细胞融合技术与单克隆抗体教学设计

人教版（2019）选择性必修3生物技术与工程第2章细胞工程第2节动物细胞工程第2课时细胞融合技术与单克隆抗体（教学设计）安徽省淮南第二中学朱叶教材分析“细胞融合技术与单克隆抗体”是人教版（2019）选择性必修3《生物技术与工程》第2章“动物细胞工程”第2节“细胞融合技术与单克隆抗体”中的内容。《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》对单克隆抗体相关的具体内容要求是“概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术”，教学提示为:“收集单克隆抗体在临床上实际应用的资料，并进行交流分享”。单克隆抗体技术是动物细胞工程领域中非常重要的技术之一，也是细胞工程学习的重难点。教材先用简洁的文字介绍了动物细胞融合技术的概念、原理、方法、意义以及应用。笔者从“细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术”角度出发，将该内容作为单克隆抗体制备过程中的一项技术难题来处理。教材从传统抗体生产存在的问题入手，引出单克隆抗体的概念，进一步提出问题——怎样才能获得单克隆抗体？单克隆抗体制备流程较复杂，教材采用示意图与文字相结合的方式，以利于学生理解。学情分析学生之前已经学习掌握了植物细胞工程的理论部分，对细胞工程的应用价值有了一定的认同，但是对于某些应用，学生总会觉得离生活太远。癌症治疗是社会热点问题，学生有着强烈的学习动机。在癌症的诊断和治疗过程中，很多临床方面的进步都依托于生命科学尤其是动物细胞工程的发展。在此真实情境下，教师可以和学生一起讨论各种技术的应用前景及潜在问题，引导学生逐步形成科学思维。在关注热点问题及医学进步的同时，学生也可以提高社会责任意识。另外，选择性必修1中对于免疫部分的学习已经为疾病的预防、诊断和治疗打下了知识基础，此时再真正的结合可行性技术进行过程的设计、问题的解决、原理的应用也是学以致用，体验科学-技术-社会三者之间的关系。学习重点难点1.概述单克隆抗体制备的过程。2.单克隆抗体在临床上的应用。本节课的设计从真实情境出发，资料的丰富性为反转课堂奠定了基础，即教师提出大的真问题，激发学生的内在学习动机。师生再拆解大问题为一个个小任务、小问题，共同分析、解释、评价、设计等，最终达到对大问题的解决。开放性学习环境希沃白板工作台分组讨论模式学习目标结合教材分析，确定本课时的教学目标如下：1.通过呈现2018年诺贝尔生理学奖获得者的研究成果，回顾癌症治疗的新思路。以任务驱动引领学生将所学的免疫学和细胞工程技术的相关知识学以致用，体验科学-技术-社会三者的关系。2.针对癌症治疗的真实需求，利用免疫学和细胞工程技术的相关知识提出初步的工程学构想，设计简单的单克隆抗体的制备的初步流程。3.通过对单克隆抗体的制备流程进行可行性分析和技术难题分析，选取恰当的技术和方法，培养科学思维。4.通过设计新冠病毒单抗药物的生产流程，运用生物学基本概念和原理。并通过兴趣小组成员分享展示单克隆抗体在诊断试剂、治疗疾病方面的应用，认同单克隆抗体具有广阔的应用前景，提升社会责任意识。呈现2018年诺贝尔生理学奖获得者的研究成果呈现2018年诺贝尔生理学奖获得者的研究成果的真实情境，回忆癌症治疗的新武器。引入问题“如何获得大量PD-1抗体？”创设真实情境引入新课以PD-1抗体制备为例，结合特异性免疫的内容，讨论传统抗体制备的方法以PD-1抗体制备为例，结合特异性免疫的内容，讨论传统抗体制备的方法，并分析传统方法制备的抗体有何缺陷？传统抗体的制备过程和缺陷解决传统抗体制备缺陷的新思路解决传统抗体制备缺陷的新思路引入问题“怎样获得既能分泌抗体，又能在体外培养的无限增殖细胞？”引导学生思考解决传统抗体制备缺陷的新思路，引出单克隆抗体初步的生产方案。设计单克隆抗体的初步生产方案设计单克隆抗体的初步生产方案针对癌症治疗的真实需求，利用免疫学和细胞工程技术的相关知识提出初步的工程学构想，设计简单的单克隆抗体的制备的初步流程。并思考：“怎么做？是否可行？遇到哪些技术难题”，进而体验科学-技术-社会三者的关系。单克隆抗体的制备过程单克隆抗体的制备过程解决技术难题解决技术难题1.有什么方法可以促进融合？2.两次筛选的先后顺序？2-1如何筛选杂交瘤细胞？2-2如何筛选能产生单一PD-1抗体的杂交瘤细胞3.如何获得大量PD-1的单克隆抗体？诊断试剂诊断试剂—根据胶体金试纸的原理解释各组检测结果疾病治疗---设计新冠病毒的单克隆抗体药物的生产流程交流单克隆抗体在临床中的应用一句话总结单克隆抗体的概念和优点一句话总结单克隆抗体的概念和优点小结教学过程学习任务教师活动学生活动设计意图真实情境导入播放2018年诺贝尔生理学奖获得者的研究成果，回忆癌症治疗的新武器。引入问题“如何获得大量PD-1抗体？观看视频，回忆癌症的免疫疗法创设情境，基于真实情境激发学生内在学习动机传统抗体的制备过程和缺陷以PD-1抗体制备为例，结合特异性免疫的内容，讨论传统抗体制备的方法。并分析传统方法制备的抗体有何缺陷？概述传统抗体制备的方法：向动物反复注射某种抗原，使动物产生抗体后，从血清中分离提纯所需抗体。这就决定了传统方法获得的血清抗体使多种抗体的混合物，化学性质非常相似，很难分离。从传统抗体生产存在的问题入手，引入单克隆抗体的制备单克隆抗体的制备过程活动：分析胰岛素和胰高血糖素的作用途径解决传统抗体制备缺陷的新思路引入问题“怎样获得既能分泌抗体，又能在体外培养的无限增殖细胞？”引导学生思考解决传统抗体制备缺陷的新思路。活动1：尝试设计单克隆抗体的生产方案利用免疫后小鼠提取的B细胞和骨髓瘤细胞如何生产大量PD-1的单一抗体呢？你打算怎么做？分析方案的可行性？并思考支撑这一方案的生物学原理是什么？思考在操作过程中可能会遇到哪些技术难题？解决技术难题1.植物细胞的促融方法有哪些？这些方法在动物细胞融合过程中是否也可以使用？教师补充病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。2.分析两次筛选的先后顺序2-1.如何筛选杂交瘤细胞？活动2：设计筛选杂交瘤细胞的方法DNA合成有2条途径：D通路和S通路。B细胞有两条通路但不能连续分裂，骨髓瘤细胞只有D通路。而氨基喋呤能阻断D通路。根据以上信息，设计一种方法，从培养液中筛选出杂交瘤细胞。2-2如何筛选能产生单一PD-1抗体的杂交瘤细胞介绍1.有限稀释法：用细胞培养液将杂交瘤细胞稀释至每毫升含有7-8个细胞，再按每孔0.1Ml,分别注入培养板。这样就保证了每孔中细胞的数量应该小于等于1.再用倒置相差显微镜严格检查，确保每个孔最多只有1个细胞，培养使其增殖。2.动画展示ELISA工作原理3.如何获得大量PD-1的单克隆抗体？虽然抗体的纯化很难实现，但是特异性抗体是由被激活的B细胞产生的，分离B细胞简单可行。解决问题的新思路是：融合骨髓瘤细胞和能产生抗体的效应B细胞。可行性方面。1.由于细胞膜具有一定的流动性，所以可以进行细胞融合2.杂交细胞由于具有癌细胞的特点，可以无限增殖，所以根据动物细胞培养的原理，也可行。并从各个方面分析可能的技术难题思考、回答回忆植物体细胞杂交的内容，用相似的基本原理和方法解决新情境中的新问题。先分离产生单一PD-1抗体的B细胞不合理，因为体内B细胞的种类虽然很多，但每种都很少，很难筛选，只有培养得到获得大量杂交瘤细胞后才方便筛选。思考讨论用HAT选择培养基筛选杂交瘤细胞的方法。比较体内培养和体外培养的差异结合已学知识，引出单克隆抗体的制备思路分析真实问题解决过程中的技术难题，应用已学免疫学知识，真正的结合可行性技术进行过程的设计、问题的解决、原理的应用，培养科学思维和提出问题、解决问题的能力提供HAT选择培养基的相关材料，训练学生获取信息的能力和实验探究的能力。利用动画直观展示ELISA的工作原理，体验科学家巧妙的的解决思路和办法交流单克隆抗体在临床中的应用2014年靶点为PD-1的单抗药物欧狄沃和可瑞达一经上市就备受瞩目。介绍我国单抗药行业的发展优势除了这一种药物，单克隆抗体在临床上还有着广泛的应用。我们生物兴趣小组的同学课前收集了大量资料，接下来请他们交流和展示单克隆抗体在疾病治疗和诊断试剂方面的应用。活动3：交流单克隆抗体在临床中的应用诊断试剂方面：介绍新冠病毒检测试剂盒（抗原）胶体金纸层析实验原理疾病治疗方面在病毒感染方面，单克隆抗体药物还可以用于治疗新冠病毒感染，活动4设计新冠病毒单克隆抗体药物的生产方案写出制备新冠病毒的单克隆抗体药物的基本生产流程。分析和结果判读:当C、T线都显色时，证明检测结果为阳性;若只有C线显色，说明结果为阴性;若C、T均不显色或只有T线显色，则证明操作不当或试纸条失效学生展示单抗药物在癌症、自身免疫和病毒感染方面的应用提升民族自豪感，并鼓励从事相关研究结合社会热点话题，解决实际生活需要通过建构和完善流程，让学生形成对单克隆抗体制备过程的完整认识小结概括单克隆抗体的概念分析单克隆抗体的优点布置调查作业板书设计第二节细胞融合技术与单克隆抗体注射注射PD-1小鼠的B细胞培养细胞并获得大量抗体杂交细胞培养细胞并获得大量抗体杂交细胞骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞扩大生产筛选融合扩大生产筛选融合筛选筛选产生单一抗体的细胞筛选杂交瘤细胞筛选杂交瘤细胞作业布置每小组选择任意感兴趣的任务单，交流、分享搜集到的有关单克隆抗体在临床上应用的资料。实践作业任务单1：单克隆抗体在疾病治疗上的应用班级姓名题号调查任务问题我的调查结果1.2018年诺贝尔生理学或医学奖诺奖介绍2.梳理单抗药物在各种疾病中的应用3.选择其中一种疾病，梳理治疗机理本作业但问题1的设置在于考察生命观念，要求学生能从分子和细胞水平认识生物的结构与功能相适应，稳态与平衡。问题2在于培养学生查阅资料，分析综合的能力问题3的设计在于考察生命观念和科学思维，要求学生具有信息观，并能运用观念分析和解释简单情境中的生命现象。能够以特定的生物学事实为基础形成简单的生物学概念，并用文字或图示的方式表达，进而用其解释相应的生命现象。都属于素养级别水平二的要求。实践作业任务单2：单克隆抗体在诊断检测上的应用班级姓名题号调查任务问题我的调查结果1.解释新冠病毒检测试剂盒（抗原）胶体金纸层析实验原理2.设计新冠病毒抗体检测试剂盒3.调查新冠病毒核酸检测的原理4比较新冠病毒核酸检测、抗原检测、抗体检测的区别项目核酸检测抗体检测抗原检测样本来源检测底物原理特异性抗体使用情况优势不足本作业但问题1的设置在于考察生命观念和科学思维，核心素养水平表现为要求学生能从分子和细胞水平认识生物的结构与功能相适应；能够认识到生物学概念都是基于科学事实经过论证形成的，并能用这些概念解释现象。问题2在于培养学生科学探究的能力，讨论并尝试解释抗体检测试纸条的制备方案和工作原理，引领学生将所学相关知识加以复习巩固和迁移应用。问题3的设计在于培养学生查阅资料，分析综合的能力。虽然学生还未学习PCR的基本原理，但必修二遗传的分子基础已经为查找资料奠定了理论基础。问题4的设计是基于显示生活中的真实情境，分析不同处境下的人群应该使用何种检测手段，并能够根据检测结果，分析其临床学意义，提升学以致用的能力。实践作业任务单评价量规评价指标A级（8-10分）B级（4-7分）C级（0-3分）得分自评组内互评1234调查收集能够顺畅地运用多种途径收集大量有价值的资料，认真调查，并能理解他人表达的观点，准确收集其他组员补充的信息能够较好的运用基中方式收集一定的资料，可以完成调查，不能完全理解他人表达的观点，只能收集部分其他组员补充的信息能够使用较少的方式收集资料，资料较为杂乱或部分内容缺失，无法理解他人的观点，不能很好地收集组员补充的信息科学解释能够结合调查资料利用已学对调查问题进行科学解释，并能有逻辑地清晰表达观点结合调查资料解释所调查的问题中存在一定科学错误，或表达不清晰不能科学地解释所调查的问题，错误很多，表达观点逻辑混乱合作参与能够组织组