“免疫调节”教学中拟人化情境的创设与应用

重庆市奉节永安中学校 蔡 茜

重庆市奉节教师进修学校 黄银华

北京市海淀区十一学校 张 斌

本文以“免疫调节”一节为例，结合社会时事新冠病毒（全称为：严重急性呼吸综合征冠状病毒2，Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，简称SARS-CoV-2）的流行及其疫苗研发，设置拟人化情境，激发学生的学习兴趣，引导学生自主学习。假如人体是一座城池，“我们”是这座城池的三道防线中的成员，当病毒入侵人类城池时，“我们”做出相应的抵抗行为。这种拟人化情境的设置可以提升学生的学习兴趣，改变仅依靠记忆学习零散、复杂、抽象的免疫调节相关知识的现状，并使学生在了解社会热点问题的同时自主构建相关知识体系，关注新冠病毒的流行和预防，养成健康的生活方式。

一、确立教学目标

在本节内容中，生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度的核心素养目标均有涉及（见表1）。

表1 “免疫调节”一节教学目标

二、设计教学过程

（一）认识新冠病毒及其致病原理

2020年，国际病毒分类委员会将2019新型冠状病毒命名为SARS-CoV-2，属于RNA病毒。研究发现，新冠病毒由五种成分构成：RNA基因链条和四种蛋白质。最外层是刺突糖蛋白（S，Spike Protein），刺突下面由小包膜糖蛋白（E，Envelope Protein）和膜糖蛋白（M，Membrane Protein）构成的病毒包膜，包膜里面是由RNA和核衣壳蛋白（N，Nucleocapsid Protein）构成的螺旋折叠结构（如图1）。

图1 新型冠状病毒的结构

新冠病毒能感染人体细胞，是由于新冠病毒的刺突糖蛋白（S蛋白）是一种结构蛋白，能与人体细胞表面的血管紧张素转化酶2（ACE2酶）结合，让冠状病毒颗粒融合到人体细胞内部，进行复制，产生更多的子代病毒颗粒，破坏人体细胞，进而使人体患病。

（二）创设拟人化情境

1.人体的第一道防线

创设情境1：教师展示动态图片并描述相应情境。当新冠病毒入侵人类城池时，“我们”——皮肤、黏膜、溶菌酶等杀菌物质，对病毒进行了强烈的阻挡、击杀，消灭了一部分病毒。

情境转化1：学生认真倾听教师的描述并思考，然后上台领取角色卡片，分别扮演皮肤、黏膜、溶菌酶和病毒等角色，模拟第一道防线的防卫功能。将拟人化情境通过角色扮演的方式转化为相应知识点，即新冠病毒入侵人体时，会受到人体第一道防线——皮肤、黏膜及其溶菌酶等杀菌物质的阻挡。

2.人体的第二道防线

创设情境2：教师展示动态图片并描述相应情境。当新冠病毒越过人体第一道防线之后，继续前进，遇到了“我们”中一批战斗力很强的“士兵”，对他们进行了大面积无差别攻击，新冠病毒伤亡惨重。

情境转化2：学生认真倾听并将拟人化情境进行转化，领取角色卡片，分别扮演吞噬细胞、杀菌物质、病毒等角色，模拟人体第二道防线的防卫功能。当新冠病毒突破人体第一道防线之后，人体的第二道防线——吞噬细胞和体液中的杀菌物质就会起作用。吞噬细胞会吞噬入侵的病毒，体液中的杀菌物质会将病毒溶解。

3.人体的第三道防线

（1）体液免疫的模型构建

创设情境3：教师展示动态图片并描述相应情境。当新冠病毒突破人体第二道防线后，进入人体内环境，一大批更强的“士兵”阻挡了他们的去路，并且这群“士兵”不再无差别攻击，而只攻击新冠病毒这一种入侵者，导致大部分新冠病毒在此被消灭。

人体第三道防线中体液免疫相关知识对学生来说是全新的知识点，因此，情境描述完成后，不用马上让学生进行角色扮演，而是教师以问题串形式逐步引导学生进行情境转换，解释情境描述中涉及的不同角色的含义及其功能。

问题1：什么是抗原和抗体？

学生活动：阅读教材，明确相关概念。抗原：可使机体产生特异性免疫的物质。如细菌、病原体表面的蛋白质，癌变的细胞，异体器官，花粉等也可成为抗原。抗体：机体受抗原刺激后产生的，能与抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。主要分布于血浆中，组织液和外分泌液中也存在，如乳汁中。

问题2：抗原是如何刺激机体产生抗体的？抗体是如何发挥作用的呢？

学生活动：观看视频，并阅读教材相关内容，利用图文转换、箭头、必要文字说明，小组合作构建“体液免疫”的模型。

问题3：当相同病毒再次入侵人体时，机体是如何抵御该病毒的？

学生活动：阅读教材相关内容，完善“体液免疫”的概念模型（如图2），并构建二次免疫的数学模型（如图3）。

图2 “体液免疫”的概念模型

图3 “二次免疫”的数学模型

相关概念：当相同病毒再次入侵机体时，记忆细胞将会迅速增殖分化为新的记忆细胞和浆细胞，浆细胞分泌抗体，抗体和抗原特异性结合形成沉淀或细胞集团，然后被吞噬细胞吞噬、消化。与第一次免疫反应相比，二次免疫反应更加迅速、作用效果更强，机体患病程度更弱甚至不患病。

情境转化3：学生回顾情境描述内容并确定情境中的每个“人物”，随后上台领取吞噬细胞、T细胞、B细胞、浆细胞、记忆细胞和病毒等角色卡片，进行角色扮演，模拟人体第三道防线中体液免疫的过程。

（2）细胞免疫的模型构建

创设情境4：当新冠病毒突破人体一二道防线后进入内环境，机体会产生体液免疫，消灭大部分病毒。但是还存在一些漏网之鱼，最终成功侵入了人体肺部细胞，人类城池的“防御系统”是否会就此缴械投降呢？

人体第三道防线中细胞免疫相关知识对学生来说也是全新的知识点，因此，教师也可以以问题串形式逐步引导学生进行情境转换。

问题1：T细胞如何识别抗原？

问题2：MHC是什么？MHC分子是什么？

问题3：抗原肽是如何形成的？

问题4：抗原肽-MHC分子复合物是如何形成的？有什么作用？

学生活动：阅读教材，回答相应问题，从而得出细胞免疫的第一步，即T细胞因识别吞噬细胞表面的抗原肽-MHC分子复合物而活化。

问题5：T细胞识别抗原后，转化为什么细胞？该细胞具有什么功能？

问题6：T细胞可以分化为哪些种类的细胞？

学生活动：认真思考并讨论得出细胞免疫过程的第二步，即T细胞被激活后增殖、分化为效应T细胞和记忆T细胞。

问题7：效应T细胞、记忆T细胞如何发挥其功能？

学生活动：阅读教材相关内容，分析并讨论得出细胞免疫过程的第三步，即效应T细胞可直接杀伤靶细胞，从而完成细胞免疫的模型构建（如图4）。

图4 “细胞免疫”的模型

情境转化4：学生回顾细胞免疫过程，领取角色卡片进行角色扮演，分别扮演吞噬细胞、T细胞、效应T细胞、记忆细胞和病毒等，演绎细胞免疫的全过程。

（3）体液免疫与细胞免疫的关系

为了让学生理解体液免疫与细胞免疫的机制，而非死记硬背，可以布置任务：画出新冠病毒入侵人体肺部细胞，引起人体免疫应答的完整过程图（如图5）。该过程可以让学生更深刻理解体液免疫和细胞免疫的机制，以及二者间的联系。

图5 体液免疫与细胞免疫过程图

（三）新冠病毒疫苗及其作用原理

由于已经学习了体液免疫与细胞免疫的机制，结合初中知识，教师给出信息：疫苗其实属于抗原。然后让学生思考：疫苗的作用原理是什么？

目前，新冠疫苗有四种类型：灭活疫苗，核酸疫苗，重组蛋白疫苗和腺病毒载体疫苗。灭活疫苗是将病毒杀死，使其失去致病性，但保留抗原性，将其输入人体后不会使人患病，但能刺激机体发生免疫反应，产生抗体和记忆细胞，当相同病毒再次入侵，就会发生二次免疫反应，产生大量抗体，起到保护和防御作用。重组蛋白疫苗是采用基因工程技术，将新冠病毒基因序列中最有效的抗原插入酵母菌或哺乳动物细胞中，与宿主细胞的基因进行重组。腺病毒疫苗是以改造过的腺病毒为载体，利用基因工程技术进行重组后制成的具有保护性抗原基因的疫苗。核酸疫苗是将新冠病毒的mRNA作为抗原导入体内，刺激机体产生免疫反应。

（四）新冠病毒疫苗的副作用

提出问题：什么是过敏反应？造成过敏反应的原因是什么？

学生活动：阅读教材相关内容，明确过敏反应的概念，思考并讨论新冠病毒疫苗或其他疫苗引起过敏反应的原因。

新冠病毒疫苗能有效预防新冠病毒肺炎的发生，临床上尚未发现明显的过敏反应。任何疫苗研发都会经过漫长、多次临床试验后才会应用。接种后可能会出现如接种部位暂时红肿、疼痛，全身可能会发热、乏力等反应，通常不需要治疗。过敏反应通常发生在接种后10分钟内，建议接种后在医院观察30分钟后离开。一般来说，发生过敏反应的概率很小，与个人体质和遗传有关。

（五）情感升华

播放一段关于新冠病毒肆虐期间科研工作者研究病毒结构、研发病毒疫苗付出努力的视频，激发学生对科研工作者的敬佩以及求知的欲望，树立良好的学习观、价值观和人生观，并培养学生的社会责任感，珍惜来之不易的健康生活。

三、教学反思

以社会关注的热点问题——什么是新冠病毒、新冠病毒疫苗的作用原理是什么、接种后是否产生过敏反应为主题，将教材知识生活化。学生在具有高度动机的真实情境中，可以接触和书本相关的学习内容，引导学生感受知识与实际生活的关系，从中获取信息，掌握相关知识点。在学习活动中，充分创造学生在拟人化情境中自主探讨和学习的空间，发挥学生的主体作用，完成由单纯的知识目标向注重过程、方法的能力型目标转化。

在此过程中，教师创设情境，将抽象的生物学概念拟人化，学生通过角色扮演方式将拟人化情境进行了转化，使得抽象知识形象化。在拟人化情境转化过程中，逐步构建出了体液免疫和细胞免疫的概念模型，培养了学生的科学思维和科学探究能力，建立起将书本知识应用于生产实践的意识。