特异性免疫过程模型装置的应用

摘要

为帮助学生理解第三道防线中体液免疫与细胞免疫的分工与协作，以“机体清除流感病毒”为具体情境，设计模型建构任务。通过组装免疫过程模型（如图示化组件或动态模拟软件），学生在探究中逐步回答：病原体位于不同位置时，免疫系统如何特异性识别并清除它，从而建立针对特异性免疫过程的整体认知。

Graphical abstract

关键词

特异性免疫 / 体液免疫 / 细胞免疫 / 模型装置 / 应用

基于真实情境设置探究任务，借助模型与建模让学生在主动学习过程中逐步发展科学思维，体现了新课标“教学过程重实践”的基本理念^［1］。该套模型装置适用于新授课，对应的教材是人教版高中生物学选择性必修1第4章“免疫调节”第2节“特异性免疫”^［2］。该节内容主要包括：免疫系统对病原体的识别、体液免疫、细胞免疫三部分，其中体液免疫和细胞免疫涉及的细胞类型较多且过程较复杂，学生凭简单记忆很难将其过程梳理清楚，再者学生需要从微观角度的分子水平和细胞水平去理解上述过程，比较抽象。因此，教师可以通过创设真实情境，设置探究任务，通过模型装置的制作和应用将抽象的微观知识以直观、可操作的形式呈现出来，从而深刻理解特异性免疫的动态过程。

1 制作目的

利用自制的模型装置构建特异性免疫的过程，帮助学生理解免疫细胞识别抗原的机理、区分体液免疫和细胞免疫的区别和联系，通过模型与建模培养科学思维。

2 应用范围

该套实验装置适用于新授课，授课对象是高二上学期的学生，授课内容是“特异性免疫”。

3 制作器材

准备长方体若干个（6.9 cm×2.2 cm×1.1 cm），红色、绿色两种彩色纸，背胶软磁贴，双面胶，剪刀，尺子。

4 制作方法

结合体液免疫和细胞免疫两种特异性免疫过程（图1）的相关知识，梳理模型制作流程，并完成模型装置的制作、连接、摆放。9个长方体贴纸信息如图2所示。

5 应用案例

5.1 创设真实情境，设置探究任务

流行性感冒（流感）由流感病毒引起，传播速度快，波及范围广，严重时危及生命。2024年8月，据广东省通报，有2万多人感染流感。随着秋冬季进入流感高发季，流感病毒主要通过呼吸道黏膜侵入人体，人体的第三道防线（特异性免疫）是如何对抗流感病毒的？

问题1：第三道防线有哪些免疫细胞和免疫活性物质？

问题2：流感病毒在细胞内和细胞外液中，第三道防线特异性识别并清除流感病毒的过程有什么区别？

任务1：借助模型材料构建流感病毒被特异性识别和清除的过程。

通过设置问题1，引导学生阅读教材“体液免疫和细胞免疫”，从中归纳出与体液免疫和细胞免疫相关的免疫细胞和免疫活性物质，就为“问题2”区分体液免疫和细胞免疫的过程作好铺垫。

对于问题2的回答，学生由于短时间内还记不住免疫细胞和免疫活性物质的名称，很难准确说出体液免疫和细胞免疫的过程有什么区别。为了帮助学生梳理清楚体液免疫和细胞免疫的过程，教师设置“任务1”引导学生通过小组合作形式，借助模型材料构建流感病毒被特异性识别和清除的过程，待模型建构完成后再让学生归纳出体液免疫和细胞免疫过程的区别。

5.2 建构特异性免疫过程模型

探究过程：小组结合教材内容制作模型；根据流感病毒被特异性识别并清除的过程建构模型；展示与完善模型。课堂教学案例如图3所示。

5.3 模型改进与延伸探究

长方体小木块模型装置的使用能够清晰呈现体液免疫和细胞免疫的过程，但不利于学生理解免疫细胞识别病原体的机理，因此通过橡皮泥模型来模拟免疫细胞，可以清晰、直观地展示其结构，特别是免疫细胞如何通过细胞表面的受体来识别不同的病原体这一关键机制。改进后的模型如图4所示。

6 模型装置的改进要点

一是可以从资源循环利用的角度，用草稿纸或者其他用过的彩色纸来代替模型装置中的彩色纸。

二是为了理解细胞免疫过程中B细胞的活化过程，可以用可塑性较强的橡皮泥代替长方体，帮助学生理解免疫细胞识别病原体的机理。

7 模型装置效果评价

授课教师的评价有以下四点：一是该套模型装置能帮助学生理解体液免疫和细胞免疫两种特异性免疫的区别和联系，促进课堂教学探究活动的高效完成。如特异性免疫过程，该套模型装置对两种特异性免疫过程中免疫细胞的活化阶段、效应阶段进行了很好的区分。二是实验材料获取便捷、安全，操作性较强，学生容易学会模型的制作，结合模型的使用过程理解免疫细胞识别并清除病原体的过程。如针对的对象，体液免疫主要作用内环境中的病原体，细胞免疫主要作用于被病原体入侵的靶细胞。该套模型装置中一个长方体的正面和反面，用不同颜色和文字区分代表体液免疫和细胞免疫相关结构和物质，有助于学生理解细胞免疫和体液免疫作用对象分布位置的区别。三是实验延伸探究过程，用橡皮泥模型帮助学生理解免疫细胞识别抗原的机理。学生对蛋白质结构决定功能相关的知识理解加深。四是通过模型装置的制作和模型的建构，促进了学生科学思维和科学探究能力的提升，使课堂有效落实了学科核心素养。

学生的评价有两点：一是用长方体木块建构模型后，引导学生用科学准确的生物学术语描述特异性免疫的过程，层次清晰。二是用红色和绿色两种不同的彩色纸代表体液免疫和细胞免疫相关的细胞和免疫活性物质，学生在建构模型过程中，能了解细胞免疫和体液免疫的区别和联系。在整个操作过程中，学生既要动手制作模型，还要动脑思考讨论模型的建构过程，这些需要小组团结合作去完成，在提升动手能力的同时，有效锻炼了学生的团队合作意识、批判性思维与问题解决能力。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020．

[2] 人民教育出版社，课程教材研究所，生物学课程教材研究开发中心.普通高中教科书生物学必修1·稳态与调节［M］.北京：人民教育出版社，2020.

基金资助

广东省基础教育教研体系建设高中生物学学科教研项目