用自制教具重构“体液免疫的特异性”教学

摘要

“体液免疫的特异性”因内容抽象复杂，成为高中生物学教学的重难点之一。为突破此难点，可尝试利用软磁片自制教具，将抽象概念具象化，并分三步引导学生逐层建构认知——从分子、细胞到个体水平，深入理解特异性机制，最终形成“结构与功能相适应”的生命观念。

Graphical abstract

关键词

自制教具 / 体液免疫 / 特异性 / 软磁片

随着多媒体技术的发展，一些生物学中的微观生命现象已趋于动画化，加之利用互联网搜索教学资源的便利性，使得多媒体技术成为广大高中生物学教师青睐的辅助教学手段。然而在教学实践中，长期使用这些可视化的动画资源会剥夺学生的动手能力，削弱其创新思维，不利于生物学学科核心素养的培育。

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》指出，学生应在学习中逐步发展科学思维，能够用模型与建模方法来探讨生命现象或社会现象中的生物学社会议题^［1］。有鉴于此，教师可以通过自制教具，重构课堂教学样式，开展更具操作性与实践性的“体液免疫的特异性”教学研究，具体、形象地呈现微观生命现象，引导学生深入体验建模过程，实现学科核心素养的应用转化。

1 分析教学现状，寻找教具设计思路

“免疫调节”是人教版高中生物学选择性必修1《稳态与调节》第4章的内容，该内容在2019年版中扩展为一章的篇幅，增加的内容与大学教材接轨，具有一定的深度和广度。在教学实践中，一线教师常感到难以适应，同时学生也普遍面临认知障碍。

研究表明，这些问题主要源于对特异性免疫的核心概念和基本过程理解不足。其中，学生最难理解的是免疫细胞如何“特异性”地识别并应对不同抗原。要突破这一难点，关键在于引导学生准确理解体液免疫的特异性机制。因此，通过自制教具解决“抗体特异性结合抗原”“淋巴细胞特异性识别抗原”“体液免疫产生特异性抗体的过程”等3个问题，能直观、形象地引导学生从分子、细胞、个体水平上逐步理解“体液免疫的特异性”。

2 深挖教材内容，丰富教具制作素材

理解体液免疫的特异性，关键在于厘清B细胞的特异性活化及其与辅助性T细胞（Th细胞）的协同作用。这部分机制本身较为复杂，高中教材出于适龄性考虑作了必要简化，导致学生仅通过课本阅读可能难以形成透彻理解。因此，教师有必要在备课阶段，适当参考大学教材的相关阐述进行知识拓展，并据此设计和制作更直观的教具，以有效突破教学难点，确保教学效果。

2.1 关于“B、Th细胞特异性识别抗原”的拓展

B细胞和Th细胞通过其细胞表面的抗原受体（分别为BCR和TCR）特异性识别抗原，但识别方式不同：B细胞的BCR可直接识别完整的天然抗原；而Th细胞的TCR只能识别由抗原呈递细胞（APC）加工后、与MHC Ⅱ类分子结合形成的抗原肽-MHC Ⅱ复合物^［2］。

在APC中，树突状细胞和巨噬细胞可通过吞噬等方式摄取病原体；B细胞则主要通过BCR介导的内吞作用摄取特异性抗原。这些抗原被加工成抗原肽，与MHC Ⅱ类分子结合后呈递到细胞表面。人类的MHC在遗传学上称为HLA（人类白细胞抗原）复合体，其编码的产物即MHC分子（常被称为HLA分子）。

2.2 关于“活化B、Th细胞双信号”的拓展

B、Th细胞活化都需要两个信号。梳理Th细胞与B细胞相互激活的过程大致如下：①抗原结合B细胞表面BCR并传递信号（B细胞活化的第1信号）后，B细胞发挥APC作用，将抗原信息呈递给Th细胞表面TCR（Th细胞活化的第1信号）；②初步活化的B细胞表面表达B7分子与Th细胞表面的CD28结合（Th细胞活化的第2信号）；③已经活化的Th细胞表面表达CD40L与B细胞表面的CD40结合（B细胞活化的第2信号）；④已经活化的Th细胞分泌细胞因子，诱导B细胞分化为浆细胞。其具体过程如图1所示。树突状细胞活化Th细胞的过程与B细胞活化Th细胞的过程类似。

在保证学生理解体液免疫特异性的基础上，为了减轻一线教学和学生学习的压力，笔者在教具制作过程中省略了Th细胞活化的第2信号。

3 教具制作

3.1 材料和制作说明

材料1：不干胶贴纸。绘制各种免疫分子和免疫细胞的彩色图片，制成不干胶贴纸。

材料2：软磁片。软磁片可裁剪成各种图案，并能在磁性黑板上根据教学需要进行随意组合，具有易拆卸、可重复使用、使用场景灵活等特点。其规格为：正面白色、反面具有磁性，厚度2 mm（强磁），宽度60 cm，长度1 m。

使用方法：将不干胶贴纸贴在软磁片白色面，再将软磁片剪成各种图案，制成教具组件。

3.2 教具组件的特点

教具组件中包括多种免疫分子和免疫细胞。为方便使用，笔者将教具组件编号为①~⑧。教具组件的制作特点和对应编号如表1所示。图2展示教具组件的成品。

4 教学实践

注射疫苗、抗体检测等是学生关于“体液免疫特异性”的生活经验，但对于教材利用文字和图表所展现的微观现象，学生较难理解。教具的使用目的，就是通过师生互动将教材中涉及的微观生命现象加以具体化、形象化。

4.1 抗体特异性结合抗原

【教材内容】病原体进入机体后，其表面特定的蛋白质等物质，能够与免疫细胞表面的受体结合，从而引发免疫反应。这些引发免疫反应的物质称为抗原。抗体能与相应抗原特异性结合，一种抗体只能与一种抗原结合。

【教师活动】首先，利用模型①介绍病原体与抗原的关系。病原体A和B具有不同的抗原，不同的抗原引发免疫反应产生相应的抗体；其次，利用模型②介绍抗体特异性结合抗原的原理。抗体可变区位于抗体“Y”型结构的两臂末端，模型②中两种抗体可变区的氨基酸序列决定了其特异性。教师建构的模型如图3所示，并提出小组活动任务：建构模型，说明抗体如何发挥免疫作用。

【学生活动】学生建构的模型如图4所示：抗体与病原体上的相应抗原结合，结合后病原体被聚集在一起，形成沉淀或者细胞集团，更有利于被吞噬细胞吞噬消化。

4.2 B、Th细胞特异性识别抗原

【教材内容】通常情况下，一个B细胞只针对一种特异病原体，活化、增殖后只产生一种特异性的抗体。人体内B细胞的种数在10⁹以上，至少可以产生10⁹种独特抗体。

【教师活动】首先，利用模型③介绍B细胞特异性识别抗原的机理。教师建构的模型如图5所示。一个B细胞表面只有识别一种抗原的BCR。抗原进入机体后，识别并结合BCR，激活B细胞大量增殖、分化为浆细胞，最终产生特异性抗体发挥保护作用。因此，B细胞的种数和能够产生抗体的种数大体是对应的。

在长期进化过程中，人体具有了识别自然界中大量病原体的潜能，但针对每种抗原的B细胞数目较少。其次，利用模型⑤⑥介绍树突状细胞、B细胞作为APC的作用原理。同时，提出小组活动任务：建构模型，说明Th细胞识别抗原的过程与B细胞有哪些差异。

【学生活动】学生建构的模型如图6所示：B细胞可以通过BCR直接识别抗原，Th细胞通过TCR识别APC加工处理抗原后形成的抗原肽-MHCⅡ复合物。

4.3 体液免疫产生特异性抗体的过程

【教材内容】人教版第72页图4-6“体液免疫基本过程”示意图。

【教师活动】设计小组活动任务：李同学感染了甲流病毒，几天后自愈，请你建构体液免疫过程模型，说明李同学自愈的免疫调节过程。甲流病毒用病原体B表示。

【学生活动】学生建构的模型如图7所示：甲流病毒进入李同学体内，B细胞最终被活化，分化为浆细胞，抗体在合适的时间、地点产生，从而精准打击甲流病毒。

5 教学反思

5.1 教材拓展突破学生认知障碍

体液免疫的动态变化过程较为抽象复杂，其中“B细胞和Th细胞的活化过程”是学生的认知堵点。因此，在教具设计过程中，可适当拓展“B、Th细胞特异性识别抗原”“APC呈递抗原的机理”“B细胞和Th细胞的相互激活”等内容，为渗透结构与功能观提供教学素材，从而能更好帮助学生深入理解“B细胞和Th细胞的活化过程”。

5.2 模型建构引导学生走向深度学习

在教学中恰当使用教具，既可用于知识讲授，也可通过设置具有挑战性的活动，如“抗体发挥免疫作用的机理”“Th细胞特异性识别抗原的原理”等模型建构活动，强化学生学科思维、科学探究能力，以实现深度学习目标。

5.3 情境创设指向必备知识的动态应用

在深入研读教材的基础上，通过建构局部模型和创设甲流病毒的真实情境，引导学生自主建构“体液免疫动态过程”的整体模型。在此过程中，可以让学生在分子、细胞、个体等多尺度上深入理解体液免疫的特异性，领悟结构与功能相适应的生命观念，促进必备知识的动态应用与融会贯通，从而有效推动学科核心素养的内化。

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] 郭学恒.基于素养培育的免疫学核心概念解析［J］.生物学通报，2024，59（01）：84-89.

[3] 曹雪涛.医学免疫学［M］.第8版.北京：人民卫生出版社，2024.

基金资助

2023年度山东省教育教学研究课题“指向深度学习的高中生物学模型建构教学策略研究”(2023JXY463)

2023年度山东省教育科学“十四五”规划课题“基于发展高中生物学学科核心素养的跨学科主题学习策略研究”(2023QC067)