王岳瓊 白建秀 林 琳

（1 北京中學 北京 100028 2 朝陽區(qū)教育研究中心 北京 100124）

免疫調(diào)節(jié)對維持人體穩(wěn)態(tài)具有非常重要的作用。艾滋病是中國重要的公共衛(wèi)生問題。在“艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療和預防”一節(jié)的教學中，以艾滋病這一對免疫系統(tǒng)功能有嚴重影響疾病的發(fā)現(xiàn)歷程為背景，教師為學生的學習創(chuàng)設真實的科研情境，在分析問題過程中促進學生知識結(jié)構(gòu)的完善，提高學生的生物學科素養(yǎng)。

1 教學內(nèi)容分析與設計思路

“艾滋病（AIDS）的發(fā)現(xiàn)、治療和預防”是與高中生物學中“免疫功能”的知識有緊密聯(lián)系的內(nèi)容。包含在《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（簡稱“課程標準”）的大概念1 中。內(nèi)容如下：大概念1 生命個體的結(jié)構(gòu)與功能相適應，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調(diào)節(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)；重要概念1.5 免疫系統(tǒng)能抵御病原體的侵襲，識別并清除機體內(nèi)衰老、死亡或異常的細胞，實現(xiàn)機體穩(wěn)態(tài)；次位概念1.5.4舉例說明免疫功能異常可能引發(fā)疾病，例如，過敏、自身免疫病、艾滋病和先天性免疫缺陷等。

課程標準中關于“免疫功能異常”涉及2 個方面：免疫系統(tǒng)的活化狀態(tài)過強和過弱。而艾滋病屬于免疫功能缺陷所導致的疾病。免疫調(diào)節(jié)屬于保持機體穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)機制之一。學生學習了免疫調(diào)節(jié)的基礎知識，對免疫調(diào)節(jié)保持機體穩(wěn)態(tài)的作用有一定了解。而“艾滋病”為免疫調(diào)節(jié)的功能提供了反證，利于學生加深對免疫調(diào)節(jié)在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中重要作用的理解。學生樂于學習新知識，針對現(xiàn)實生活中的問題愿意參與討論。結(jié)合艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療和預防內(nèi)容，引起學生對免疫系統(tǒng)的工作方式及功能深入理解的興趣，加深學生對艾滋病的認識。

基于以上分析，教學思路為，通過設置“對未知疾病的探索方法”的問題情境，利用實際生活中的問題，引導學生在學習免疫失調(diào)的具體知識的同時，增強解決問題的能力，掌握科學研究的基本思路和方法。同時，將病毒侵入機體的過程與相應疾病進程的癥狀聯(lián)系起來，促進學生將微觀的生理過程與宏觀的生命現(xiàn)象建立聯(lián)系。之后，探討艾滋病的預防，引導學生利用已學習知識，理性對待艾滋病。

2 教學目標

1）用結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點解釋HIV 入侵細胞的機制及感染HIV 后機體的變化。

2）結(jié)合AIDS 的發(fā)現(xiàn)歷程，利用推理等思維方法，探討HIV 侵染人體后的癥狀及AIDS 的治療方法。

3）基于HIV 的相關知識，對常見的AIDS 的預防方法及AIDS 的相關社會熱點問題作出解釋和判斷。

4）通過有關AIDS 相關問題的解決，樹立關愛生命的觀念，崇尚健康文明的生活方式，增強利用知識解決實際問題的意識。

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設看病就醫(yī)的真實情境，揭秘艾滋病發(fā)現(xiàn)過程

問題1：如果你是一名醫(yī)生，有患者向你求助，你該怎么辦？

學生回答，可觀察患者的外在癥狀。教師進一步設問：這是從什么水平看問題？學生明確這是從個體水平看問題，為后續(xù)逐步深入的研究作鋪墊。

經(jīng)過初步觀察，患者有咳嗽、呼吸困難、體溫升高的癥狀，下一步該怎么辦？學生有意識地將檢查的具體方法與生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次進行聯(lián)系，器官、組織水平的檢查——為患者胸部拍X 光片；組織、細胞水平的檢查——可檢查血液各項指標是否正常。

創(chuàng)設真實的問題情境，促進學生將生活經(jīng)驗與已學習的生命系統(tǒng)層次的相關知識進行聯(lián)系。

問題2：經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)患者肺部被真菌——肺孢子菌感染，確診為肺孢子菌肺炎。同時發(fā)現(xiàn)病人的淋巴細胞數(shù)量減少。下一步該怎么辦？

有的學生認為已找到了感染肺部的病原體，可針對病原體用藥物進行治療。有的學生提出，雖然已找到感染肺部的病原體，但血液中淋巴細胞數(shù)量減少怎么解釋？

教師捕捉學生討論過程中生成的問題，引導學生關注——患者血液中淋巴細胞數(shù)量減少與患者的肺部真菌感染有什么關系？學生思考、討論，一種觀點認為：淋巴細胞數(shù)量減少可能是肺部感染的真菌導致的——淋巴細胞數(shù)量減少是結(jié)果；另一種觀點認為：肺部感染可能是因為淋巴數(shù)量減少使得免疫力降低導致的——淋巴細胞數(shù)量減少是原因。

教師引導：肺部的真菌感染和血液淋巴數(shù)量減少誰為因，誰為果？ 學生思考討論：淋巴細胞有很多種，可分析是哪一種淋巴細胞減少，從而進一步研究淋巴細胞數(shù)量減少是否是引起肺部真菌感染的原因。

教師給出真實研究結(jié)果：科學家發(fā)現(xiàn)，應用流式細胞儀分析，患者外周血中CD4+T 細胞的比例和絕對數(shù)量顯著下降。所有這些病人體內(nèi)輔助性T淋巴細胞（CD4+T 細胞）減少。

問題3：患肺孢子菌肺炎的病人還患有黏膜念珠菌感染、巨細胞病毒感染等人體免疫機能正常情況下一般不會發(fā)生的條件性致病病原體感染所致的疾病。下一步怎么辦？

通過這一問題，促進學生將問題2 中提到的免疫細胞的功能與多種疾病相聯(lián)系。學生提出進一步的研究思路：觀察和比較患者、正常健康人CD4+T 細胞的數(shù)量與功能各有什么不同。思考可能的原因是什么？

教師介紹：研究人員從病人的淋巴結(jié)組織分離得到CD4+T 細胞并培養(yǎng)，在培養(yǎng)這些淋巴細胞的上清液中檢測到了反轉(zhuǎn)錄活性，并在電鏡下觀察到一種直徑為90～130 nm 的病毒顆粒從T 細胞膜上芽生?？煞翊_定新發(fā)現(xiàn)的這種病毒就是這種疾病的病原體？學生提出實驗思路，可用這種病毒感染健康的CD4+T 細胞，觀察病毒是否可增殖。如果可以，基本可確定CD4+T 細胞是這種病毒的宿主細胞。教師明確，這一疾病是獲得性免疫缺陷綜合征艾滋病（AIDS，“艾滋病”是AIDS 的中文音譯），由人類免疫缺陷病毒HIV 感染引起。

通過問題2、問題3 的引導，利于學生深入思考生物學現(xiàn)象和本質(zhì)的關系。連續(xù)的3 個問題，引導學生逐步明了對未知疾病由宏觀至微觀進行探索的步驟，并為每一個問題的解決尋找方法和證據(jù)。

3.2 認識HIV 增殖機制，尋找治療艾滋病的途徑

3.2.1 認識HIV，了解HIV 的增殖機制 教師講述1982年美國疾病控制中心將該病命名為獲得性免疫缺陷綜合征——艾滋病，引發(fā)這種疾病的病毒稱為人類免疫缺陷病毒（HIV）（圖1）。

圖1 HIV 的電鏡照片及HIV 結(jié)構(gòu)模式圖

教師介紹HIV 的結(jié)構(gòu)（圖1）和HIV 感染CD4+T 細胞的機制及增殖過程。①病毒囊膜上的蛋白與宿主細胞表面受體 （例如，CD4+T 細胞上的CD4和CCR5）結(jié)合，入侵宿主細胞。②病毒囊膜與宿主細胞膜進行融合，病毒核心進入細胞。③病毒脫殼，以病毒RNA 為模板利用逆轉(zhuǎn)錄酶進行逆轉(zhuǎn)錄合成雙鏈DNA。④病毒DNA 進入細胞核，利用整合酶整合在宿主細胞染色體DNA 上。⑤病毒基因進行轉(zhuǎn)錄和翻譯，合成新的RNA 和蛋白質(zhì)。⑥利用蛋白酶進行病毒蛋白質(zhì)剪切，之后，蛋白質(zhì)和RNA 移動至宿主細胞表面，組裝成新的子代病毒核心。⑦子代病毒從宿主細胞中釋放，并在病毒核心外部套上來自宿主細胞的囊膜，成為成熟病毒。

3.2.2 艾滋病的發(fā)病進程及原理 教師介紹HIV 病毒感染后的疾病進程。大體分為急性期（2～4 周）、無癥狀期（臨床潛伏期）（8～10年）、艾滋病期（0.5～2年，出現(xiàn)腫瘤或機會感染）。急性期會出現(xiàn)CD4+T 細胞計數(shù)一過性減少。無癥狀期，由于HIV 數(shù)量逐漸上升，CD4+T 細胞計數(shù)逐漸下降，可出現(xiàn)淋巴結(jié)腫大等癥狀。艾滋病期為感染HIV 后的最后階段?；颊逤D4+T 細胞計數(shù)多小于200 個／μL，HIV血漿病毒載量明顯升高［2］。

問題4：請思考AIDS 發(fā)病進程與免疫系統(tǒng)功能是什么關系？

學生結(jié)合已學的免疫學知識進行解釋。急性期，HIV 剛進入人體內(nèi)環(huán)境，HIV 侵染宿主細胞，使CD4+T 細胞數(shù)量有所減少，但免疫系統(tǒng)尚有大量CD4+T 細胞執(zhí)行特異性免疫功能，機體可產(chǎn)生大量抗體，大部分HIV 被免疫系統(tǒng)清除，出現(xiàn)的急性期癥狀也有所緩解。但因病毒DNA 會整合到宿主細胞中，所以，不能被完全清除。無癥狀期，HIV 繼續(xù)侵染宿主細胞，使得CD4+T 細胞數(shù)量緩慢下降，HIV 數(shù)量逐漸上升。艾滋病期，當CD4+T細胞在外周血中的數(shù)目降至較低量時（一般低于200 個／μL 時），機體的特異性免疫能力極低，而出現(xiàn)免疫機能正常時不會發(fā)生的條件性致病病原體感染所致的疾病。

通過問題4，將宏觀的艾滋病的個體水平的癥狀與微觀的HIV 在體內(nèi)的增殖過程相聯(lián)系，同時促進學生深入的理解特異性免疫對維持機體穩(wěn)態(tài)的意義。

3.2.3 治療途徑

問題5：治療、預防艾滋病的思路可能有哪些？

學生思考回答：①HIV 需要通過糖蛋白與細胞膜表面的受體相識別而侵染細胞，設法阻斷這一識別過程從而防止HIV 侵染細胞。②阻斷病毒在細胞中的逆轉(zhuǎn)錄過程。③阻斷病毒DNA 整合到宿主細胞染色體的過程阻斷HIV 的增殖。④抑制蛋白酶對病毒前體蛋白的加工，阻礙新病毒的組裝。⑤研發(fā)HIV 的疫苗，防止HIV 侵染宿主細胞。

教師介紹目前艾滋病的治療藥物，主要有輔助受體拮抗劑（CCR5 受體抑制劑）、融合抑制劑、非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑、核苷類逆轉(zhuǎn)錄抑制劑、整合酶抑制劑、蛋白酶抑制劑。

通過對問題5 的探討，促進學生將所學知識運用到疾病治療中，學以致用，體驗科學研究與醫(yī)療實踐結(jié)合的一般思路。

引導學生繼續(xù)思考，你覺得現(xiàn)有的治療、預防方法不理想的原因是什么？

學生思考回答，HIV 是RNA 病毒，更容易變異，使已使用的藥物或疫苗失效。

教師介紹，首先HIV 的特殊性在于其只能感染人類，常規(guī)的小動物實驗模型都不太適合用于評價疫苗效果；其次，HIV 病毒的高度變異性也是疫苗研發(fā)的一個重要障礙。

教師介紹。HIV 高突變率及在人體內(nèi)的快速復制，用單一的抗病毒藥物會很快發(fā)生耐藥。1996年美國洛克菲勒大學的華裔科學家何大一提出了聯(lián)合應用抗病毒藥物的治療方案，俗稱雞尾酒療法［1］。這一療法極大降低了艾滋病的發(fā)病率和死亡率，HIV 感染已逐漸成為一種可治療并能有效緩解病情的慢性疾病的狀態(tài)，許多病人甚至恢復了正常的生活。

問題6：關于艾滋病的研究，請你提出未來的研究方向及其理由。

學生討論并回答：①因HIV 易變異，所以，需要針對變異的病毒類型開發(fā)新藥；②可開發(fā)作用于病毒不同位點的藥物；③抗體類藥物；④針對已有的藥物研究雞尾酒療法藥物的不同組合；⑤各類藥物的副作用；⑥藥物生產(chǎn)技術的更新，以降低藥物生產(chǎn)的成本；⑦干細胞及基因編輯治療。例如，病人接受CCR5基因純合缺失的造血干細胞移植；通過基因編輯技術改造艾滋病患者自身T細胞抵抗艾滋病病毒感染。

通過問題5、問題6，引導學生從HIV 本身的結(jié)構(gòu)和功能特點、病毒與宿主之間相互作用的角度進一步思考，促進學生關注基礎知識在實踐中的應用，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

3.3 重識艾滋，紅絲帶在行動，防艾從我做起 1982年HIV 被發(fā)現(xiàn)，至2018年我國報告存活HIV／AIDS 85.0 萬例，死亡26.2 萬例［3］。2018年全球共有3 790 萬例HIV 感染者。由此可見，艾滋病的預防和控制需要引起高度重視。

師生討論，總結(jié)艾滋病的傳播途徑及預防方法（略）。

提供閱讀材料［4］，請學生關注“紅絲帶”行動，關愛自己，關心患者。

問題7：防止艾滋病傳播，你能做什么？

學生討論回答，養(yǎng)成健康的生活方式、加強艾滋病相關知識的宣傳等。

教師介紹“不用縫線的包皮環(huán)切術”的發(fā)明過程。男性生殖器官的包皮內(nèi)側(cè)皮上有較多的HIV靶細胞，包皮過長的男性更易感染HIV。男性的包皮環(huán)切可一定程度上降低機體感染HIV 的幾率。中國的一位商人發(fā)明“商環(huán)”，利用“商環(huán)”實施包皮環(huán)切手術，具有微創(chuàng)、簡便、不開刀、無縫合等優(yōu)點［5］?！吧汰h(huán)”的發(fā)明者不是醫(yī)務工作者，但他也為人類的健康貢獻自己的力量。

通過討論，促進學生將所學知識運用到實際生活中，學會健康的生活。通過“商環(huán)”的實例，促進學生感悟艾滋病的預防和治療不只是醫(yī)生和科研工作者的責任，面對疾病，每個人都有責任去付出自己的努力。

4 教學反思

本節(jié)教學以艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療、預防為主要思路。教師設定艾滋病發(fā)現(xiàn)的問題情境，通過“艾滋病的發(fā)現(xiàn)”中的連續(xù)3 個問題，將學生帶入到某種疾病的發(fā)現(xiàn)、深入研究的情境中去，在真實的科研情境中引導學生結(jié)合已有的生物學知識，從個體水平到分子水平逐漸深入認識艾滋病及HIV。學生體驗新病原體的發(fā)現(xiàn)過程中，進行思維上的探究，將已有知識運用到實際問題解決中去，既鞏固了病毒、免疫的基礎知識又完善了免疫調(diào)節(jié)的知識結(jié)構(gòu)。之后通過學習HIV 的侵染細胞過程，學生結(jié)合已有的關于病毒的知識，以及艾滋病的研究數(shù)據(jù)、資料，推理艾滋病的治療方法。在艾滋病的發(fā)現(xiàn)及治療方法的探究過程中促進學生科學思維和科學探究素養(yǎng)的提升，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。最后，結(jié)合艾滋病疫情的現(xiàn)狀，探討艾滋病的預防，將書本知識轉(zhuǎn)換成學生切實可作出的行動，促進學生形成積極的科學態(tài)度、生活態(tài)度。