第三节 动物细胞工程及其应用教学设计高中生物苏教版2019选择性必修3 生物技术与工程-苏教版2019

第三节动物细胞工程及其应用教学设计高中生物苏教版2019选择性必修3生物技术与工程-苏教版2019课题课型修改日期教具教学内容一、教学内容本节为苏教版2019选择性必修3《生物技术与工程》第三章第三节“动物细胞工程及其应用”，主要内容包括动物细胞培养的条件与过程（原代培养、传代培养）、细胞融合技术与单克隆抗体的制备（杂交瘤细胞）、动物细胞核移植技术（克隆动物实例）及其应用（如生物制品生产、疾病治疗、转基因动物培育）。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过本节学习，学生能从细胞层面理解动物细胞工程的基本原理，形成“结构与功能相适应”的生命观念；通过分析动物细胞培养条件、单克隆抗体制备流程，提升逻辑推理与模型建构的科学思维；通过模拟细胞核移植实验，培养科学探究能力；结合动物细胞工程在生物制药、疾病治疗中的应用，认同科技发展对社会进步的推动作用，增强社会责任意识。重点难点及解决办法重点：动物细胞培养条件与流程（原代/传代培养）、单克隆抗体制备原理（两次筛选）、核移植技术流程。来源：教材核心概念与技术原理，是应用基础。

难点：单克隆抗体制备中两次筛选目的区分、核移植受体细胞选择依据。来源：技术细节抽象，学生易混淆逻辑链条。

解决方法：用流程图拆解步骤，动画演示核过程；对比表格区分筛选目的；案例辨析受体细胞选择（如去核卵母细胞）。

突破策略：结合生物制药实例（如利妥昔单抗）分析技术逻辑；小组讨论错误案例（如未筛选的杂交瘤细胞）。教学资源软硬件资源：超净工作台、CO₂培养箱、倒置显微镜、细胞培养皿、离心机；课程平台：校园教学管理系统、学习通；信息化资源：动物细胞培养流程动画、单克隆抗体制备步骤视频、克隆羊多利案例纪录片；教学手段：多媒体课件、小组合作探究、实验模拟操作卡。教学过程：1.导入（约5分钟）：

激发兴趣：展示“新冠抗体药物研发”新闻图片，提问：“抗体药物如何精准靶向病毒？这背后依赖什么生物技术？”引发学生思考单克隆抗体的应用价值。

回顾旧知：回顾植物组织培养技术（如愈伤组织诱导），提问：“动物细胞与植物细胞结构有何不同？动物细胞培养是否需要类似条件？”引导学生对比植物细胞工程，建立新旧知识联系。

2.新课呈现（约25分钟）：

（1）动物细胞培养（8分钟）

讲解新知：结合教材P48-49，明确动物细胞培养的条件（无菌环境、液体培养基、血清、适宜温度pH和CO₂浓度），强调“原代培养”（从机体获取细胞初次培养）与“传代培养”（细胞接触抑制后分装培养）的概念及过程。

举例说明：展示“人肝癌细胞系培养”案例，说明原代培养细胞生长特点（贴壁、接触抑制），传代培养后细胞系（可无限传代）的应用。

互动探究：发放“动物细胞培养条件分析卡”，小组讨论：“为何动物细胞培养需添加血清？植物组织培养为何不需要？”结合细胞代谢和分化知识，归纳动物细胞培养的特殊性。

（2）细胞融合与单克隆抗体（10分钟）

讲解新知：依据教材P50-51，讲解细胞融合技术（灭活病毒诱导融合），重点分析单克隆抗体制备流程：免疫小鼠（获取B淋巴细胞）→骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合→杂交瘤细胞筛选（第一次筛选：杂交瘤细胞；第二次筛选：能产生特定抗体的杂交瘤细胞）→体外培养或注射小鼠腹腔提取单抗。

举例说明：以“抗PD-1抗体治疗癌症”为例，说明单克隆抗体“特异性强、灵敏度高”的特点，解释其如何精准识别癌细胞。

互动探究：播放“单克隆抗体制备动画”，暂停关键步骤（如两次筛选），小组合作完成“筛选目的对比表”，教师巡视指导，纠正“两次筛选混淆”的常见错误。

（3）动物细胞核移植技术（7分钟）

讲解新知：结合教材P52-53，阐述细胞核移植流程：核供体细胞（如体细胞）→受体细胞（去核卵母细胞）→人工融合→激活→早期胚胎培养→胚胎移植→克隆动物。

举例说明：分析“克隆羊多利”案例，说明核移植技术的关键（受体细胞去核、供体细胞核的全能性），强调遗传物质主要来自核供体。

互动探究：发放“核移植技术流程排序卡”，学生分组排序后，讨论：“为何选择卵母细胞作为受体细胞？其去核操作有何意义？”结合细胞质与细胞核的关系，深化对技术原理的理解。

3.巩固练习（约10分钟）：

学生活动：

（1）案例分析：给出某公司利用单克隆抗体制备乙肝病毒抗体的流程图（部分步骤缺失），小组合作补充“两次筛选”步骤，并说明设计依据。

（2）模拟操作：使用“动物细胞培养虚拟实验软件”，完成“原代细胞传代”操作，记录关键步骤（如胰蛋白酶消化时间、培养基更换时机）。

教师指导：针对案例分析中“筛选目的表述不清”的问题，引导学生用“杂交瘤细胞需同时具备骨髓瘤细胞的无限增殖能力和B淋巴细胞的产生抗体的能力”解释；针对虚拟实验中的操作误区，强调“胰蛋白酶作用时间过长会损伤细胞”的注意事项。拓展与延伸：1.拓展阅读材料

（1）《生物技术概论》（高等教育出版社）第三章“动物细胞工程”中“动物细胞培养的工业化应用”，详细阐述生物反应器在动物细胞大规模培养中的技术参数优化，如微载体培养、灌流培养系统如何提高细胞密度与产物产量，结合教材中单克隆抗体生产案例，解释工业化生产中从实验室培养到规模化生产的转化路径。

（2）《生物学通报》2023年第5期“单克隆抗体药物的发展历程”，梳理从1975年Köhler和Milstein首次制备单抗到2023年全球上市的单抗药物（如阿达木单抗、帕博利珠单抗），分析不同疾病领域（肿瘤、自身免疫病、感染性疾病）中单抗药物的作用机制，呼应教材中“单克隆抗体的应用”知识点，深化对“特异性强、灵敏度高的特点”的理解。

（3）《普通高中生物选择性必修3教师教学用书》（苏教版）拓展资源“克隆动物遗传稳定性研究”，以克隆羊多利、克隆猴“中中”“华华”为例，对比分析体细胞核移植后代与供体生物在端粒长度、基因表达谱等方面的差异，结合教材“细胞核移植技术”中“遗传物质主要来自核供体”的原理，探讨克隆技术面临的生物学挑战。

（4）人教版《生物选修3》第四章“生物技术的安全性和伦理问题”中“动物细胞工程与生物安全”，讨论异种器官移植（如利用基因编辑猪器官进行人体移植）、人源化抗体生产等技术的伦理争议，引导学生从社会责任角度思考科技发展的双刃剑效应，关联教材中“动物细胞工程的应用”拓展内容。

2.课后自主探究任务

（1）案例分析：查阅某生物制药公司（如药明生物）官网公开的“单克隆抗体生产工艺流程”，结合教材P50-51单抗制备流程，绘制从免疫小鼠到抗体纯化的完整工艺图，标注关键步骤（如细胞融合、两次筛选、细胞培养），并分析工业化生产中“杂交瘤细胞悬浮培养”与“动物细胞反应器培养”的优缺点，撰写500字技术分析报告。

（2）实验设计：模拟“动物细胞培养条件优化”探究实验。假设某实验室需培养小鼠成纤维细胞，现有两种培养基（含10%胎牛血清的DMEM培养基、含5%血清的无血清培养基），请设计实验方案，以“细胞贴壁率”“传代次数”为检测指标，探究不同血清浓度对细胞培养的影响，说明实验需控制的无关变量（如温度、CO₂浓度、胰蛋白酶消化时间），并预测实验结果及结论，关联教材P48“动物细胞培养的条件”。

（3）资料搜集：调查“动物细胞核移植技术在濒危物种保护中的应用”。选取我国濒危物种（如大熊猫、朱鹮），搜集科学家是否尝试通过核移植技术进行人工繁育的案例，若存在案例，分析技术难点（如供体细胞获取、受体卵母细胞来源）；若不存在，从技术可行性、伦理风险等角度阐述原因，形成“濒危物种保护与生物技术”的汇报材料，深化对教材“动物细胞核移植技术的应用”的理解。

（4）辩论准备：以“单克隆抗体药物的高价是否合理”为辩题，分组收集资料。正方需从研发成本（如细胞培养、抗体纯化、临床试验）、药物疗效（如替代传统化疗、提高患者生存率）等角度论证；反方可从可及性（如发展中国家患者用药难）、技术替代方案（如基因工程抗体生产成本优化）等角度反驳，辩论前需结合教材中单抗制备流程分析其成本构成，培养科学思辨能力与社会责任意识。板书设计：①动物细胞培养

条件：无菌环境、液体培养基（含血清）、适宜温度（36.5±0.5℃）、pH（7.2-7.4）、CO₂（5%）

过程：原代培养（机体获取细胞→初次培养）→传代培养（接触抑制后分装→继续培养）

特点：贴壁生长、接触抑制

②细胞融合与单克隆抗体

技术：灭活病毒诱导细胞融合（如灭活仙台病毒）

流程：免疫小鼠（获取B淋巴细胞）→骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合→杂交瘤细胞（第一次筛选：杂交瘤细胞）→筛选特定抗体杂交瘤细胞（第二次筛选）→体外培养/腹腔注射提取单抗

应用：特异性强、灵敏度高（如抗肿瘤药物、诊断试剂）

③动物细胞核移植技术

流程：核供体细胞（体细胞）→受体细胞（去核卵母细胞）→人工融合→激活→早期胚胎培养→胚胎移植→克隆动物

关键：受体细胞去核、供体细胞核全能性

实例：克隆羊多利（遗传物质主要来自核供体）

应用：濒危物种保护、转基因动物培育、生物制药课后拓展：八、课后拓展

1.拓展内容：阅读《生物技术概论》中“动物细胞培养的工业化应用”章节，了解生物反应器在单克隆抗体生产中的技术优化；观看“动物细胞核移植技术操作流程”视频，对比教材中克隆羊多利的培育步骤；查阅《生物学通报》近期关于“单克隆抗体药物在肿瘤治疗中的新进展”的综述，分析不同单抗药物的作用靶点。

2.拓展要求：课后分组完成“动物细胞工程技术应用案例”搜集，每组选择一个方向（如生物制药、濒危物种保护、疾病治疗），结合教材中的技术原理，分析该技术的应用现状及面临的挑战，形成300字案例分析报告，教师可在答疑时间针对报告中的技术细节问题进行指导，帮助学生深化对教材知识的理解与应用。课堂：课堂评价：通过提问“动物细胞培养中血清的作用”“单克隆抗体制备两次筛选的目的”等核心问题，检测学生对基础原理的掌握；观察学生在“核移植流程排序卡”活动中的操作逻辑，判断其技术流程理解程度；利用5分钟小测，完成“动物细胞培养条件匹配题”“单抗制备步骤排序题”，即时反馈知识盲点。

作业评价：批改“单克隆抗体制备流程分析报告”时，重点核查“两次筛选逻辑”的表述准确性（如第一次筛选杂交瘤细胞，第二次筛选产特定抗体细胞）；对“动物细胞培养条件优化实验设计”评分，关注无关变量控制（如温度、消化时间）和检测指标的科学性；标注报告中技术原理与教材P50-51的对应关系，圈出“细胞接触抑制”“受体细胞去核”等关键词，确保学生关联课本核心概念。教学反思与改进：设计反思活动：课后收集学生课堂笔记中“单克隆抗体制备两次筛选”的图示，检查逻辑链条是