未来城市实验室:细菌理论

纽约霍乱疫情

跨学科课程

关键词: 微生物,病原体,因果关系,相关性,流行病,细菌学说
缩图
资料来源:www.flickr.com/OSFisher

时间估算: 2-3节课

目标:

学生将:

  • 设计确定疾病原因的标准
  • 通过实验设计区分因果关系和相关性
  • 讨论偏见对19世纪霍乱流行的影响th世纪纽约

材料:

  • 演示文稿(提供)
  • 讲义(提供)

标准:

  • CCSS.ELA-LITERACY.RST.11-12.7: 集成和评估以多种格式和媒体(例如定量数据,视频,多媒体)呈现的多种信息源,以解决问题或解决问题。
  • CCSS.ELA-LITERACY.RST.11-12.9: 综合来自各种来源(例如文本,实验,模拟)的信息,以形成对过程,现象或概念的一致理解,并在可能的情况下解决冲突信息

指导问题:

  1. 我们如何证明导致疾病的原因?
  2. 为什么区分关联和因果关系在我们的日常生活中实际上很重要?

    程序

    注意:本课假定学生了解实验设计的基础知识。

    在19th 一个世纪以来,并非所有人都知道(或相信)微生物引起传染病。 一个相互竞争的思想流派坚持“黄褐斑理论”,认为低空气质量是疾病的主要来源。 在第一个活动中,学生将想象他们是微生物学家。 老师带领学生完成确定特定细菌种类的过程,该细菌是造成奶牛疾病的原因。 通过此过程,学生将了解相关性与因果关系之间的区别,因为奶牛中存在许多细菌,但并非全部都会引起疾病。 在学生开发了自己的识别“ whodunit”的程序后,他们会发现他们实际上已经重新发现了 科赫的假设。 (在1870年代,罗伯特·科赫(Robert Koch)将炭疽杆菌(Bacillus anthracis)鉴定为牛的炭疽病暴发原因。

    在第二项活动中,老师介绍了1830年代纽约市的霍乱爆发。 要求学生确定流行病的潜在来源,并提出如何检验其假设的建议。 然后,学生被要求构造一种论据以说服纽约客: 霍乱弧菌 是霍乱的原因,而不是空气不良。 最后,引导学生们讨论偏见(相关性和因果关系的混乱)如何导致疫情恶化。

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  1. 濒临灭绝的奶牛之谜I:场景设定
  2. 建立环境:纽约州北部的一群养牛场主报告说,他们的大量母牛正在死亡。 农民注意到母牛似乎快死了,常常没有任何警告。 告诉学生,他们是微生物学家,负责解决杀死牛的问题。 在幻灯片和讲义上,他们被问到他们可能想问的两个问题,并采取了一项行动来帮助他们学习更多。

    可能的问题如下所示:

    1.)母牛在吃什么?

    2.)母牛多大了?

    理想的问题是:

    1.)死亡的母牛与未死亡的母牛之间存在什么区别?

    2.)死牛之间有什么共同点?

    可能采取的行动:

    1.)检查死牛和/或活牛

    2.)进行母牛的普查数据:年龄,性别,体重等。

  3. 濒临死亡的奶牛之谜II:因果关系与相关性
  4. 应学生的建议,说我们已经对患病的牛进行了尸检,并从他们的胆汁中培养了一些细菌。 揭示第一个发现:所有患病的牛都有该种 炭疽芽孢杆菌。 提出三个新问题(幻灯片和讲义)

    1. 原因之一是 炭疽芽孢杆菌 可能是疾病的原因? 答:我们知道某些细菌是病原体。 炭疽芽孢杆菌 在所有死牛中都发现了这种毒素,因此它们可能是造成死亡的原因。

    2.原因之一 炭疽芽孢杆菌 可能不是这种疾病的原因吗? 答:我t可能是巧合。 炭疽芽孢杆菌 可能是常见的良性细菌。

    3.您需要什么其他信息? 答案:We首先需要找出 炭疽芽孢杆菌 在健康的奶牛中也被发现!

    一旦学生写下并分享了答案,现在就可以揭示 炭疽芽孢杆菌 在健康的奶牛中找不到。 这意味着什么? 答: 这支持以下观点 炭疽芽孢杆菌 是我们的病原体,不同于在健康和病牛中发现的细菌,例如 鲁米尼.

    至此,说明我们现在已经建立了相关性。 定义相关性(使用幻灯片)。 相关性与确定原因不同。 演示文稿中的示例是布朗克斯区的降雨与美国鱼类的消费密切相关。

  5. 濒临灭绝的奶牛之谜III:确定原因
  6. 问学生:科学家如何确定原因? (答:实验。)那么,我们之前的调查遗漏了什么内容,因此无法进行实验? (答: 对照组。)

    告诉学生(使用幻灯片)他们可以使用以下材料来设计实验:

    1.)尽可能多的健康母牛

    2.)液体培养 炭疽芽孢杆菌 在试管中

    3.)液体培养 鲁米尼 在试管中

    理想情况下,学生将设计一个实验来感染一组奶牛 炭疽芽孢杆菌 (测试组)和另一组 鲁米尼 (该控件,假定是安全的)。 如果 炭疽芽孢杆菌 是疾病的起因,测试组将死亡,而对照组存活。 如果 炭疽芽孢杆菌 是良性的,所有母牛都会活着。 如果一般给奶牛大量细菌有害,那么两组奶牛都会死亡。

    请注意,本课程基于历史医学中使用的方法,其中假定对动物进行实验是可以接受的。 医学已经越来越远离在实验中使用动物,尤其是随着科学技术的进步。 负责医师医学委员会的反对动物试验的案件: http://www.pcrm.org/sites/default/files/pdfs/research/research/Problems-Associated-with-Animal-Experimentation.pdf

    学生设计好实验后,发现他们重新发现了罗伯特·科赫(Robert Koch)的实验,他证明了 炭疽芽孢杆菌 是19年牛炭疽病暴发的原因th世纪的德国。 科赫的假设如下:

    1.)必须在患病的个体中发现微生物,但在健康的个体中不能发现微生物。

    2.)微生物是从生病的人身上培养出来的。

    3.)微生物引入健康个体后应引起疾病。

    4.)从新生病的个体中培养出完全相同的微生物。

    前两个步骤是建立关联。 第三步建立因果关系。 第四次仔细检查相关性。

    让学生通过练习结核病为例,巩固自己的知识。 讲义上的最后一个问题问:使用科赫的假设可能存在什么问题?

    学生应至少能够识别出一个问题,包括:感染人类和动物的道德问题,并非所有疾病都是由细菌引起的,细菌会发生变异和变化。

  7. 纽约市的霍乱:科学论点
  8. 设置场景,可能使用 本文 以供参考。 在1830年代,数千人死于霍乱。 问学生他们认为促成因素可能是什么。 (答案可能包括:卫生条件差,食物变质,水质差,人满为患.)

    我们现在知道霍乱是由一种名为水的细菌引起的 霍乱弧菌。 问:您可能使用什么证据说服纽约客,霍乱是由细菌引起的,而不是由不良的空气质量引起的(如mi气理论所假定的那样)? 实际上,霍乱在城市中更为普遍,而城市的空气质量也较差。 霍乱对穷人的影响最大,而穷人往往生活在空气质量差的地区。 他们无力去乡下度假并呼吸新鲜空气。

    霍乱是由不良水传播并与粪便接触。 穷人也往往生活在卫生条件差的地区,彼此之间的距离更近,这增加了疾病的传播速度。 实际上,霍乱是由于人满为患而没有适当的基础设施来支持的疾病。

    可能的方法:

    1.)通过培养建立关联 霍乱弧菌 来自生病的人。

    2.)向非人类(可能是小鼠)注射霍乱引起霍乱 霍乱弧菌.

    说明尽管纽约人尚未解决霍乱的根源,但这种流行病以及1835年的一场大火帮助该市做出了建造巴豆渡槽的决定(修建始于1837年,始于1842年)。 到1850年代,清洁水已遍及整个城市,在那之后,纽约从未爆发过重大霍乱。

    通过介绍约翰·斯诺博士的工作来结束讨论,约翰·斯诺博士在1854年伦敦霍乱爆发期间首次帮助确定水是霍乱的来源。通过系统地绘制霍乱病例图,他能够认识到,大多数霍乱集中在单个感染的井周围。 这种认真的数据收集必须成为科学合理的公共卫生政策的基础。

  9. 纽约市的霍乱II:社会影响
  10. 将科学分析与对社会偏见的直觉相对照:在1832年霍乱爆发期间,该病使最贫穷的地区受害最重,特别是在曼哈顿下城一个叫做黑人和爱尔兰纽约人居住的五点地区。 当时许多人的态度是那些人由于道德上的缺陷而生病。 与学生讨论:滥用相关性可能如何影响健康政策? 相关性/因果关系的混乱如何增强种族主义者或阶级主义者的态度?

  11. 结论
  12. 本课向我们展示了在疾病暴发期间确定疾病来源时,认真收集数据的重要性,以及这样做如何能导致发展,例如建造巴豆渡槽,最终对所有人有利。 到目前为止,我们一直专注于历史资料,而现代科学比150年前要复杂得多。 您能想到任何现代疫情以及有效治疗的挑战吗? (在不发达国家中,可能的回应可能还包括寨卡病毒,埃博拉病毒或霍乱病毒。) 作为公民,我们能做些什么来帮助缓解传播速度?

更多资讯

http://choleramap.pulitzercenter.org (尽管强烈建议考虑现代案例,但请参阅有关纽约市的章节)。

医师负责医学委员会网站: http://www.pcrm.org/research/animaltestalt/animaltesting

实地考察:此内容的灵感来自 未来城市实验室 博物馆的旗舰展厅 New York at Its Core。 如果可能,请考虑带您的学生参加实地考察! 访问 https://www.mcny.org/education/field-trips 了解更多信息。

致谢

本系列的教学计划 New York at Its Core 是与纽约市公立学校教师焦点小组共同开发的:Joy Canning,Max Chomet,Vassili Frantzis,Jessica Lam,Patty Ng和Patricia Schultz。

该项目部分是由于 博物馆与图书馆服务研究所.

这些课程中表达的观点,发现,结论或建议不一定代表博物馆和图书馆服务学院的观点,发现,结论或建议。