“艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療和預(yù)防”一節(jié)問(wèn)題情境教學(xué)設(shè)計(jì)

王岳瓊 白建秀 林 琳

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

免疫調(diào)節(jié)對(duì)維持人體穩(wěn)態(tài)具有非常重要的作用。艾滋病是中國(guó)重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題。在“艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療和預(yù)防”一節(jié)的教學(xué)中，以艾滋病這一對(duì)免疫系統(tǒng)功能有嚴(yán)重影響疾病的發(fā)現(xiàn)歷程為背景，教師為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的科研情境，在分析問(wèn)題過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善，提高學(xué)生的生物學(xué)科素養(yǎng)。

1 教學(xué)內(nèi)容分析與設(shè)計(jì)思路

“艾滋?。ˋIDS）的發(fā)現(xiàn)、治療和預(yù)防”是與高中生物學(xué)中“免疫功能”的知識(shí)有緊密聯(lián)系的內(nèi)容。包含在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（簡(jiǎn)稱(chēng)“課程標(biāo)準(zhǔn)”）的大概念1 中。內(nèi)容如下：大概念1 生命個(gè)體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)，并通過(guò)一定的調(diào)節(jié)機(jī)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(shí)別并清除機(jī)體內(nèi)衰老、死亡或異常的細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)；次位概念1.5.4舉例說(shuō)明免疫功能異?？赡芤l(fā)疾病，例如，過(guò)敏、自身免疫病、艾滋病和先天性免疫缺陷等。

課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“免疫功能異?！鄙婕? 個(gè)方面：免疫系統(tǒng)的活化狀態(tài)過(guò)強(qiáng)和過(guò)弱。而艾滋病屬于免疫功能缺陷所導(dǎo)致的疾病。免疫調(diào)節(jié)屬于保持機(jī)體穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制之一。學(xué)生學(xué)習(xí)了免疫調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)免疫調(diào)節(jié)保持機(jī)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(xué)生加深對(duì)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(xué)生樂(lè)于學(xué)習(xí)新知識(shí)，針對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題愿意參與討論。結(jié)合艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療和預(yù)防內(nèi)容，引起學(xué)生對(duì)免疫系統(tǒng)的工作方式及功能深入理解的興趣，加深學(xué)生對(duì)艾滋病的認(rèn)識(shí)。

基于以上分析，教學(xué)思路為，通過(guò)設(shè)置“對(duì)未知疾病的探索方法”的問(wèn)題情境，利用實(shí)際生活中的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)免疫失調(diào)的具體知識(shí)的同時(shí)，增強(qiáng)解決問(wèn)題的能力，掌握科學(xué)研究的基本思路和方法。同時(shí)，將病毒侵入機(jī)體的過(guò)程與相應(yīng)疾病進(jìn)程的癥狀聯(lián)系起來(lái)，促進(jìn)學(xué)生將微觀的生理過(guò)程與宏觀的生命現(xiàn)象建立聯(lián)系。之后，探討艾滋病的預(yù)防，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)習(xí)知識(shí)，理性對(duì)待艾滋病。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）用結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點(diǎn)解釋HIV 入侵細(xì)胞的機(jī)制及感染HIV 后機(jī)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(guān)知識(shí)，對(duì)常見(jiàn)的AIDS 的預(yù)防方法及AIDS 的相關(guān)社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題作出解釋和判斷。

4）通過(guò)有關(guān)AIDS 相關(guān)問(wèn)題的解決，樹(shù)立關(guān)愛(ài)生命的觀念，崇尚健康文明的生活方式，增強(qiáng)利用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 創(chuàng)設(shè)看病就醫(yī)的真實(shí)情境，揭秘艾滋病發(fā)現(xiàn)過(guò)程

問(wèn)題1：如果你是一名醫(yī)生，有患者向你求助，你該怎么辦？

學(xué)生回答，可觀察患者的外在癥狀。教師進(jìn)一步設(shè)問(wèn)：這是從什么水平看問(wèn)題？學(xué)生明確這是從個(gè)體水平看問(wèn)題，為后續(xù)逐步深入的研究作鋪墊。

經(jīng)過(guò)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(xué)生有意識(shí)地將檢查的具體方法與生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次進(jìn)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(xì)胞水平的檢查——可檢查血液各項(xiàng)指標(biāo)是否正常。

創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，促進(jìn)學(xué)生將生活經(jīng)驗(yàn)與已學(xué)習(xí)的生命系統(tǒng)層次的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系。

問(wèn)題2：經(jīng)過(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)病人的淋巴細(xì)胞數(shù)量減少。下一步該怎么辦？

有的學(xué)生認(rèn)為已找到了感染肺部的病原體，可針對(duì)病原體用藥物進(jìn)行治療。有的學(xué)生提出，雖然已找到感染肺部的病原體，但血液中淋巴細(xì)胞數(shù)量減少怎么解釋?zhuān)?/p>

教師捕捉學(xué)生討論過(guò)程中生成的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注——患者血液中淋巴細(xì)胞數(shù)量減少與患者的肺部真菌感染有什么關(guān)系？學(xué)生思考、討論，一種觀點(diǎn)認(rèn)為：淋巴細(xì)胞數(shù)量減少可能是肺部感染的真菌導(dǎo)致的——淋巴細(xì)胞數(shù)量減少是結(jié)果；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為：肺部感染可能是因?yàn)榱馨蛿?shù)量減少使得免疫力降低導(dǎo)致的——淋巴細(xì)胞數(shù)量減少是原因。

教師引導(dǎo)：肺部的真菌感染和血液淋巴數(shù)量減少誰(shuí)為因，誰(shuí)為果？ 學(xué)生思考討論：淋巴細(xì)胞有很多種，可分析是哪一種淋巴細(xì)胞減少，從而進(jìn)一步研究淋巴細(xì)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(shí)研究結(jié)果：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用流式細(xì)胞儀分析，患者外周血中CD4+T 細(xì)胞的比例和絕對(duì)數(shù)量顯著下降。所有這些病人體內(nèi)輔助性T淋巴細(xì)胞（CD4+T 細(xì)胞）減少。

問(wèn)題3：患肺孢子菌肺炎的病人還患有黏膜念珠菌感染、巨細(xì)胞病毒感染等人體免疫機(jī)能正常情況下一般不會(huì)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(guò)這一問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生將問(wèn)題2 中提到的免疫細(xì)胞的功能與多種疾病相聯(lián)系。學(xué)生提出進(jìn)一步的研究思路：觀察和比較患者、正常健康人CD4+T 細(xì)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(xì)胞并培養(yǎng)，在培養(yǎng)這些淋巴細(xì)胞的上清液中檢測(cè)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(xì)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(xué)生提出實(shí)驗(yàn)思路，可用這種病毒感染健康的CD4+T 細(xì)胞，觀察病毒是否可增殖。如果可以，基本可確定CD4+T 細(xì)胞是這種病毒的宿主細(xì)胞。教師明確，這一疾病是獲得性免疫缺陷綜合征艾滋?。ˋIDS，“艾滋病”是AIDS 的中文音譯），由人類(lèi)免疫缺陷病毒HIV 感染引起。

通過(guò)問(wèn)題2、問(wèn)題3 的引導(dǎo)，利于學(xué)生深入思考生物學(xué)現(xiàn)象和本質(zhì)的關(guān)系。連續(xù)的3 個(gè)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生逐步明了對(duì)未知疾病由宏觀至微觀進(jìn)行探索的步驟，并為每一個(gè)問(wèn)題的解決尋找方法和證據(jù)。

3.2 認(rèn)識(shí)HIV 增殖機(jī)制，尋找治療艾滋病的途徑

3.2.1 認(rèn)識(shí)HIV，了解HIV 的增殖機(jī)制 教師講述1982年美國(guó)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(chēng)為人類(lèi)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(xì)胞的機(jī)制及增殖過(guò)程。①病毒囊膜上的蛋白與宿主細(xì)胞表面受體 （例如，CD4+T 細(xì)胞上的CD4和CCR5）結(jié)合，入侵宿主細(xì)胞。②病毒囊膜與宿主細(xì)胞膜進(jìn)行融合，病毒核心進(jìn)入細(xì)胞。③病毒脫殼，以病毒RNA 為模板利用逆轉(zhuǎn)錄酶進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄合成雙鏈DNA。④病毒DNA 進(jìn)入細(xì)胞核，利用整合酶整合在宿主細(xì)胞染色體DNA 上。⑤病毒基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，合成新的RNA 和蛋白質(zhì)。⑥利用蛋白酶進(jìn)行病毒蛋白質(zhì)剪切，之后，蛋白質(zhì)和RNA 移動(dòng)至宿主細(xì)胞表面，組裝成新的子代病毒核心。⑦子代病毒從宿主細(xì)胞中釋放，并在病毒核心外部套上來(lái)自宿主細(xì)胞的囊膜，成為成熟病毒。

3.2.2 艾滋病的發(fā)病進(jìn)程及原理 教師介紹HIV 病毒感染后的疾病進(jìn)程。大體分為急性期（2～4 周）、無(wú)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(jī)會(huì)感染）。急性期會(huì)出現(xiàn)CD4+T 細(xì)胞計(jì)數(shù)一過(guò)性減少。無(wú)癥狀期，由于HIV 數(shù)量逐漸上升，CD4+T 細(xì)胞計(jì)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(xì)胞計(jì)數(shù)多小于200 個(gè)／μL，HIV血漿病毒載量明顯升高［2］。

問(wèn)題4：請(qǐng)思考AIDS 發(fā)病進(jìn)程與免疫系統(tǒng)功能是什么關(guān)系？

學(xué)生結(jié)合已學(xué)的免疫學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋。急性期，HIV 剛進(jìn)入人體內(nèi)環(huán)境，HIV 侵染宿主細(xì)胞，使CD4+T 細(xì)胞數(shù)量有所減少，但免疫系統(tǒng)尚有大量CD4+T 細(xì)胞執(zhí)行特異性免疫功能，機(jī)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(huì)整合到宿主細(xì)胞中，所以，不能被完全清除。無(wú)癥狀期，HIV 繼續(xù)侵染宿主細(xì)胞，使得CD4+T 細(xì)胞數(shù)量緩慢下降，HIV 數(shù)量逐漸上升。艾滋病期，當(dāng)CD4+T細(xì)胞在外周血中的數(shù)目降至較低量時(shí)（一般低于200 個(gè)／μL 時(shí)），機(jī)體的特異性免疫能力極低，而出現(xiàn)免疫機(jī)能正常時(shí)不會(huì)發(fā)生的條件性致病病原體感染所致的疾病。

通過(guò)問(wèn)題4，將宏觀的艾滋病的個(gè)體水平的癥狀與微觀的HIV 在體內(nèi)的增殖過(guò)程相聯(lián)系，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生深入的理解特異性免疫對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)的意義。

3.2.3 治療途徑

問(wèn)題5：治療、預(yù)防艾滋病的思路可能有哪些？

學(xué)生思考回答：①HIV 需要通過(guò)糖蛋白與細(xì)胞膜表面的受體相識(shí)別而侵染細(xì)胞，設(shè)法阻斷這一識(shí)別過(guò)程從而防止HIV 侵染細(xì)胞。②阻斷病毒在細(xì)胞中的逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程。③阻斷病毒DNA 整合到宿主細(xì)胞染色體的過(guò)程阻斷HIV 的增殖。④抑制蛋白酶對(duì)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(xì)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(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑、核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄抑制劑、整合酶抑制劑、蛋白酶抑制劑。

通過(guò)對(duì)問(wèn)題5 的探討，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到疾病治療中，學(xué)以致用，體驗(yàn)科學(xué)研究與醫(yī)療實(shí)踐結(jié)合的一般思路。

引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考，你覺(jué)得現(xiàn)有的治療、預(yù)防方法不理想的原因是什么？

學(xué)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(lèi)，常規(guī)的小動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ投疾惶m合用于評(píng)價(jià)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(gè)重要障礙。

教師介紹。HIV 高突變率及在人體內(nèi)的快速?gòu)?fù)制，用單一的抗病毒藥物會(huì)很快發(fā)生耐藥。1996年美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的華裔科學(xué)家何大一提出了聯(lián)合應(yīng)用抗病毒藥物的治療方案，俗稱(chēng)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(fù)了正常的生活。

問(wèn)題6：關(guān)于艾滋病的研究，請(qǐng)你提出未來(lái)的研究方向及其理由。

學(xué)生討論并回答：①因HIV 易變異，所以，需要針對(duì)變異的病毒類(lèi)型開(kāi)發(fā)新藥；②可開(kāi)發(fā)作用于病毒不同位點(diǎn)的藥物；③抗體類(lèi)藥物；④針對(duì)已有的藥物研究雞尾酒療法藥物的不同組合；⑤各類(lèi)藥物的副作用；⑥藥物生產(chǎn)技術(shù)的更新，以降低藥物生產(chǎn)的成本；⑦干細(xì)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(xì)胞移植；通過(guò)基因編輯技術(shù)改造艾滋病患者自身T細(xì)胞抵抗艾滋病病毒感染。

通過(guò)問(wèn)題5、問(wèn)題6，引導(dǎo)學(xué)生從HIV 本身的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)、病毒與宿主之間相互作用的角度進(jìn)一步思考，促進(jìn)學(xué)生關(guān)注基礎(chǔ)知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.3 重識(shí)艾滋，紅絲帶在行動(dòng)，防艾從我做起 1982年HIV 被發(fā)現(xiàn)，至2018年我國(guó)報(bào)告存活HIV／AIDS 85.0 萬(wàn)例，死亡26.2 萬(wàn)例［3］。2018年全球共有3 790 萬(wàn)例HIV 感染者。由此可見(jiàn)，艾滋病的預(yù)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(yù)防方法（略）。

提供閱讀材料［4］，請(qǐng)學(xué)生關(guān)注“紅絲帶”行動(dòng)，關(guān)愛(ài)自己，關(guān)心患者。

問(wèn)題7：防止艾滋病傳播，你能做什么？

學(xué)生討論回答，養(yǎng)成健康的生活方式、加強(qiáng)艾滋病相關(guān)知識(shí)的宣傳等。

教師介紹“不用縫線的包皮環(huán)切術(shù)”的發(fā)明過(guò)程。男性生殖器官的包皮內(nèi)側(cè)皮上有較多的HIV靶細(xì)胞，包皮過(guò)長(zhǎng)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(jī)體感染HIV 的幾率。中國(guó)的一位商人發(fā)明“商環(huán)”，利用“商環(huán)”實(shí)施包皮環(huán)切手術(shù)，具有微創(chuàng)、簡(jiǎn)便、不開(kāi)刀、無(wú)縫合等優(yōu)點(diǎn)［5］?！吧汰h(huán)”的發(fā)明者不是醫(yī)務(wù)工作者，但他也為人類(lèi)的健康貢獻(xiàn)自己的力量。

通過(guò)討論，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，學(xué)會(huì)健康的生活。通過(guò)“商環(huán)”的實(shí)例，促進(jìn)學(xué)生感悟艾滋病的預(yù)防和治療不只是醫(yī)生和科研工作者的責(zé)任，面對(duì)疾病，每個(gè)人都有責(zé)任去付出自己的努力。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)以艾滋病的發(fā)現(xiàn)、治療、預(yù)防為主要思路。教師設(shè)定艾滋病發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題情境，通過(guò)“艾滋病的發(fā)現(xiàn)”中的連續(xù)3 個(gè)問(wèn)題，將學(xué)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(shí)的科研情境中引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有的生物學(xué)知識(shí)，從個(gè)體水平到分子水平逐漸深入認(rèn)識(shí)艾滋病及HIV。學(xué)生體驗(yàn)新病原體的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，進(jìn)行思維上的探究，將已有知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題解決中去，既鞏固了病毒、免疫的基礎(chǔ)知識(shí)又完善了免疫調(diào)節(jié)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。之后通過(guò)學(xué)習(xí)HIV 的侵染細(xì)胞過(guò)程，學(xué)生結(jié)合已有的關(guān)于病毒的知識(shí)，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(guò)程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的提升，培養(yǎng)學(xué)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(yù)防，將書(shū)本知識(shí)轉(zhuǎn)換成學(xué)生切實(shí)可作出的行動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生形成積極的科學(xué)態(tài)度、生活態(tài)度。