尹利軍 張瑜 潘建英

摘要：以新型冠狀病毒肺炎這一社會熱點創(chuàng)設(shè)主題式教學(xué)情境，利用問題串引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)習(xí)單克隆抗體制備，在構(gòu)建單克隆抗體概念中，培養(yǎng)學(xué)生分析、推理、實驗設(shè)計等能力，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：單克隆抗體 細胞融合 教學(xué)設(shè)計 生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)志碼：B

1教材分析與設(shè)計思路

“動物細胞融合與單克隆抗體”是人教版高中生物教材《現(xiàn)代生物科技專題》專題2“動物細胞工程”第二節(jié)的內(nèi)容，包括動物細胞融合和單克隆抗體制備兩部分內(nèi)容。其中單克隆抗體的制備是當(dāng)前社會上的生物學(xué)熱點技術(shù)，與人類疾病的診斷與治療密切相關(guān)，且制備過程技術(shù)難度要求高，在高中階段難以通過實驗完成，將其確定為本節(jié)的重點和難點內(nèi)容。為突出重點、突破難點，教師以“細胞工程通過細胞水平上的操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品”這一大概念為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)設(shè)真實的主題化教學(xué)情境貫穿整個教學(xué)過程，利用問題串引導(dǎo)學(xué)生主動思維，促進學(xué)生開展探究類學(xué)習(xí)活動，加深對單克隆抗體概念的理解，結(jié)合典型實例提升應(yīng)用知識能力。通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生在形成生物學(xué)核心素養(yǎng)的同時，學(xué)習(xí)運用科學(xué)的觀點、知識、思路和方法解決現(xiàn)實生活中的生物學(xué)問題。教師指導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)實生活背景中能運用生物學(xué)原理和方法參與社會事務(wù)的討論或作出相關(guān)的個人決策，加深學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)、社會相互關(guān)系的認(rèn)識，促進學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀，最終達到“立德樹人”的教育目標(biāo)。

2教學(xué)目標(biāo)

①通過分析新型冠狀病毒（SARS-cov-2）致病和新冠肺炎治愈實例，使學(xué)生了解普通抗體和單克隆抗體的區(qū)別，通過構(gòu)建單抗概念模型，理解單克隆抗體制備流程，構(gòu)建結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

②通過探究性學(xué)習(xí)雜交瘤細胞篩選過程，培養(yǎng)合作探究意識和科學(xué)思維、科學(xué)探究能力。

③通過分析早早孕試紙（卡）和生物導(dǎo)彈等原理，體會單克隆抗體的實踐應(yīng)用，關(guān)注生物工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景，樹立社會責(zé)任意識。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)習(xí)激情

教師播放“關(guān)于新型冠狀病毒的一切”視頻，讓學(xué)生了解新型冠狀病毒的致病和新冠肺炎治愈與機體免疫聯(lián)系，同時教師設(shè)計如下問題串引導(dǎo)學(xué)生回顧免疫系統(tǒng)的組成和功能，引出單克隆抗體的概念：①免疫系統(tǒng)如何阻止新型冠狀病毒的傳播？②在阻止病毒傳播和消滅過程中，T細胞、B細胞和抗體的作用分別是什么？③針對傳統(tǒng)抗體獲取過程和作用特點，如何提高抗體的作用效果？④什么是單克隆抗體？制備單克隆抗體最大障礙是什么？

設(shè)計意圖：教師創(chuàng)設(shè)真實情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點問題，促進學(xué)生運用科學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題，提出分析和解決問題的方案。在必修教材與選修教材知識串聯(lián)基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生分析普通抗體特點，引出單克隆抗體的概念，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究學(xué)習(xí)的欲望。

3.2問題引導(dǎo)，啟迪思維

在學(xué)習(xí)單克隆抗體概念基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：①己知一種B淋巴細胞能產(chǎn)生一種特定抗體，不能大量增殖，但什么細胞能在體外培養(yǎng)條件下能無限增殖？②根據(jù)所學(xué)知識，設(shè)計出既能產(chǎn)生大量抗體又能大量增殖的細胞需要涉及生物工程中哪些技術(shù)手段？

學(xué)生經(jīng)過獨立思考，然后在學(xué)習(xí)小組內(nèi)進行分享交流、完善思路，最終小組代表在班級內(nèi)進行闡述和評價完善設(shè)計思路，總結(jié)出“得到既能產(chǎn)生大量抗體又能大量增殖的細胞”可以主要通過三種途徑，并構(gòu)建圖1所示概念模型圖。

途徑①：利用基因工程獲取B細胞中抗體合成基因，構(gòu)建基因表達載體后導(dǎo)入到瘤（癌）細胞中，得到既能產(chǎn)生特異抗體又能無限增殖的瘤細胞，大量培養(yǎng)，提取獲得大量抗體（或?qū)⒘觯ò┘毎械臒o限增殖基因?qū)氲紹細胞中），涉及的技術(shù)手段有轉(zhuǎn)基因技術(shù)、動物細胞培養(yǎng)技術(shù)。

途徑②：通過讓B細胞和瘤（癌）細胞融合，得到既能產(chǎn)生特異抗體又能無限增殖的雜種細胞，大量培養(yǎng)，提取獲得大量抗體。涉及的技術(shù)手段有動物細胞融合和動物細胞培養(yǎng)技術(shù)。

途徑③：通過核移植技術(shù)，將B細胞的細胞核移植到去核的胚胎細胞中，得到既能產(chǎn)生特異抗體又能大量增殖的重組細胞，大量培養(yǎng)，提取獲得大量抗體。涉及的技術(shù)手段有核移植技術(shù)和動物培養(yǎng)技術(shù)。

教師在肯定學(xué)生思路的同時，向?qū)W生介紹了1975年英國科學(xué)家米爾斯坦和德國科學(xué)家科勒在前人實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個極富挑戰(zhàn)性的的實驗設(shè)計方案，并依據(jù)此思路設(shè)計完成實驗，獲得了1984年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。該方案思路與學(xué)生的第②種途徑基本相同，教師表揚了學(xué)生的設(shè)計方案。

設(shè)計意圖：教師利用問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，基于生物學(xué)事實和證據(jù)，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，構(gòu)建單克隆抗體制備流程概念圖模型，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。教師介紹單克隆抗體科學(xué)史和肯定評價學(xué)生方案，激起學(xué)生繼續(xù)探究學(xué)習(xí)的欲望。

3.3實驗探究，過程釋疑，突破難點

教師在圖1單克隆抗體制備概念模型基礎(chǔ)上，依據(jù)科學(xué)家米爾斯坦和科勒實驗思路，提出問題串：①什么是動物細胞融合？它與高等動物個體產(chǎn)生和發(fā)育的什么過程類似？它與植物體細胞雜交過程的技術(shù)手段和原理相同嗎？②教材63頁的圖2-24“單克隆抗體制備過程示意圖”中，多次用特定抗原（如SARS-CoV-2的s蛋白）免疫小鼠的目的是什么？③在培養(yǎng)液中，細胞融合是隨機的，融合的細胞有幾種？如何從培養(yǎng)液中篩選出異核型（即不同種細胞核融合，下同）雜交瘤細胞？④篩選出的異核型雜交瘤細胞一定是能產(chǎn)生針對新型冠狀病毒的抗體嗎？

學(xué)生在問題的引導(dǎo)下，通過查閱資料和小組討論，能順利地解決問題①和②，知道受精作用過程就是一種典型的細胞融合過程，并通過列表對比動物細胞融合與植物體細胞雜交過程在技術(shù)手段、誘導(dǎo)融合方法、涉及的原理、最終結(jié)果及用途等方面的異同;知道了反復(fù)注射特定抗原目的是獲得足夠多的能分泌針對特定抗原抗體的B淋巴細胞，理解了問題③中存在3種隨機融合細胞類型等知識。但是，學(xué)生對于問題③、④，即如何利用選擇培養(yǎng)基從融合細胞中篩選出異核型雜交瘤細胞，如何對雜交瘤細胞克隆化培養(yǎng)和專一性抗體檢測原理不清楚。此時，教師及時向?qū)W生提供HAT選擇培養(yǎng)基與克隆化培養(yǎng)的兩份相關(guān)資料，讓學(xué)生分析并探究相關(guān)問題。

資料1：HAT培養(yǎng)基是根據(jù)細胞由次黃嘌呤核苷酸（H）和嘧啶核苷酸（T）合成DNA途徑而設(shè)計的。正常細胞DNA合成途徑有主要途徑和補救途徑：氨基喋呤（A）能抑制DNA合成主要途徑;另一補救途徑是在次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情況下，經(jīng)酶催化合成DNA。而骨髓瘤細胞的DNA合成沒有此補救途徑，B淋巴細胞具有DNA合成的兩種途徑，但本身增殖能力有限。請根據(jù)以上資料，設(shè)計一種方法（不考慮機械方法），從兩種細胞融合的培養(yǎng)液中分離出異核型的雜交瘤細胞，并解釋篩選的原理。

方法：——;原理：——。

學(xué)生經(jīng)過分析資料、自主探究和小組討論后，相互表達交流，完善觀點。最終，師生共同得出結(jié)論：方法為培養(yǎng)液中加入氨基喋呤，收集不斷增殖的細胞。原理是B淋巴細胞及自身融合的細胞不能大量增殖，骨髓瘤細胞及其自身融合細胞DNA合成途徑被氨基喋呤阻斷也不能增殖，只有融合成功的異核型雜交瘤細胞能利用DNA的補救途徑不斷增殖。

解決了異核型雜交瘤細胞篩選后，教師提出疑問：通過HAT培養(yǎng)基選擇出的異核型雜交瘤細胞一定就是能產(chǎn)生針對新型冠狀病毒的S蛋白專一性抗體嗎？如何才能選出產(chǎn)生專一性抗體的陽性異核型雜交瘤細胞？片刻思考后，教師多媒體展示雜交瘤細胞篩選及克隆化培養(yǎng)示意圖（圖2）和資料2，讓學(xué)生分析思考。

資料2：克隆化培養(yǎng)就是擴大化培養(yǎng)，是在一定的培養(yǎng)基上培養(yǎng)雜交瘤細胞，讓其進行有絲分裂，產(chǎn)生大量的相同的雜交瘤細胞。目前常用的克隆化培養(yǎng)采用的是有限稀釋法，是指從多孔培養(yǎng)板中收集增殖的異核型雜交瘤細胞，經(jīng)逐步稀釋使每孔只有一個細胞，使其增殖。一個雜交瘤細胞只能產(chǎn)生一種與特定抗原特異性結(jié)合的抗體。

請根據(jù)資料信息，結(jié)合圖2，說明如何進一步篩選能產(chǎn)生針對新型冠狀病毒S蛋白抗體的異核型雜交瘤細胞。

學(xué)生分析資料2和圖2，通過自主探究和小組內(nèi)討論、交流，展示自己的觀點，并結(jié)合其他小組評價，修正完善觀點。

教師利用多媒體展示經(jīng)過修正的觀點：將收集到的不斷增殖異核型雜交瘤細胞稀釋，用多孔培養(yǎng)板培養(yǎng)，使每孔細胞只有一個，通過培養(yǎng)讓細胞增殖。然后，檢測各孔上清液中細胞分泌的抗體，上清液可與制備的S蛋白抗原結(jié)合的培養(yǎng)孔為陽性孔。陽性孔中的細胞還不能保證來自單個細胞和穩(wěn)定產(chǎn)生專一性抗體，挑選陽性孔的雜交瘤細胞繼續(xù)進行3～5次的有限稀釋培養(yǎng)，直至確信每個孔中的增殖細胞為單克隆細胞。這個過程稱為克隆化培養(yǎng)，獲得的單克隆細胞再通過體外培養(yǎng)或利用小鼠腹腔培養(yǎng)，再提純獲取的抗體稱為單克隆抗體。

設(shè)計意圖：組織以探究為特點的主動學(xué)習(xí)是落實核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。在本環(huán)節(jié)教學(xué)中，教師利用創(chuàng)設(shè)探究性學(xué)習(xí)情境，通過提供資料信息和設(shè)計問題，有目的、有步驟地引導(dǎo)學(xué)生自主觀察、描述，作出對問題的解釋，突破重點和難點，學(xué)習(xí)中每個學(xué)生積極與他人合作和交流。整個學(xué)習(xí)過程始終圍繞單克隆抗體這一重要概念進行組織教學(xué)，體現(xiàn)細胞結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性，有效地發(fā)展了學(xué)生的生命觀念，促進了科學(xué)思維和科學(xué)探究等素養(yǎng)的落實。

3.4借助實例分析得出結(jié)論，體會應(yīng)用

教師展示尼妥珠單抗注射液和人絨毛膜促性腺激素（HCG）膠體金快速檢測試紙（膠體金法）圖片及其檢測說明，引導(dǎo)學(xué)生分析說明該單克隆抗體具有的特點。教師展示抗癌藥物和生物導(dǎo)彈（單抗藥物）作用特點（圖3）及單克隆抗體偶聯(lián)藥物作用機制示意圖（圖4），讓學(xué)生根據(jù)圖示提示，嘗試解釋“生物導(dǎo)彈”設(shè)計原理及在治療癌癥、新型冠狀病毒肺炎等疾病上體現(xiàn)出的優(yōu)點。

學(xué)生經(jīng)過分析自主探究和小組交流后，小組代表在班內(nèi)展評，最終完善觀點，得出單克隆抗體在診斷病癥中體現(xiàn)的特點及生物導(dǎo)彈的原理和優(yōu)勢。教師展示完善的觀點：實例反映單克隆抗體具有靈敏度高、特異性強的特點;生物導(dǎo)彈設(shè)計原理和優(yōu)點是由單克隆抗體和毒素、藥物（或放射性同位素）組成，其利用了單克隆抗體作為“瞄準(zhǔn)”導(dǎo)向裝置，將毒素或藥物定向帶到病原體或癌細胞原位而發(fā)揮作用，優(yōu)點是既不損失正常細胞又減少了用藥劑量，是一種療效高、毒副作用小的新型藥物。

設(shè)計意圖：教師利用實例引導(dǎo)學(xué)生分析，讓學(xué)生在問題的引領(lǐng)下獲取知識，真正理解單克隆抗體在生活實踐中的應(yīng)用，提升學(xué)生對生物科技的興趣，進而加強關(guān)注生物技術(shù)的發(fā)展和與生物相關(guān)的社會熱點問題，樹立社會責(zé)任意識。

3.5總結(jié)提升，適時評價

教師提示學(xué)生利用融合和單克隆為關(guān)鍵詞：，自主構(gòu)建本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)，通過展示、交流和完善，師生共同構(gòu)建某一特定單克隆抗體制備過程思維導(dǎo)圖（圖5），梳理本節(jié)要點知識，加深學(xué)生對單克隆抗體概念的理解和掌握。最后，教師利用典型例題對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行檢測和適時評價，提升學(xué)生對知識的理解和運用能力。

設(shè)計意圖：構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，梳理知識要點，能加強學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握。通過適時的教學(xué)評價，教師可以了解學(xué)生對知識掌握程度，對相關(guān)概念是否能夠融會貫通，檢測本節(jié)教學(xué)目標(biāo)是否實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)上存在的不足與缺陷，為改進和更加有效實施教學(xué)行為提供努力方向。

4教學(xué)反思

新的課程改革表明，學(xué)生學(xué)習(xí)不僅是為了考試，更重要的是發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生在解決真實情境中的生物學(xué)問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力。本節(jié)課以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)進行設(shè)計，教學(xué)始終圍繞“細胞工程通過細胞水平上的操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品——單克隆抗體”這一大概念進行，利用最新發(fā)生的新型冠狀病毒肺炎社會熱點問題創(chuàng)設(shè)主題化教學(xué)情境貫穿教學(xué)始終，通過視頻、圖片等素材，輔助了課堂學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，突出重點，突破了難點，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。層層遞進的問題串引導(dǎo)學(xué)生在探究活動中主動獲得知識，建構(gòu)單克隆抗體概念，發(fā)展核心素養(yǎng)。通過分析單克隆抗體藥物實例及概念圖的構(gòu)建，學(xué)生運用所學(xué)知識分析、解釋問題，最大限度地應(yīng)用知識，并關(guān)注、解決（解釋）生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題，樹立社會責(zé)任意識，一定程度上實現(xiàn)了立德樹人的育人目標(biāo)。