新農科背景下“水生動物免疫學”教學改革與實踐

摘"要：伴隨著中國經濟的持續進步，新的農業形態也不斷地涌現出來，目前的水產專業結構已經無法滿足當下的產業需要，新農科的發展已經是歷史進程中的必經之路。近年來，我國水產業發展迅速，但也存在著諸多問題，為適應新形勢下水產業發展需求，建設新農科背景下的水產類專業教育體系同樣勢在必行。將人工智能、大數據分析、生物技術等交叉知識融合，以“水生動物免疫學”教學改革為抓手，為探索水產專業其他課程的教學與實踐提供參考。

關鍵詞：新農科；水生動物免疫學；教育體系；改革

全面推進鄉村振興，實現農業農村現代化，關鍵在科技、在人才。為了滿足新的農業、農村、農戶及生態環境的需求，我們必須加速推動新型農學的發展，并促進高等農業、林業教育的革新進步，以更好地支持和服務于農業強國的建設。同時，我們也需對涉及的農學領域的專業構成進行優化，推動農業林業教育的供應側改革，快速地調整、改善或提升現有專業，以便提高其前瞻性、適應性和針對性。所以，有必要迅速建立起新興的農學相關專業課程和新型教材建設，這些內容應包含最新的農業、林業領域的知識、科技和研究成果，并且能夠展示出當前的教育教學改革的新動向，進一步強化教科書的思想深度、科學準確性、領先地位和實效性。

“水產動物免疫學”具有理論性強、知識網絡復雜、結構難以梳理的特點，給授課帶來挑戰。本研究針對當前的“水產動物免疫學”教育狀況和筆者從實際教學過程中所獲得的體驗和挑戰進行了探討。我們深入剖析了教學流程的關鍵因素，以揭示其獨特性并擴大其知識覆蓋范圍。同時，我們在授課時融入生動的事例和故事，激發學生的學習興趣，從而提升“水產動物免疫學”的教學質量。

1"水生生物免疫學的地位和特征

免疫學作為一個快速發展且充滿活力的新興領域，是當代生命學研究的核心，其進步的腳步從未停歇過。尤其是近些年里，伴隨著高科技如基因組測序及蛋白質表達分析技術在該領域之中的廣泛應用，我們對免疫學的研究達到了前所未有的深度［1］。而對于那些以魚類、蝦、蟹、貝、參等為主要對象的水產業來說，大部分水產動物只有先天免疫，或者簡易的獲得性免疫，對于水產動物的研究來說，這無疑是一個極具挑戰性的課題。如何通過深入解析這些水生生物自身的防御體系來預防或治療他們的病害，就是“水生動物免疫學”這一新興分支的核心任務。學生不僅需要全面地學習各種相關的基礎知識、物理特性，更重要的是要深刻領會其中的微觀原理及其運作方式，比如抗體的合成過程、作用方式，以及無脊椎動物面對病原時的免疫反應等。

2"“水生動物免疫學”教學改革探討

2.1"人工智能（AI）在“水生動物免疫學”中的應用

人工智能算法在免疫學中的應用之一就是對免疫細胞進行識別和分類。在免疫系統中，免疫細胞的種類繁多，不同種類的免疫細胞有著不同的形態、結構和功能特點。然而低等動物中的細胞特征迥異，與高等動物的免疫細胞類型差別較大，很難通過顯微鏡觀察的方法進行區分，同時很難用語言來進行細胞層面的描述。借助深度學習算法，人工智能（AI）能夠成功地識別出細胞中難以識別的各種不同結構。利用AI標記和識別細胞的3D結構，進一步對免疫細胞進行識別和分類，利用3D識別可以更好地展現微觀世界的立體結構，更好地理解免疫系統，并為免疫疾病治療和藥物研發提供更準確的基礎數據支持。

2.2"免疫系統模型建立

人工智能算法在免疫學中的應用的另一個重要方面是免疫系統模型的建立。機體免疫系統是一個極其復雜的，由基因、蛋白質、細胞和組織器官組成的自我協同網絡，是生物醫學最值得關注的前沿領域之一。而此時，AI成為深入探索和利用人體免疫系統的智能化工具。先進生物科技包括單細胞轉錄組學、代謝組學和質譜流式細胞術，使得科學家們對各種疾病和疫苗免疫反應有了比較全面的認知［2］。例如，通過深度學習方法可以預測與炎癥相關的“免疫年齡”；通過構建免疫系統的數學模型，并應用人工智能算法進行模擬和預測，不僅可以更好地理解免疫系統的機制，也可以為免疫疾病的治療和藥物研發提供完美的工具。

2.3"運用機制圖，將抽象概念轉化為實際操作，突破教學的重、難點

在免疫學的教育過程中，課程涵蓋了許多復雜的原理，比如細胞因子的互作模式、補體系統的啟動過程、T淋巴細胞及B淋巴細胞的發展完善、抗原處理和提呈的過程、適應性免疫反應觸發、應答和級聯激活效應等，這些都包含了分子、細胞和組織的結構、功能以及它們之間的關聯。由于其理論性較強，傳統的教育方式難以全面闡述清楚，并且可能會顯得冗長乏味，導致學生的參與度降低。因此，教師可以通過使用分子構型圖像、工作流程圖和關系網來協助學生理解和把握相關的組織、細胞和分子的連接形成基本概念，然后深入剖析每個部分之間的關系，進一步強化記憶，克服學生學習的困難［3］。比如，當教授關于補體的傳統啟動方式的時候，教師先使用PPT動圖的演示來展示如何開啟這個信號的過程，同時介紹其特性和相關組件的功能及相互關系等內容。然后進一步解釋該信號激活所產生的結果與其原始狀態之間的聯系，分析補體的三種激活方式的不同，主要的激活方式區別是什么，以及補體的發現過程及顯微鏡觀察到的實際膜攻擊復合物的實際狀態等一系列問題后再結束課程的內容。接著用一種場景式的教育方法引入學習目標的物種、水產動物補體研究在實際生產中的應用等，讓同學們能夠更加直觀、清晰地學習這些知識點，并且能更好地掌握其中規律性的知識，從而使得他們學以致用的能力得到提升。

2.4"運用思維導圖，將零散的知識邏輯化，構建系統性的思維

自20世紀70年代初期起，英國專家東尼·博贊（Tony"Buzan）開始深度探究人類的大腦神經科學、詞匯意義與信息論等領域的知識，并基于自然的輻射特性來解析大眾的思考模式，從而創立了一種名為“思維導圖”的方法［5］。這種方法利用核心主題及分類關鍵字激發大腦內在的連接，使得知識呈現出三維化的結構，同時讓內在思維的過程變得可見，同時也賦予外部知識以生動的形象。思維導圖已被廣泛用于各種場景，如教育學習、商務策略制定等，特別是在教育行業中得到了極大的重視。思維導圖是一種基于簡易視覺元素來整理教學內容的工具，它能有效提升學習者對于信息的長期記憶效果。這種方式能夠根據某一特定的學習主題，清晰闡述各個關聯知識點間的聯結，從而有條理地組織起繁雜且分散的信息，形成知識體系及其內部各部分的關系網絡，同時明晰這些知識點間的基本邏輯脈絡。此外，該技術還采用了圖文并茂的方式，借助結構圖、流程圖等方式，讓關鍵術語與圖像、顏色等產生緊密的記憶聯系。通過應用思維導圖，可以激發學生的自主探索精神，讓他們在新獲取的知識上融入已有認知框架，進而實現對知識的全面理解和靈活運用，有助于提高他們的創意思維能力和創新潛力，使得他們掌握的知識點更加生動而具象。比如，當教授“水生動物免疫學”這門課程時，我們采用的是以“水生動物免疫學”為主題，包括免疫學的基本定義、核心研究領域、免疫系統的構成要素以及各類免疫反應等子主題的思維導圖，按照不同的層級，標注不同的顏色和形狀，讓重點可以更加突出。教師們會在上課之前用思維導圖做預習準備工作，選擇不同的板塊和顏色，設計出獨具個性的思維導圖，針對重要性和難度較大的知識點選用醒目的紅色加以突出，并且在一些較為抽象和難以理解的內容點旁附加上相關的插圖來輔助說明。首先，教師會在開始講課時呈現出一張思維導圖，并對它做簡單的解釋，讓學生理解這堂課的大致結構、教學方法以及可能遇到的問題與關鍵點，從而讓他們對即將學習的主題有基本認識。接著，當課程接近尾聲時，再一次回顧這張思維導圖，以便梳理本節課的核心要點，進一步增強學生對所學知識的記憶。最后，教師會布置課堂任務，要求學生根據學習到的知識點來繪制并完成一幅思維導圖，這樣可以把這些知識點有效地串聯在一起，構建起一種邏輯關系，進而構成全面性的思考模式，以此強化他們已經掌握的知識。

2.5"實施案例教學法，激發學生的濃厚興趣

對于較為復雜的水產動植物免疫力學科目來說，其內容往往是難以理解且涉及大量的基本生命科學原理，如生物化合物及分子的結構及其功能等，如果單純使用傳統的教育方式可能會導致學習者感到枯燥乏味。所以，我們必須采取新的教育策略，打破常規并為他們提供更具吸引力的課堂體驗。首先，我們要確保他們在開始本課程前已經充分了解了基礎知識。其次，要運用一些具體的實例作為引導工具，以便于他們深入思考，從而更好地吸收這些深奧難懂的基本概念。比如：抗體的性質特征及抗原的對應結合關系等問題；再比如，在抗體的可變區域可以特化一個“小爪子”，解釋為什么抗體可以特化出恒定區和可變區，借助VDJ重排的概念及MHC類分子的專一性特點，講述抗體針對不同抗原特異性的由來。結合抗體蛋白鏈組成的特點，結合讀音和書寫特征，區分5種抗體命名方式。例如：IgA的重鏈是由α球蛋白組成的，書寫方式類似小寫的a，所以由α球蛋白組成的抗體命名為IgA；而IgD的重鏈是由δ球蛋白組成的，拼寫時候δ（delta）第一個拼讀為小寫d，所由δ球蛋白組成的抗體命名為IgD。同時根據每一個分子的特點給每種抗體標記一個分子特征，比如：5種抗體中，在血清中含量最高者是哪種抗體？含量最少的分子是哪種抗體？分子量最大的是哪種抗體？帶有分泌片的是哪種抗體？上課的過程中都可以從具體的事件出發，對問題適當討論，使原本晦澀無趣的話題變得生動有趣。比如：哪種抗體是可以通過乳汁獲取，為什么要提倡母乳喂養，小朋友在母乳喂養期間為什么不容易生病等問題，通過身邊的事例來加深課本概念的印象，這樣既能激發學生學習的熱情，也能讓他們更加深刻地記住所教授的相關知識點，感受到這個領域獨特的價值所在。

2.6"通過網絡思維，采用微課教學方式

隨著數字化和國際化的推進，網絡教育的質量不斷攀升并呈現出多元性的趨勢。運用信息技術，按照認知規律，呈現碎片化學習內容、過程及擴展素材的結構化數字資源的微課模式應運而生。微課程作為一種新興的教育方式近年來越發受到重視，它具有授課周期可變、表現手法豐富多樣且信息量大等特點，并且能夠明確地傳達核心思想［4］。相較于傳統課堂，微課更適合教師的需求，因為它集中在一個主題上，并突出教學中某個學科知識點或反映教學環節和主題活動，與傳統的一節課相比，微型課堂內容簡潔明了。就視頻大小而言，微課的視頻和輔助資源通常只有幾十兆左右，視頻格式支持在線播放，例如RM、WMV、FLV等流媒體格式。這樣教師和學生可以輕松地在線觀看示范課程，并查看教案、課件等輔助資源。同時，微課視頻也方便將其下載保存到筆記本電腦、手機等設備上進行隨時隨地的學習，非常適合教師們觀摩、評估、反思和研究使用。在學校，自我學習的學生的人數明顯增加，因此，通過使用在線網站上的魚類免疫學相關知識的小型視頻教程來輔助學生的自學活動是非常合適的，這不僅符合當下的高等教育教學改良的大環境需求，也有利于激發他們對研究海洋生物抗體的熱情與培養獨立思考的能力［5］。比如：在講解魚類的適應性免疫系統的時候，雖然學生的上課時長相對較短，但是通過觀看微課視頻中有關魚類主要抗體IgM的視頻教程，他們對于抗體的生成過程及其與人類免疫系統差異的了解變得更為深入。上課過程中，再結合思維導圖和高等動物的抗體類型的對照列表，補充和豐富同學們對水產動物抗體產生過程的認知，并梳理抗體在不同的物種中進化的遺傳特點及生物特性，以此提高課堂教學效果。

結語

簡而言之，中國已成為全球最大水產品生產國，魚類、蝦蟹類、貝類、參類等水產品的養殖規模不斷擴大。然而，隨著養殖規模的不斷擴大，各類疫病的頻繁發生給水產養殖造成了非常嚴重的經濟損失，使得免疫預防措施日益受到關注，并被視為一種有效的手段來防止水產動物疾病的爆發與減輕抗生素等藥物帶來的環境污染［6］。因此，水生物免疫學研究對于水生物醫療領域至關重要，而作為該領域的研究人員，面對新的教育改革趨勢和新興學科的需求，從培養水產養殖接班人和工作人員的角度，我們有必要建立一套更加實用且高效率的教學體系。當前亟待探討的是如何優化新型學科的教學方法，從而提升學生們的實踐能力和職業技能，這是所有高等院校必須認真思考并努力解決的問題［7］。

參考文獻：

［1］胡雪梅，姜昱竹，劉現兵.改革免疫學實驗教學培養創新能力［J］.吉林醫學，2014，35（19）：43844385.

［2］樊憲偉，李有志.研究生助教在本科實驗教學中的作用與實踐［J］.實驗科學與技術，2014，12（2）：134136.

［3］陳淑珍，陳素云，林琳，等.病原生物與免疫學實驗教學改革與探索［J］.生物學雜志，2018（03）：2426.

［4］姜有聲，許丹，張也，等.水生動物免疫學實驗的教學與實踐教育［J］.教學論壇2019（20）：269271.

［5］王蓓，王忠良，蔡雙虎，等.結合水產養殖專業特色提高水生動物免疫學教學質量［J］.中國教育技術裝備，2015（06）：7173.

［6］王蓓，王忠良，簡紀常.水生動物免疫學的基本體系、內容與學科發展研究：評《水產動物免疫學》［J］.中國測試，2020，46（12）：172.

［7］蔣昕彧，張建新，王良炎，等.水產動物免疫學課程思政教學路徑探索與實踐［J］.河南水產，2022（04）：3638.

基金項目：“新教改”時代的新農科教學與改革實踐——以《水生動物免疫學》為例（SXJXGG2023015）；《遺傳學實驗》課程內容體系的改革與探索（JYXMXZD2023105）

作者簡介：呂志猛（1990—"），男，漢族，山東濱州人，博士研究生，副研究員，主要研究方向：水生動物免疫學；梁偉康（1991—"），男，漢族，山東煙臺人，博士研究生，助理研究員，主要研究方向：水生動物免疫學；朱鷥（1991—"），女，漢族，浙江麗水人，博士研究生，助理研究員，主要研究方向：水生動物營養與免疫。

*通訊作者：張真（1989—"），女，漢族，山東濱州人，博士研究生，助理研究員，主要研究方向：水生動物病原與免疫。