李建芝 顧詠梅 劉 欣

（北京師范大學附屬中學 北京 100052）

學生高階思維能力的培養(yǎng)是基礎教育深化改革的熱門課題。高階思維源于美國教育學家布盧姆的教育目標分類學。布盧姆按照認知的復雜程度，將思維過程具體化為6 個教學目標，由低到高為記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造。其中，記憶、理解、應用通常被稱為低階思維，分析、評價和創(chuàng)造被稱為高階思維。

基于核心目標任務的問題串能引領學生思維的方向，不斷推動學生思維向高階邁進。問題串是以主問題為核心、子問題為支架的結構化問題組合[1]。主問題是貫穿一節(jié)課的線索，子問題是聯(lián)系教學目標和教學活動的紐帶。本文以“單克隆抗體的制備”為例，說明基于問題串的高階思維課堂設計。

1 教材分析

“動物細胞融合與單克隆抗體”是人教版高中生物學教材《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》專題2“動物細胞工程”第2 節(jié)的內(nèi)容，包括“動物細胞融合技術的發(fā)展簡史”“動物細胞融合過程”“單克隆抗體制備”和“單克隆抗體應用”4 個部分的內(nèi)容。“單克隆抗體的制備”是這部分的重點和難點。該項技術流程較復雜，教材采用示意圖與文字相結合的方式，以利于學生理解。

2 學情分析

單克隆抗體制備實驗周期長、技術復雜, 對設備和藥品的要求較高,在中學現(xiàn)有條件下難以動手實踐，內(nèi)容較為抽象，學生理解有一定難度。本節(jié)內(nèi)容知識綜合性很強，不僅涉及前面學習的動物細胞培養(yǎng)技術，還與必修教材中的“細胞癌變”和“體液免疫”等知識相關，學生需要對上述內(nèi)容有較深刻的印象，并能將知識遷移運用，才能更好地完成本節(jié)課的學習。

3 教學目標

1）生命觀念：理解單克隆抗體技術的原理。2）科學思維：歸納與概括單克隆抗體的制備流程。

3）科學探究：針對人類生產(chǎn)或生活的某一需求，利用單克隆抗體技術原理進行簡單的設計。

4）社會責任：關注單克隆抗體的應用。

4 教學重、難點

單克隆抗體的制備。

5 教學過程

5.1 情境導入，提出主問題 介紹禽流感（圖略）。人患禽流感死亡率高達60%。目前，國內(nèi)、外已有許多甲型流感病毒的抗原快速檢測試劑得到應用，但是一般不能區(qū)分鑒別人流感病毒和禽流感病毒。主問題：如何制備只與禽流感病毒結合的高特異性抗體？

以真實性事件作為學習內(nèi)容，讓學生面臨一個需要立即解決的現(xiàn)實問題；“如何制備只與禽流感病毒結合的高特異性抗體？”以此作為主問題，貫穿本節(jié)課的主線，并由此引發(fā)后續(xù)的學習活動。

5.2 溫故遷移，提出問題串1

問題串1：①抗體主要分布在哪里？②一種B細胞是否可分泌多種抗體？③怎樣制備禽流感病毒的抗體？④從小鼠血清中獲得的禽流感病毒抗體進行疾病診斷時，有時會出現(xiàn)假陽性，原因是什么？⑤怎樣純化某種抗體？

問題串的設置是發(fā)展高階思維的關鍵。問題串的難度應梯度上升，讓所有學生最大限度地參與到學習的過程中，讓各層次學生的思維都能得到有效發(fā)展。

問題1、問題2 屬于記憶水平。單克隆抗體的制備是基于體液免疫的有關知識，因此，先復習回顧有關內(nèi)容，可為后續(xù)的學習掃除障礙。由問題3 可逐漸引申出后續(xù)問題。問題3 屬于應用水平。學生具有免疫學的基礎知識，不難作答。前3 個問題都屬于低階水平。

問題4 是啟發(fā)學生思考多克隆抗體的弊端，從而為后續(xù)理解單克隆抗體的“特異性強”作鋪墊。問題有一定難度，教師在學生回答的基礎上進行補充。

原因1：制備抗體的動物曾感染過其他抗原（圖1）。實驗者從血清中得到的以為只是禽流感病毒抗體（即人們關注的抗體），但實際上還摻雜著人流感病毒抗體（實驗者不知道其存在）；用獲得的抗體診斷其他患病動物，若出現(xiàn)陽性反應，實驗者會認為動物感染了禽流感病毒（而事實上感染的可能是人流感病毒）。

圖1 多種抗原免疫動物后獲得混合抗體

原因2：交叉反應。如圖2 所示，甲、乙抗原有1 種相同的抗原決定簇，因此，用傳統(tǒng)方法制備的抗乙抗原抗體也會與甲抗原結合。

圖2 交叉反應性抗原（示意圖）

問題4 屬于高階思維的分析水平。要求學生能分析知識間的聯(lián)系和關系，能運用批判性思維從事物錯綜復雜的關系網(wǎng)中尋找出事物間的有機聯(lián)系。

問題5 可訓練學生的發(fā)散性思維，該問題涉及高階水平的分析及評價。學生分別從分開抗體、抗原決定簇、B 細胞、效應B 細胞等角度展開討論。在學生充分回答的基礎上，教師組織學生評價，例如，傳統(tǒng)方法獲得的血清抗體是多種抗體的混合物，化學性質(zhì)非常相似，很難分離，需要綜合運用電泳、色譜法等復雜操作才能分離純化；分離抗原決定簇不可行，工作量巨大，而且有的抗原決定簇是隱蔽的或是與周圍肽鏈的空間結構有關，無法分離；分離B 細胞也不可行，體內(nèi)B 細胞的種類很多，每種很少，很難知道哪一種B細胞是所需的，而且B 細胞活化需要淋巴因子等條件，體外很難實現(xiàn)；分離有功能的B 細胞（即效應B 細胞）可行。但有新的困難：效應B 細胞是高度分化的細胞，無法增殖。

5.3 聚焦新知，提出問題串2

問題串2：①怎樣獲得既能分泌抗體，又能“長命”的細胞？②若采用細胞融合的方法，則與效應B 細胞融合的癌細胞最好來自于什么系統(tǒng)的癌？③誘導細胞融合的方法有哪些？④只考慮兩兩融合，會有幾種情況？如何篩選出雜交瘤細胞？（出示資料：HAT 選擇培養(yǎng)基。略）⑤雜交瘤細胞是否都能分泌抗體？（出示資料：雜交瘤細胞的不穩(wěn)定性。主要內(nèi)容為：培養(yǎng)中的多數(shù)雜交瘤細胞不明原因地死亡，或抗體分泌停止。）⑥所有的雜交瘤細胞是否都是人們最終所需要的？

單克隆抗體制備過程中有2 步篩選，這里主要解決第1 次篩選。學生在學習了植物體細胞雜交之后，對于細胞融合、篩選雜交細胞并不陌生，因此，可采取提問的方式解決。

問題1 是開放性問題。學生思考問題的出發(fā)點不同，導致了答案的多樣化。學生聯(lián)系已學過的“誘變育種”“基因工程育種”“植物細胞工程育種”，可提出多種思路。讓學生“制造”出一種全新類型的細胞，學生的創(chuàng)造性思維在思考討論中得到發(fā)展。

問題2 是理解性問題，學生需要想到效應B細胞屬于血細胞，故與之融合的癌細胞應也來自于血細胞。

問題3 是簡單的記憶性問題。學生回憶植物細胞融合即可作答，教師補充還可用滅活的病毒。

問題4 是本節(jié)課的第1 個難點。單抗制備過程中有2 次篩選，第1 次篩選出雜交瘤細胞的原理不難理解，而且并不需要學生掌握，為了節(jié)約時間，在此以拓展資料的形式出現(xiàn)，以開闊學生的視野，鍛煉其獲取信息的能力。

問題5 采取學生思考（學生經(jīng)過仔細思考能想到可能混有其他類型的細胞）和閱讀資料（學生想不到“雜交瘤細胞的不穩(wěn)定性”）的方式突破。

有了對“一種天然抗原往往有多種決定簇”“交叉反應”等的認識，學生略經(jīng)思考后可順利回答問題6。該問題屬于理解層次。

5.4 實驗探究，提出問題串3

實驗目的：篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細胞。

實驗思路：1）____________。2）特異性抗體檢測。3）篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細胞。

閱讀：有限稀釋法：用細胞培養(yǎng)液將雜交瘤細胞稀釋至每毫升含有7～8 個細胞，再按每孔0.1 mL，分別注入培養(yǎng)板。再用倒置相差顯微鏡嚴格檢查，確保每個孔最多只有1 個細胞（出示圖片：細胞計數(shù)器、倒置相差顯微鏡，圖略。出示細胞培養(yǎng)板實物）。

設計實驗如下：

實驗目的：利用間接免疫熒光實驗進行特異性抗體檢測。

實驗主要材料及儀器：禽流感病毒感染的細胞、人流感病毒感染的細胞、4%的多聚甲醛（可將細胞固定于細胞培養(yǎng)板上）、0.03%Triton-100（增加細胞膜的通透性）、PBS（沖洗用）、熒光標記的羊抗鼠二抗（能與鼠源性抗體結合）、熒光顯微鏡、細胞培養(yǎng)板（可用于抗原-抗體反應）等。

實驗原理：“間接免疫熒光實驗”是用特異性抗體與標本中相應抗原反應后，再用熒光素標記的第二抗體與抗原-抗體復合物中的第一抗體結合，洗滌后在熒光顯微鏡下觀察特異性熒光，可用于檢測第一抗體的有無等。

以小組為單位寫出主要的實驗步驟并預測結果。

問題串3：①為什么要用0.03%Triton-100 增加細胞膜的通透性？②為什么要用4%的多聚甲醛將細胞固定于細胞培養(yǎng)板上？③實驗中為什么需多次沖洗？④材料用具中沒有提供“待測抗體”，應如何獲??？⑤為什么要加熒光標記的二抗？⑥預期結果如何？

對于第2 次篩選的方法和意義，教材沒有說透，很多教師也沒有講透，給學生留下了“懸念”，這也是本節(jié)課所要解決的難點。問題串采取“分步走”的方式化解難點，首先，啟發(fā)學生說出大致思路（即先要將細胞分開，然后再做特異性抗體檢測）。“特異性抗體檢測”以實驗設計的方式呈現(xiàn)，學生依據(jù)給定的材料用具、實驗原理，寫出主要步驟并預測結果，旨在鍛煉學生的邏輯思維能力，體驗科學探究的過程。由于學生對所涉及的實驗原理（間接免疫熒光實驗）陌生，在此通過提問的方式幫助學生整理思路。

5.5 出示真實結果，提出問題串4

教師講解：研究人員利用動物細胞融合技術得到2 種單抗。根據(jù)前述“利用間接免疫熒光實驗”的方法對2 種抗體進行篩查。圖3 是其中一種抗體反應的結果。圖3 左側是抗原-抗體反應完畢后用熒光顯微鏡觀測到的現(xiàn)象。得到圖3 結果后，研究人員隨即又加入熒光染料DAPI（DAPI是一種能與DNA 強力結合的熒光染料）后觀測到圖3 右側現(xiàn)象。

圖3 一類單抗的免疫熒光檢測結果【2】

問題串4：①能否據(jù)圖3 左側判定此單抗就是所需的抗體？②圖3 右側的意義是什么？

學生預測完結果，教師再出示真實的實驗結果，旨在讓學生感受科學研究的真實性，體會學習的價值和解決問題的喜悅。逐步呈現(xiàn)2 幅圖，目的是讓學生領悟?qū)φ盏囊饬x，體會科研的嚴謹。

5.6 總結提升，提出問題串5

問題串5：①你能否給單克隆抗體下個定義？②單克隆抗體具有哪些優(yōu)點？③你能想到單克隆抗體有哪些應用？④常規(guī)的單克隆抗體是鼠源性，注射給人體可能有哪些問題？應如何改進？

學生聯(lián)系多克隆抗體的特點、單克隆抗體制備過程下定義，可鍛煉抽象概括能力，教師也借此了解學生對“單克隆”是否理解到位。理解了單克隆抗體的含義，自然也就能概括其優(yōu)點及應用。問題4 旨在讓學生意識到，單克隆抗體雖有突出的優(yōu)點，但仍有不足，“改進鼠源性抗體”充分挖掘了學生的創(chuàng)造性思維。

總之，教師需在充分考慮教學內(nèi)容和學生已有認知的情況下,提煉并設計出貫穿課堂始末的核心大問題，大問題應具備真實性和科學性。在大問題之下，設計一系列有內(nèi)在關聯(lián)的問題串，問題的難度以學生“跳一跳夠得著”為宜，這樣既有利于培養(yǎng)學生的思維能力，又能調(diào)動學生主動思維的積極性。