基于情境创设培养学生批判性思维的教学设计

［摘 要］创新在我国现代化建设全局中居于核心地位，而具有批判性思维是创新型人才能够产生原创性科学想法、攻克引领性科技难关的重要前提，因此教育应致力于培养具备批判性思维的优秀人才。文章以“特异性免疫”教学为例，阐述如何借助前沿情境引发认知冲突，借助问题情境促进主动探索，借助生活情境促进知识延伸，借助议题情境推动深入思考，以期培养学生的理性思维，促进学生批判性思维的发展。

［关键词］情境创设；批判性思维；特异性免疫

［中图分类号］    G633.91                ［文献标识码］    A                ［文章编号］    1674-6058（2025）02-0081-05

在全面建设社会主义现代化强国的进程中，应坚持人才是第一资源，创新是第一动力[1]，因此，教育应致力于培养大批德才兼备、具备创新才能的高质量人才。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，学生应能够基于生物学事实和证据运用批判性思维等方法，探讨、解释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题[2]。批判性思维是个体基于事实及证据独立评判客观对象、审视个人思维的思维习惯与思维能力[3]。批判性思维分为认知技能及人格倾向两个大的方面，其中认知技能包括理解、分析、评价、推理、解释与自我调节六项能力，人格倾向包含寻求真理、思维开放、分析推理、系统化、自信心、求知欲和成熟度七个元素[4]。

一、培养学生批判性思维的意义

批判性思维倾向与学生科学创造力呈现正相关[5]，它对于学生未来提出创造性科学问题、做出产品改进设计、提升科学想象力等具有重要意义，是培养创新型人才的基础，也是构成高素质人才的关键因素之一。核心素养视角下的高中生物教学注重培养学生的独立思考与判断能力，为学生接受新知识、培养新技能、提出新观点奠定思想基础。

（一）激活学生的发散性思维

事物并非独立于其他事物单独存在的，而是多种因素共同作用的结果，其性质也因角度不同而具备多样性。因此，分析事物不应仅仅局限于事物本身，还应拓展到与之相关的其他事物上。批判性思维要求个体从系统化的角度分析事物的多个方面，并且不拘泥于事物本身，强调思维的开放性和发散性。

（二）培育学生的客观性思维

在信息种类纷繁、信息来源多样的时代，具备客观性思维是做出科学判断的基础，具备独立思考能力是保持清醒和坚定的根本。批判性思维要求个体从事实出发，独立思考，保持理智与客观，并基于已有知识与经验对客观事物做出正确判断。

（三）促进学生理论联系实际

近代以来科学迅猛发展，生产技术与方法更新迭代迅速。学习不应停留在理论层面，而是要将所学知识运用于实际生产和生活中。批判性思维要求个体掌握决策力与问题求解能力，能够基于现实做出合理决策以及找到有效的问题解决办法，以此促进技术创新与生产效率提升，解决实际生活问题，适应快速发展的社会。

（四）推动创新型人才培养

国际的竞争既是科技的竞争，也是人才的竞争，因此教育要致力于培养高素质的拔尖创新型人才。目前，拥有创新型人才是在全球迅速发展时代掌握核心技术话语权的前提。批判性思维要求个体不拘泥于现有的结论与技术，敢于守正创新、突破瓶颈，进而推动理论的发展与实践的进步。

二、基于情境创设培养学生批判性思维的教学思路

情境教学是一种基于建构主义学习理论的教学模式，通过创设情境在学生新旧观念间搭建桥梁，从而激发学生学习动机，激活学生思维[6-7]。易克萨维耶·罗日叶首次将情境融入教学实践，主张在情境中整合学习所得[8]。近年来，我国关于情境教学的研究主要集中在应用类型、创设原则、学科核心素养下的创设策略等方面[9-11]，而将情境创设与批判性思维培养相联系的研究较少。本文以人教版高中生物选择性必修1第4章中的“特异性免疫”一节的教学为例，以“癌症的免疫疗法”为情境导入，通过探索癌症免疫疗法的原理，帮助学生完成人体特异性免疫知识网络的建构，并引导学生通过自主思考与相互辩论提升理解、分析、解释等认知技能，形成寻求真理、思维开放等人格特质，以此培养学生的批判性思维。具体的教学思路如图1所示。

三、基于情境创设培养学生批判性思维的教学案例

特异性免疫的相关知识点较多、过程较复杂，且涉及生物科学应用前沿。以情境导入课堂，有利于触动学生情感变化，促进学生主动学习，引发学生主动思考。

（一）立足前沿情境，推动理解分析发展，激发求知欲

前沿情境：癌症是严重威胁人类健康的重大疾病之一。由于癌组织边界不清晰，外科手术难以完全切除，同时放疗与化疗对正常细胞有严重的副作用，会引起患者强烈的不良反应，此外，癌细胞还存在逃逸现象，使得传统治疗手段效果不佳。近年来，癌症的免疫治疗成为恶性肿瘤的新兴治疗方法，是癌症治疗的研究热点，它主要依靠人体自身免疫系统来消灭癌细胞[12]。那么，人体免疫系统是如何杀死癌细胞的呢？

相关知识：人体对癌细胞的识别与清除主要依赖于特异性免疫。特异性免疫是个体在发育过程中与抗原接触后获得的，主要针对特定的抗原起作用，因而具有特异性。根据发挥作用的主体不同，人体特异性免疫可以分为体液免疫和细胞免疫两种类型。

由B细胞产生抗体并在体液中发挥作用的方式称为体液免疫，其主要包含抗原的识别与呈递、B淋巴细胞的激活、B淋巴细胞的分裂分化与抗体发挥作用等几个主要阶段。（1）抗原的识别与呈递：抗原呈递细胞（APC）识别到“非我”分子标签后，吞噬并加工抗原后将其呈递到细胞表面与主要组织相容性复合物（MHC）结合形成抗原肽-MHC复合物，并将其呈递给辅助性T细胞，促使辅助性T细胞活化并分泌细胞因子。（2）B淋巴细胞的激活：B淋巴细胞在两个信号的作用下被激活，第一信号是抗原的直接刺激，第二信号是辅助性T淋巴细胞与B淋巴细胞表面分子的相互识别。（3）B淋巴细胞的分裂分化与抗体发挥作用：活化后的B淋巴细胞在细胞因子的作用下分裂分化，产生浆细胞与记忆细胞。浆细胞合成并分泌针对抗原的特异性抗体，识别体液中的抗原并与其结合，形成的抗原—抗体复合物被吞噬细胞所吞噬，从而抑制病原体对人体细胞的黏附。记忆B细胞具有对抗原较高的灵敏度、较强的细胞分裂能力，在病原体再次入侵人体时能够快速发挥作用，对病原体进行清除。由T细胞直接接触靶细胞而发挥作用的方式称为细胞免疫，其主要包含抗原的识别与呈递、初始细胞毒性T细胞的激活、细胞分化与细胞毒性T细胞发挥作用等几个主要阶段。

教师引导学生阅读教材图文，并提出问题：（1）细胞免疫过程中抗原的识别与呈递和体液免疫相似，其最终结果是什么？（学生根据已学知识得出最终结果为辅助性T淋巴细胞活化且分泌细胞因子）。（2）初始细胞毒性T细胞的激活同样需要信号。初始细胞毒性T细胞接收来自哪个细胞的信号？（学生阅读教材后得出：初始细胞毒性T细胞识别靶细胞表面分子发生的变化）。（3）细胞毒性T细胞通过释放穿孔素等物质作用于靶细胞，这些物质起什么作用？（展示穿孔素等物质发挥作用的过程，引导学生得出：穿孔素可插入靶细胞膜上，使细胞毒性蛋白等物质进入靶细胞，引发靶细胞启动细胞凋亡程序）。教师完成内容讲解后，向学生完整阐述细胞免疫流程，并指导学生归纳体液免疫和细胞免疫的概念模型（如图2）。

教师引导学生根据特异性免疫流程图，整理归纳体液免疫与细胞免疫之间的联系：（1）体液免疫中，抗体无法对进入到体细胞的病原体进行清除，因此需要细胞免疫裂解靶细胞。（2）细胞免疫中，细胞毒性T细胞将靶细胞裂解后，暴露出来的病原体需要在抗体的协助下被清除。（3）体液免疫与细胞免疫均需要辅助性T淋巴细胞的参与。理论上，T淋巴细胞识别肿瘤细胞上的肿瘤抗原，并通过细胞免疫对肿瘤细胞进行清除。

设计意图：通过创设前沿情境，激发学生的好奇心与求知欲，为学生形成寻求真理、思维开放的人格特质奠定良好的心理基础；通过引导学生学习与理解复杂的特异性免疫过程、对比联系体液免疫与细胞免疫，推动学生分析、理解等认知技能的提升，为学生批判性思维的培养奠定认知基础。

（二）拓展问题情境，促进推理技能提升，形成系统思维

问题1：既然免疫系统可以对癌细胞进行监控和清除，为什么还会有恶性肿瘤发生？教师补充相关资料，引导学生分析与解决此问题：PD-1（程序性死亡受体1）是一种主要表达在T淋巴细胞表面的蛋白分子；PD-L1（程序性死亡配体1）是一种常表达在癌细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞等表面的蛋白分子。当PD-1与PD-L1相互识别时，会促使PD-1向T淋巴细胞内部传递抑制信号，抑制T淋巴细胞的增殖和毒性（如图3），从而降低免疫反应强度；同时也促使T淋巴细胞凋亡，从而使癌细胞逃避T淋巴细胞的杀伤作用[13]。癌症发生时，癌细胞过量表达PD-L1，以逃避免疫系统的监控与清除。

问题2：根据本节课特异性免疫相关内容，可以使用什么方法抑制癌细胞的免疫逃逸？学生根据体液免疫相关知识提出解决方案，即阻断PD-1与PD-L1的结合。因此，可使用PD-1或PD-L1抗体来阻断导致免疫反应强度下降的信号通路，使T淋巴细胞可以正常识别并清除癌细胞（如图4）。

设计意图：通过引导学生在特定问题情境中利用相关知识解决实际问题，提升学生的推理技能和问题解决能力；通过指导学生解决癌细胞的免疫逃逸问题，引导学生将人体中不同分子的相互作用联结成系统的网络，使学生学会从“事物相互联系”的角度思考问题，培养思维的发散性，形成系统思维。

（三）引入生活情境，培育现象解释能力，激发思维活力

生活情境：根据联合国艾滋病署发布的截至2022年的最新数据，全球艾滋病感染人数已经达到3900万，2022年由艾滋病导致的死亡人数达到了63万人[14]。调查部分地区2009—2010年因艾滋病住院的死亡患者的死因发现，92.4%的艾滋病患者因结核菌、肺孢子菌、马尔尼菲青霉菌感染导致死亡[15]。为什么艾滋病患者大都死于感染？

相关知识：艾滋病是由HIV感染所引起的。HIV是一种逆转录病毒（如图5左），主要感染T淋巴细胞（如图5右）。HIV突破人体前两道免疫防线进入到内环境后，其表面的包膜蛋白gp120与T淋巴细胞膜表面的CD4膜蛋白结合，同时，HIV在T淋巴细胞膜表面的CCR-5或CXCR4蛋白的辅助下将遗传物质RNA及逆转录酶注入T淋巴细胞[16]。进入宿主细胞后，HIV的遗传物质RNA经逆转录后形成双链DNA分子，然后整合到宿主细胞的基因组中形成前病毒。随着宿主细胞的基因表达，病毒基因也开始转录遗传物质、合成外壳蛋白等，并在宿主细胞内组装成新的HIV颗粒，以出芽的方式释放到内环境中（如图6）。

教师引导并小结：研究发现，许多HIV感染者的白细胞数量非常低。由于HIV主要侵染在免疫反应中承担关键作用的T淋巴细胞，导致T淋巴细胞的数量持续降低，因此被HIV感染的个体存在免疫功能缺失，易被其他病原体感染导致死亡。因此，艾滋病也被命名为免疫缺陷综合征。

设计意图：运用实际生活中艾滋病的相关数据创设生活情境，为学生搭建已有认知与新认知之间的桥梁，在帮助学生巩固特异性免疫知识的同时，使学生学会分析形成复杂生理过程的本质原因，从而培育现象解释能力，进一步激活思维。

（四）延伸议题情境，深耕自我调节，引领思维成长

议题情境主要包含4个环节，即抛出议题、组织辩论、总结证据和评价反思。

（1）抛出议题：2018年11月26日，国际人类基因编辑峰会在香港召开。南方科技大学副教授贺建奎宣布自己成功培育出敲除了CCR-5基因的基因编辑婴儿“露露”和“娜娜”，这两个双胞胎婴儿在一定程度上能够避免被艾滋病病毒感染，但是该事件却被国际自然科学顶刊《Science》评为2018年度十大“负面事件”之一。

（2）组织辩论：引导学生分小组对“人类基因编辑技术是否应该被禁止”这一议题展开辩论。

（3）总结证据：归纳总结并补充正反双方的证据。人类基因编辑技术应该被禁止的理由如下：一是人类基因编辑技术不是避免HIV感染的唯一方法，单克隆抗体、抗病毒治疗等在一定程度上也能阻止HIV进一步侵染其他细胞；二是基因编辑过程复杂、费用高昂，绝大多数人难以承担；三是基因编辑可能引发基因歧视，造成人人生而不平等的现象；四是当前的基因编辑技术（如CRISPR-Cas9系统）易引起不可控突变[17]，从而导致正常生理功能发生变化，甚至引发癌变等后果。人类基因编辑技术不应该被禁止的理由如下：一是靶向编辑血红蛋白基因可用于治疗地中海贫血等遗传病；二是利用CRISPR-Cas9系统对HIV前病毒进行靶向敲除，可阻止病毒进一步感染其他正常细胞；三是靶向编辑免疫细胞抗原受体相关基因，可使其识别并攻击人体内癌细胞，从而治疗部分癌症[18]。