構(gòu)建物理模型擊破單克隆抗體的制備過程教學(xué)難點

（中山市桂山中學(xué) 廣東中山 528463）

單克隆抗體的應(yīng)用廣泛而重要，特別是醫(yī)療行業(yè)，可以用于治療癌癥和免疫防治，對人類社會來說非常重要。但在實際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難深入理解第一次篩選得到的雜交瘤細(xì)胞不止一種、HAT培養(yǎng)基的篩選機理、克隆化培養(yǎng)和抗體檢測是怎么操作的……《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出“教學(xué)過程要重實踐”的基本理念，認(rèn)為學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師要積極創(chuàng)設(shè)一些探究性活動，幫助學(xué)生在實踐中加深對知識的理解，提升應(yīng)用知識的能力……為此，筆者引導(dǎo)學(xué)生以橡皮泥為材料動手制作物理模型，借助模型模擬單克隆抗體的制備過程，從而將抽象的知識轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蟮闹R，加深學(xué)生的理解，為未來的應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

1 課前準(zhǔn)備

準(zhǔn)備紅、橙、綠和白四種顏色的橡皮泥，打印出表1、表2、圖1。

圖1 模擬篩選所需要的雜交瘤細(xì)胞模型圖

表1 模擬篩選雜交瘤細(xì)胞的活動一

表2 模擬篩選雜交瘤細(xì)胞的活動二

2 教學(xué)活動

2.1 追尋單克隆抗體的來源

教師播放新冠肺炎康復(fù)者血清用于治療重癥患者的視頻，提出問題串：血清為什么能發(fā)揮作用？哪種能產(chǎn)生抗體？該類細(xì)胞由誰分裂分化而來？B淋巴細(xì)胞會存在于哪里？教師利用問題串，帶領(lǐng)學(xué)生回顧免疫學(xué)相關(guān)知識，引出深層次問題：康復(fù)者血清中的抗體是否是一種？為什么？使用血清抗體會存在什么問題？如何獲得單一、純凈的抗體？借助這些問題，教師從“單”即一個和“克隆”即復(fù)制兩個方向解釋單克隆抗體，進(jìn)一步提出問題：市場對單克隆抗體需求很大，已接受抗原刺激的B淋巴細(xì)胞能否擔(dān)此重任？它的缺陷在哪里？誰能無限增殖？可否獲得一種細(xì)胞兼具兩者優(yōu)勢？由此，教師引出兩位科學(xué)家的突破性思維，得出雜交瘤細(xì)胞的特點，為后續(xù)的模擬實踐做好理論準(zhǔn)備。

設(shè)計意圖：教師結(jié)合社會熱點創(chuàng)設(shè)情境，以情境為基礎(chǔ)展開層層遞進(jìn)的問題鏈，調(diào)動學(xué)生的積極性，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

2.2 模擬單克隆抗體的制備

學(xué)生每四人為一小組。教師給每個小組發(fā)放一定量的橡皮泥（以橡皮泥球模擬細(xì)胞）、表1、表2、圖1。在學(xué)生開展模擬活動時，教師進(jìn)行適度指導(dǎo)。在成果展示環(huán)節(jié)，由小組學(xué)生代表上臺展示；成果評價環(huán)節(jié)以生生互評為主，教師點評為輔。

2.2.1 模擬篩選雜交瘤細(xì)胞

學(xué)生活動一：假定紅色代表能產(chǎn)生所需抗體的B淋巴細(xì)胞，白色代表骨髓瘤細(xì)胞。請寫出誘導(dǎo)融合后培養(yǎng)基的細(xì)胞種類；紅色和白色兩兩任意融合，請捏出所有的可能情況和你認(rèn)為的雜交瘤細(xì)胞。學(xué)生的成果展示如圖2所示。

圖2 模擬篩選雜交瘤細(xì)胞的活動一成果圖

學(xué)生活動二：教師設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生，從脾臟中可以直接分離到能產(chǎn)生所需抗體的B淋巴細(xì)胞嗎？如果不能，紅、橙、綠可以分別代表哪幾類B淋巴細(xì)胞？將紅、橙、綠三種情況考慮進(jìn)去，請捏出雜交瘤細(xì)胞和所需要的雜交瘤細(xì)胞。學(xué)生的成果展示如圖3所示。

圖3 模擬篩選雜交瘤細(xì)胞的活動二成果圖

設(shè)計意圖：活動一是活動二的基礎(chǔ)，遵循由簡單到復(fù)雜的認(rèn)知規(guī)律，幫助學(xué)生深刻理解雜交瘤細(xì)胞，為第二次篩選奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 模擬篩選所需要的雜交瘤細(xì)胞

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：3種雜交瘤細(xì)胞都能產(chǎn)生所需抗體嗎？克隆化培養(yǎng)指的是什么？實際操作中如何實現(xiàn)？抗體的空間結(jié)構(gòu)是什么樣？抗體的產(chǎn)生種類是由什么細(xì)胞決定？抗體檢測中能和抗原結(jié)合的抗體是由什么細(xì)胞產(chǎn)生？在此基礎(chǔ)上，布置學(xué)生用三種雜交瘤細(xì)胞（每種一個）進(jìn)行模擬，用B淋巴細(xì)胞對應(yīng)顏色的橡皮泥分別模擬抗體。學(xué)生成果展示如圖4所示。

圖4 模擬篩選所需要的雜交瘤細(xì)胞成果圖

設(shè)計意圖：啟發(fā)性問題為模擬實踐指明了方向，模擬實踐又將學(xué)生的思維外顯出來，教師可以準(zhǔn)確捕獲學(xué)生的知識盲點，助力學(xué)生深刻理解第二次篩選的機理。

2.2.3 釋疑篩選雜交瘤細(xì)胞的原理

教師展示DNA復(fù)制過程中核苷酸的合成途徑圖（圖5），告知學(xué)生HAT培養(yǎng)基中H、A、T均有添加，正常細(xì)胞兩種途徑都可以進(jìn)行，骨髓瘤細(xì)胞中激酶或者轉(zhuǎn)化酶缺陷，提出問題：為何只有雜交瘤細(xì)胞可在HAT培養(yǎng)基上生存？

圖5 DNA復(fù)制過程中核苷酸的合成途徑

2.2.4 分析利用雜交瘤細(xì)胞制備抗體的方法

教師提出問題：如何利用所需要的雜交瘤細(xì)胞獲取大量的單克隆抗體？體內(nèi)培養(yǎng)和體外培養(yǎng)，你更傾向哪種方式？原因是什么？

設(shè)計意圖：教師利用開放性問題，鍛煉學(xué)生根據(jù)條件進(jìn)行推理分析，大膽猜測的能力。

2.3 思考單克隆抗體的應(yīng)用

教師布置學(xué)生閱讀書本上相關(guān)內(nèi)容，提出基礎(chǔ)問題：單克隆抗體使得早孕檢測提前了10 d，體現(xiàn)了什么優(yōu)點？抗體—藥物偶聯(lián)物（ADC）機制和傳統(tǒng)藥物相比其優(yōu)勢在哪里，體現(xiàn)了什么優(yōu)點？可否直接用本節(jié)知識去制備新冠病毒的單克隆抗體？會存在什么問題？有哪些辦法可以制備適合人類的該抗體？教師要注意鼓勵學(xué)生暢所欲言。

設(shè)計意圖：學(xué)習(xí)單克隆抗體的應(yīng)用能夠讓學(xué)生感受到生命科學(xué)的魅力，加強認(rèn)同感。教師利用如何治療新冠肺炎這個開放性的現(xiàn)實問題，可以激發(fā)學(xué)生的頭腦風(fēng)暴，培養(yǎng)科學(xué)的萌芽。

3 教學(xué)反思

針對單克隆抗體的制備過程抽象且難以理解的特點，筆者采取了構(gòu)建模型的方式，該方式是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)尤其是科學(xué)思維的重要手段。模型材料選取了可塑性強、直觀形象的橡皮泥。學(xué)生在啟發(fā)性問題的引導(dǎo)下進(jìn)行模型制作，小組內(nèi)部進(jìn)行討論分析，小組代表進(jìn)行成果展示，小組之間進(jìn)行互相評價。整個過程中，學(xué)生主動獲取知識，在理論與實踐的碰撞過程中加深了對知識的理解，強化了科學(xué)思維。