高中生物学高二年级《海拉细胞系：揭开永生之谜》教学设计

高中生物学高二年级《海拉细胞系：揭开永生之谜》教学设计一、教材与教学内容分析【基础】本节课内容源自人教版高中生物选修三《现代生物科技专题》专题二《细胞工程》中的“2.2.1动物细胞培养和核移植技术”，并深度融合必修一《分子与细胞》第六章“细胞的生命历程”中关于细胞癌变、衰老的相关知识137。“神奇的永生细胞”这一主题，以科学史上著名的“海拉细胞系”为切入点，将原本可能分散于不同模块的知识点——动物细胞培养的技术流程、癌细胞的无限增殖特征、细胞系的建立与应用、以及细胞衰老与死亡的调控机制——有机地串联起来25。【重要】本节内容在学科体系中起着承上启下的关键作用。“承上”指的是它是对细胞结构、细胞代谢、细胞分裂、分化、衰老和凋亡等基础知识的综合运用与拓展110。“启下”则是指它为后续学习单克隆抗体、动物克隆、胚胎工程，乃至基因工程的应用奠定了技术基础和理解背景69。因此，本课时的教学设计不应是单纯的技术流程罗列，而应立足于“生命观念”和“科学探究”的核心素养，引导学生通过一个真实的、贯穿始终的科学史案例，深入理解细胞作为生命活动基本单位的本质，以及生物技术发展的逻辑与伦理。二、学情分析【基础】授课对象为高二年级学生。在知识储备上，他们已在必修一中系统学习了细胞的增殖、分化、衰老、凋亡和癌变等基本概念，对细胞周期、癌细胞的特征（如无限增殖、糖蛋白减少）有初步认识57。他们也了解了一些基本的实验操作，如显微镜使用、临时装片制作等。在能力基础上，高二学生具备了一定的逻辑思维能力和资料分析能力，能够通过阅读和讨论，从新情境中提取有效信息。然而，他们对于“细胞株”与“细胞系”等专业概念的区分可能模糊，对动物细胞培养这一复杂的无菌操作技术缺乏直观感受和系统性认知，更难以将技术与背后的科学原理及现实应用（如病毒疫苗生产、药物筛选）建立深刻联系39。【难点聚焦】学生最大的认知障碍可能在于：如何从“细胞工厂”的视角理解体外培养技术？为什么正常细胞会衰老，而癌细胞却能“永生”？这种“永生”对于科学研究和人类健康究竟意味着什么，又带来了哪些伦理思考？本节课旨在通过“海拉细胞”这一独特案例，帮助学生跨越这些障碍。三、教学目标设计依据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出的“核心素养为宗旨”的要求，设定以下教学目标：（一）生命观念1.【基础】通过分析海拉细胞的“永生”特性与正常体细胞衰老死亡的对比，深化对细胞生命历程的理解，认同细胞的生长、增殖、衰老、死亡是生物体正常的生命活动，但也有例外（癌变）110。2.【重要】构建“细胞的统一性与特殊性”观点，理解细胞既是生物体结构功能的基本单位，也是可用于研究和生产的“工程材料”。（二）科学思维1.【重要】通过对海拉细胞系建立过程（1951年）的分析，运用归纳与概括的方法，总结出动物细胞培养的技术流程和核心条件（无菌、营养、温度、pH、气体环境）36。2.【高频考点】【难点】运用比较与分类的方法，辨析“原代培养”与“传代培养”、“细胞株”与“细胞系”的核心区别，并能解释海拉细胞之所以能无限传代的原因（发生了基因突变，具有癌细胞特性）69。（三）科学探究1.【重要】能够针对“如何让离体细胞在体外长期存活并增殖”这一实际问题，结合资料分析，探讨并设计模拟实验方案，体会科学探究中控制变量和设置对照的原则。2.【热点】通过对海拉细胞在疫苗研发（如脊髓灰质炎疫苗）、抗癌药物筛选、病毒学研究等领域应用的介绍，引导学生关注生物科学技术在社会进步中的巨大价值6。（四）社会责任1.【非常重要】通过介绍海拉细胞捐献者——海瑞塔·拉克斯（HenriettaLacks）的生平及其细胞对医学的贡献，引导学生思考生命科学研究的伦理问题，包括知情同意权、患者隐私权以及科研成果的公平共享2。2.【基础】认同健康的生活方式对预防细胞癌变、延缓衰老的意义，形成关爱生命、敬畏科学的人文情怀510。四、教学重难点（一）教学重点1.【基础】动物细胞培养的基本原理、技术流程和培养条件36。2.【重要】癌细胞的主要特征（无限增殖）及其在细胞工程中的应用5。（二）教学难点1.【难点】“原代培养”、“传代培养”、“细胞株”、“细胞系”等核心概念的辨析及其内在联系69。2.【难点】引导学生从技术流程的学习上升到对科学伦理的思考，实现科学精神与人文素养的融合。五、教学实施过程（核心环节，占绝大部分篇幅）（一）创设情境，导入新课——“一位永不死亡的女性”教师活动：多媒体展示一张黑白照片和一张色彩斑斓的细胞显微照片。讲述故事：1951年，一位名叫海瑞塔·拉克斯的美国黑人妇女因子宫颈癌去世。然而，在她不知情且未同意的情况下，医生从她的肿瘤上取下的细胞，却成为了生物学史上第一个人类“永生细胞系”，被称为“海拉细胞”。这些细胞被分裂、共享到世界各地的实验室，至今已繁衍了数万代，重量超过5000万吨，参与了诺贝尔奖级别的研究，助力了脊髓灰质炎疫苗的研发25。学生活动：聆听故事，观看图片，产生强烈的好奇心和求知欲：为什么普通细胞会死，而海拉细胞却能“永生”？设计意图：用具有震撼力和人文色彩的真实科学史故事开篇，迅速点燃学生兴趣，引出核心问题——细胞的“永生”之谜，为整节课奠定探究基调。（二）探究一：何为“永生”？——癌细胞的特征剖析1.【基础】回顾旧知，引发冲突教师提问：根据必修一所学，正常细胞的一生是怎样的？（引导学生回答：增殖、分化、衰老、凋亡）。而海拉细胞来自宫颈癌组织，它具备什么特殊性质？学生活动：回忆并回答正常细胞的生命历程，思考癌细胞的特殊性。2.【重要】资料分析，归纳特征教师活动：呈现资料卡片——资料1：海拉细胞在实验室中每24小时数量就能翻一番，只要营养充分、空间足够，它们可以无限分裂下去。资料2：显微镜下，海拉细胞的形态不规则，核质比例大，与正常的成纤维细胞（梭形）明显不同。资料3：海拉细胞容易被胰蛋白酶消化下来，在悬浮培养或培养瓶壁中呈多层重叠生长，失去了正常细胞的接触抑制现象69。学生活动：小组讨论，从资料中归纳出海拉细胞（癌细胞）的主要特征：【高频考点】①无限增殖；②形态结构发生显著变化；③细胞膜上糖蛋白减少，黏着性降低，失去了接触抑制，容易分散和转移5。教师追问：海拉细胞的“永生”对细胞自身意味着什么？对宿主（患者）又意味着什么？学生活动：辩证思考，理解细胞的“永生”即是个体的“癌变”，是生命活动的异常状态。（三）探究二：如何“培养”永生？——动物细胞培养技术（核心技能）过渡：正是因为有像海拉细胞这样能无限增殖的细胞，科学家才需要发展一套让它们在体外“安居乐业”的技术——动物细胞培养。1.【重要】原理与前提教师讲解：动物细胞培养是利用了细胞增殖的原理。但前提是，我们需要从机体中取出组织，并将其分散成单个细胞36。核心操作演示（视频/动画）：展示用剪刀将组织剪碎，并用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使组织分散成单个细胞的过程。强调胰蛋白酶的作用是水解细胞间的蛋白质（如胶原蛋白）9。2.【基础】原代培养教师活动：板画/流程图展示原代培养流程——将分散的细胞悬液接种到培养瓶中，放入CO2培养箱。学生活动：阅读教材，找出原代培养的定义。【基础】指从机体取出后进行的第一次培养。并思考：为什么细胞需要贴附在瓶壁上才能生长？（引导学生理解细胞的贴壁依赖性）6。3.【难点】传代培养与“危机”教师活动：模拟动画展示——原代培养的细胞在瓶壁上长满一层后，由于接触抑制，分裂停止。此时需要用胰蛋白酶再次处理，吹打成细胞悬液，分瓶继续培养，这就是传代培养39。关键概念辨析：教师讲解：大多数正常细胞（如小鼠成纤维细胞）在传代培养中，并不是无限传下去的。一般传至10代左右，细胞会生长停滞，大部分死亡，这被称为“第一次危机”。少数存活下来的细胞能传至4050代，这部分具有有限传代能力的细胞群体，称为“细胞株”，其遗传物质未发生改变。转折：但海拉细胞不同！它不仅能轻松度过第一次危机，甚至能无限传代下去，超越了50代的限制。这种获得了无限增殖能力、遗传物质发生了改变的细胞群体，称为“细胞系”或“连续细胞系”69。学生活动：【难点突破】完成表格对比填空（口头或学案），区分原代培养/传代培养、细胞株/细胞系。4.【重要】培养条件大盘点问题链驱动：要让这些娇贵的细胞在体外生长，我们需要给它们提供怎样的“豪宅”和“美食”？学生活动：结合教材和资料369，分组讨论并总结：（1）无菌无毒的环境：所有器材要灭菌，培养液要加抗生素（双抗），定期更换培养液清除代谢废物。（2）营养全面：基础培养基（含氨基酸、葡萄糖、无机盐等）必须添加血清（如胎牛血清），因为血清中含有促生长因子、激素等复杂的未知成分。（3）适宜的温湿度与pH：37℃（哺乳动物），pH7.27.4。（4）气体环境：95%空气（提供O2用于细胞代谢）+5%CO2（用于维持培养液pH稳定）。（四）探究三：“永生”的价值与反思——技术与伦理的博弈1.【热点】海拉细胞的贡献教师活动：播放短视频或展示图文资料，介绍海拉细胞的具体应用：（1）1952年，科学家用海拉细胞成功培养了脊髓灰质炎病毒，并研制出疫苗，挽救了数百万人。（2）用于研究放射线、有毒物质对细胞的影响，成为抗癌药物筛选的重要工具。（3）帮助科学家揭示了端粒酶在细胞永生中的作用，推动了衰老和癌症研究的进展568。学生活动：惊叹于一个细胞系对人类的巨大贡献，理解基础研究和技术开发的密切关系。2.【非常重要】伦理之思教师活动：将话题拉回故事开头。讲述海瑞塔·拉克斯家人在几十年后才知道母亲的细胞还在世界各地的实验室存活着、被商业化。他们没有因为贡献获得任何补偿，甚至付不起医疗保险。直到2013年，她的基因组数据才在未告知家属的情况下被公开发布，再次引发隐私争议。引导辩论/讨论：海拉细胞的获取和使用，是否符合医学伦理？你认为应该如何平衡科学研究的利益与个人（及其后代）的权益？什么是“知情同意权”？学生活动：分组展开微辩论或自由发言。有的学生可能认为科学研究是造福人类的大义，有的则会坚持个人尊严和知情权不容侵犯。教师总结升华：科学技术的进步不能以牺牲个体的基本权利为代价。尊重、公平、公正是科学伦理的基石。海拉细胞的故事提醒我们，每一份科学研究成果的背后，都可能站着默默付出的个体。我们今天学习技术，更要学习敬畏生命、尊重人的尊严。这才是科学真正的温度。（五）迁移应用与课堂小结1.【高频考点】当堂检测（1）判断：动物细胞培养中，原代培养和传代培养的分界线是是否需要胰蛋白酶。（错，传代培养也需要胰蛋白酶，分界线在于是否经历了第一次分瓶培养后的危机）。（2）【难点辨析】下列关于“细胞株”与“细胞系”的叙述，正确的是（D）A.细胞株的遗传物质已经发生了改变B.细胞系都具有无限增殖的能力C.海拉细胞属于细胞株D.细胞系往往由细胞株进化而来，获得了无限增殖能力6（3）简答：为什么动物细胞培养需要添加血清？能否用植物组织培养的培养基替代？为什么？2.构建知识网络学生活动：在教师引导下，围绕“永生细胞——海拉细胞”这一核心，构建本节课的知识网络图：源头（宫颈癌组织）→特征（癌细胞特征）→技术（动物细胞培养流程、条件）→应用（疫苗、药物研发）→伦理（知情同意、生命关怀）。六、教学评价设计本节课采用过程性评价与终结性评价相结合的方式。（一）过程性评价1.【基础】课堂观察学生参与情境讨论的积极性和投入度。2.【重要】小组合作完成资料分析和概念辨析表格的质量，教师巡视并给予即时反馈。3.【难点】通过课堂提问和微辩论，评估学生对核心概念（细胞株/系）和伦理问题的理解深度。（二）终结性评价1.布置一份开放性作业：以“我眼中的海拉细胞”为题，写一篇字的小短文。要求：必须涵盖至少2个本节课学习的生物学专业术语（如：原代培养、细胞系、接触抑制、胰蛋白酶等），并表达你对科学伦理的看法。2.设计一份涵盖核心知识点的5分钟小测验，用于下节课前复习巩固。七、教学反思（预设）【非常重要】本节课的设计力图打破传统“填鸭式”技术教学，用一个有血有肉的“海拉细胞”故事作为主线，将零散的知识点串联成一个有机整体。优势在于情境真实、冲突强烈，能够有效激发学生的探究欲和共情心。在教学过程中，通过层层递进的“三探究”结构，从现象（永生）到本质（癌细胞特征），再到方法（培养技术），最后上升到价值观（