“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”一節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)

史傳燕 （江蘇省海安市曲塘中學(xué) 江蘇南通 226661）

1 教材分析

“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”是人教版高中生物學(xué)選修3教材中“細(xì)胞工程專題”的一節(jié)內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容主要包含動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的流程、條件及動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用3 個(gè)部分內(nèi)容，教材內(nèi)容以描述性知識(shí)為主。本教學(xué)設(shè)計(jì)豐富了教材內(nèi)容，以抗癌藥物的研發(fā)為主線，通過播放動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的視頻、從大學(xué)教材和科研文獻(xiàn)中挖掘素材等，設(shè)計(jì)問題情境，讓學(xué)生在討論中內(nèi)化知識(shí)，并基于真實(shí)的科研情境，設(shè)計(jì)表格、分析結(jié)果，從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了教學(xué)目標(biāo)：

1）通過觀看視頻、構(gòu)建動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程的流程圖、閱讀資料等活動(dòng)，能簡(jiǎn)述動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過程和條件，并理解動(dòng)物細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)和接觸抑制現(xiàn)象。

2）通過設(shè)計(jì)表格，分析結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用的能力、知識(shí)遷移的能力，同時(shí)提高科學(xué)探究能力。

3）聯(lián)系社會(huì)，關(guān)注化療藥物的研發(fā)，激發(fā)學(xué)生投身于生命科學(xué)研究的熱情。

3 教學(xué)過程

向?qū)W生展示2018 年全世界癌癥病人的數(shù)量并提出抗癌藥物研發(fā)的迫切性?？拱┧幬飸?yīng)用于臨床前需在體外培養(yǎng)癌細(xì)胞，觀察藥物對(duì)癌細(xì)胞的抑制情況，由此引入本節(jié)課。教師首先講解動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的概念及原理。

3.1 觀看視頻，思考討論 播放對(duì)小鼠腎組織細(xì)胞進(jìn)行原代培養(yǎng)的視頻，讓學(xué)生注意觀察操作環(huán)境及操作步驟。提出問題：①為什么選擇幼齡動(dòng)物或動(dòng)物胚胎作為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的材料？ ②為什么將腎組織分散時(shí)所用的酶是胰蛋白酶而不是胃蛋白酶？ ③為什么要控制胰蛋白酶的濃度及用量？

通過視頻資料，學(xué)生對(duì)動(dòng)物細(xì)胞原代培養(yǎng)的流程有了清晰的認(rèn)識(shí)，再通過問題了解動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中的注意點(diǎn)。

3.2 理解概念，拓展延伸 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中涉及2 個(gè)現(xiàn)象：細(xì)胞貼壁、接觸抑制。教師可做適當(dāng)拓展延伸和引導(dǎo)啟發(fā)，使學(xué)生知其所以然。用圖片展示細(xì)胞貼壁現(xiàn)象并解釋細(xì)胞不貼壁就會(huì)凋亡，所以細(xì)胞貼壁是細(xì)胞增殖、培養(yǎng)的基礎(chǔ)。大規(guī)模培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，常在培養(yǎng)瓶中放玻璃珠以增加細(xì)胞貼壁面積，有利于細(xì)胞增殖；動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程出現(xiàn)接觸抑制的原因是什么？ 這是細(xì)胞間的一種識(shí)別作用，當(dāng)細(xì)胞增殖到一定程度而互相挨在一起時(shí)，細(xì)胞膜上的糖蛋白就會(huì)識(shí)別這種信息，進(jìn)而使細(xì)胞停止增殖。由于接觸抑制的存在最終使細(xì)胞在培養(yǎng)瓶中形成單層細(xì)胞層［1］。在學(xué)生明確機(jī)理后，教師要求學(xué)生推測(cè)癌細(xì)胞是否存在接觸抑制？ 由于癌細(xì)胞表面糖蛋白減少使其不存在接觸抑制。

3.3 構(gòu)建流程圖 在觀看動(dòng)物細(xì)胞傳代培養(yǎng)的視頻之后，教師幫助學(xué)生梳理：原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)是以第1 次分瓶為界限；傳代培養(yǎng)一般只能傳40~50 代的原因是大都數(shù)細(xì)胞會(huì)衰老、凋亡；有的細(xì)胞會(huì)突破極限獲得不死性。各種研究中一般選擇傳代培養(yǎng)10 代以內(nèi)的動(dòng)物細(xì)胞，以保持正常的二倍體核型。最后讓學(xué)生歸納總結(jié)流程圖（圖1）。

圖1 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程流程圖

3.4 分析資料，分組討論 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要哪些條件？ 教師展示3 個(gè)資料：

資料1：在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中要定期檢查細(xì)胞的異常情況，例如細(xì)胞隆起變圓，則提示細(xì)胞需要換液，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)不足，可啟動(dòng)細(xì)胞凋亡，細(xì)胞具有毒性的代謝產(chǎn)物的積累會(huì)使大多數(shù)細(xì)胞停止增殖。

資料2：血清的主要成分是蛋白質(zhì)、多肽、各種促生長(zhǎng)因子、氨基酸、脂類、碳水化合物、各種激素及維生素等，另有一些成分和作用尚未完全確定［2］。

資料3：動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要在含CO2的環(huán)境中孵育，CO2以氣體的形式溶解于培養(yǎng)基中與HCO3-達(dá)到平衡。

學(xué)生在閱讀資料的基礎(chǔ)上思考：①動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)過程為什么要定期更換培養(yǎng)液？ ②添加血清的作用是什么？③動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中5% CO2的作用是什么？

以上3 個(gè)資料是對(duì)教材中動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)條件的解釋和拓展，可培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，并更全面地認(rèn)識(shí)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件。

3.5 學(xué)以致用，升華情感 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)具有哪些應(yīng)用？教師展示科研情境：研究人員發(fā)現(xiàn)中藥紫檀茋對(duì)胃癌細(xì)胞有抑制作用，可用作化療藥物。為選擇合適的濃度和使用時(shí)間，為其在臨床上的使用提供依據(jù)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并用表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)材料：旺盛增殖的胃癌細(xì)胞、不同濃度的紫檀茋溶液（20 μmol／L、40 μmol／L、60 μmol／L、80 μmol／L、100 μmol／L、120 μmol／L、140 μmol／L），標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液，臺(tái)盼藍(lán)染液，血球計(jì)數(shù)板，顯微鏡等（注：分別在 24 h、48 h、72 h 后收集細(xì)胞）。

學(xué)生展示設(shè)計(jì)的表格，并簡(jiǎn)單描述實(shí)驗(yàn)過程。最后教師呈現(xiàn)科學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖2），提問：科學(xué)家為什么選擇 40 μmol／L 的紫檀茋作為化療藥物，并持續(xù)給藥 72 h？40 μmol／L 紫檀茋使用濃度較低，相對(duì)副作用較小，同時(shí)該濃度處理72 h 對(duì)胃癌細(xì)胞的抑制率也比較高。在討論的基礎(chǔ)上向?qū)W生展示《柳葉刀》雜志上一篇文章中的結(jié)論：50%的癌癥患者死于化療藥物的副作用而非癌癥本身。最后激勵(lì)學(xué)生將來能致力于生命科學(xué)的研究，能從事化療藥物的研發(fā)，為癌癥患者減輕痛苦延長(zhǎng)生命。

圖2 紫檀茋對(duì)胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)抑制曲線［3］

在設(shè)計(jì)表格的過程中，考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)照原則、單一變量控制原則的掌握情況；讓學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行交流和討論，培養(yǎng)了其團(tuán)隊(duì)合作精神，提高了生物學(xué)核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究能力。最后又聯(lián)系社會(huì)，激發(fā)學(xué)生致力于生命科學(xué)研究的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

4 教學(xué)反思

在“動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)”的教學(xué)中，引入視頻讓實(shí)驗(yàn)流程更清晰地展現(xiàn)；利用從大學(xué)教材和科技文獻(xiàn)中挖掘的資料讓學(xué)生討論、分析、思考，拓展了學(xué)生的知識(shí)面；設(shè)計(jì)一系列的問題情境，活躍了學(xué)生的思維，提高了學(xué)生的參與度，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生生命觀念、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等生物學(xué)核心素養(yǎng)。