“艾滋病的发现、治疗和预防”一节问题情境教学设计

王岳琼 白建秀 林 琳

（1 北京中学 北京 100028 2 朝阳区教育研究中心 北京 100124）

免疫调节对维持人体稳态具有非常重要的作用。艾滋病是中国重要的公共卫生问题。在“艾滋病的发现、治疗和预防”一节的教学中，以艾滋病这一对免疫系统功能有严重影响疾病的发现历程为背景，教师为学生的学习创设真实的科研情境，在分析问题过程中促进学生知识结构的完善，提高学生的生物学科素养。

1 教学内容分析与设计思路

“艾滋病（AIDS）的发现、治疗和预防”是与高中生物学中“免疫功能”的知识有紧密联系的内容。包含在《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（简称“课程标准”）的大概念1 中。内容如下：大概念1 生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态；重要概念1.5 免疫系统能抵御病原体的侵袭，识别并清除机体内衰老、死亡或异常的细胞，实现机体稳态；次位概念1.5.4举例说明免疫功能异常可能引发疾病，例如，过敏、自身免疫病、艾滋病和先天性免疫缺陷等。

课程标准中关于“免疫功能异常”涉及2 个方面：免疫系统的活化状态过强和过弱。而艾滋病属于免疫功能缺陷所导致的疾病。免疫调节属于保持机体稳态的重要调节机制之一。学生学习了免疫调节的基础知识，对免疫调节保持机体稳态的作用有一定了解。而“艾滋病”为免疫调节的功能提供了反证，利于学生加深对免疫调节在维持内环境稳态中重要作用的理解。学生乐于学习新知识，针对现实生活中的问题愿意参与讨论。结合艾滋病的发现、治疗和预防内容，引起学生对免疫系统的工作方式及功能深入理解的兴趣，加深学生对艾滋病的认识。

基于以上分析，教学思路为，通过设置“对未知疾病的探索方法”的问题情境，利用实际生活中的问题，引导学生在学习免疫失调的具体知识的同时，增强解决问题的能力，掌握科学研究的基本思路和方法。同时，将病毒侵入机体的过程与相应疾病进程的症状联系起来，促进学生将微观的生理过程与宏观的生命现象建立联系。之后，探讨艾滋病的预防，引导学生利用已学习知识，理性对待艾滋病。

2 教学目标

1）用结构与功能相统一的观点解释HIV 入侵细胞的机制及感染HIV 后机体的变化。

2）结合AIDS 的发现历程，利用推理等思维方法，探讨HIV 侵染人体后的症状及AIDS 的治疗方法。

3）基于HIV 的相关知识，对常见的AIDS 的预防方法及AIDS 的相关社会热点问题作出解释和判断。

4）通过有关AIDS 相关问题的解决，树立关爱生命的观念，崇尚健康文明的生活方式，增强利用知识解决实际问题的意识。

3 教学过程

3.1 创设看病就医的真实情境，揭秘艾滋病发现过程

问题1：如果你是一名医生，有患者向你求助，你该怎么办？

学生回答，可观察患者的外在症状。教师进一步设问：这是从什么水平看问题？学生明确这是从个体水平看问题，为后续逐步深入的研究作铺垫。

经过初步观察，患者有咳嗽、呼吸困难、体温升高的症状，下一步该怎么办？学生有意识地将检查的具体方法与生命系统的结构层次进行联系，器官、组织水平的检查——为患者胸部拍X 光片；组织、细胞水平的检查——可检查血液各项指标是否正常。

创设真实的问题情境，促进学生将生活经验与已学习的生命系统层次的相关知识进行联系。

问题2：经过检查，发现患者肺部被真菌——肺孢子菌感染，确诊为肺孢子菌肺炎。同时发现病人的淋巴细胞数量减少。下一步该怎么办？

有的学生认为已找到了感染肺部的病原体，可针对病原体用药物进行治疗。有的学生提出，虽然已找到感染肺部的病原体，但血液中淋巴细胞数量减少怎么解释？

教师捕捉学生讨论过程中生成的问题，引导学生关注——患者血液中淋巴细胞数量减少与患者的肺部真菌感染有什么关系？学生思考、讨论，一种观点认为：淋巴细胞数量减少可能是肺部感染的真菌导致的——淋巴细胞数量减少是结果；另一种观点认为：肺部感染可能是因为淋巴数量减少使得免疫力降低导致的——淋巴细胞数量减少是原因。

教师引导：肺部的真菌感染和血液淋巴数量减少谁为因，谁为果？ 学生思考讨论：淋巴细胞有很多种，可分析是哪一种淋巴细胞减少，从而进一步研究淋巴细胞数量减少是否是引起肺部真菌感染的原因。

教师给出真实研究结果：科学家发现，应用流式细胞仪分析，患者外周血中CD4+T 细胞的比例和绝对数量显著下降。所有这些病人体内辅助性T淋巴细胞（CD4+T 细胞）减少。

问题3：患肺孢子菌肺炎的病人还患有黏膜念珠菌感染、巨细胞病毒感染等人体免疫机能正常情况下一般不会发生的条件性致病病原体感染所致的疾病。下一步怎么办？

通过这一问题，促进学生将问题2 中提到的免疫细胞的功能与多种疾病相联系。学生提出进一步的研究思路：观察和比较患者、正常健康人CD4+T 细胞的数量与功能各有什么不同。思考可能的原因是什么？

教师介绍：研究人员从病人的淋巴结组织分离得到CD4+T 细胞并培养，在培养这些淋巴细胞的上清液中检测到了反转录活性，并在电镜下观察到一种直径为90～130 nm 的病毒颗粒从T 细胞膜上芽生。可否确定新发现的这种病毒就是这种疾病的病原体？学生提出实验思路，可用这种病毒感染健康的CD4+T 细胞，观察病毒是否可增殖。如果可以，基本可确定CD4+T 细胞是这种病毒的宿主细胞。教师明确，这一疾病是获得性免疫缺陷综合征艾滋病（AIDS，“艾滋病”是AIDS 的中文音译），由人类免疫缺陷病毒HIV 感染引起。

通过问题2、问题3 的引导，利于学生深入思考生物学现象和本质的关系。连续的3 个问题，引导学生逐步明了对未知疾病由宏观至微观进行探索的步骤，并为每一个问题的解决寻找方法和证据。

3.2 认识HIV 增殖机制，寻找治疗艾滋病的途径

3.2.1 认识HIV，了解HIV 的增殖机制 教师讲述1982年美国疾病控制中心将该病命名为获得性免疫缺陷综合征——艾滋病，引发这种疾病的病毒称为人类免疫缺陷病毒（HIV）（图1）。

图1 HIV 的电镜照片及HIV 结构模式图

教师介绍HIV 的结构（图1）和HIV 感染CD4+T 细胞的机制及增殖过程。①病毒囊膜上的蛋白与宿主细胞表面受体 （例如，CD4+T 细胞上的CD4和CCR5）结合，入侵宿主细胞。②病毒囊膜与宿主细胞膜进行融合，病毒核心进入细胞。③病毒脱壳，以病毒RNA 为模板利用逆转录酶进行逆转录合成双链DNA。④病毒DNA 进入细胞核，利用整合酶整合在宿主细胞染色体DNA 上。⑤病毒基因进行转录和翻译，合成新的RNA 和蛋白质。⑥利用蛋白酶进行病毒蛋白质剪切，之后，蛋白质和RNA 移动至宿主细胞表面，组装成新的子代病毒核心。⑦子代病毒从宿主细胞中释放，并在病毒核心外部套上来自宿主细胞的囊膜，成为成熟病毒。

3.2.2 艾滋病的发病进程及原理 教师介绍HIV 病毒感染后的疾病进程。大体分为急性期（2～4 周）、无症状期（临床潜伏期）（8～10年）、艾滋病期（0.5～2年，出现肿瘤或机会感染）。急性期会出现CD4+T 细胞计数一过性减少。无症状期，由于HIV 数量逐渐上升，CD4+T 细胞计数逐渐下降，可出现淋巴结肿大等症状。艾滋病期为感染HIV 后的最后阶段。患者CD4+T 细胞计数多小于200 个／μL，HIV血浆病毒载量明显升高［2］。

问题4：请思考AIDS 发病进程与免疫系统功能是什么关系？

学生结合已学的免疫学知识进行解释。急性期，HIV 刚进入人体内环境，HIV 侵染宿主细胞，使CD4+T 细胞数量有所减少，但免疫系统尚有大量CD4+T 细胞执行特异性免疫功能，机体可产生大量抗体，大部分HIV 被免疫系统清除，出现的急性期症状也有所缓解。但因病毒DNA 会整合到宿主细胞中，所以，不能被完全清除。无症状期，HIV 继续侵染宿主细胞，使得CD4+T 细胞数量缓慢下降，HIV 数量逐渐上升。艾滋病期，当CD4+T细胞在外周血中的数目降至较低量时（一般低于200 个／μL 时），机体的特异性免疫能力极低，而出现免疫机能正常时不会发生的条件性致病病原体感染所致的疾病。

通过问题4，将宏观的艾滋病的个体水平的症状与微观的HIV 在体内的增殖过程相联系，同时促进学生深入的理解特异性免疫对维持机体稳态的意义。

3.2.3 治疗途径

问题5：治疗、预防艾滋病的思路可能有哪些？

学生思考回答：①HIV 需要通过糖蛋白与细胞膜表面的受体相识别而侵染细胞，设法阻断这一识别过程从而防止HIV 侵染细胞。②阻断病毒在细胞中的逆转录过程。③阻断病毒DNA 整合到宿主细胞染色体的过程阻断HIV 的增殖。④抑制蛋白酶对病毒前体蛋白的加工，阻碍新病毒的组装。⑤研发HIV 的疫苗，防止HIV 侵染宿主细胞。

教师介绍目前艾滋病的治疗药物，主要有辅助受体拮抗剂（CCR5 受体抑制剂）、融合抑制剂、非核苷类逆转录酶抑制剂、核苷类逆转录抑制剂、整合酶抑制剂、蛋白酶抑制剂。

通过对问题5 的探讨，促进学生将所学知识运用到疾病治疗中，学以致用，体验科学研究与医疗实践结合的一般思路。

引导学生继续思考，你觉得现有的治疗、预防方法不理想的原因是什么？

学生思考回答，HIV 是RNA 病毒，更容易变异，使已使用的药物或疫苗失效。

教师介绍，首先HIV 的特殊性在于其只能感染人类，常规的小动物实验模型都不太适合用于评价疫苗效果；其次，HIV 病毒的高度变异性也是疫苗研发的一个重要障碍。

教师介绍。HIV 高突变率及在人体内的快速复制，用单一的抗病毒药物会很快发生耐药。1996年美国洛克菲勒大学的华裔科学家何大一提出了联合应用抗病毒药物的治疗方案，俗称鸡尾酒疗法［1］。这一疗法极大降低了艾滋病的发病率和死亡率，HIV 感染已逐渐成为一种可治疗并能有效缓解病情的慢性疾病的状态，许多病人甚至恢复了正常的生活。

问题6：关于艾滋病的研究，请你提出未来的研究方向及其理由。

学生讨论并回答：①因HIV 易变异，所以，需要针对变异的病毒类型开发新药；②可开发作用于病毒不同位点的药物；③抗体类药物；④针对已有的药物研究鸡尾酒疗法药物的不同组合；⑤各类药物的副作用；⑥药物生产技术的更新，以降低药物生产的成本；⑦干细胞及基因编辑治疗。例如，病人接受CCR5基因纯合缺失的造血干细胞移植；通过基因编辑技术改造艾滋病患者自身T细胞抵抗艾滋病病毒感染。

通过问题5、问题6，引导学生从HIV 本身的结构和功能特点、病毒与宿主之间相互作用的角度进一步思考，促进学生关注基础知识在实践中的应用，同时培养学生的创新思维。

3.3 重识艾滋，红丝带在行动，防艾从我做起 1982年HIV 被发现，至2018年我国报告存活HIV／AIDS 85.0 万例，死亡26.2 万例［3］。2018年全球共有3 790 万例HIV 感染者。由此可见，艾滋病的预防和控制需要引起高度重视。

师生讨论，总结艾滋病的传播途径及预防方法（略）。

提供阅读材料［4］，请学生关注“红丝带”行动，关爱自己，关心患者。

问题7：防止艾滋病传播，你能做什么？

学生讨论回答，养成健康的生活方式、加强艾滋病相关知识的宣传等。

教师介绍“不用缝线的包皮环切术”的发明过程。男性生殖器官的包皮内侧皮上有较多的HIV靶细胞，包皮过长的男性更易感染HIV。男性的包皮环切可一定程度上降低机体感染HIV 的几率。中国的一位商人发明“商环”，利用“商环”实施包皮环切手术，具有微创、简便、不开刀、无缝合等优点［5］。“商环”的发明者不是医务工作者，但他也为人类的健康贡献自己的力量。

通过讨论，促进学生将所学知识运用到实际生活中，学会健康的生活。通过“商环”的实例，促进学生感悟艾滋病的预防和治疗不只是医生和科研工作者的责任，面对疾病，每个人都有责任去付出自己的努力。

4 教学反思

本节教学以艾滋病的发现、治疗、预防为主要思路。教师设定艾滋病发现的问题情境，通过“艾滋病的发现”中的连续3 个问题，将学生带入到某种疾病的发现、深入研究的情境中去，在真实的科研情境中引导学生结合已有的生物学知识，从个体水平到分子水平逐渐深入认识艾滋病及HIV。学生体验新病原体的发现过程中，进行思维上的探究，将已有知识运用到实际问题解决中去，既巩固了病毒、免疫的基础知识又完善了免疫调节的知识结构。之后通过学习HIV 的侵染细胞过程，学生结合已有的关于病毒的知识，以及艾滋病的研究数据、资料，推理艾滋病的治疗方法。在艾滋病的发现及治疗方法的探究过程中促进学生科学思维和科学探究素养的提升，培养学生的创新思维。最后，结合艾滋病疫情的现状，探讨艾滋病的预防，将书本知识转换成学生切实可作出的行动，促进学生形成积极的科学态度、生活态度。