拿起生化“武器”，抗击甲流病毒

拿起生化“武器”，抗击甲流病毒

李琦

（南京市第九中学     江苏 南京210018）

摘 要：以“拿起生化武器，抗击甲流病毒”为主题的化学、生物跨学科的联合教学，引导学生全面、立体地认识如何运用化学生物知识，抗击甲流病毒，培养学生多维度的核心素养。

关键词：跨学科；病毒结构；抗击方法

一、问题的提出：

传统的常规教学中，教学活动都是分门分科进行的。教师“孤立”地教，学生“孤立”地学，这容易使学生的知识结构孤立、死板，不懂得学科知识间的相互联系，从而影响学习效果。通过跨学科教学，教师可以从所教学科的某一模块知识出发，建立其与其它学科的横向联系。在教师的引导下，学生通过不同学科的交叉渗透对知识进行整体性和系统性地认识，有利于开阔学生视野增进学生对知识的理解和掌握，且有利于学生系统学习方法的习得和辩证思维方式的养成，这对于学生综合能力的提高无疑是十分有利的。

二、跨学科分析及目标确定：

1. 跨学科分析：

跨学科要素：

核酸的结构、氢键的结构、蛋白质变性、疫苗的制备方法、

跨学科形式：

生物、化学老师联合主讲，生物老师侧重主干项目内容的讲解、串联，化学老师侧重相关化学实验的展示和化学知识点的补充。

生物：人教版高中生物必修一第二章《组成细胞的分子》第5节《核酸是遗传信息的携带者》

化学：病毒的家庭防御措施涉及化学中的蛋白质变性

病毒的核酸结构涉及化学氢键的知识

通过核酸测序检测病毒亚型的手段是跨学科深度融合的智慧结晶

跨学科设计：

课程采取项目化教学，主要分为三个项目块：

项目一：辨结构，走近和认识病毒

生物老师由甲流病毒的结构入手，通过资料分析和开展活动引导学生思考某些病毒易于变异的原因时，需要引入化学中氢键的知识才能更好的理解。

项目二：勤防护，检测和预防病毒

举例生活中常用的防御措施，由化学老师引入蛋白质变性的知识和动手实验帮助学生理解这些措施的原理

项目三：知发展，展望和建设未来

通过人类与病毒漫长的斗争史，让学生感受生物与化学的融合是人类未来与病毒作长期斗争的“武器”

2.教学目标确定：

1. 通过教学，使学生能够更加直观、具体地掌握病毒的结构、DNA和RNA的区别、蛋白质变性等知识点；
2. 加深对病毒易发生变异中涉及的生物化学知识、疫苗研发原理等内容的理解；

认识到生物学科和化学学科之间的交叉性和融合性，体会到掌握多门学科融合知识在解决问题中的重要性。

教学重难点：

RNA易变异的原因；蛋白质变性的原理和实验；疫苗研发的思路。

教学准备：

资料收集；实验材料准备；课件制作。

三、教学过程

【引入】生物老师：同学们，甲流，相信大家都不陌生，这一段时间各大医院人满为患，基本上都是因为甲流引起的身体不适，我们中有同学中过招吗？能来和我们描述一下生病的感受吗？

甲流是由甲流病毒引起的一种疾病，我们面对病毒其实有丰富的经验，对绝大多数病毒都形成了较为成熟的防御机制；比如：之前的新冠病毒人类在和病毒斗争的过程中就通过研制疫苗等手段进行了有效的防御。

这节课就让我们通过目前流行的甲流病毒，以一位高中生的视角来认识人类与病毒相互抗争、相互适应的漫长历史。

项目一：辨结构，走进和认识病毒

1、甲型流感病毒的结构

（呈现甲流病毒图片）

生物老师：要和病毒作斗争，首先要了解病毒的结构。我们同学已经学习过有关蛋白质和核酸的内容。其实病毒的结构并不复杂，它也是主要由这两种物质组成的。像是甲流病毒的血凝素、基质蛋白等这些物质，都是蛋白质，而在层层蛋白质的内部，储存有病毒的遗传物质——核酸。

生物老师：大家知道核酸有哪两种吗？

（学生：DNA和RNA）

生物老师：大家看，甲流病毒的核酸是哪一种？

（学生：RNA）

2、RNA的结构

生物老师：那RNA和DNA有什么区别呢？为什么RNA病毒就更容易发生变异呢？请大家结合资料组内讨论。

任务一：分析资料，组内讨论

【资料一】甲型流感病毒很容易发生变异，曾多次引起世界性大流行。甲型流感病毒中发现能直接感染人的禽流感病毒亚型有：甲型H1N1、H5N1、H7N1、H7N2、H7N3、H7N7、H7N9、H9N2和H10N8。人禽流行性感冒（简称人禽流感）是由禽甲型流感病毒某些亚型中的一些毒株引起的急性呼吸道传染病。

【资料二】新冠病毒变异株目前已命名的有11种，常见的有德尔塔及奥密克戎等，如奥密克戎BA.2.76亚分支、BA.5.2亚分支、BA.5.1.3亚分支。

【资料三】DNA（脱氧核糖核酸）具有两条互补的脱氧核苷酸链，两条链上的碱基之间通过碱基互补配对的原则形成氢键，连接在一起，形成相对稳定的结构。RNA（核糖核酸）一般是单链，不进行碱基互补配对。

生物老师：请一位同学讲一讲。

接下来我们玩一个小游戏，请大家看游戏说明。

任务二：开展游戏，深入探索

【游戏说明】

    现在你是一个碱基，座位上的数字就是你的代号。如果你是单人单座，那么你就是单链RNA中的碱基；如果你是双人一排，那么你就是双链DNA中的碱基。突然邪恶势力将你拐走，当你回来时，你发现桌子上的数字已经被放在桌肚里面了，你不知道哪个是你的座位。现在请你在最短时间内找到属于自己的位置。

任务三：认识氢键

化学老师：1952年富兰克林拍摄出的清晰的X射线照片证明：在DNA分子结构中糖和磷酸作为骨架在外部，而碱基在内部。沃森和克里克重新提出了假设：是碱基之间通过氢键将多核苷酸链链接在一起。那什么是氢键呢？

RNA容易发生错误的原因之一就是他没有氢键，所以不能和其他的碱基配对。而在DNA分子结构中是碱基之间通过氢键将多核苷酸链链接在一起。

项目二：勤防护，检测和预防病毒

生物老师：大家手上都有一些病毒的图片，你能看出来这是哪一种病毒吗？

（呈现答案）

3、检测核酸序列的方法

生物老师：科学家是怎么判断出病毒的类型甚至是变异后的亚型呢？其实我们可以去检测病毒的核酸的序列，在1980年，以双脱氧终止法来对DNA进行测序的实验，就获得了诺贝尔化学奖。为什么明明是生物研究的范畴，可却获得化学奖呢？

化学老师：介绍双脱氧终止法中的非常重要的一步就是用ddNTP来阻断链的延伸，而阻断的原因是氢原子不能像羟基一样和磷酸基团发生脱水反应，这是典型的有机化学知识在生物中的应用。也正因如此，双脱氧终止测序法获得的是诺贝尔化学奖，而不是生理学奖或医学家。

（视频：诺贝尔化学奖与生物学奖的深度融合）

4、家庭防御的措施

生物老师：我们在与病毒抗争的漫长历程中，其实已经形成了一套比较成熟的防御方法。其中，家庭防御是普通人在日常生活中都可以做到的事情。那我们有哪些常用的防御措施，做好日常的自我保护呢？

化学老师：同学们刚刚说的这些措施，其实都是运用到了蛋白质变性的化学知识。常见的引起蛋白质变性的物理、化学因素有：加热、紫外线、酒精、X射线、强酸、重金属盐、甲醛、苯甲酸等。

（化学实验：蛋白质溶液中分别加入乙醇、醋酸铅溶液观察蛋白质的变性）

5、疫苗研发

生物老师：检测核酸和蛋白质的变性，其实就是从病毒的两种结构物质去攻破他。而目前最有效预防病毒的手段是打疫苗。

咱们同学应该都接种过新冠疫苗，也有同学打过甲流疫苗，现在HPV疫苗也是“一针难求”。

（学生讨论）

项目三：知发展，展望和建设未来

生物老师：大家知道疫苗最早是怎么研究出来的吗？

（视频：从天花到新冠的疫苗研发过程）

与这些疫苗研发的思路相同，目前市面常见的新冠疫苗主要有灭活疫苗、腺病毒载体疫苗、核酸疫苗、减毒活疫苗、重组蛋白疫苗等。

       简单介绍灭活疫苗）

然而，病毒的变异性强，传染性高，未来疫苗的研发可能会有新的方向。我们国家的疫苗科研路，将在在座的各位同学步入大学后，由你们来书写。

（学生）谈谈上了这节课的感受

【课后延伸】完成对本节课的思维导图的建构

参考文献

[1] 教育部考试中心.中国高考评价体系[M]，北京：人民教育出版社，2019；

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）.北京.人民教育出版社，2020

[3]沈旭东，从“为情而境”到“由境生情”：化学教学中真实情境创设概论【J】.化学教学，2019（7）:28