“動物細(xì)胞融合與單克隆抗體”一節(jié)基于實踐后的教學(xué)設(shè)計

羊垂功

摘 要 依據(jù)教材編寫意圖、學(xué)生原有認(rèn)知等創(chuàng)設(shè)問題串引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生理解動物細(xì)胞融合過程、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)區(qū)別、聯(lián)系等，培養(yǎng)學(xué)生知識遷移等能力；抓住技術(shù)流程和篩選主線，以問題為導(dǎo)向，啟迪學(xué)生思維，幫助學(xué)生理解單克隆抗體制備原理與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識能力。

關(guān)鍵詞 動物細(xì)胞融合 單克隆抗體 教學(xué)設(shè)計

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 教材分析

“動物細(xì)胞融合與單克隆抗體”是人教版高中生物學(xué)教材《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》專題2“動物細(xì)胞工程”第二節(jié)內(nèi)容，包括“動物細(xì)胞融合技術(shù)的發(fā)展簡史”、“動物細(xì)胞融合過程”、“單克隆抗體制備”和“單克隆抗體應(yīng)用”四部分內(nèi)容?！皠游锛?xì)胞融合”這部分內(nèi)容，由于學(xué)生對植物體細(xì)胞雜交技術(shù)已經(jīng)有一定了解，在編排過程中如何做到學(xué)生在原有能力基礎(chǔ)上提高且內(nèi)容不重復(fù)？教材首先指出動物也可以和植物一樣進行細(xì)胞雜交，其原理基本相同、誘導(dǎo)融合的方法也類似即二者都可以采用物理和化學(xué)誘導(dǎo)因素誘導(dǎo)動物細(xì)胞（原生質(zhì)體）融合。但生物誘導(dǎo)因素（滅活的仙臺病毒）是動物細(xì)胞融合特有的誘導(dǎo)因素。為什么滅活的仙臺病毒僅能誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合？人們怎么知道滅活的仙臺病毒可以誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合？怎樣用滅活的仙臺病毒誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合？教材通過“動物細(xì)胞融合技術(shù)的發(fā)展簡史”“滅活的仙臺病毒誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合過程示意圖”“生物技術(shù)資料卡”等輔以說明。編者之所以這樣選取內(nèi)容是力圖使學(xué)生理解滅活仙臺病毒誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合原理、動物細(xì)胞融合過程、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)區(qū)別、聯(lián)系的同時，進一步受到科學(xué)史、科學(xué)方法和科學(xué)價值觀的教育?！皢慰寺】贵w”這部分內(nèi)容教材采用講故事的形式，講述了兩位科學(xué)家對單克隆抗體的研究過程，以使學(xué)生認(rèn)識到豐富的聯(lián)系和想象在科學(xué)創(chuàng)新中的重要作用。這部分內(nèi)容在表述形式上采用的是示意圖與文字相結(jié)合的方式，并配以“小知識”“思考與探究”等多種欄目啟發(fā)學(xué)生思考，其目的是使學(xué)生在訓(xùn)練思維的過程中對“單克隆抗體制備技術(shù)”有較為深入的理解。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo)

① 說明動物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交的異同；

② 簡述動物細(xì)胞融合和單克隆抗體制備的過程、方法與原理；

③ 了解單克隆抗體在醫(yī)學(xué)實踐中的應(yīng)用，說出應(yīng)用實例。

2.2 能力目標(biāo)

① 比較植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)區(qū)別，培養(yǎng)知識遷移能力；

② 嘗試設(shè)計單克隆抗體制備實驗方案，培養(yǎng)科學(xué)思維能力；

③ 通過過程圖解讀和相關(guān)原理、方法總結(jié)，培養(yǎng)分析歸納信息能力。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)

認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的誕生離不開豐富的聯(lián)想和想象。

3 教學(xué)過程

3.1 新課導(dǎo)入，比較植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)區(qū)別與聯(lián)系

通過《必修1·分子與細(xì)胞》的學(xué)習(xí)，知道了1970年兩位科學(xué)家做了人—鼠細(xì)胞融合實驗，證明了細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)是可以運動的即細(xì)胞膜具有一定的流動性。那么，如何實現(xiàn)人—鼠細(xì)胞融合？誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合有什么用途？科學(xué)家為什么直到1970年才開展人—鼠細(xì)胞融合實驗？這就是本節(jié)課要解決的主要問題，從而引出課題“動物細(xì)胞融合與單克隆抗體”。

對于“科學(xué)家為什么直到1970年才開展動物細(xì)胞融合實驗”這一問題。教師先安排學(xué)生自主閱讀“動物細(xì)胞融合技術(shù)發(fā)展史”以加深學(xué)生對科學(xué)史和本質(zhì)的認(rèn)識，使學(xué)生進一步受到科學(xué)史、科學(xué)方法和科學(xué)價值觀的教育。教師創(chuàng)設(shè)問題串：

① 為什么滅活的仙臺病毒僅能誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合？其機理是什么？仙臺病毒不滅活可以嗎？為什么？

② 動物細(xì)胞完成融合的標(biāo)志是什么？請用語言闡述動物細(xì)胞融合過程。

③ 動物細(xì)胞融合技術(shù)與植物體細(xì)胞雜交技術(shù)有什么區(qū)別與聯(lián)系？

教師引領(lǐng)學(xué)生閱讀教材，相互補充、完善以上問題答案后，再依據(jù)學(xué)生原有認(rèn)知，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生理解植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物融合技術(shù)的區(qū)別、聯(lián)系：

① 由于動物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁這一結(jié)構(gòu)，因此在誘導(dǎo)融合過程中不需用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁；由于誘導(dǎo)融合需要用到大量細(xì)胞，因此在誘導(dǎo)融合前需要用胰蛋白酶和膠原蛋白酶處理相關(guān)組織使其分散成單個細(xì)胞、以獲取大量單個細(xì)胞。

② 由于植物細(xì)胞有細(xì)胞壁，因此人們可以依據(jù)雜種細(xì)胞能再長出新的細(xì)胞壁，作為判定植物細(xì)胞完成融合的標(biāo)志；由于動物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁，因此只能依據(jù)雜交細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂之后，能形成兩（多）個相同的雜交細(xì)胞，作為判定動物細(xì)胞完成融合的標(biāo)志。

③ 由于動物細(xì)胞（原生質(zhì)體）融合都依賴細(xì)胞膜的流動性才得以完成，因此兩者在該方面的基本原理相同，但由于植物細(xì)胞具有全能性、動物細(xì)胞沒有全能性，致使它們另一個基本原理有差異即植物體細(xì)胞雜交技術(shù)是細(xì)胞的全能性、動物細(xì)胞融合技術(shù)是細(xì)胞的增殖，這也是兩者后續(xù)運用到的基礎(chǔ)技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)略有差異的原因，即前者后續(xù)運用到了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，后者后續(xù)運用到了動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)；前者獲得雜種植株，后者獲得雜交細(xì)胞及其產(chǎn)物。

④ 依據(jù)生物資料卡，我們可以推測動物細(xì)胞膜上的糖蛋白能與滅活仙臺病毒表面含有的糖蛋白和一些酶發(fā)生作用，致使細(xì)胞得以相互凝聚、融合；由于植物細(xì)胞膜上的物質(zhì)與滅活仙臺病毒表面的糖蛋白與酶不具有特異性，致使原生質(zhì)體不能凝聚、融合。

學(xué)生理解兩者區(qū)別、聯(lián)系后，教師再引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生運用思維地圖中的雙氣泡圖構(gòu)建知識框架，以完善、優(yōu)化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)，降低他們的記憶難度，拓寬記憶容量（圖1）。

3.2 探討傳統(tǒng)抗體生產(chǎn)缺陷，嘗試設(shè)計解決方案

以“非典”為背景，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)傳統(tǒng)抗體生產(chǎn)缺陷：在非典流行時，你作為疑似感染人員，醫(yī)生用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的非典病毒抗體來幫助你診斷是否被感染，結(jié)果可靠嗎？為什么？

教師先留有時間給學(xué)生發(fā)表看法，之后再創(chuàng)設(shè)問題串：

① 請聯(lián)系免疫調(diào)節(jié)相關(guān)知識解釋傳統(tǒng)生產(chǎn)的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差的原因。

② 什么是單克隆抗體？如何理解“單”“克隆”“單克隆抗體”這三個詞？

③ 克隆指的是克隆B細(xì)胞還是克隆漿細(xì)胞？為什么？

④ 請嘗試運用動物細(xì)胞融合技術(shù)設(shè)計一個能解決傳統(tǒng)抗體生產(chǎn)缺陷的實驗方案。教師引領(lǐng)學(xué)生閱讀教材并對以上問題進行交流、討論，以矯正學(xué)生原有的認(rèn)知局限，強化學(xué)生對傳統(tǒng)抗體生產(chǎn)缺陷、單克隆抗體概念的理解。學(xué)生補充完善①至④的問題答案后，教師要求小組派代表上黑板展示小組設(shè)計的實驗方案，其他小組再補充、完善（圖2）。

最后教師再小結(jié)、點撥，以深化學(xué)生對“傳統(tǒng)抗體生產(chǎn)缺陷”“單克隆抗體概念”理解的同時也為后續(xù)學(xué)習(xí)單克隆抗體制備奠定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)抗體生產(chǎn)的本質(zhì)是吞噬細(xì)胞攝取、處理、暴露病原體特定抗原決定簇并呈遞給T細(xì)胞，T細(xì)胞再釋放淋巴因子活化B細(xì)胞（病原體表面上特定的抗原決定簇也可以直接刺激B細(xì)胞）致使B細(xì)胞增殖分化成特異性的漿細(xì)胞，再由漿細(xì)胞分泌特異性抗體。由于動物在生活中會接觸多種天然抗原，每個天然抗原物質(zhì)可有多種和多個決定簇，因此雖然反復(fù)給免疫動物注射某種抗原加強免疫，在該動物血清中還是會有多種多樣的抗體混雜在一起（這也是教材所講“動物在免疫反映過程中，體內(nèi)產(chǎn)生的特異性抗體種類可多達(dá)百萬種以上”的原因），難以對某種抗體加以分離、提純且在體外培養(yǎng)條件下B細(xì)胞不能無限增殖，致使傳統(tǒng)生產(chǎn)的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差、靈敏度低。雖然動物在免疫反應(yīng)過程，體內(nèi)產(chǎn)生的特異性抗體種類多達(dá)百萬種以上，但是每一個B細(xì)胞只分泌一種抗體。要想獲得大量的單克隆抗體，必須克隆單一的B細(xì)胞形成細(xì)胞群，因此單克隆抗體中的“單”指的是“一個（一種）”“克隆”指的是B細(xì)胞的增殖，“單克隆抗體”指的是一個B細(xì)胞增殖后，只產(chǎn)生一種特異性的抗體。

對于學(xué)生疑問：抗體是由漿細(xì)胞產(chǎn)生的，為何誘導(dǎo)融合時選用的是B細(xì)胞而不是漿細(xì)胞？教師可引導(dǎo)學(xué)生從以下兩個視角理解：

① 漿細(xì)胞不具有識別抗原決定簇能力；

② 漿細(xì)胞不能進行增殖，只能由B細(xì)胞增殖分化形成。

最后教師肯定學(xué)生設(shè)計的實驗方案，進入單克隆抗體制備的學(xué)習(xí)：同學(xué)們這個極富創(chuàng)造性的實驗方案，與當(dāng)初科學(xué)家的設(shè)想是一樣的，那么科學(xué)家是如何通過單克隆抗體制備，獲取大量單克隆抗體的呢？

3.3 單克隆抗體的制備

教師抓住技術(shù)流程和篩選主線（細(xì)胞的獲取→細(xì)胞的融合→細(xì)胞的篩選→細(xì)胞的培養(yǎng)）（圖2），創(chuàng)設(shè)問題串：

① 給免疫老鼠注射特定抗原蛋白的目的是什么？B細(xì)胞、骨髓瘤細(xì)胞分別具有什么特點？

② 誘導(dǎo)細(xì)胞融合的手段有哪些？哪種為動物細(xì)胞特有？

③ 制備單克隆抗體時，為什么要選用B細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合形成雜交瘤細(xì)胞？

④ 為什么不用兩個而要用多個細(xì)胞進行動物細(xì)胞間的融合？誘導(dǎo)細(xì)胞融合過程中，培養(yǎng)液中會產(chǎn)生幾種細(xì)胞類型？雜交瘤細(xì)胞有什么特性？

⑤ 第1次篩選的目的是什么？第2次篩選的目的又是什么？

⑥ 得到能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞后，如何解決單克隆抗體產(chǎn)量的問題？單克隆抗體具有什么優(yōu)點？假如你掌握了動物融合技術(shù)，你除了用來制備單克隆抗體以外，你還想用它來解決什么問題？

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材內(nèi)容、解讀單克隆抗體制備過程圖解，相互交流、討論、補充、完善，以培養(yǎng)學(xué)生分析歸納信息的能力。對于學(xué)生分析單克隆抗體制備示意圖過程中產(chǎn)生“為什么要進行專一性抗體檢測陽性、兩次專一性抗體檢測陽性目的一樣嗎？”等問題，教師可作相應(yīng)的知識拓展及知識構(gòu)建，以深化學(xué)生對第一次篩選目的和第二次篩選目的的理解（圖3）。

3.4 單克隆抗體應(yīng)用，歸納、總結(jié)知識

讓學(xué)生舉例說明單克隆抗體應(yīng)用，教師再進行小結(jié)：無論單克隆抗體哪一方面的應(yīng)用，都是利用單克隆抗體特異性強、靈敏度高這一優(yōu)點。例如由于單克隆抗體特異性強、靈敏度高，因此醫(yī)生用雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)的單克隆抗體診斷某人是否感染非典要比傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的非典病毒抗體診斷結(jié)果要可靠。

最后教師引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生設(shè)計表格比較植物細(xì)胞工程產(chǎn)物與動物細(xì)胞工程產(chǎn)物生產(chǎn)技術(shù)上的區(qū)別、聯(lián)系，以完善、優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)（表1）。

4 教學(xué)反思

本教學(xué)設(shè)計以教材編寫思路、學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)等為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)設(shè)問題串，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生理解滅活仙臺病毒誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合原理、動物細(xì)胞融合過程、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)區(qū)別和聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生知識遷移能力，對學(xué)生進一步進行科學(xué)史、科學(xué)方法和科學(xué)價值觀的教育；通過學(xué)生相互補充、完善單克隆抗體制備實驗方案，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力；抓住單克隆抗體制備的技術(shù)流程和篩選主線，以問題為導(dǎo)向，啟迪學(xué)生思維，幫助學(xué)生理解單克隆抗體制備原理與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力，同時使他們認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的誕生離不開豐富的聯(lián)系和想象；引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生設(shè)計表格歸納、總結(jié)知識，完善、優(yōu)化了學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，有效達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。