新农科背景下“水生动物免疫学”教学改革与实践

摘"要：伴随着中国经济的持续进步，新的农业形态也不断地涌现出来，目前的水产专业结构已经无法满足当下的产业需要，新农科的发展已经是历史进程中的必经之路。近年来，我国水产业发展迅速，但也存在着诸多问题，为适应新形势下水产业发展需求，建设新农科背景下的水产类专业教育体系同样势在必行。将人工智能、大数据分析、生物技术等交叉知识融合，以“水生动物免疫学”教学改革为抓手，为探索水产专业其他课程的教学与实践提供参考。

关键词：新农科；水生动物免疫学；教育体系；改革

全面推进乡村振兴，实现农业农村现代化，关键在科技、在人才。为了满足新的农业、农村、农户及生态环境的需求，我们必须加速推动新型农学的发展，并促进高等农业、林业教育的革新进步，以更好地支持和服务于农业强国的建设。同时，我们也需对涉及的农学领域的专业构成进行优化，推动农业林业教育的供应侧改革，快速地调整、改善或提升现有专业，以便提高其前瞻性、适应性和针对性。所以，有必要迅速建立起新兴的农学相关专业课程和新型教材建设，这些内容应包含最新的农业、林业领域的知识、科技和研究成果，并且能够展示出当前的教育教学改革的新动向，进一步强化教科书的思想深度、科学准确性、领先地位和实效性。

“水产动物免疫学”具有理论性强、知识网络复杂、结构难以梳理的特点，给授课带来挑战。本研究针对当前的“水产动物免疫学”教育状况和笔者从实际教学过程中所获得的体验和挑战进行了探讨。我们深入剖析了教学流程的关键因素，以揭示其独特性并扩大其知识覆盖范围。同时，我们在授课时融入生动的事例和故事，激发学生的学习兴趣，从而提升“水产动物免疫学”的教学质量。

1"水生生物免疫学的地位和特征

免疫学作为一个快速发展且充满活力的新兴领域，是当代生命学研究的核心，其进步的脚步从未停歇过。尤其是近些年里，伴随着高科技如基因组测序及蛋白质表达分析技术在该领域之中的广泛应用，我们对免疫学的研究达到了前所未有的深度［1］。而对于那些以鱼类、虾、蟹、贝、参等为主要对象的水产业来说，大部分水产动物只有先天免疫，或者简易的获得性免疫，对于水产动物的研究来说，这无疑是一个极具挑战性的课题。如何通过深入解析这些水生生物自身的防御体系来预防或治疗他们的病害，就是“水生动物免疫学”这一新兴分支的核心任务。学生不仅需要全面地学习各种相关的基础知识、物理特性，更重要的是要深刻领会其中的微观原理及其运作方式，比如抗体的合成过程、作用方式，以及无脊椎动物面对病原时的免疫反应等。

2"“水生动物免疫学”教学改革探讨

2.1"人工智能（AI）在“水生动物免疫学”中的应用

人工智能算法在免疫学中的应用之一就是对免疫细胞进行识别和分类。在免疫系统中，免疫细胞的种类繁多，不同种类的免疫细胞有着不同的形态、结构和功能特点。然而低等动物中的细胞特征迥异，与高等动物的免疫细胞类型差别较大，很难通过显微镜观察的方法进行区分，同时很难用语言来进行细胞层面的描述。借助深度学习算法，人工智能（AI）能够成功地识别出细胞中难以识别的各种不同结构。利用AI标记和识别细胞的3D结构，进一步对免疫细胞进行识别和分类，利用3D识别可以更好地展现微观世界的立体结构，更好地理解免疫系统，并为免疫疾病治疗和药物研发提供更准确的基础数据支持。

2.2"免疫系统模型建立

人工智能算法在免疫学中的应用的另一个重要方面是免疫系统模型的建立。机体免疫系统是一个极其复杂的，由基因、蛋白质、细胞和组织器官组成的自我协同网络，是生物医学最值得关注的前沿领域之一。而此时，AI成为深入探索和利用人体免疫系统的智能化工具。先进生物科技包括单细胞转录组学、代谢组学和质谱流式细胞术，使得科学家们对各种疾病和疫苗免疫反应有了比较全面的认知［2］。例如，通过深度学习方法可以预测与炎症相关的“免疫年龄”；通过构建免疫系统的数学模型，并应用人工智能算法进行模拟和预测，不仅可以更好地理解免疫系统的机制，也可以为免疫疾病的治疗和药物研发提供完美的工具。

2.3"运用机制图，将抽象概念转化为实际操作，突破教学的重、难点

在免疫学的教育过程中，课程涵盖了许多复杂的原理，比如细胞因子的互作模式、补体系统的启动过程、T淋巴细胞及B淋巴细胞的发展完善、抗原处理和提呈的过程、适应性免疫反应触发、应答和级联激活效应等，这些都包含了分子、细胞和组织的结构、功能以及它们之间的关联。由于其理论性较强，传统的教育方式难以全面阐述清楚，并且可能会显得冗长乏味，导致学生的参与度降低。因此，教师可以通过使用分子构型图像、工作流程图和关系网来协助学生理解和把握相关的组织、细胞和分子的连接形成基本概念，然后深入剖析每个部分之间的关系，进一步强化记忆，克服学生学习的困难［3］。比如，当教授关于补体的传统启动方式的时候，教师先使用PPT动图的演示来展示如何开启这个信号的过程，同时介绍其特性和相关组件的功能及相互关系等内容。然后进一步解释该信号激活所产生的结果与其原始状态之间的联系，分析补体的三种激活方式的不同，主要的激活方式区别是什么，以及补体的发现过程及显微镜观察到的实际膜攻击复合物的实际状态等一系列问题后再结束课程的内容。接着用一种场景式的教育方法引入学习目标的物种、水产动物补体研究在实际生产中的应用等，让同学们能够更加直观、清晰地学习这些知识点，并且能更好地掌握其中规律性的知识，从而使得他们学以致用的能力得到提升。

2.4"运用思维导图，将零散的知识逻辑化，构建系统性的思维

自20世纪70年代初期起，英国专家东尼·博赞（Tony"Buzan）开始深度探究人类的大脑神经科学、词汇意义与信息论等领域的知识，并基于自然的辐射特性来解析大众的思考模式，从而创立了一种名为“思维导图”的方法［5］。这种方法利用核心主题及分类关键字激发大脑内在的连接，使得知识呈现出三维化的结构，同时让内在思维的过程变得可见，同时也赋予外部知识以生动的形象。思维导图已被广泛用于各种场景，如教育学习、商务策略制定等，特别是在教育行业中得到了极大的重视。思维导图是一种基于简易视觉元素来整理教学内容的工具，它能有效提升学习者对于信息的长期记忆效果。这种方式能够根据某一特定的学习主题，清晰阐述各个关联知识点间的联结，从而有条理地组织起繁杂且分散的信息，形成知识体系及其内部各部分的关系网络，同时明晰这些知识点间的基本逻辑脉络。此外，该技术还采用了图文并茂的方式，借助结构图、流程图等方式，让关键术语与图像、颜色等产生紧密的记忆联系。通过应用思维导图，可以激发学生的自主探索精神，让他们在新获取的知识上融入已有认知框架，进而实现对知识的全面理解和灵活运用，有助于提高他们的创意思维能力和创新潜力，使得他们掌握的知识点更加生动而具象。比如，当教授“水生动物免疫学”这门课程时，我们采用的是以“水生动物免疫学”为主题，包括免疫学的基本定义、核心研究领域、免疫系统的构成要素以及各类免疫反应等子主题的思维导图，按照不同的层级，标注不同的颜色和形状，让重点可以更加突出。教师们会在上课之前用思维导图做预习准备工作，选择不同的板块和颜色，设计出独具个性的思维导图，针对重要性和难度较大的知识点选用醒目的红色加以突出，并且在一些较为抽象和难以理解的内容点旁附加上相关的插图来辅助说明。首先，教师会在开始讲课时呈现出一张思维导图，并对它做简单的解释，让学生理解这堂课的大致结构、教学方法以及可能遇到的问题与关键点，从而让他们对即将学习的主题有基本认识。接着，当课程接近尾声时，再一次回顾这张思维导图，以便梳理本节课的核心要点，进一步增强学生对所学知识的记忆。最后，教师会布置课堂任务，要求学生根据学习到的知识点来绘制并完成一幅思维导图，这样可以把这些知识点有效地串联在一起，构建起一种逻辑关系，进而构成全面性的思考模式，以此强化他们已经掌握的知识。

2.5"实施案例教学法，激发学生的浓厚兴趣

对于较为复杂的水产动植物免疫力学科目来说，其内容往往是难以理解且涉及大量的基本生命科学原理，如生物化合物及分子的结构及其功能等，如果单纯使用传统的教育方式可能会导致学习者感到枯燥乏味。所以，我们必须采取新的教育策略，打破常规并为他们提供更具吸引力的课堂体验。首先，我们要确保他们在开始本课程前已经充分了解了基础知识。其次，要运用一些具体的实例作为引导工具，以便于他们深入思考，从而更好地吸收这些深奥难懂的基本概念。比如：抗体的性质特征及抗原的对应结合关系等问题；再比如，在抗体的可变区域可以特化一个“小爪子”，解释为什么抗体可以特化出恒定区和可变区，借助VDJ重排的概念及MHC类分子的专一性特点，讲述抗体针对不同抗原特异性的由来。结合抗体蛋白链组成的特点，结合读音和书写特征，区分5种抗体命名方式。例如：IgA的重链是由α球蛋白组成的，书写方式类似小写的a，所以由α球蛋白组成的抗体命名为IgA；而IgD的重链是由δ球蛋白组成的，拼写时候δ（delta）第一个拼读为小写d，所由δ球蛋白组成的抗体命名为IgD。同时根据每一个分子的特点给每种抗体标记一个分子特征，比如：5种抗体中，在血清中含量最高者是哪种抗体？含量最少的分子是哪种抗体？分子量最大的是哪种抗体？带有分泌片的是哪种抗体？上课的过程中都可以从具体的事件出发，对问题适当讨论，使原本晦涩无趣的话题变得生动有趣。比如：哪种抗体是可以通过乳汁获取，为什么要提倡母乳喂养，小朋友在母乳喂养期间为什么不容易生病等问题，通过身边的事例来加深课本概念的印象，这样既能激发学生学习的热情，也能让他们更加深刻地记住所教授的相关知识点，感受到这个领域独特的价值所在。

2.6"通过网络思维，采用微课教学方式

随着数字化和国际化的推进，网络教育的质量不断攀升并呈现出多元性的趋势。运用信息技术，按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源的微课模式应运而生。微课程作为一种新兴的教育方式近年来越发受到重视，它具有授课周期可变、表现手法丰富多样且信息量大等特点，并且能够明确地传达核心思想［4］。相较于传统课堂，微课更适合教师的需求，因为它集中在一个主题上，并突出教学中某个学科知识点或反映教学环节和主题活动，与传统的一节课相比，微型课堂内容简洁明了。就视频大小而言，微课的视频和辅助资源通常只有几十兆左右，视频格式支持在线播放，例如RM、WMV、FLV等流媒体格式。这样教师和学生可以轻松地在线观看示范课程，并查看教案、课件等辅助资源。同时，微课视频也方便将其下载保存到笔记本电脑、手机等设备上进行随时随地的学习，非常适合教师们观摩、评估、反思和研究使用。在学校，自我学习的学生的人数明显增加，因此，通过使用在线网站上的鱼类免疫学相关知识的小型视频教程来辅助学生的自学活动是非常合适的，这不仅符合当下的高等教育教学改良的大环境需求，也有利于激发他们对研究海洋生物抗体的热情与培养独立思考的能力［5］。比如：在讲解鱼类的适应性免疫系统的时候，虽然学生的上课时长相对较短，但是通过观看微课视频中有关鱼类主要抗体IgM的视频教程，他们对于抗体的生成过程及其与人类免疫系统差异的了解变得更为深入。上课过程中，再结合思维导图和高等动物的抗体类型的对照列表，补充和丰富同学们对水产动物抗体产生过程的认知，并梳理抗体在不同的物种中进化的遗传特点及生物特性，以此提高课堂教学效果。

结语

简而言之，中国已成为全球最大水产品生产国，鱼类、虾蟹类、贝类、参类等水产品的养殖规模不断扩大。然而，随着养殖规模的不断扩大，各类疫病的频繁发生给水产养殖造成了非常严重的经济损失，使得免疫预防措施日益受到关注，并被视为一种有效的手段来防止水产动物疾病的爆发与减轻抗生素等药物带来的环境污染［6］。因此，水生物免疫学研究对于水生物医疗领域至关重要，而作为该领域的研究人员，面对新的教育改革趋势和新兴学科的需求，从培养水产养殖接班人和工作人员的角度，我们有必要建立一套更加实用且高效率的教学体系。当前亟待探讨的是如何优化新型学科的教学方法，从而提升学生们的实践能力和职业技能，这是所有高等院校必须认真思考并努力解决的问题［7］。

参考文献：

［1］胡雪梅，姜昱竹，刘现兵.改革免疫学实验教学培养创新能力［J］.吉林医学，2014，35（19）：43844385.

［2］樊宪伟，李有志.研究生助教在本科实验教学中的作用与实践［J］.实验科学与技术，2014，12（2）：134136.

［3］陈淑珍，陈素云，林琳，等.病原生物与免疫学实验教学改革与探索［J］.生物学杂志，2018（03）：2426.

［4］姜有声，许丹，张也，等.水生动物免疫学实验的教学与实践教育［J］.教学论坛2019（20）：269271.

［5］王蓓，王忠良，蔡双虎，等.结合水产养殖专业特色提高水生动物免疫学教学质量［J］.中国教育技术装备，2015（06）：7173.

［6］王蓓，王忠良，简纪常.水生动物免疫学的基本体系、内容与学科发展研究：评《水产动物免疫学》［J］.中国测试，2020，46（12）：172.

［7］蒋昕彧，张建新，王良炎，等.水产动物免疫学课程思政教学路径探索与实践［J］.河南水产，2022（04）：3638.

基金项目：“新教改”时代的新农科教学与改革实践——以《水生动物免疫学》为例（SXJXGG2023015）；《遗传学实验》课程内容体系的改革与探索（JYXMXZD2023105）

作者简介：吕志猛（1990—"），男，汉族，山东滨州人，博士研究生，副研究员，主要研究方向：水生动物免疫学；梁伟康（1991—"），男，汉族，山东烟台人，博士研究生，助理研究员，主要研究方向：水生动物免疫学；朱鸶（1991—"），女，汉族，浙江丽水人，博士研究生，助理研究员，主要研究方向：水生动物营养与免疫。

*通讯作者：张真（1989—"），女，汉族，山东滨州人，博士研究生，助理研究员，主要研究方向：水生动物病原与免疫。