关于免疫学内容的教学现状分析及教学建议

免疫学知识在清末民初时期初入我国中学教科书,一百多年来,它的地位发生了比较大的变化。在1990年之前,免疫学内容主要在初中讲授。1990年,根据普通高中教学计划的调整,生物课分为必修和选修,免疫学内容自此进入高三选修课,要求部分学生学习。2003年,《普通高中生物课程标准(实验)》(以下简称《课标》)将免疫学内容引入高中必修课中,要求全部高中学生学习。教科书中的这部分内容,经历了从只讲现象到既讲现象也讲本质;从只讲整体表现,到既深入到分子水平又注意宏观整合的过程。[1]但高中教科书毕竟受限于容量,因此,介绍的免疫学知识相对较少,导致学生对特异性免疫存在很多疑问。不仅如此,在教学一线的调研表明很多教师也认为免疫学内容难度过大。[2]

1.由一些试题或问题说起

教师们在教学中会使用一些试题对学生的学习情况进行检测,但一些试题容易导致使用这些试题的读者对相应内容产生误解,下面试举两例。

1  科学家使用吞噬细胞缺陷小鼠和正常小鼠进行了如下实验:(表示不输入;表示输入)

             组别               输入吞噬细胞   抗体产生情况

实验1      正常小鼠                           正常

实验2      吞噬细胞缺陷小鼠                   极少量

实验3      吞噬细胞缺陷小鼠                   正常

实验结果说明:                                          

这道题的参考答案是:吞噬细胞是机体产生抗体必不可少的,它起的作用是对抗原进行加工处理。且不说目前在实验室里是否有吞噬细胞缺陷小鼠,先看这道题的潜台词:吞噬细胞在抗体产生过程中的作用是无可替代的。真的是这样吗?其实,能对抗原进行递呈的不仅仅只有吞噬细胞,还有树突状细胞、B细胞等,而且吞噬细胞也不是抗原递呈能力最强的细胞。

2  抗原激活B淋巴细胞产生抗体有几条途径?

这道题的参考答案是:有三条途径,分别是(1)少数抗原直接刺激B细胞;(2)多数抗原通过T细胞的递呈刺激B细胞;(3)抗原刺激记忆B细胞增殖、分化后产生抗体。这样的答案会使读者对体液免疫的过程产生误解。其实,对某种特定的蛋白质类抗原来说,B细胞要产生针对它的抗体,是需要双信号刺激的:需要少数抗原直接刺激而致敏,只有在致敏状态下,当再有来自T细胞的信号时,B细胞才能活化。当然,还需要细胞因子的辅助。

在调研过程中,笔者还发现,许多教师还有其他的误解。例如,T细胞、B细胞都只有1种;T细胞与效应T细胞、B细胞与效应B细胞分属于不同的细胞;只要有抗原就可以将T细胞或B细胞活化;B细胞的作用只是活化后产生抗体;HIV感染T细胞后,细胞免疫功能丧失,但体液免疫还照样存在;体液免疫和细胞免疫属于独立的过程,它们在不同的状况下发挥作用……这些问题暴露出目前的关于免疫学内容的教学现状是不容乐观的。那么,如此众多的问题是如何造成的呢?

2.不同版本教科书的比较分析

2004年,根据《课标》编写的多套高中生物教科书开始在全国使用,笔者分析了5套经全国中小学教材审定委员会于2004年初审通过的高中生物课程标准实验教科书,它们均为16开印刷,分别是:(1)汪忠主编,江苏教育出版社(苏教版),20092010年第6版,2010年印刷;(2)张新时主编,中国地图出版社(中图版),2007年第2版,20082010年印刷;(3)刘植义、付尊英主编,北京师范大学出版社(北师大版),2010年第2版,2010年印刷;(4)吴相钰、刘恩山主编,浙江科学技术出版社(浙科版),2005年第1版,2011年印刷;(5)朱正威、赵占良主编,人民教育出版社(人教版),2007年第2版,2014年印刷。所分析的教科书包括每个版本的3个必修模块:分子与细胞、遗传与进化、稳态与环境。

21不同版本教科书免疫学知识所占篇幅的比较

在《课标》的“具体内容标准”中,涉及免疫学内容的有2条,分别是:概述人体免疫系统在维持稳态中的作用、关注艾滋病的流行和预防。表1是不同版本教科书中免疫学知识篇幅所占必修教科书总篇幅的比例。

1  5个版本教科书中免疫学知识与必修教科书总量的比较

教科书版本

 

 

免疫学知识所占的页数

免疫学知识篇幅占必修教科书总篇幅的比例

苏教版

323

7

1.9%

中图版

314

16

5.1%

北师大版

380

10

2.6%

浙科版

390

16

4.1%

人教版

390

7

1.8%

从表1可以看出,不同教科书在讲述这部分内容时,所用的篇幅是不一样的。中图版用了16页的篇幅来讲授这部分内容,是所占版面最大的(5.1%);而人教版教科书在讲授这部分内容时,只用了全部必修教科书版面的1.8%

22不同版本教科书免疫学知识内容深广度的比较

《课标》要求学生必学免疫学内容,而在这之前,教学大纲只要求部分学生学习。从这里可以看出,新课程更加重视了这部分内容的学习。大纲版教科书(选修全一册)涉及的主要免疫学专业术语包括:特异性免疫、淋巴细胞、T细胞、B细胞、效应T细胞、效应B细胞、抗原决定簇、体液免疫、细胞免疫、免疫活性物质、淋巴因子、白细胞介素、过敏反应、过敏原、自身免疫病、免疫缺陷病等。绝大多数新版的教科书都与免疫学的新进展一致,增加了一些专业术语。但各版本教科书在重新编写这部分内容时,处理的方式差异很大(详见表2)。例如,北师大版和浙科版增加了一些分子层面的学术名词(如主要组织相容性复合体),而人教版则增加了“免疫调节”这一宏观概念的词语。同时,我们也能够看出,这些教科书关注的方向是不一致的。

2  各版本教科书增加或减少的专业术语(与之前的大纲版教科书相比)

教科书版本

增加的专业术语

减少的专业术语

总体评价

苏教版

树突状细胞、细胞因子、补体、浆细胞

抗原决定簇、淋巴因子、白细胞介素

深广度都降低

中图版

免疫细胞、免疫应答、抗原识别受体、Tc淋巴细胞、Th淋巴细胞、穿孔素

/

深广度都加深

北师大版

免疫应答、主要组织相容性复合体(MHC)、抗原肽、抗原肽-MHC分子复合物、淋巴母细胞、穿孔素、细胞因子、自然杀伤细胞、浆细胞、胸腺依赖抗原、胸腺非依赖抗原、补体、变应原、超敏反应、变态反应

效应B细胞、过敏原、过敏反应

深广度都加深

浙科版

免疫应答、主要组织相容性复合体(MHC)、抗原-MHC复合体、辅助性T细胞、细胞毒T细胞、浆细胞、致敏、速发型过敏反应

抗原决定簇、效应T细胞、免疫活性物质、淋巴因子

深度加深,广度基本维持原状

人教版

免疫调节、免疫细胞、浆细胞

抗原决定簇、效应T细胞、效应B细胞

深度降低,广度维持

从以上两个方面我们可以看出,不同教科书中的这部分内容,其容量、深广度相差都比较大,这既反映了不同编者的不同理念,也反映了免疫学内容的复杂性。教科书版本的多样化使一线教师在教学过程中有了更多的参考书籍选择,很多教师都会参考几个版本的教科书。在这种情况下,不管是用小篇幅还是用大篇幅来讲授这部分内容,教师普遍觉得难度都很大。现实中,教科书往往成为“考本”,为了避免增加学生的学习负担,有关内容不宜阐述过深。高中生物课程依然是基础教育的一部分,基础性依然是它的根本属性之一。因此,教科书编写时,对有关内容多采用简化、浓缩的方式。但是当讲述过于浓缩时,读者理解起来有困难,就自然而然地会去接受一些参考资料的解释,而当这些供参考的教辅书籍或者试题出现错误时,就会造成大面积的误解,甚至以讹传讹。当教科书篇幅较大有较多名词术语时,由于牵涉更多的内容,教学时教师还要继续深挖和扩展,问题就更突出。可见,有关免疫的内容,反映了高中教科书内容选择上考虑知识的基础性和反映学科发展方面存在一定的矛盾,不同版本教科书编者采用了不同的策略。不过,抓住基础,实现免疫学内容的教育价值是教科书编者和从事课堂教学的教师共同的目标。

3.免疫学内容的教育价值及教学建议

《课标》在“课程设计思路”中指出,必修模块所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的相互作用。人教版的高中生物学教科书,每个模块都是一个相对独立的知识体系,有着贯穿整个模块的学科思想和知识主线,3个必修模块分别渗透了系统论、信息论和控制论的思想。

免疫学知识涉及我们生活的方方面面,与学生的实际生活联系较多,学习这部分内容对于全体高中学生“形成积极健康的生活方式”是不可或缺的,这也是知识应用于生活、指导生活的典型内容,这一点是不言而喻的。除此之外,这部分内容对于学生学科思想的形成也是非常重要的。

31突出免疫调节过程中依靠“信息分子”起作用——渗透信息论的思想

信息论是由美国数学家香农在20世纪50年代创立的,它是用概率论和数理统计方法,从量的方面来研究系统的信息如何获取、加工、处理、传输和控制的一门科学。之后,人们越来越认识到信息的重要性。目前,信息论的概念和方法已广泛渗透到各个科学领域,生命现象也可以用信息论假说来解释。高中必修2模块,整本书都渗透了信息论的观点,是按照科学史的过程来呈现遗传信息的发现、本质、行使功能、发展变化等过程的。在必修1及必修3分别渗透系统论、控制论思想的同时,也将信息论的思想贯穿其中。系统的功能不仅包括物质循环和能量流动两大要素,而且还包括信息传递。不管是细胞水平、个体水平,还是群体水平的系统,都涉及系统间或系统内部的信息传递。而免疫学知识,对于学生从个体水平来认识信息分子的传递过程至关重要。

传统的观点认为,机体的两大调节系统(神经系统和内分泌系统)与免疫系统是相互独立的,但是,近些年来的研究发现,这三大系统之间有密切的联系:它们具有的共同的化学语言构成了它们之间相互联系的分子基础。神经、内分泌、免疫系统都有各自的信号分子(神经递质或神经肽、激素和细胞因子),而这些信号分子在其他系统也可能存在,例如,免疫系统可直接产生神经肽和激素,中枢神经系统可产生细胞因子等。同时,这些信号分子的作用方式,都是直接与受体接触,而很多受体在三大系统中是同时存在的。这就说明,这三大系统可以通过某些信息分子来实现统一协调。

32突出免疫调节是调节网络的组成成分——帮助学生认识生命系统的整体性

《课标》讲,必修3模块“有助于学生认识发生在生物体内部和生物与环境之间的相互作用,理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性……”而对这种整体性的认识,是需要分子层面的研究做基础的。在20世纪末的时候,国家自然科学学科发展战略调研报告就曾经指出,对机体神经、内分泌、免疫系统相互作用的研究进入分子水平,标志着人体科学研究已经进入了一个新阶段,即将机体的分子活动与宏观整体的功能联系在一起,从而使人们能更深刻地认识自身,大大促进人体科学的发展。教科书在纵向深入的同时,将免疫系统对于整个机体稳态维持的作用纳入到机体的调节网络“神经调节—体液调节—免疫调节”中,从宏观上进行了整合。将免疫系统列为调节系统之一,突出免疫系统对于机体稳态维持的作用,意在从更深层次上揭示生命活动的整体性,这对于引导学生认识生命系统结构和功能的整体性具有重要的意义,也揭示了机体内各个系统之间联系的复杂性和多样性,说明了生命现象之间内在联系的普遍性。

关于免疫内容的教学,一定要注意帮助学生认识生命系统的整体性。机体是一个复杂的系统,首先要引导学生认识几大调节系统之间的协调和配合,关注免疫调节与神经调节、体液调节的关系,然后在“生命活动的调节”主题下去认识“免疫”,突出它在稳态维持乃至健康地生活中的作用,而不是单纯地介绍有关免疫学知识。就免疫系统本身的调节来说,要让学生知道体液免疫与细胞免疫是如何协调来维持机体的稳态的,避免学生割裂地认识免疫系统的功能,把这两种免疫方式理解为水火不相容的两个独立过程。

33如有必要可适当扩展一些分子生物学方面的专业术语

考虑到免疫学内容的复杂性,为了解释清楚有关调节过程,适当扩展一些分子生物学层面的专业术语有时是必要的。不过,需要注意的是,扩展名词术语不应该要求学生记忆,只是起辅助解释的作用。选择什么样的专业术语呢?应该围绕着重要概念来选择。随着科学教育研究的发展,围绕“大概念”(big ideas)来组织知识内容,是国际科学教育界的共识。“大概念”既包括用来整合某一学科内知识的核心概念,又包括侧重跨学科内容组织的共通概念。[3]“……这些核心概念及其进阶过程能帮助学生理解其生活中的事件和现象,并在其结束学业、迈入社会后,持续发生影响。”[4]半抗原、抗原决定簇、主要组织相容性复合体、细胞毒性T细胞、浆细胞等,这些名词,学生在以后的生活中遇到的概率有多大?答案不言而喻。所以,对于这些名词术语,教学中要尽量避免出现。而抗原、抗体以及它们的作用方式、免疫调节、一些信号分子等内容,对于学生从分子水平理解机体调节的整体性是非常重要的,也是理解免疫系统调节机体稳态的重要内容。

所谓的核心概念不是一系列的事实,而是具有解释力的概念,确定核心概念的标准之一是能为理解和研究更为复杂的概念和解决问题提供重要工具。[5]当发现概念可以用来解释新的经验时,这个概念就发展成“较大的”概念,因为它能够包含更多的现象。例如,对于“淋巴因子”和“细胞因子”这两个名词,如果学生知道机体中很多细胞都可以通过分泌一些细胞因子来对生命活动进行调节,也就是说可以运用“细胞因子”来解释更多的现象,那么,“细胞因子”这个名词相对“淋巴因子”就更“大”一些。

适当扩展专业术语,一定要注意“适当”。免疫学知识涉及内容很多,很深,又非常专,而且很多内容还在研究中、没有定论。过多的专业术语将会增加学生学习的难度。研究表明,对于16~18岁的学生而言,每10页包含的、要学生理解的新词不应该超过15个(也就是每页平均1.5个),要学生使用的新词平均每页不应该超过1个。而且,可能的话,要为每个新词配备一幅插图、一个解释或者把它放在一个能够帮助理解其含义的句子里。在教科书中每个新的概念至少连续出现两次,理想的做法是,大多数新词(四分之三)应该在教科书中再重新出现一次。[6]所以,在有限的教学时间之内,一定要降低使用的术语的量,而且要优先使用在口语或书面语中出现频率高的词汇,更不要受一些教辅书籍的影响而随意加入一些专业术语。

 

参考文献:

1]包春莹中学生物教科书中免疫学内容的百年变迁研究J].教育理论与实践,201411):3941

2]黄建华.高中教材中特异性免疫疑点的解答[J].生物学通报,20143):78

3]郭玉英,姚建欣,张静.整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J].课程·教材·教法,20132):4449

4]温·哈伦科学教育的原则和大概念[M].韦钰,译.北京:科学普及出版社,20111820

5]周玉芝.美国新版K-12科学教育框架对我国基础教育阶段科学教育的启示[J].课程教材教法,20126):120124

6](比)弗朗索瓦-玛丽·热拉尔等著为了学习的教科书:编写、评估、使用M].上海:华东师范大学出版社,2009229239


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