试剂盒的使用原理及可能出现的情况，培养学生的自主学习和探究能力，激发学生学习的兴趣。环节三轮状病毒的预防及治疗目前轮状病毒预防的常规方法即接种疫苗特异性诱导细胞免疫反应，降低重症腹泻发病率。由于RV肠炎是自限性疾病，病程约持续710
10、d，病情好转主要依赖于免疫系统清除病毒的能力。辅助治疗的方法包括使用益生菌来维持肠道微生态环境并调节机体免疫。同时口服补液盐，促进肠粘膜吸收葡萄糖的同时可吸收一定量的钠离子，从而使肠粘膜对肠液的吸收增加，防止脱水。特别注意不主张使用抗生素！学生聆听，思考口服补液盐进行水盐平衡的调节。引导学生应用所学的知识，解决实际问题。总结归纳介绍我国抗生素的滥用情况，请学生予以关注，并提出期望。学生通过资料，思考我国的抗生素滥用现状， 引导学生懂得将所学知识应用于实际问题，激发学生的社会责任感。板书设计Nlrp9b炎症小体Il-18分泌B淋巴细胞T淋巴细胞体液免疫细胞免疫诱导小肠上皮细胞凋亡腹泻本教学设计与
11、以往或其他教学设计相比的特点首先，本节课设计的总体思路是任务驱动式教学，以学生感兴趣的、有意愿去探究的材料作为具体的问题情境。本节课以科学家关于轮状病毒感染的最新研究进展作为背景资料，设计层层深入的任务，先让学生从给出的资料中总结机体抗病毒感染的机理，然后让学生运用所掌握的探究实验的设计方法和原则亲自设计相关实验，之后再请其他同学评价该实验，最后请学生运用所学的免疫学知识以及单克隆抗体的知识解决生产生活的实际问题。所谓“任务驱动”式教学，就是把教与学、教师的主导作用与学生的主体作用有机结合起来，使学生的学习富有意义和挑战性，能更好地发展学生自主学习和合作探究能力。其次，本节课的设计充分体现了生
12、物学核心素养。生物学核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的必备品格和关键能力。本节课利用生活中的具体问题，针对特定的情境，进行研究，设问。本节课设计的第一个任务就是让学生将给出的机体抵抗轮状病毒感染的机制绘制出流程图，这就是让学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括的方法，探讨、阐释生命现象及规律。特别是对机体在抵抗轮状病毒感染的过程中出现的腹泻问题，学生会与以往的认知产生冲突，而这个认知是学生尊重事实和证据，运用科学的思维方法产生的。即腹泻在一定程度上不是坏事，而是机体在限制病毒感染的一种自我防御机制。这正是生物学核心素养中“科学思维”所要
13、求的。本节课设计的第二个任务就是让学生根据资料中的特定生物学问题，设计实验并对别人设计的实验进行评价以及改进。本任务充分体现生物学核心素养“科学探究”的要求，即针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。教师引导学生在探究的过程中掌握科学探究的基本思路和方法。最后，提到轮状病毒治疗的过程中涉及到的抗生素滥用问题，对学生提出殷切希望。呼吁学生们关注自身的用药问题，并且提醒家人及周围的人正确并合理的使用抗生素。这不正是生物学核心素养“社会责任”所要求的吗？即作出理性解释和判断，尝试解决生产生活问题的担当和能力。学生应能够以造福人类的态度和价值观，积极运用生
14、物学的认识、理解和思想方法，关注社会议题，解决社会问题。第三，本节课的研究内容和任务的设置注重学生能力的培养。本节课设计的第一个任务就是让学生将给出的机体抵抗轮状病毒感染机制的文字资料绘制出流程图，这就要求学生依据所学的生物学知识，对给定的文字、或图示中的信息进行描述或转换。这个任务着重培养学生理解能力中的解读能力。学生写完之后，组织语言进行补充交流，又提高了学生的表达能力。在此任务的基础上，教师提出“如何根据轮状病毒侵染小肠上皮细胞的机制设计药物靶标阻断病毒对机体的进一步感染？”。学生在给定的情境中，综合运用生物学知识或通过对资料信息进行进一步的分析与综合，得出结论，阐明思维过程，充分提高了
15、学生思辨能力中的论证能力。第二个任务是让学生运用分子生物学技术设计实验证明Nlrp9b蛋白在小肠上皮细胞中特异性表达。这个任务给了学生充分展现思维品质的过程，学生们纷纷提出自己的设计方案。通过学生们给出的各种可能的方案以及预期研究结果充分体现了学生已经具备了一定的创新能力。第三个任务是让学生回忆单克隆抗体的知识并且考查单克隆抗体在生物中的实际应用。在前一段的复习过程中学生已经对此知识进行了复习，但是如何将动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体的制备过程，以及免疫学的知识进行整合并运用对于学生来说还不是很容易。这不仅要求学生能识别、表述所学的生物学知识，还要在给定的情境中，运用生物学知识给出答案，即锻炼了学生理解能力中的辨认能力以及应用能力中的推理能力。对于单克隆抗体在轮状病毒试剂盒快速检测中的应用中，试剂盒可能出现三种结果，学生需要根据已有的生物学知识解释导致实验结果的原
