“單克隆抗體的制備”一節高階思維課堂教學設計

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、創造。其中，記憶、理解、應用通常被稱為低階思維，分析、評價和創造被稱為高階思維。

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]。主問題是貫穿一節課的線索，子問題是聯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·現代生物科技專題》專題2“動物細胞工程”第2 節的內容，包括“動物細胞融合技術的發展簡史”“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,在中學現有條件下難以動手實踐，內容較為抽象，學生理解有一定難度。本節內容知識綜合性很強，不僅涉及前面學習的動物細胞培養技術，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、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容，讓學生面臨一個需要立即解決的現實問題；“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，貫穿本節課的主線，并由此引發后續的學習活動。

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，先復習回顧有關內容，可為后續的學習掃除障礙。由問題3 可逐漸引申出后續問題。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 是啟發學生思考多克隆抗體的弊端，從而為后續理解單克隆抗體的“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系和關系，能運用批判性思維從事物錯綜復雜的關系網中尋找出事物間的有機聯系。

問題5 可訓練學生的發散性思維，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，傳統方法獲得的血清抗體是多種抗體的混合物，化學性質非常相似，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；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：雜交瘤細胞的不穩定性。主要內容為：培養中的多數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點不同，導致了答案的多樣化。學生聯系已學過的“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，學生的創造性思維在思考討論中得到發展。

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，為了節約時間，在此以拓展資料的形式出現，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：細胞計數器、倒置相差顯微鏡，圖略。出示細胞培養板實物）。

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”，應如何獲取？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，學生依據給定的材料用具、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2 幅圖，目的是讓學生領悟對照的意義，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點？③你能想到單克隆抗體有哪些應用？④常規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點，但仍有不足，“改進鼠源性抗體”充分挖掘了學生的創造性思維。

總之，教師需在充分考慮教學內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，設計一系列有內在關聯的問題串，問題的難度以學生“跳一跳夠得著”為宜，這樣既有利于培養學生的思維能力，又能調動學生主動思維的積極性。