在“基因工程的应用”一节中渗透爱国主义教育——以腺病毒载体新冠疫苗的研发为例
（常州市第一中学江苏常州213000）
“基因工程的应用”一节是人教版高中生物《选择性必修3·生物技术与工程》第三章第三节的内容。此前，学生学习了基因工程的基本工具和基本操作程序，对基因工程有了足够的理论基础。本节内容是理论的实践过程，教材列举了基因工程在动植物、医疗等多领域的应用。教学时，教师若面面俱到，则无法使学生深入理解基因工程在应用中的优势。因此，笔者选择新冠疫苗的研制作为其在医疗领域应用的案例，以陈薇院士研发的腺病毒载体疫苗为例，深入挖掘疫苗研制过程中基因工程发挥的巨大作用，促进学生理论联系实践，利用所学知识解决问题，让学生参与到公共事件的解决方案中。
教学重点：利用所学知识和已给材料，制定腺病毒载体疫苗的研发思路。
教学难点：在模拟研发过程中体会“基因表达载体的构建”是基因工程的核心内容这一知识点。
①通过复习回顾，结合生活实例，说出基因工程技术的基本原理及步骤。
②通过对新冠病毒结构和侵染过程的分析，结合免疫学原理和基因工程，能针对腺病毒载体疫苗的研发提出自己的初步构思，并进行设计与模型构建。
③能运用生物学的基本概念和原理对新冠疫苗的研发发表自己的观点，对我国的疫苗研发进展做出评价，认同中国科研、医务工作者为世界抗疫做出的贡献。
教师播放“开学第一课”中陈薇讲述抗疫故事的视频——“除了胜利，别无选择”。学生刚经历了疫情，会对视频内容产生共情，另外陈薇又在“全国抗击新冠肺炎疫情表彰大会”中被授予了“人民英雄”称号，以此激发学生爱国情怀，让学生感受到“中国速度”，并展开课堂。
设计意图：教师利用学生身边发生的例子创设真实情境，烘托出家国情怀氛围，为后续引导学生参与到真实事件的解决中做出铺垫。
教师提供新冠病毒模式图（图1），介绍新冠病毒及感染机制（图2），并提出问题：①新冠病毒是一种什么病毒？②新冠病毒是如何入侵人体细胞的？
图1SARS-CoV-2病毒结构模式图
图2SARS-CoV-2病毒侵染人体细胞模式图
学生观察图1，认识新冠病毒的基本结构及核酸类型，对新冠病毒有一个初步概念。教师引导学生分析得出新冠病毒的感染机制，并使学生眼光定位到S蛋白上，引导学生得出S蛋白是研制疫苗的关键，为后续疫苗的研制做铺垫。
接着，教师提供信息：现国内是灭活疫苗、重组基因工程疫苗、腺病毒载体疫苗、核酸疫苗、减毒流感病毒疫苗。5条疫苗研发技术路线同步开展。其中，腺病毒载体疫苗就是陈薇院士研制的疫苗类型。
教师展示资料，引导学生认识腺病毒：
①腺病毒是一种线状双链DNA病毒，对呼吸道、胃肠道等均可感染，典型症状是咳嗽、鼻塞和咽炎等，宿主范围广，对人致病性低。
②腺病毒载体转基因效率高，体外实验接近100%的转导效率；进入细胞内并不整合到宿主细胞基因组，安全性高。在产能上也可以通过细胞培养易于实现产业化。
教师提出问题，引导学生思考：为什么要选取腺病毒作为载体？
学生经过思考、讨论，得出：腺病毒载体疫苗的作用就是量产S蛋白并将其送入体内。
设计意图：教师引导学生分析资料，使学生了解腺病毒的基本结构与特征，将复杂的实际问题简单化，增加真实情境感，促进学生运用所学知识初步推测出腺病毒载体疫苗的作用，训练学生的科学思维与逻辑推理能力。
教师引导学生根据腺病毒载体疫苗的作用和本质，尝试设计出疫苗的研发思路：用腺病毒作载体表达新冠病毒的S蛋白，通过腺病毒感染呼吸道，在呼吸道里表达S蛋白，S蛋白刺激人体产生抗体，从而发挥作用。该思路基于哪项技术，有哪些步骤？
3.3.1目的基因的获取
根据前面分析，教师引导学生将目的基因定位到S蛋白上。教师展示从国家生物信息中心获得到的S蛋白部分序列片段：
5′UAACAUCAC…………AUGCUGAGAU3′。
教师告知学生可通过基因工程手段获得S蛋白的基因。然后，追问：在疫苗研制过程中需要大量S蛋白基因序列，如何量产？
3.3.2基因表达载体的构建
教师提供腺病毒基因序列（图3），发放活动教具，并明确小组活动目的。学生分工合作完成模型构建。
图3腺病毒的基因序列
学生根据已学知识和所给资料，尝试对腺病毒基因组进行加工修饰，构建符合要求的基因表达载体，用磁力贴和文字表示。学生分组活动，展示设计成果，如图4所示。小组介绍设计思路：E1a/E1b是毒性基因，E3会破坏人体免疫系统，在腺病毒载体疫苗研发中，腺病毒的角色是载体而非病毒，故不需要表现出病毒毒性也不能破坏宿主免疫系统，同时目的基因的表达需要启动子和终止子的参与，还需要标记基因作为后续的检测鉴定。在学生互评后，教师追问：重组腺病毒应是环状还是线性？
图42个学生的建构模型示例
教师总结评价，肯定学生评价和小组的思维成果。并进行补充：标记基因的选择及理由很充分，但要